建筑幕墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的探討

1、<p>　　建筑幕墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的探討</p><p>　　摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，建筑護(hù)圍開始越來越多的采用玻璃、石料以及金屬建造，而且造型新穎獨特，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)，因此對于玻璃幕墻的設(shè)計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)計時，應(yīng)該緊密圍繞幕墻的安全可靠、實用美觀以及經(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 </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：S611 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號： </p><p><b>　　前言 </b></p><p>　　建筑幕墻的優(yōu)化設(shè)計是最優(yōu)化設(shè)計方法在建筑幕墻設(shè)計領(lǐng)域的應(yīng)用。幕墻的最優(yōu)化設(shè)計，簡單的說，就是從所有可能的設(shè)計方案中，尋求最優(yōu)的設(shè)計方案，以最大限度地滿足設(shè)計所提出的目標(biāo)。最優(yōu)化的理論和方法是隨著計算機(jī)的迅速普及而發(fā)展起來的，正因為最優(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)計提高到一個新水平。 </p><p>　　目前，幕墻的設(shè)計，多采用類比法，參考已有的設(shè)計或經(jīng)驗數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析對比，從而確定所需的設(shè)計參數(shù)。也有選擇有限的幾種方案進(jìn)行計算，最后根據(jù)設(shè)計要求確定一組較好的設(shè)計參數(shù)。一般來說，這樣確定的設(shè)計方案，不是最佳的

7、設(shè)計方案。但是，如果采用最優(yōu)化方法進(jìn)行設(shè)計，則可以獲得最佳的設(shè)計方案。 最優(yōu)化設(shè)計方法，是根據(jù)設(shè)計要求建立數(shù)學(xué)模型，選用有效的最優(yōu)化計算方法，設(shè)計編寫優(yōu)化軟件，在計算機(jī)上完成設(shè)計計算，最后獲得最佳的設(shè)計方案。 </p><p>　　2、結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計注意事項 </p><p>　　1）為了保證幕墻結(jié)構(gòu)能正常工作，在設(shè)計每一構(gòu)件時，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)計時，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。但對具體工程的具體構(gòu)件，往往有時只考慮某些主要方面，有時可以以強度為主要的，有時則可能以撓度為主要的。假如所設(shè)計的構(gòu)件能符合強度、剛度和穩(wěn)定性的要求，就認(rèn)為設(shè)計是安全的。 &

9、lt;/p><p>　　一般而言，橫梁在設(shè)計中應(yīng)考慮強度、剛度、整體穩(wěn)定、局部穩(wěn)定。立柱應(yīng)考慮強度、剛度和局部承壓。拉彎構(gòu)件應(yīng)考慮強度和剛度。壓彎構(gòu)件應(yīng)考慮強度、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。如果取值過大，所設(shè)計的結(jié)構(gòu)尺寸會偏大，造成浪費；如果過小，則所設(shè)計的結(jié)構(gòu)不夠安全。 </p><p>　　設(shè)計變量的個數(shù)就是優(yōu)化問題的維數(shù)，若有n個設(shè)計變量X1，X2，…，Xn的優(yōu)化問題，變量按一定次序排列就構(gòu)成一個數(shù)組.設(shè)計變量的個數(shù)越多，設(shè)計自由度就越大，容易得到比較理想的設(shè)計方案，但隨之而來的是，使設(shè)計復(fù)雜起來，

11、優(yōu)化計算更加困難，所以，應(yīng)盡量減少設(shè)計變量的數(shù)目，將一些參數(shù)定為設(shè)計常量，而只將那些對目標(biāo)函數(shù)影響較大的設(shè)計參數(shù)確定為設(shè)計變量，以使優(yōu)化設(shè)計容易進(jìn)行。 </p><p><b>　　3實例分析 </b></p><p>　　以下主要針對建筑幕墻優(yōu)化結(jié)果的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行闡述，并進(jìn)一步驗證了優(yōu)化結(jié)果可用于指導(dǎo)生產(chǎn)設(shè)計?，F(xiàn)階段由于我國城市建設(shè)的快速發(fā)展，促使建筑工程日趨繁榮的同

12、時也這在一定程度上影響著建筑幕墻的設(shè)計領(lǐng)域，在面對著強烈的市場需求下，各個企業(yè)競爭的殘酷性可想而知，為了能夠獲得更加優(yōu)化的設(shè)計方案，就必須要對每一個細(xì)節(jié)進(jìn)行分析對設(shè)計中存在的問題進(jìn)行討論從而使建筑幕墻設(shè)計達(dá)到最優(yōu)的效果。 </p><p>　　當(dāng)前，在建筑幕墻的圖紙設(shè)計中，通常采用簡支梁或雙支點梁結(jié)構(gòu)，這兩種結(jié)構(gòu)形式簡單，便于計算，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

13、以造成不必要的資源浪費，提高了工程造價。 </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，不改變造型，不影響質(zhì)量的前提下，分別采用三種不同結(jié)構(gòu)形式計算的結(jié)果如下： </p><p><b>　　3.1簡支梁結(jié)構(gòu) </b></p><p&

14、gt;　　簡支梁結(jié)構(gòu)和安工程實例計算的結(jié)構(gòu)如下： </p><p>　　圖1-1簡支梁結(jié)構(gòu)和彎矩曲線 </p><p>　　從力學(xué)分析可知：簡支梁結(jié)構(gòu)的梁中彎矩很大，Mmax=6480000N-mm，而支承點的彎矩為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雙支點梁結(jié)構(gòu)和彎矩曲線 </p><p>　　3.2雙支點梁結(jié)構(gòu) </p><p>　　為改善簡支梁支承點彎矩為0的文圖，設(shè)計經(jīng)常采用雙支點來替代單支點，雙支點梁結(jié)構(gòu)和按工程實例計算的結(jié)構(gòu)如圖1-2所示。 </p><p>　　由于多余約束的作用，雙支點梁的最大彎矩從梁中轉(zhuǎn)移到支承點處。最大彎矩為：Mmax=4773750N-mm。為了

16、滿足強度和撓度要求，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>　　與簡支梁相比，雙支點梁每米長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，雙支點梁需要增加一個支承點，每個支承點的埋板和連接件等費用為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，沒有達(dá)到降低工程造價的目的。所以，不如直接采用支梁省時、省工、成本也較低。 </p><p>　　3.3優(yōu)化設(shè)計結(jié)構(gòu) </p><p>　　對于上述實例，如果采用優(yōu)化設(shè)計技術(shù)，梁系的力學(xué)將發(fā)生質(zhì)的變化，優(yōu)化設(shè)計的梁系結(jié)構(gòu)和按工程實例利用計算程序計算的結(jié)構(gòu)如圖1-3所示： </p><p>　　圖1-2優(yōu)化設(shè)計梁系結(jié)構(gòu)和彎矩曲線 </p&g

18、t;<p>　　優(yōu)化設(shè)計后，梁系的Mmax=3240000N-mm，該數(shù)值僅為簡支梁結(jié)構(gòu)的一半。為了滿足強度和撓度要求，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>　　計算表明：與簡支梁相比，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&