建筑設(shè)計(jì)論文發(fā)表期刊推薦國(guó)家級(jí)期刊《建筑知識(shí)》，《建筑知識(shí)》是由建筑師、工程師的學(xué)術(shù)團(tuán)體中國(guó)建筑學(xué)會(huì)主辦的、建設(shè)部主管的一本科普期刊，創(chuàng)刊于1981年，現(xiàn)擁有讀者近4萬。他們遍及全國(guó)的各個(gè)設(shè)計(jì)院、建筑師、工程師、材料商、房地產(chǎn)開發(fā)公司、裝飾公司、大專院校的學(xué)生和各大企業(yè)的基建部門。創(chuàng)刊二十多年來，以其嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)，博得了廣大讀者的欣賞與信賴。國(guó)內(nèi)統(tǒng)一刊號(hào)：CN11-1243/TU，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)刊號(hào)：ISSN1002-8544）。中國(guó)知網(wǎng)全文收錄。

　　摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，建筑護(hù)圍開始越來越多的采用玻璃、石料以及金屬建造，而且造型新穎獨(dú)特，使建筑整體也更加美觀大方。目前玻璃幕墻是建筑幕之主要外圍保護(hù)結(jié)構(gòu)，因此對(duì)于玻璃幕墻的設(shè)計(jì)的好壞將直接影響著建筑幕墻的質(zhì)量。在進(jìn)行玻璃幕墻優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該緊密圍繞幕墻的安全可靠、實(shí)用美觀以及經(jīng)濟(jì)合理這三大原則。

　　關(guān)鍵詞：建筑幕墻,幕墻結(jié)構(gòu),優(yōu)化設(shè)計(jì)

　　1、前言

　　建筑幕墻的優(yōu)化設(shè)計(jì)是最優(yōu)化設(shè)計(jì)方法在建筑幕墻設(shè)計(jì)領(lǐng)域的應(yīng)用。幕墻的最優(yōu)化設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)單的說，就是從所有可能的設(shè)計(jì)方案中，尋求最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案，以最大限度地滿足設(shè)計(jì)所提出的目標(biāo)。最優(yōu)化的理論和方法是隨著計(jì)算機(jī)的迅速普及而發(fā)展起來的，正因?yàn)樽顑?yōu)化的宗旨是追求最優(yōu)目標(biāo)，這就決定了它的應(yīng)用價(jià)值，最優(yōu)化問題的解決意味著在相同條件下獲得最優(yōu)的方案、最好的效果和最優(yōu)的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。最優(yōu)化的應(yīng)用和推廣，必將使建筑幕墻的設(shè)計(jì)提高到一個(gè)新水平。

　　目前，幕墻的設(shè)計(jì)，多采用類比法，參考已有的設(shè)計(jì)或經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析對(duì)比，從而確定所需的設(shè)計(jì)參數(shù)。也有選擇有限的幾種方案進(jìn)行計(jì)算，最后根據(jù)設(shè)計(jì)要求確定一組較好的設(shè)計(jì)參數(shù)。一般來說，這樣確定的設(shè)計(jì)方案，不是最佳的設(shè)計(jì)方案。但是，如果采用最優(yōu)化方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，則可以獲得最佳的設(shè)計(jì)方案。最優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，是根據(jù)設(shè)計(jì)要求建立數(shù)學(xué)模型，選用有效的最優(yōu)化計(jì)算方法，設(shè)計(jì)編寫優(yōu)化軟件，在計(jì)算機(jī)上完成設(shè)計(jì)計(jì)算，最后獲得最佳的設(shè)計(jì)方案。

