建筑幕墙设计中的优化问题

1、建筑幕墙设计中的优化问题伴随着社会经济的发展，人们生活水平的提高，对建筑物的要求越来越高， 近几年，建筑幕墙在建筑工程中广泛被应用，并得到人们的青睐，但是在建筑幕 墙设计中还存在一些问题，因此，需要对建筑幕墙设计进行优化。本文主要就建 筑幕墙设计中的优化问题进行分析。标签：建筑幕墙;幕墙设计;优化引言：随着科学的进步与社会的发展，建筑工程材料及设备发生了巨大变化，建筑 幕墙也得到了很大的改进与创新，但是，建筑幕墙的质量却很难保证，建筑幕墙 的好坏直接影响着建筑施工的安全，而在建哉幕墙的过程中，影响幕墙施工质量 的因素有许多，只有提高了幕墙的设计质量，才能实现幕墙的使用价值。1、建筑幕墙的概述一

2、般而言，作为建筑工程的一项外围护结构或装饰性结构的建筑幕墙主要有 支承结构体系和面板两部分组成。其主要的功能是使建筑幕墙自身具有一定变形 能力，或相对主体结构有一定位移能力。随着科技的发展，目前建筑幕墙有很多种类。根据不同的标准，建筑幕墙有 不同的分类。根据支承结构的形式，建筑幕墙可分为全玻璃幕墙、构件式幕墙、 单元式幕墙、点支承玻璃幕墙、双层幕墙;根据面板材料，建筑幕墙可分为石材 幕墙、金属板幕墙、组合面板幕墙、玻璃幕墙及人造板材幕墙;根据是否密闭的 特点，建筑幕墙可分为封闭式幕墙和开放式幕墙。2、建筑幕墙设计中需要关注的问题2.1埋件部分的设置问题由于很多幕墙工程招标存在滞后问题，主体结构

3、已完工才进行招标，从而导 致幕墙工程没有设置预埋件。因此，在设计幕墙的过程中，必须掌握施工工程的 进度;对于未设置预埋件的工程，应当采用设置后补埋件的方法来弥补。此外， 要特别注意的是，预置埋件锚筋应采用HPB235、HRB335或HRB400级热轧钢 筋，锚固长度需要计算得出;而后置埋件的连接螺栓可采用膨胀螺栓及化学锚栓， 并应进行承载力现场试验。2.2幕墙与主体连接问题幕墙铝龙骨与主体连接时，应当使用热浸镀锌钢角码连接，并且将角码螺栓 设置为两行一列式。此外，还应注意连接时.必须设置绝缘垫片，以达到有效防止双金属腐蚀的目的。2.3立柱、横梁部分的设计问题在设计立柱时，需要使用力学计算模型计

4、算.并且要符合工程实际情况，立 柱宜设计成受拉杆件。立柱和横梁宜采用铝合金型材，可采用氟碳喷涂或粉沫喷 涂的方法对材料的表面进行处理。当出现立柱计算跨度大的情况时，可以采用矩 形钢管，表面进行除锈和氟碳喷涂。在计算过程中，应注意截面特性参数的计算 结果必须准确，同时校核杆件强度和挠度也必须满足受力要求。此外，要注意层 间立柱连接的问题，芯柱与型材的连接必须设置在下层立柱处，并且用不锈钢螺 栓连接，其缝隙可以用硅酮密封胶来填充。2.4幕墙的防火防烟设计问题进行幕墙的防火防烟设计时，必须按照规范规定执行幕墙与各层楼板以及墙 体之间的缝隙，采用防火岩棉进行封堵，并应填充密实。楼层间水平防烟带的防 火

5、岩棉应该用厚度不小于l.smm的镀锌钢板承托。防烟带的承托板与主体结构、 幕墙结构以及承托板之间的缝隙必须填充防火密封材料，以达到防火防烟的目 的。2.5幕墙的防雷设计幕墙的防雷原理是通过金属立柱，将雷电传导到主体结构避雷系统上，从而 使雷电传导到地面，最终实现防雷的作用。因此，设计幕墙的防雷系统时，必须 由上向下设置避雷引下线与均压环连接。安装防雷导线前，必须先除掉接触面上 的非导电保护层，将对应导电通路立柱的预埋件或固定件采用圆钢或扁钢和均压 环可靠焊接连通，形成防雷通路。需要特别注意的是立柱层间的缝隙需用柔性防 雷铜质导线或铅质导线连通，实现导电作用。3、建筑幕墙设计优化3.1节点系统选

