建筑幕墻結構優化設計探討

摘 要：隨著我國建筑事業的快速發展，人們對建筑幕墻結構的優化設計加強了重視。文章結合筆者長久的活動經驗，分析了幕墻構造的概念設計相關的內容。

關鍵詞：建筑幕墻；幕墻結構；概念設計；優化設計

1 關于幕墻構造的概念設計工作

1.1 關于其具體的設計思想

此處講到的該項設計內容是說不經過認真的分析，特別是在一些無法開展精準分析的事項之中，結合幕墻整體結構體系與分體系之間的力學關系、結構破壞機理和工程經驗所獲得的基本設計原則和設計思想，站在總體的層次之中來明確結構的布局以及細微層次的方法的一種大層面的控制活動。運用概念性近似估算方法，可以在幕墻設計的方案階段迅速、有效的對結構體系進行構思、比較與選擇，易于掌握。獲取的方案定義很清楚，而且定性精準，此時在后續的設計時期就不需要開展繁瑣的計算了，有著非常好的安全性，而且能夠節省費用。而且，我們也常用它來分析電腦輸出信息是不是精準的。

1.2 關于該項設計的具體內容

1.2.1 明確結構規劃

任何優秀的設計都要有一個有效的結構規劃，也就是說要有非常好的結構模式和體系。要保證體系的受力是精準的，而且力的傳遞是便捷的，相關的結構單元要使用不一樣的體系，要保證水平和豎直方向是規整的?？傮w上來講，要認真的探索設計規定，了解幕墻的結構特征，關注材料的供給，關注建設狀態等一些內容，而且要和相關的組織等積極溝通，在這個前提之下開展選型工作，明確結構內容，如果需要的話還要對其開展比對，選取最為優秀的。

1.2.2 選取優秀的計算圖

該項計算活動是在簡圖的前提之下開展的。如果選取的圖紙不合理的話，就會引發一些安全問題，所以只有保證圖紙是合理的，才可以保證結構是安全的。該項圖紙還要借助于合理的構造方法來維護。具體結構中的節點通常不是那種非常單純的鉸結點，不過和圖中的誤差內容要控制在規定的區間之中。

1.2.3 積極分析計算信息

當前在開展該項設計活動的時候要使用電腦，不過因為市面上的軟件總數非常多，不一樣的軟件會帶來不一樣的計算內容。所以設計人員要高度的關注起適合使用的區域，要了解技術內容，只有這樣才能確保計算信息是精準的，而且規定結構人員在得知電算信息的時候，要積極地探索，綜合的校驗，進而得到有效的判斷。

1.2.4 使用合理的構造方法

積極的開展弱勢區域的設計活動，尤其要關注節點的設計是不是精準的，特別是要保證焊縫等處的設計內容。如果需要的話還應該分析應力的干擾。同時，還要分析防線設計，防止弱點。

2 開展幕墻設計的時候要綜合分析的要素和步驟

2.1 首先必須了解幕墻面板布置及其分格。

2.2 熟悉幕墻后面主體結構支承情況。

2.3 了解主體結構對幕墻的邊界條件。

2.4 建筑師及業主對幕墻結構型式的要求。

2.5 根據以下因素確定結構型式：

各種結構型式的受力特點；各種結構型式適用條件；各種結構型式經濟合理性；各種結構型式與幕墻的匹配性。

2.6 幕墻結構設計問題

2.6.1 所謂幕墻，本身是設置在主體構造之中的外圍體系，該結構只是負擔墻體自身受到的力，不應該承擔主體傳遞的力。對于幕墻構造來講，它承擔的力要經由適當的連接傳遞給主體，而且要保證其合乎主體相關的變形內容。

2.6.2 結合規范和相關的構造特征，明確結構的類型，不能夠只是關注外在的規定，不過在條件許可的時候可以合乎業主等規定。不應該沒有目的的應用索結構。要積極的和相關的設計人員聯系，要尋求其思想，要不然的話就會導致浪費現象發生。