　　2、結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

　　1）為了保證幕墻結(jié)構(gòu)能正常工作，在設(shè)計(jì)每一構(gòu)件時(shí)，首先要使構(gòu)件在外力作用下不破壞，即每一構(gòu)件要有足夠的強(qiáng)度。第二要考慮構(gòu)件在外力作用下要變形，但變形不能超過某一允許范圍，即每一構(gòu)件要有足夠的剛度。最后，構(gòu)件在外力作用下，可能原來的形狀不能繼續(xù)維持而要突然改變，即原來的平衡形式不能保持穩(wěn)定。幕墻構(gòu)件設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)考慮以上三方面以及參數(shù)本身、構(gòu)造方面的要求，以數(shù)學(xué)表達(dá)式的方式寫出。但對(duì)具體工程的具體構(gòu)件，往往有時(shí)只考慮某些主要方面，有時(shí)可以以強(qiáng)度為主要的，有時(shí)則可能以撓度為主要的。假如所設(shè)計(jì)的構(gòu)件能符合強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性的要求，就認(rèn)為設(shè)計(jì)是安全的。

　　一般而言，橫梁在設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮強(qiáng)度、剛度、整體穩(wěn)定、局部穩(wěn)定。立柱應(yīng)考慮強(qiáng)度、剛度和局部承壓。拉彎構(gòu)件應(yīng)考慮強(qiáng)度和剛度。壓彎構(gòu)件應(yīng)考慮強(qiáng)度、整體穩(wěn)定、局部穩(wěn)定和剛度。幕墻結(jié)構(gòu)的連接通常有焊接、鉚釘連接和螺栓連接。與主體結(jié)構(gòu)的連接有前置式的預(yù)埋件連接，后置式的膨脹螺栓連接、穿透螺栓連接等。

　　2）合理地確定荷載和作用，是幕墻設(shè)計(jì)中十分重要的工作，作用在幕墻上的荷載有重力荷載、風(fēng)荷載、雪荷載，此外還有使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變形和內(nèi)力的作用，有地震作用、溫度作用。如果取值過大，所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)尺寸會(huì)偏大，造成浪費(fèi)；如果過小，則所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)不夠安全。

　　設(shè)計(jì)變量的個(gè)數(shù)就是優(yōu)化問題的維數(shù)，若有n個(gè)設(shè)計(jì)變量X1，X2，…，Xn的優(yōu)化問題，變量按一定次序排列就構(gòu)成一個(gè)數(shù)組.設(shè)計(jì)變量的個(gè)數(shù)越多，設(shè)計(jì)自由度就越大，容易得到比較理想的設(shè)計(jì)方案，但隨之而來的是，使設(shè)計(jì)復(fù)雜起來，優(yōu)化計(jì)算更加困難，所以，應(yīng)盡量減少設(shè)計(jì)變量的數(shù)目，將一些參數(shù)定為設(shè)計(jì)常量，而只將那些對(duì)目標(biāo)函數(shù)影響較大的設(shè)計(jì)參數(shù)確定為設(shè)計(jì)變量，以使優(yōu)化設(shè)計(jì)容易進(jìn)行。

　　3實(shí)例分析

　　以下主要針對(duì)建筑幕墻優(yōu)化結(jié)果的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行闡述，并進(jìn)一步驗(yàn)證了優(yōu)化結(jié)果可用于指導(dǎo)生產(chǎn)設(shè)計(jì)。現(xiàn)階段由于我國(guó)城市建設(shè)的快速發(fā)展，促使建筑工程日趨繁榮的同時(shí)也這在一定程度上影響著建筑幕墻的設(shè)計(jì)領(lǐng)域，在面對(duì)著強(qiáng)烈的市場(chǎng)需求下，各個(gè)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的殘酷性可想而知，為了能夠獲得更加優(yōu)化的設(shè)計(jì)方案，就必須要對(duì)每一個(gè)細(xì)節(jié)進(jìn)行分析對(duì)設(shè)計(jì)中存在的問題進(jìn)行討論從而使建筑幕墻設(shè)計(jì)達(dá)到最優(yōu)的效果。

　　當(dāng)前，在建筑幕墻的圖紙?jiān)O(shè)計(jì)中，通常采用簡(jiǎn)支梁或雙支點(diǎn)梁結(jié)構(gòu)，這兩種結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)單，便于計(jì)算，便于審核，便于施工。主要問題是結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)不合理，沒有充分利用材料的力學(xué)特性，所以造成不必要的資源浪費(fèi)，提高了工程造價(jià)。

