一般设计原则

      1．安全性
    无论在什么情况下，安全性都是最重要的。设计指标应当满足建筑的用途、性能和一定的使用寿命，并遵守国家和行业相应的标准与规范。作为外维护结构的幕墙应选择适当的材料、结构和足够的强度，抵御风荷载、雪荷载、自重、一部分地震作用及特殊情况下外力造成的冲击荷载。并应采用有效措施保证幕墙的可靠性和耐久性。
2．浮动连接
    幕墙主要的连接设计除与主体结构的连接外均应采用浮动连接，并留下足够的间隙，以便吸收沉降、热应力及一部分地震作用。并采用合理的密封材料或构造，对所留间隙进行密封，必须保证水密性和适当的气密性。
3．经济性
    中国仍是一个不富裕的国家，经济适用也是一个不可忽视的原则。在保证安全和一定的使用性能的前提下，应尽量节约材料成本。
4．等性能设计
   幕墙主要的使用性能包括气密性、水密性、保温性、隔声性、光学性。我们进行幕墙设计时应采用等性能设计。等性能设计有两个含义：一是根据幕墙不同部位的使用功能和用途，采用与其相适应的性能设计；二是在使用功能和用途相同的条件下，不同部位的性能应该相同。比如说：在通风百叶处不需要使用断热型材；铝板和石材幕墙应属于装饰冷墙体系，宜采用开放式结构，不宜采用密封胶将缝隙堵死，使其密不透风；幕墙开启部分宜与固定部分性能相同等等。
5．可加工性、可安装性
幕墙从结构设计阶段就应当考虑加工性和安装性。加工性和安装性好，利于组织生产和现场施工管理，可缩短工期，节约人力、设备运行及管理成本。 6．可维护性
   幕墙设计必须考虑安装以后的维修和保养问题。幕墙面板和幕墙主杆件必须采用可拆卸结构，以便在面板破损及其他情况下进行更换。实际上幕墙设计成可拆卸结构并不困难，而且非常必要。又如热通道幕墙，必须留下足够的空间进人或内侧全部为可开启结构，以便清洁和保养。

二．构件式幕墙的分类

n构件式幕墙按面板材料分为玻璃幕墙、铝板幕墙、石材幕墙、陶瓷板幕墙、光电板幕墙和不同材料之间的组合幕墙等等；按幕墙主杆件的构造分为明框幕墙、隐框幕墙和半隐框幕墙。明框幕墙按面板安装方法分为内安装式、外安装式和混合安装式，其中以外安装式最为常见(如图1所示)。

图1

 隐框幕墙按附框与幕墙主杆件的安装方法分为内嵌式、外扣式、外挂内装式、全外装式、外挂外装式、外顿外装式、小单元式。隐框中前3种为室内侧安装，其余为室外侧安装(如图2所示)。由于室内侧安装需要一定的室内空间，将来更换面板时需破坏内装修，并且存在玻璃和铝板的组合幕墙，铝面板不好安装的问题，所以本文的所有结构和节点均以室外侧安装来进行考虑和设计的。

图2

三．幕墙主杆件与建筑主体的连接设计
      幕墙杆件与建筑主体的连接结构一般为隐蔽工程，有时不是很引人注意，但实际上它对整个幕墙的安全性、可靠性以及幕墙的整体优化设计起着举足轻重的作用。我们往往通过连接件把幕墙主受力杆件与主体结构上布置合理的埋件，用适合的方法进行连接。

1. 幕墙主受力杆件

         通常情况下都选用立柱做幕墙主受力杆件，但实际上如果建筑主体结构合适的情况下也可采用横梁做主受力杆件(如图3所示)。横梁做主受力杆件，受力比较合理，防震效果更佳。并可以按多跨超静定梁进行计算，这样横梁和立柱的截面相对比较小，经济性比较好。

图3

2.埋件

             埋件按其在主体结构上的位置划分，可分为上埋式、侧埋式和下埋式(如图4所示)，其中下埋式受力较为不利，应谨慎使用；按其安装时间分为预埋式埋件和后补式埋件。后补式埋件只能通过膨胀螺栓和化学锚栓和主体结构进行连接。由于后补式埋件的安装质量受现场施工的条件和人员的影响非常大，不容易控制，经常达不到设计指标，尤其是国家已明文规定受拉部位不允许使用膨胀螺栓，所以如非必要尽量不采用后补式埋件。预埋式埋件根据埋件形状分为槽形埋件(如图5所示)和爪形埋件(A～F为几种常见类型，如图6所示)。

