建筑幕墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的探討

1、<p>　　建筑幕墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的探討</p><p>　　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(lái)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。 </p><p&g

2、t;　　關(guān)鍵詞：建筑幕墻幕墻結(jié)構(gòu) 優(yōu)化設(shè)計(jì) </p><p>　　Abstract: With the development of science and technology, building protection began to use more and more glass, stone and metal construction, and the other is novel and unique

3、, so that the whole building is more beautiful. At present, the glass curtain wall is the main architectural curtain external protection structure, so the design of glass curtain wall will directly affect the quality of

4、building curtain wall. In the glass curtain wall design, should be closely around the curtain wall is saf</p><p>　　Key words: building curtain wall, curtain wall structure; optimization design; </p>&

5、lt;p>　　中圖分類號(hào)：S611 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)： </p><p><b>　　前言 </b></p><p>　　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(shuō)，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(lái)的，正因?yàn)樽顑?yōu)

6、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(wèn)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。 </p><p>　　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(lái)說(shuō)，這樣確定的設(shè)計(jì)方案，不是最佳的

7、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。 </p><p>　　2、結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)注意事項(xiàng) </p><p>　　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

8、要考慮構(gòu)件在外力作用下要變形，但變形不能超過(guò)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(lái)的形狀不能繼續(xù)維持而要突然改變，即原來(lái)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。 &

9、lt;/p><p>　　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。 </p><p>　　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

10、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(guò)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(guò)小，則所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)不夠安全。 </p><p>　　設(shè)計(jì)變量的個(gè)數(shù)就是優(yōu)化問(wèn)題的維數(shù)，若有n個(gè)設(shè)計(jì)變量X1，X2，…，Xn的優(yōu)化問(wèn)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(lái)的是，使設(shè)計(jì)復(fù)雜起來(lái)，

11、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。 </p><p><b>　　3實(shí)例分析 </b></p><p>　　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)?，F(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

12、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(wèn)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。 </p><p>　　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(wèn)題是結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)不合理，沒(méi)有充分利用材料的力學(xué)特性，所

13、以造成不必要的資源浪費(fèi)，提高了工程造價(jià)。 </p><p>　　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： </p><p><b>　　3.1簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu) </b></p><p&

14、gt;　　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： </p><p>　　圖1-1簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu)和彎矩曲線 </p><p>　　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。 </p>

15、<p>　　圖1-2雙支點(diǎn)梁結(jié)構(gòu)和彎矩曲線 </p><p>　　3.2雙支點(diǎn)梁結(jié)構(gòu) </p><p>　　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(lái)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。 </p><p>　　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

16、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。 </p><p>　　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

17、增加3.10元／m2，沒(méi)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。 </p><p>　　3.3優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu) </p><p>　　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： </p><p>　　圖1-2優(yōu)化設(shè)計(jì)梁系結(jié)構(gòu)和彎矩曲線 </p&g

18、t;<p>　　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。 </p><p>　　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。 </p><p&