2.6.3 應重視鋼結構連接節點可靠性；有框幕墻及石材是掛在主體結構上，其連接非常重要；隱框幕墻設計要謹慎，玻璃下設托條，結構膠設計計算及質量要有可靠保證。

3 幕墻優化設計模型的建立

3.1 目標函數

它是設計關注的內容，其是用來分析設計優劣的一個具體的目標。幕墻優化設計可以是優化結構形式、確定優化的截面尺寸、成本最低、生產率最高等。目標函數分單目標函數和多目標函數。

3.2 幕墻的設計變量

幕墻的一個設計方案，一般可用一組參數來表示，在這些參數中，有的是預先確定的，即在設計過程中固定不變的量，即設計常量，如材料的彈性模量e、材料的泊松比y、材料的線膨脹系數a、材料的強度設計值等等；有些參數實質上不是常量，但在某些具體問題中可以看成常量，如風荷載，它是與地區、建筑物高度、建筑物所處的地面粗糙度、建筑物的體型等有關的量，但有的時候、有的情況下，可以作為常量處理。另一類是在優化過程中經過逐步調整、最后達到最優值的獨立參數，叫做設計變量。優化設計的目的就是使各個設計變量達到最優的組合。優化截面尺寸的設計中，截面的幾何參數、物理參數就是設計變量。此處要注意的是，積極的分析受力和作用，是當前該項設計要認真關注的內容，反應在墻體中的力的類型非常多。假如取數太大的話，設計的尺寸就會太高，進而導致浪費。假如太小的話，此時得到的結構不安全。

設計變量的個數就是優化問題的維數，若有n個設計變量x1，x2，…，xn的優化問題，變量按一定次序排列就構成一個數組。設計變量的個數越多，設計自由度就越大，可以獲取優秀的方案，不過，此時的設計會非常的繁瑣，要想對其優化更為艱難。因此，要降低變量的總數，把很多的參數設置為常數，把那種對函數有著非常高端干擾的數值定為變量，此時就可以有效的開展設計活動。

3.3 約束條件

約束條件也叫約束函數，是設計變量本身或者設計變量之間應遵循的現在條件的數學表達式。在優化過程中，設計變量不斷改變其數值，以望達到目標函數的最小值。但設計變量的改變要受到限制和約束，設計變量在設計中的取值范圍、上下邊界也都必須有一定的限制，它們都是設計變量的函數。為確保結構可以正常的活動，在設計的時候，不僅僅要確保構件在外力的影響之下不被干擾，也就是說要保證構件有非常高的強度。除此之外，還要分析其在外力的影響之下要變形，不過要保證該變化在特定的區間之中，也就是說所有的構件都要有非常好的剛度。第三，在外力的干擾之下，有時候之前的狀態無法維持了，要發生一定的變化。在開展設計工作的時候，要綜合分析如上的三個要素。不過對于項目的實際構件，一般只是分析一些關鍵的內容，比如有時要將強度當成是關鍵，或者是將擾度當成是關鍵的。如果構件可以合乎強度等的規定的話，就判斷其是合理的。

一般而言，橫梁在設計中應考慮強度、剛度、整體穩定、局部穩定。立柱應考慮強度、剛度和局部承壓。拉彎構件應考慮強度和剛度。壓彎構件應考慮強度、整體穩定、局部穩定和剛度。幕墻結構的連接通常有焊接、鉚釘連接和螺栓連接。

4 結束語

我們國家的很多工程人員在開展該項設計活動的時候，獲取了非常多的經驗，而且關鍵體現在設計信息和圖集內容之中。當前的電腦科技和計算措施不斷的發展，此時的電腦和結構的計算步驟在該項設計活動中獲取了非常顯著的應用，進而為該項設計供應了非常多的信息，確保了該項設計的思想更為合理。

參考文獻

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