图 4 

图5

            埋件与主体的连接强度直接决定了整个幕墙的安全，必须严格控制。在埋件设计时应注意以下几点：

(1).预埋式埋件锚筋与埋板的尺寸和位置在设计时应严格依据《玻璃幕墙工程规范》(JGJ102-2003)及《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)进行设计。

(2).注意锚筋的长度不要超过结构尺寸（如梁厚度），避免锚筋露出结构外。

(3). 爪形埋件中A、B两型锚筋宜采用螺纹钢。C、D型的锚筋在设计时应考虑锚筋间的干涉及锚筋在安装时与结构配筋之间的干涉问题。E、F型埋件适合于需要进行防雷的部位。

(4).埋板的大小在设计时应考虑幕墙的结构形式的需要。

3.连接件

           幕墙主受力杆件与埋件通过连接件进行连接。机械加工的幕墙杆件精度高，而随建筑土建施工的埋件误差非常大，所以要求连接件有足够的调节能力适应这种差异。连接件根据其可调节方式可分为普通连接件、三维连接件(如图7所示) 和四维连接件。连接件材料较为常用的是Q235钢板和型钢，6063－T5挤压铝型材。四维连接件和铝连接件由于成本较高，一般多应用于单元幕墙。

         连接件的形式多种多样，限于篇幅不能一一列出，应根据工程实际需求，进行选择和设计。为了适应土建误差和施工方便，幕墙主杆件与主体结构之间理论上应留有不小于50mm的间隙，并在三个方向上留有调节余地：前后不小于±30mm，左右不小于±20mm，上下不小于±15mm。虽然普通连接件只有一个方向可以调节，但它可以与埋件进行点焊，如位置不合适，很容易拆下重新安装。三维连接件为了实现三维调整，一般通过两个连接件进行转接，并需要在埋板上有调节螺栓。调节螺栓可以用栽焊的办法安装在埋板上或选择带有滑槽的埋件。

连接件调整到位后，需在合适的时候将连接件与埋件、连接件之间、连接件与螺栓垫片(厚度≥3mm)进行焊接处理或采用其他措施保证牢固不松动。如使用铝连接件，因其难以在现场焊接，也应采用有效措施保证连接部位牢固不松动。螺栓需与螺栓垫片点焊或有其他防松脱措施。所有焊接部位均需要进行防腐处理。所有不同金属接触部位均应放置绝缘垫片，其中以尼龙垫片(2mm)最为合适，抗老化性好，有较好的硬度的同时又有一定的弹性。普通连接件在焊接时很容易将尼龙垫片烧化，所以有用1mm石棉垫片来替代。但石棉垫易吸水，失去绝缘作用，所以本着质量第一的精神，宜采用三维连接件。

由于所有的荷载最终都要通过连接件传递给主体，所以不管用什么方法，幕墙主杆件与主体必须连接牢固，不允许采用弹性活动连接，不允许使用材质较软的弹性垫片，不允许产生相对滑移(赵西安在《建筑幕墙工程手册》558页里的论述完全不对)。这个是经过二十年的经验和教训得出的结论，而赵西安则一个大楼也没设计过。

不同的埋件设置，决定了不同的受力方式和计算力学模型，对优化设计，节约成本很关键，以下是几种幕墙安装方式及受力模型，如图8所示。

图8

以上模型均是以上端悬挂为例，拉弯杆件要比下端支撑的压弯构件受力好的多，不需计算失稳问题，所以实际设计中如无特殊情况，杆件均应采用上端悬挂。在相同的杆件和层高的情况下，这几种计算模型里，简支梁受力最为不利，对立柱的惯性矩和抵抗矩的要求最大，但简支梁安装简单，适应性强，有无窗台墙均可，对插芯的要求不高。外伸梁和双跨梁受力较简支梁有利的多，较为节约立柱材料，但对主体结构和设计均有要求。外伸梁尤其是双跨外伸梁，需要有窗台墙遮挡幕墙立柱接缝，并且插芯要有相当的强度来抵御所受弯矩。双跨梁则需要下返梁有足够的空间来安装第二个埋件，并且下支撑点应为长圆孔。在条件允许的情况下，双跨梁可以选择上埋和下埋的组合，这样中间支点最接近梁中间，受力最为有利。另外，一般情况下构件式幕墙和单元式幕墙均不要简化为连续梁，因为这样做弊病太大，详细原因在立柱与立柱的连接设计里谈。

四．幕墙主杆件之间的连接设计

幕墙主杆件之间的连接设计包括立柱与立柱的连接设计和立柱与横梁的连接设计。

1.立柱与立柱的连接设计(横梁与横梁的连接)