建筑幕墙结构的优化设计在工程中的应用

文汝斌

摘    要：科学地减少成本是有效强化幕墙企业中标的关键方式。通过优化设计降低幕墙主材的用量是相关设计者值得深思的课题。针对幕墙结构的优化设计方案来说，其应当依据工程具体状况进行分析。对此，本文从以下几个方面进行详细阐述：一是技术方面;二是造价方面。结果显示，多跨铰接连续静定梁属于可靠性强、经济性高的幕墙立柱计算模型。

关键词：建筑幕墙结构;优化设计;双跨梁;多跨铰接连续静定梁

1  引言

针对立柱来说，其属于幕墙关键受力构件，是优化设计当中的一个十分关键的步骤。在迎合幕墙性能的基础上，站在技术经济的立场出发，对加工、安装等一系列因素进行充分考虑。

2  幕墙安装方式与受力模型

对《玻璃幕墙工程技术规范》中的相关内容进行深度剖析后可知，该规范要求相关设计者要结合立柱的具体支承条件，分别依据以下几点来对有风荷载形成的弯矩亦或是地震作用形成的弯矩进行计算：一是单跨梁;二是双跨梁;三是多跨铰接梁，同时结合其支承条件计算轴向力。结合相关调查研究显示，不同的埋件设计，决定了不同的受力方法以及计算力学模型，对实现优化设计、降低资金很重要，下面属于两种优化设计里面经常使用到的幕墙安装形式与相关受力模型。

从客观的立场出发来讲，当楼面梁截面高度充足能够布置两个支点时，那么相关设计者需要以多跨铰接连续一次超静定梁为主;紧接着使用双跨梁;一般而言，倘若楼面梁截面高度不大仅仅能布置一个支点时，那么此时相关设计者应当以多跨铰接连续静定梁为主。

双跨梁是使用次数比较频繁的力学模型，相关设计者在对具体设计期间，应当对短跨跨度以及全跨跨度的比例值进行充分考虑。之所以这样说是由于当短跨跨度和全跨跨度比例不大于0.1时，那么这个时候下支点位置的相关剪力以及负弯矩会很大，因为基于梁截面高度许可的基础上，笔者建议应当保持在大于0.15的范围内为宜。借助于双跨梁能够起到优化幕墙立柱受力情况的作用，尤其是能减少立柱变形情况出现的概率，使其刚度以及强度得到应有的提升，虽然起到了节约材料的作用，然而也在无形当中增加了钢连接件的数量以及预埋件数量。针对增加的支点处而言，立柱需要加工长圆孔，这样就会在无形当中将焊接的作业量加以提升，工作水平因此受到干扰，加剧了成本的过度浪费。不只是这样，对于施工现场的防火也提出了十分严格的要求。相关设计者在节点设计期间，还需要对以下几点予以高度重视：一是横梁的避位;二是立柱插芯的避位。在必要的情况下还应当将横梁的位置加以提升。

针对多跨铰接连续静定梁计算简图而言，其在幕墙设计当中得到了广泛的使用，可见其存在着较强的可行性。一般而言，该梁主要包含以下几个部分：一是悬挑端;二是简支端，所以在具体使用期间应当对其予以高度重视，基于无窗间墙的状态下为了减少悬挑端裸露在外情况出现的概率，相关设计者所选择的固定点尽可能在梁底。不只是这样，该梁每层只存在一个固定点，安装步骤比较简单，有着较强的经济性，同时工作水平显著。

倘若第一跨度和其他各跨使用相同悬挑段和简支段之比，即a/L 属于定值，第一跨的跨中弯矩最大，同时其也能起到一定的控制作用。

3  型材截面的优化设计

结合相关实践调查可知，如果型材截面惯性矩I越大，那么此时挠度值就处于递减的状态;倘若截面抵抗矩 W 越大，那么此时立柱承受的正应力就呈现出变小的趋势。众所周知，截面的惯性矩以及抵抗矩均和立柱截面形状存在着密切的联系。基于截面积一样的状态之下，相关设计者选择外形尺寸大的截面，特别是截面高度大的立柱，会存在比较突出的惯性矩以及抵抗矩。可见这是比较常见的方法，基于铝型材壁厚迎合相关要求的基础上，最大限度地提高截面外形尺寸，强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状态下，那么结合相关计算可以看到，对立柱前后壁的厚度比进行提高要比提高两边壁厚的方式更有效果，能够在无形当中将立柱 X 轴的惯性矩以及抵抗矩加以提升。

4  两种方案在造价方面的对比

在对多跨越连续静定梁和双跨梁进行比较期间，每层结构梁部分降低一个埋件。通常情况下，以下几个构件数量均要降低一半：一是埋件;二是不锈钢螺栓;三是钢支座。

从材料费的角度出发来看：

预埋件主要以300×200×10 mm为主，钢筋属于二级螺纹钢，长度一般为200mm。不管针对哪块埋板质量来说，都要为 3×2×0.1×7.85kg/ dm3+0.2×4×0.888 kg/ m =5.42 kg;由此可见，预埋件能够节约：5.42 ×7 元 /kg= 37.94 元。

针对钢支座来说，其往往以110×70×7mm的镀锌钢角码为主，长度通常为100mm。就一对钢支座重量而言，均要为0.1×2 只 ×9.65 kg/ m= 1.93 kg;

可见，钢支座能够节约：1.93 ×7 元 /kg= 13.51 元;与此同时，还能够节约两片40×40×4镀锌钢介子，大概是1元;

从人工费的角度出发来讲：

无论对于哪块预埋件来说，均能够降低16元的人工费;

而就一对钢支座而言，其能够降低4元的人工费。

由此可见，借助于多跨度铰接连续静定梁，将机械费用刨除在外之后，大概能够节约：16+4+37.94+13.51+1=72.45 元。对之前的计算实例进行深度剖析后可知，每平米大概能够节约72.45 元 ÷1.4÷4 =12.94 元 / 平米。

5  结语

相关设计者应当在充分结合建筑结构实际状况的基础上，充分利用各种各样的计算模型。就多跨铰接连续静定梁来说，其属于一种经济性高的幕墙立柱计算模型。不仅如此，灵活运用型材截面的优化设计能够起到节约资金的作用，继而从根本上确保经济效益最大化。

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