浅析建筑幕墙工程优化设计方法

浅析建筑幕墙工程优化设计方法

倪磊

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提要: 本文探讨了建筑幕墙是建筑结构的重要构成部分，建筑幕墙的合理设计决定了建筑的节能性以及建筑工程建设经济效益。广大从业者应深刻认识到，建筑幕墙设计需充分满足高层建筑建设在节能方面的需求，通过优化设计方案，让建筑幕墙在起到围护作用的同时，表现出良好的节能效果；

关键词:建筑幕墙;设计方法:优化措施；

幕墙行业的 “技术”包含设计、施工、加工、设备等技术。对幕墙工程来说，新技术不是一撮而就的，而是需要经过经验的积累及科学技术的进步才能逐步发明与创造出来。对当下而言，优化设计才是设计技术的直接体现。只有做好优化设计工作,幕墙施工单位才能立于不败之地，同时才能响应国家节约资源、绿色生态发展(节能、节材、低能耗、低排放等)的号召，为国家的持续、绿色发展贡献自己的一份力量。

幕墙的优化设计工作主要体现在提高材料的利用率(如选用合适的材料)、技术方案(如幕墙方案的选取、幕墙系统的设计)、技术措施的经济性(如幕墙安装技术措施的选用)、劳动生产效率的提高(如安装的便利性、加工的简易性)、维护成本的降低等方面(如幕墙维护、保养的成本)。

设计优化可以体现在建筑项目的决策阶段、实施阶段、运营(使用)阶段全过程寿命周期。对开发商(甲方)来说，优化设计可以体现在建筑工程的全寿命周期;对幕墙施工单位来说，主要体现在实施阶段(项目的施工阶段)。包含项目的投标阶段、项目施工阶段项目竣工收尾阶段。对设计方来说，主要体现在实施阶段中的设计阶段。

我们可以从以下几个方面考虑优化设计工作:

一、平立面分格的优化设计

平立面的分格优化设计主要是调控角度及高度方向上的分格，使型材含量最小:面板的规格符合材料厂家的原片或荒料的尺寸境数或者相应的倍数，使材料减耗降到最低，例知玻璃幕墙的型材含量，有的人认为是分格越大型材含量越小，其实未必，型材的规格大小是根据受力分析得到的，它受荷载作用、跨度、支座情况、结构模型、受荷宽度等因素的影响，每个工程的情况都不一样，只有经过严密的结构计算及含量分析，才能确定型材含量最小的最优分格。在确定最优分格的同时，还需考虑面板的尺寸变化会否带来材料的价差影响。我们的目的是最大程度降低面材的损耗率，从而降低材料的采购单价。

二、材料的优化设计

我们可以从以下几方面对材料进行优化设计。1、从材料的规格优化设计。例如石材幕墙，我们设计时要考虑石材的一个边长为 600-700 之间，最好是600mm，如前所述，就是要尽可能的符合荒料的模数。这样有利于降低石材的损耗率，降低采购单价。2、从材料的厚度优化设计。例如石材规范规定粗糙面处理的石材要比光面石材厚3mm，通常设计师会考虑石材厚度为30mm。我们优化设计时可以考虑28mm的石材3、从材料的材质、质量等级优化设计。例如钢材的Q235b和Q355b，对幕墙本身来说，因幕墙构件一般都属于次要的结构构件，受力一般都较小，因此我们采用Q235b钢材而非Q355b钢材。4、从材料的表面处理优化设计，如钢材的镀锌层的厚度或者每平米的镀锌重量;不要随意确定镀锌层的厚度，要严格按照相关的技术规范的要求确定氟碳漆、粉未喷涂漆的厚度、层数、涂烤遍数、工艺等。5、从材料的性能参数优化设计。例如玻璃的U值、透光率、遮阳系数等。我们必须做节能计算，把握建筑追求的“经济适用”的原则。材料优化的方面、方法都非常多，我们要把握好“安全、美观、经济、适用”的原则。

