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摘要：近年来社会经济和科学技术发展迅速，人们对建筑的外观、功能性和安全性的要求也越来越高。在这样的背景下，建筑幕墙在建筑行业得到了广泛的应用，因为其结构设计的多样性使得建筑具备了美观实用性和安全可靠性。而随着时代的不断发展，建筑幕墙也随之不断进步，建筑幕墙结构设计与优化起着至关重要的作用。
关键字：建筑幕墙；结构设计；优化
前言
建筑幕墙结构设计主要从安全性、功能性、美观性、经济性、节能性等方面着手，在明确建筑设计目的、建筑使用功能及建筑外观效果的基础上，进行幕墙结构选型，从而满足建筑师对建筑幕墙的设计要求。而在实际设计当中，由于各种因素的影响，很多幕墙结构设计中存在着诸多不足，幕墙工程师必须深入了解相关的设计要素，从实际工程出发，拓宽设计思路，做出更加合理的幕墙结构设计与优化方案。本文将以实际案例阐述幕墙结构设计的重要性，并对建筑幕墙设计优化进行探讨。
1建筑幕墙通风性能设计
1.1通风在建筑幕墙中的重要性
在建筑幕墙设计过程中，通风是必须考虑的一个因素。在考虑通风时，既要保证整个幕墙的完整性，又要考虑幕墙的密封性，而且其通风效果及装饰效果也极其重要，可见通风设计的重要性，并且通风性能的好坏直接影响建筑幕墙的使用。
1.2通风作用及通风形式
通风可以保持室内空气清新、可以保持适宜的空气湿度和温度、可以保持良好的工作和生活环境。通风形式分为自然通风和机械通风。自然通风即利用室内外空气温度和比重不同、以及迎风面和背风面风压的不同，进行换气的通风方式。在自然通风的条件下，常使用平开窗、上悬窗来实现幕墙通风。机械通风即利用机械系统进行换气的通风方式。在机械通风的条件下，常使用百叶窗、通风器来实现幕墙通风。
1.3建筑幕墙通风量的计算
所谓通风量，即单位时间内通过建筑幕墙某一截面的空气总量。
通风量公式：Q=A·V
式中Q-----通风量（m3/s）A-----通风面积（m2）V-----空气流速（m/s）
由上式可以看出，通风量的大小与通风面积和空气流速有关。通风面积越大，通风量越大；空气流速越大，通风量越大。
在自然通风状态下：假设A=lm2（宽=高=1m），V=1m/s，计算窗的通风量。
a.平开窗：设定开启角度为90°，则Q=A·V=lm3/s
b.上悬窗：设定开启角度为30°，但是由于开启角度小而A值变小，V值也有所折减，所以其通风量约为平开窗的20~30%。
通过上述计算可知，同样条件下，平开窗由于其开启角度大，所以通风效果好，但用于建筑幕墙其装饰效果不好；上悬窗由于开启角度限制，通风量相对较小，但可以很好地保持幕墙的完整性，保证幕墙的密封性，装饰效果相对较好。
2建筑幕墙结构设计解决方案
某实际建筑幕墙工程设计，采用明框玻璃幕墙结构，建筑师要求幕墙的开启窗形式既要满足通风要求，又要满足装饰效果。
2.1方案A常规明框结构外开上悬窗
开启角度：≦30°；
开启距离：≦300mm；
通风效果（通风面积占开启面积的比例）：约20~30%；
装饰效果：一般（开启部位框体宽度大于固定扇部分，室外透过玻璃可以看到室内开启框体）；
优缺点：通风效果不佳，装饰效果一般。
2.2方案B明框结构镶嵌内平开断热窗
开启角度：≦90°；
开启距离：与扇同宽；
通风效果（通风面积占开启面积的比例）：100%；
装饰效果：极差（尤其室外效果，开启部位框体宽度远大于固定扇部分，室外明显看到镶嵌的开启框体）；
优缺点：通风效果良好，装饰效果极差。
2.3方案C明框结构隐形内平开窗
开启角度：≦90°；
开启距离：与扇同宽；
通风效果（通风面积占开启面积的比例）：100%；
装饰效果：良好（开启部位框体与固定扇部分同宽）；
优缺点：通风效果良好，装饰效果良好。
2.4解决方案的选择
通过上述介绍可知明框结构隐形内平开窗，可以同时满足建筑师对幕墙的通风及装饰效果的要求。此实际案例表明建筑幕墙结构设计的多样性可以解决建筑的使用功能及外观效果的问题，幕墙工程师通过深入研究，做出相应的建筑幕墙结构设计以适应不同建筑要求。
3建筑幕墙设计优化探讨
3.1安全性优化探讨
由于建筑幕墙是整座建筑的外围护结构，一旦有外力作用在建筑上，最先承受外力的就是建筑幕墙。建筑幕墙要保证在不同环境或突发状况下，其结构的稳定性。幕墙工程师在设计时，需要着重幕墙荷载压力计算和幕墙结构安全性设计。幕墙所承受的荷载随时间的变异可分为三类：永久荷载（例如结构的自重、静水压力、预应力等）、可变荷载（例如风荷载、屋面活荷载、雪荷载、施工及检修荷载等）、偶然荷载（地震作用、爆炸力、撞击力等）。幕墙的抗震性能设计、防火性能设计、防雷性能设计也是不可或缺的设计部分。
建筑幕墙设计时需要充分考虑建筑受到各种恶劣天气的冲击，幕墙结构经常会面临着风、雪、雷、电等各种自然气象的“腐蚀”，幕墙工程师要计算出幕墙对于这些自然荷载或外力荷载的承力极限。
3.2经济性优化探讨
建筑幕墙主要的作用是美化建筑外观，实现使用功能，而建筑幕墙结构设计的经济合理性，也是不可忽视的重要环节。建筑幕墙的经济性是整个建筑工程项目预算的组成部分，影响到整个工程的开展进度与效率。合理的幕墙设计方案，既能满足基本的美观与使用需求，同时在结构优化和材料优化上，也应该做到经济适用。
结构优化在保证满足幕墙荷载和结构安全的前提下，对幕墙龙骨、连接构件、装饰构件等的优化设计。材料优化需要幕墙工程师对新型材料有敏锐的触觉，满足幕墙设计要求的情况下合理采用建筑材料，以达到优化目的。
3.3节能性优化探讨
当代社会节能环保的观念已经深入人心，如何有效地将节能技术应用于建筑幕墙中是现阶段的研究重点。铝合金断热型材已经在建筑幕墙中广泛使用，通过在室内、外两侧铝合金型材中间采用有足够强度的低导热系数的隔离物质隔开，从而降低传热系数，达到节能目的；高性能节能玻璃通过增加中空层充惰性气体、镀膜及提升膜层材质来实现节能效果；提升建筑幕墙的密封性能也是保障建筑保温和隔热的重要措施之一；非透明幕墙要选用好的保温材料，导热系数愈低，保温隔热性能愈好。
结束语
总而言之，建筑幕墙结构设计对于建筑的使用功能及外观效果的实现都有着良好的促进作用，幕墙工程师设计时应该充分考虑各方因素，兼顾安全性、功能性、美观性、经济性、节能性，做出科学合理符合标准的结构设计及优化思路，使建筑幕墙适应当代建筑的飞速崛起。
参考文献：
[1]杨印南.建筑幕墙结构设计与优化思路[J].建筑工程技术与设计，2016（8）：745.
[2]游翔.玻璃幕墙的节能措施和节点构造设计[J].工程建设与设计，2018（5）：31-33.