　　某工程主樓的隱形框玻璃幕墻為例，設(shè)主樓層高為3600mm標(biāo)高為100m，最大組合荷載為q=4N／mm，最大分格為1200mm。在不改變分格，不改變?cè)煨�，不影響質(zhì)量的前提下，分別采用三種不同結(jié)構(gòu)形式計(jì)算的結(jié)果如下：

　　3.1簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu)

　　簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu)和安工程實(shí)例計(jì)算的結(jié)構(gòu)如下：

　　圖1-1簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu)和彎矩曲線

　　從力學(xué)分析可知：簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu)的梁中彎矩很大，Mmax=6480000N-mm，而支承點(diǎn)的彎矩為0，梁系受力處于嚴(yán)重不均衡狀態(tài)。為了滿足強(qiáng)度和撓度要求，必須采用190×72×3的氟碳噴涂鋁合金立柱，立柱自重為4.27kg／m。

　　圖1-2雙支點(diǎn)梁結(jié)構(gòu)和彎矩曲線

　　3.2雙支點(diǎn)梁結(jié)構(gòu)

　　為改善簡(jiǎn)支梁支承點(diǎn)彎矩為0的文圖，設(shè)計(jì)經(jīng)常采用雙支點(diǎn)來替代單支點(diǎn)，雙支點(diǎn)梁結(jié)構(gòu)和按工程實(shí)例計(jì)算的結(jié)構(gòu)如圖1-2所示。

　　由于多余約束的作用，雙支點(diǎn)梁的最大彎矩從梁中轉(zhuǎn)移到支承點(diǎn)處。最大彎矩為：Mmax=4773750N-mm。為了滿足強(qiáng)度和撓度要求，必須采用160×72×3的氟碳噴涂鋁合金立柱，立柱自重為3.77kg／m。

　　與簡(jiǎn)支梁相比，雙支點(diǎn)梁每米長(zhǎng)度鋁立柱自重可以減少0.50kg，即每平方米玻璃幕墻可以減少0.42kg／m2，降低型材成本12.18元／m2。但是，雙支點(diǎn)梁需要增加一個(gè)支承點(diǎn)，每個(gè)支承點(diǎn)的埋板和連接件等費(fèi)用為66元／套，相當(dāng)于每平米玻璃幕墻增加15.28元／m2，收支相抵成本反而增加3.10元／m2，沒有達(dá)到降低工程造價(jià)的目的。所以，不如直接采用支梁省時(shí)、省工、成本也較低。

　　3.3優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

　　對(duì)于上述實(shí)例，如果采用優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)，梁系的力學(xué)將發(fā)生質(zhì)的變化，優(yōu)化設(shè)計(jì)的梁系結(jié)構(gòu)和按工程實(shí)例利用計(jì)算程序計(jì)算的結(jié)構(gòu)如圖1-3所示：

　　圖1-2優(yōu)化設(shè)計(jì)梁系結(jié)構(gòu)和彎矩曲線

　　優(yōu)化設(shè)計(jì)后，梁系的Mmax=3240000N-mm，該數(shù)值僅為簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu)的一半。為了滿足強(qiáng)度和撓度要求，必須采用120×72×3的氟碳噴涂鋁合金立柱，立柱自重為3.10kg／m。

　　計(jì)算表明：與簡(jiǎn)支梁相比，每米鋁立柱可減少1.17kg，每平方米玻璃幕墻可減少0.98kg／m2，可降低成本28.42元／m2。

　　由此可見，優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)后，可以使玻璃幕墻成本降低。

　　4、結(jié)語

　　實(shí)踐表明，優(yōu)化設(shè)計(jì)除安全適用外，可做到重量最輕、成本最低、節(jié)省能源、加工制作和安裝施工勞動(dòng)力最省、工期最短，在確保安全可靠的前提下，獲取極大的經(jīng)濟(jì)效益。使建筑幕墻設(shè)計(jì)做到技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、安全適用、確保質(zhì)量。

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