三、幕墙连接的优化设计

幕墙的连接包括幕墙与结构的连接(转接系统)、横梁与立柱的连接、面板与框架的连接、外墙装饰与幕墙的连接等四大块。幕墙连接设计最容易被设计人员忽视，甚至有些结构计算人员仅凭经验进行设计。这在一定程度上存在幕墙结构的安全隐患或者足够安全，材料利用率偏低。

四、幕墙系统优化设计

幕墙系统可以从以下几方面进行优化设计:1、从各构件的外观尺寸进行优化设计。如优化立柱、横梁等的截面大小、壁厚、截面形状、由开口改闭口，节省扣盖重量等;2、从面材与框架的连接进行优化设计。我们可以根据项目的实际情况，选取经济、便捷的连接形式。3、从幕墙受力形式进行幕墙系统的优化设计。4、从幕墙的安装工艺方面考虑幕墙系统的优化设计。幕墙系统设计一定要考虑安装的便捷性、可操作性、安装工序衔接等问题。

五、杆件截面优化设计

杆件截面可从截面形状及截面构造两个方面考虑优化设计。截面设计需围绕杆件受力的特征进行设计。杆件截面设计一般需考虑两个截面特性:截面惯性矩及截面抵抗矩。截面惯性矩为杆件受力后抵抗变形的能力，即挠度控制;截面抵抗矩为杆件受力后抵抗强度的能力，即强度控制。考虑到以上两个因素，我们在幕墙设计时优先考虑工字型截面、C 型截面、槽钢、H型截面等，在条件许可的情况下尽量不选用矩形管，矩形管比上述截面多一条腹板的重量，同时采购单价也较上述截面偏高。2、截面构造优化设计。我们在设计过程中优先考虑加大垂直于幕墙平面方向的截面高度及翼缘板(平行于幕墙平面方向)的厚度。

六、加工优化设计

加工的优化设计是很多幕墙设计师容易忽略，或者根本就没想到的方面。加工设计的不当，会较大的提高幕墙工程项目的施工成本。幕墙加工主要包含型材(铝型材、钢材、不锈钢等)的加工、面板的加工(玻璃、石材、铝板等)、半成品的组装(如单元幕墙的组装开启窗扇的加工、玻璃附框的打胶加工等)等。1、铝型材的加工优化设计。我们设计幕墙系统时，就要考虑型材的加工难易程度及尽可能的减少加工。2、面板的加工优化设计。面板(玻璃、石材、铝板)用折线模拟圆弧，避免单曲及双曲面的设计。。3、组装的优化设计。避免单元板块组装时的频整翻面考虑打胶的难易程度及组装的工序要求。

七、安装优化设计

安装的优化设计主要从项目的质量、进度、节省人工及减少措施费等方面考虑。例如幕墙转接件(单元板的挂件支座)设计成三维可调式，便于质量的控制。框架的带窗及条窗幕墙铝型材框架设计成单元式(类似于铝合金窗的做法 ),工地现场或加工厂组装，整体吊装安装的方法即有利于保证工程质量，同时又节省了人工费及措施费。

八、结构优化设计

结构优化设计可从以下方面考虑实施。1、立面幕墙常用的计算模型有单跨简支梁、双跨连续梁及多跨较接连续静定梁。原则上来说简支梁最费料，多跨铰接连续静定梁最省料。但多跨铰接连续静定梁在工程实际上限于梁高及室内外观要求一般都无法实现。因此工程实际多采用单跨简支梁及双跨连续梁模型。2、结构布置方案的选取。如大跨度的幕墙设计是采用单钢管立柱还是杆桁架结构、索杆结构、单拉索结构双向拉索锁网结构、索架结构、自平衡结构?我们设计时都需要综合评估及估算造价后再确定选用结构形式。3、幕墙规范、标准的适用、选用问题。适用不同的规范、标准，设计的结果可能会差别较大。

结束语

科技的进步，使得更多高新技术融合到建筑行业中。建筑幕墙作为建筑工程的外壳，也随着建筑行业发展呈现出不同的结构与分类。在实际设计中，结构方面的设计发展不够完善，仍旧存在一些问题，使得幕墙的整体结构不够完美。为了解决设计存在的问题，仔细研究幕墙结构，设计出既实用又美观的幕墙才是重点考虑的问题。

参考文献：

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