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建筑幕墻優化設計

來源:中國幕墻網收集整理  作者:傅 冬 傅德安  日期:2006-7-31
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    一、概  述
    建筑幕墻的優化設計是最優化設計方法在建筑幕墻設計領域的應用。幕墻的最優化設計,簡單的說,就是從所有可能的設計方案中,尋求最優的設計方案,以最大限度地滿足設計所提出的目標。
    尋求最優方案的方法是最優化
    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限制條件的數學表達式。

    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。

    為了保證幕墻結構能正常工作,在設計每一構件時,首先要使構件在外力作用下不破壞,即每一構件要有足夠的強度。第二要考慮構件在外力作用下要變形,但變形不能超過某一允許范圍,即每一構件要有足夠的剛度。最后,構件在外力作用下,可能原來的形狀不能繼續維持而要突然改變,即原來的平衡形式不能保持穩定。幕墻構件設計時,應當考慮以上三方面以及參數本身、構造方面的要求,以數學表達式的方式寫出。但對具體工程的具體構件,往往有時只考慮某些主要方面,有時可以以強度為主要的,有時則可能以剛度為主要的。假如所設計的構件能符合強度、剛度和穩定性的要求,就認為設計是安全的。

    一般而言,梁在設計中應考率強度、剛度、整體穩定、局部穩定。軸心受拉構件應考慮強度和剛度。軸心受壓構件應考慮強度、整體穩定、局部穩定和剛度。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。與主體結構的連接有前置式的預埋件連接,后置式的膨脹螺栓連接(有的省市禁用)、化學錨栓連接、穿透螺栓連接等。

    約束條件的建立主要依據《玻璃幕墻工程技術規范》(JGJ102-2003)、《金屬與石材幕墻工程技術規范》(JGJ133-2001)、《點支式玻璃幕墻工程技術規程》(CECS127:2001)、《鋼結構設計規范》(GB50017-2003)、《高層民用建筑鋼結構技術規程》(JGJ99-98)等相關國家和行業標準的要求。

    4.優化方法
    尋求的過程,是設計編寫計算機程序,然后在計算機上完成的,軟件的設計是件十分繁重的工作,是應用最優化方法的關鍵環節和難點。

我們設計、編寫了通用軟件,用于建筑幕墻的優化設計。這套軟件可用于一維問題、n維問題,線性規劃、非線性規劃,無約束問題、有約束問題,等式約束和不等式約束問題。應用結果表明,軟件有以下特點:實用性強、通用性好,收斂速度快、數位穩定性好、計算精確度高,便于操作、效果明顯。

    5.優化結果的分析評判
    對優化的結果要檢查與評價其合理性,對所得到的優化參數要考慮是否需進行調整或圓整,要考證優化結果的正確性和實用性。

    三、結 束 語
    建筑幕墻是關系到人民生命財產安全的行業,國家實行生產許可證制。對建筑幕墻的要求是,安全可靠,實用美觀和經濟合理。

    當前,建筑幕墻市場供求不平衡,“粥少僧多”,競爭激烈,相互壓價,有的地方單價已經壓得很低,若低價中標,再憑主觀臆斷降低材料的質量和數量,將會埋下嚴重的質量隱患。

    建筑幕墻作為一種結構,假如過于保守地強調安全可靠,強度儲備過大,選用了過大的截面尺寸或者優質材料,就意味著過重的結構重量或材料費用,勢必造成成本的加大,材料的浪費,經濟上的損失和效益的低下。

    但如果片面地、盲目地追求經濟效益和利潤,甚至偷工減料,就可能使得工程不安全,最終會釀成質量事故。

    優化設計就是解決安全與經濟效益之間矛盾的最佳選擇,在確保安全可靠的前提下,獲取極大的經濟效益。所謂“君子愛財,以道取之。”

    實踐表明,最優化設計除安全適用外,可做到重量最輕(可節省10%~14%左右的材料)、成本最低、節省能源、加工制作和安裝施工勞動力最省、工期最短。使建筑幕墻設計做到技術先進、經濟合理、安全適用、確保質量。

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