6、择与优化在达到系统性能、系统构造要求与安装、维护要求的基础下，选择较好的节 点系统，能够有效地控制幕墙成本。通常来说，应尽可能使用横梁与立柱的截面 相对简单、构造不复杂、材料分配比较合理的系统。以下将两套系统做简单的比 较，系统1为之前流行的一套小单元式隐框幕墙系统，如图1所示;系统2为另 一套隐框幕墙系统，如图2所示。就上述两套材料的截面参数分析得知，第2 种系统有较好的受力，所用的铝材也很少。图1小单元式隐框幕墙系统图2隐框幕墙系统在幕墙立面分格设计中，合理的优化分格，对幕墙成本的控制效果非常明显， 依据经验，分格优化有时能够减少总成本的3%6%。所谓分格优化，就是在符 合构件受力、功能、

7、外观等条件下，尽可能使单位面积所占的周边长度在最小状 态。这样不但能够节约幕墙龙骨、结构胶、附件、埋件、支座、连接件等的用量 与减少人工成本。并且，对幕墙的水密性能、热工性能、气密性能等都有所完善。 广州西塔外墙的单元式隐框玻璃幕墙，就是一个非常好的例子，22层72层（标 高94.6m-324.0m） 的“墙面”三段大圆弧位置，层高H=4500mm，因为支承幕墙 的主体是外挑楼板，同时考虑到单元式幕墙的安装问题，在每楼层仅设置一个支 点。风荷载标准值达wk=4.623kN/m2，组合荷载设计值达w合=6.67kN/m2。我 们采取axb=1500mmx4500mm的分格形式，局部分格如图3所示

8、。图3局部立面图因为分格相对合理，每平方米所用的铝料总量不到11.5kg。针对如此大的风 压、如此厚的玻璃面板与如此高的楼层，支承条件并不是很有利的情况下，此铝 料用量是相对节省的。3.3幕墙优化设计模型的建立3.3.1目标函数它是设计关注的内容，其是用来分析设计优劣的一个具体的目标。幕墙优化 设计可以是优化结构形式、确定优化的截面尺寸、成本最低、生产率最高等。目 标函数分单目标函数和多目标函数。3.3.2幕墙的设计变量幕墙的一个设计方案，一般可用一组参数来表示，在这些参数中，有的是预 先确定的，即在设计过程中固定不变的量，即设计常量，如材料的弹性模量e、 材料的泊松比y、材料的线膨胀系数a、

9、材料的强度设计值等等;有些参数实质上 不是常量，但在某些具体问题中可以看成常量，如风荷载，它是与地区、建筑物 高度、建筑物所处的地面粗糙度、建筑物的体型等有关的量，但有的时候、有的 情况下，可以作为常量处理。另一类是在优化过程中经过逐步调整、最后达到最 优值的独立参数，叫做设计变量。优化设计的目的就是使各个设计变量达到最优 的组合。优化截面尺寸的设计中，截面的几何参数、物理参数就是设计变量。此 处要注意的是，积极的分析受力和作用，是当前该项设计要认真关注的内容，反 应在墙体中的力的类型非常多。假如取数太大的话，设计的尺寸就会太高，进而 导致浪费。假如太小的话，此时得到的结构不安全。设计变量的个

10、数就是优化问题的维数，若有n个设计变量x1，x2, .xn的 优化问题，变量按一定次序排列就构成一个数组。设计变量的个数越多，设计自 由度就越大，可以获取优秀的方案，不过，此时的设计会非常的繁琐，要想对其 优化更为艰难。因此，要降低变量的总数，把很多的参数设置为常数，把那种对 函数有着非常高端干扰的数值定为变量，此时就可以有效的开展设计活动。约束条件也叫约束函数，是设计变量本身或者设计变量之间应遵循的现在条 件的数学表达式。在优化过程中，设计变量不断改变其数值，以望达到目标函数 的最小值。但设计变量的改变要受到限制和约束，设计变量在设计中的取值范围、 上下边界也都必须有一定的限制，它们都是设计变量的函数。为确保结构可以正 常的活动，在设计的时候，不仅仅要确保构件在外力的影响之下不被干扰，也就 是说要保证构件有非常高的强度。除此之外，还要分析其在外力的影响之下要变 形，不过要保证该变化在特定的区间之中，也就是说所有的构件都要有非常好的 刚度。第三，在外力的干扰之下，有时候之前的状态无法维持了，要发生一定的 变化。在开展设计工作的时候，要综合分析如上的三个要素。不过对于项目的实 际构件，一般只是分析一些关键的内容，比如有时要将强度当成是关键，或者是 将扰度当成是关键的。如果构件可以合乎强度等的规定的话，就判断其是合理的。