建筑幕墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)在工程中的應(yīng)用

文汝斌

摘? ? 要：科學(xué)地減少成本是有效強(qiáng)化幕墻企業(yè)中標(biāo)的關(guān)鍵方式。通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)降低幕墻主材的用量是相關(guān)設(shè)計(jì)者值得深思的課題。針對(duì)幕墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案來(lái)說(shuō)，其應(yīng)當(dāng)依據(jù)工程具體狀況進(jìn)行分析。對(duì)此，本文從以下幾個(gè)方面進(jìn)行詳細(xì)闡述：一是技術(shù)方面;二是造價(jià)方面。結(jié)果顯示，多跨鉸接連續(xù)靜定梁屬于可靠性強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)性高的幕墻立柱計(jì)算模型。

關(guān)鍵詞：建筑幕墻結(jié)構(gòu);優(yōu)化設(shè)計(jì);雙跨梁;多跨鉸接連續(xù)靜定梁

1? 引言

針對(duì)立柱來(lái)說(shuō)，其屬于幕墻關(guān)鍵受力構(gòu)件，是優(yōu)化設(shè)計(jì)當(dāng)中的一個(gè)十分關(guān)鍵的步驟。在迎合幕墻性能的基礎(chǔ)上，站在技術(shù)經(jīng)濟(jì)的立場(chǎng)出發(fā)，對(duì)加工、安裝等一系列因素進(jìn)行充分考慮。

2? 幕墻安裝方式與受力模型

對(duì)《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范》中的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行深度剖析后可知，該規(guī)范要求相關(guān)設(shè)計(jì)者要結(jié)合立柱的具體支承條件，分別依據(jù)以下幾點(diǎn)來(lái)對(duì)有風(fēng)荷載形成的彎矩亦或是地震作用形成的彎矩進(jìn)行計(jì)算：一是單跨梁;二是雙跨梁;三是多跨鉸接梁，同時(shí)結(jié)合其支承條件計(jì)算軸向力。結(jié)合相關(guān)調(diào)查研究顯示，不同的埋件設(shè)計(jì)，決定了不同的受力方法以及計(jì)算力學(xué)模型，對(duì)實(shí)現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)、降低資金很重要，下面屬于兩種優(yōu)化設(shè)計(jì)里面經(jīng)常使用到的幕墻安裝形式與相關(guān)受力模型。

從客觀的立場(chǎng)出發(fā)來(lái)講，當(dāng)樓面梁截面高度充足能夠布置兩個(gè)支點(diǎn)時(shí)，那么相關(guān)設(shè)計(jì)者需要以多跨鉸接連續(xù)一次超靜定梁為主;緊接著使用雙跨梁;一般而言，倘若樓面梁截面高度不大僅僅能布置一個(gè)支點(diǎn)時(shí)，那么此時(shí)相關(guān)設(shè)計(jì)者應(yīng)當(dāng)以多跨鉸接連續(xù)靜定梁為主。

雙跨梁是使用次數(shù)比較頻繁的力學(xué)模型，相關(guān)設(shè)計(jì)者在對(duì)具體設(shè)計(jì)期間，應(yīng)當(dāng)對(duì)短跨跨度以及全跨跨度的比例值進(jìn)行充分考慮。之所以這樣說(shuō)是由于當(dāng)短跨跨度和全跨跨度比例不大于0.1時(shí)，那么這個(gè)時(shí)候下支點(diǎn)位置的相關(guān)剪力以及負(fù)彎矩會(huì)很大，因?yàn)榛诹航孛娓叨仍S可的基礎(chǔ)上，筆者建議應(yīng)當(dāng)保持在大于0.15的范圍內(nèi)為宜。借助于雙跨梁能夠起到優(yōu)化幕墻立柱受力情況的作用，尤其是能減少立柱變形情況出現(xiàn)的概率，使其剛度以及強(qiáng)度得到應(yīng)有的提升，雖然起到了節(jié)約材料的作用，然而也在無(wú)形當(dāng)中增加了鋼連接件的數(shù)量以及預(yù)埋件數(shù)量。針對(duì)增加的支點(diǎn)處而言，立柱需要加工長(zhǎng)圓孔，這樣就會(huì)在無(wú)形當(dāng)中將焊接的作業(yè)量加以提升，工作水平因此受到干擾，加劇了成本的過(guò)度浪費(fèi)。不只是這樣，對(duì)于施工現(xiàn)場(chǎng)的防火也提出了十分嚴(yán)格的要求。相關(guān)設(shè)計(jì)者在節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)期間，還需要對(duì)以下幾點(diǎn)予以高度重視：一是橫梁的避位;二是立柱插芯的避位。在必要的情況下還應(yīng)當(dāng)將橫梁的位置加以提升。

針對(duì)多跨鉸接連續(xù)靜定梁計(jì)算簡(jiǎn)圖而言，其在幕墻設(shè)計(jì)當(dāng)中得到了廣泛的使用，可見(jiàn)其存在著較強(qiáng)的可行性。一般而言，該梁主要包含以下幾個(gè)部分：一是懸挑端;二是簡(jiǎn)支端，所以在具體使用期間應(yīng)當(dāng)對(duì)其予以高度重視，基于無(wú)窗間墻的狀態(tài)下為了減少懸挑端裸露在外情況出現(xiàn)的概率，相關(guān)設(shè)計(jì)者所選擇的固定點(diǎn)盡可能在梁底。不只是這樣，該梁每層只存在一個(gè)固定點(diǎn)，安裝步驟比較簡(jiǎn)單，有著較強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)工作水平顯著。

倘若第一跨度和其他各跨使用相同懸挑段和簡(jiǎn)支段之比，即a/L 屬于定值，第一跨的跨中彎矩最大，同時(shí)其也能起到一定的控制作用。

3? 型材截面的優(yōu)化設(shè)計(jì)

結(jié)合相關(guān)實(shí)踐調(diào)查可知，如果型材截面慣性矩I越大，那么此時(shí)撓度值就處于遞減的狀態(tài);倘若截面抵抗矩 W 越大，那么此時(shí)立柱承受的正應(yīng)力就呈現(xiàn)出變小的趨勢(shì)。眾所周知，截面的慣性矩以及抵抗矩均和立柱截面形狀存在著密切的聯(lián)系。基于截面積一樣的狀態(tài)之下，相關(guān)設(shè)計(jì)者選擇外形尺寸大的截面，特別是截面高度大的立柱，會(huì)存在比較突出的慣性矩以及抵抗矩。可見(jiàn)這是比較常見(jiàn)的方法，基于鋁型材壁厚迎合相關(guān)要求的基礎(chǔ)上，最大限度地提高截面外形尺寸，強(qiáng)化截面高度亦或是提高立柱前后壁厚度。倘若是基于立柱型材外廓尺寸一致的狀態(tài)下，那么結(jié)合相關(guān)計(jì)算可以看到，對(duì)立柱前后壁的厚度比進(jìn)行提高要比提高兩邊壁厚的方式更有效果，能夠在無(wú)形當(dāng)中將立柱 X 軸的慣性矩以及抵抗矩加以提升。

4? 兩種方案在造價(jià)方面的對(duì)比

在對(duì)多跨越連續(xù)靜定梁和雙跨梁進(jìn)行比較期間，每層結(jié)構(gòu)梁部分降低一個(gè)埋件。通常情況下，以下幾個(gè)構(gòu)件數(shù)量均要降低一半：一是埋件;二是不銹鋼螺栓;三是鋼支座。

從材料費(fèi)的角度出發(fā)來(lái)看：

預(yù)埋件主要以300×200×10 mm為主，鋼筋屬于二級(jí)螺紋鋼，長(zhǎng)度一般為200mm。不管針對(duì)哪塊埋板質(zhì)量來(lái)說(shuō)，都要為 3×2×0.1×7.85kg/ dm3+0.2×4×0.888 kg/ m =5.42 kg;由此可見(jiàn)，預(yù)埋件能夠節(jié)約：5.42 ×7 元 /kg= 37.94 元。

針對(duì)鋼支座來(lái)說(shuō)，其往往以110×70×7mm的鍍鋅鋼角碼為主，長(zhǎng)度通常為100mm。就一對(duì)鋼支座重量而言，均要為0.1×2 只 ×9.65 kg/ m= 1.93 kg;

可見(jiàn)，鋼支座能夠節(jié)約：1.93 ×7 元 /kg= 13.51 元;與此同時(shí)，還能夠節(jié)約兩片40×40×4鍍鋅鋼介子，大概是1元;

從人工費(fèi)的角度出發(fā)來(lái)講：

無(wú)論對(duì)于哪塊預(yù)埋件來(lái)說(shuō)，均能夠降低16元的人工費(fèi);

而就一對(duì)鋼支座而言，其能夠降低4元的人工費(fèi)。

由此可見(jiàn)，借助于多跨度鉸接連續(xù)靜定梁，將機(jī)械費(fèi)用刨除在外之后，大概能夠節(jié)約：16+4+37.94+13.51+1=72.45 元。對(duì)之前的計(jì)算實(shí)例進(jìn)行深度剖析后可知，每平米大概能夠節(jié)約72.45 元 ÷1.4÷4 =12.94 元 / 平米。

5? 結(jié)語(yǔ)

相關(guān)設(shè)計(jì)者應(yīng)當(dāng)在充分結(jié)合建筑結(jié)構(gòu)實(shí)際狀況的基礎(chǔ)上，充分利用各種各樣的計(jì)算模型。就多跨鉸接連續(xù)靜定梁來(lái)說(shuō)，其屬于一種經(jīng)濟(jì)性高的幕墻立柱計(jì)算模型。不僅如此，靈活運(yùn)用型材截面的優(yōu)化設(shè)計(jì)能夠起到節(jié)約資金的作用，繼而從根本上確保經(jīng)濟(jì)效益最大化。

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