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[摘要]建筑幕墙在我国获得了长足的发展，涌现出一大批精品工程和高科技含量的工程，一些系统达到或超越国外的水平，因此从设计、材料选用、加工制作和安装施工等方面都应从严掌握，精心操作，对幕墙生产全过程进行有效的质量控制，从而有效地保证幕墙工程的质量和安全。本文结合当前建筑幕墙设计的现状对建筑幕墙设计优化作了分析。
[关键词]建筑工程幕墙设计优化观念
中图分类号：TU761 文献标识码：TU 文章编号：1009―914X（2013）31―0449―01
一、建筑幕墙的概念
建筑幕墙设计包含玻璃幕墙、铝板幕墙、石材幕墙、屋顶天窗、格栅、金属雨篷、百叶幕墙、首层与幕墙相关的玻璃墙及玻璃门、自动转门、擦窗机等全部幕墙及设备，以及幕墙所用次钢结构（结构性支撑钢结构不在范围）、预埋件、幕墙内部防火系统、保温措施、避雷系统及与其它专业相配合的工程等相关的设计。由于建筑幕墙是用来起装饰效果的轻质墙体，因此在设计当中具有很大的灵活性，除了要求墙体美观大方以外，还要考虑到成本控制等一些因素，总之就是要做到将幕墙结构与建筑外观相匹配的同时并达到功能的标准化以及施工操作的简约化。幕墙设计是幕墙工程的重要环节，设计质量的优劣程度都直接影响着幕墙性能的实现。由此不难看出在进行建筑幕墙施工之前必须要对设计方案进行严格审核，对于建筑幕墙设计中所遇到的一些问题进行分析论证，最终确保设计的质量。因此这也就对建筑幕墙的优化设计提出了要求，严格按照标准的前提下，最大限度的成本控制提升材料使用效率。
二、建筑幕墙的结构设计的步骤
幕墙作为一种建筑结构，如果一味的强调其安全性和结构强度，在材料的选择上就不可避免的会进入到一个误区，即选用将材料的截面尺寸加大等等保守的措施，就也就意味着加大了幕墙结构的重量，并且使用高档材料也是必定会增加施工成本，在某种程度上也造成了材料的浪费，从而导致建筑幕墙施工经济上的损失和效益的低下。但如果片面地、盲目地为了追求经济效益和利润，而忽视了对材料质量的要求有些甚至偷工减料，那么就影响了幕墙结构的安全性，一些潜在的不安全因素甚至还会造成更为严重的质量事故。
建筑幕墙设计就是为了解决施工安全与企业经济效益之间的矛盾，在两者之间选找一个最佳的结合点，也就是在确保施工安全可靠的前提下，获取最大的经济效益。在设计建筑幕墙时，具体是将实际的工程问题转化为数学模型，通过建立的数学模型进行计算，得出的结论就是设计的最终目标，并且用来检测具体施工的效果。这其中所建立的数学模型则主要有目标函数、设计变量以及约束条件这三个基本要素组成。
（一）目标函数
目标函数就是指在设计过程当中所追求的目标，它是用来衡量设计方案优劣的主要目标。进行建筑幕墙设计可以是进一步明确其结构形式、确定幕墙的截面尺寸，并且能够有效地降低成本、提高生产率等等。根据目标的数量目标函数可以分为单目标函数和多目标函数。其中单目标函数的求解相对比较简单明确，而多目标函数的求解过程十分繁琐复杂。
（二）设计变量
作为建筑幕墙的一个设计方案，一般可用一组参数来表示，在这些参数中有些是已经预先确定好的，即在整个设计过程中始终保持不变的的量，即设计常量，如材料的弹性模量E、材料的泊松比γ、材料的线膨胀系数α以及用来制作幕墙材料的强度设计值等等。而有些参数在设计过程中并不是一成不变的，只有在某些特定的环境中可以看成常量，例如风荷载，它是与建筑物的高度以及建筑物所处的环境、建筑物周边的地面粗糙度、建筑物的体型等有关的变量，但有的时候在一些特定的情况下可以作为常量进行设计计算。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，例如在进行建筑幕墙的截面尺寸的设计中，截面的几何参数、物理参数就是设计变量。在进行建筑幕墙设计的计算时，其最终的目的就是为了使各个设计中的变量进行相互组合，并且达到最优的配比。
值得注意的是在建筑幕墙的设计当中，如何合理地确定荷载和作用是一项十分重要的工作，由于作用在幕墙上的荷载有重力荷载、风荷载以及雪荷载，此外还有使结构产生变形的一些内力的作用，例如有地震作用、温度作用等等。如果在设计过程中取值过大，所设计的结构尺寸会偏大，造成材料的浪费，如果设计的结构尺寸过小，则影响了其结构的稳定性以及安全性。因此在进行建筑幕墙设计的过程中要严格控制设计变量的个数，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，其设计自由度就越大，容易得到比较理想的设计方案，但随之而来的是，整个设计过程就会变得非常繁琐，如果要进行优化也就相应的比较困难，所以要应尽可能的减少设计变量的个数，例如将一些参数定为设计常量，而只将那些对目标函数影响较大的设计参数确定为设计变量，在保证设计方案质量的同时还能够使优化设计更加容易的进行。
（三）约束条件
约束条件也被称之为约束函数，就是指设计变量本身或者设计变量之间应遵循的限制条件的数学表达式。在建筑幕墙设计的过程中，设计变量不断改变其数值。但设计变量的改变要受到一些条件的限制以及约束，也就是说设计变量在设计中的取值范围以及上下边界都必须有一定的限制，它们都是设计变量的函数。为了确保建筑幕墙结构的稳定性以及安全性，对每一个构件进行设计的同时必须确保要使构件在外力作用下不被破坏，即要确保每一个构件都具有足够的强度。其次是要考虑构件在外力作用下能够发生一定的形变，而且一定要保证这种形变在一定的范围内，即每一个构件都要有足够的刚度。最后还要确保构件在外力作用下，可能原来的形状不能继续维持而要突然改变，即原来的平衡形式不能保持稳定。在进行建筑幕墙构件的设计时，应当考虑以上三方面以及参数本身、构造方面的要求，以数学表达式的方式计算求解。但是对一些具体工程的具体构件，往往有时只是从某些主要的方面进行考虑，例如有时可以将材料的强度为主要考虑对象，或者有时可能是以材料的刚度为主。如果所设计的构件能符合强度、刚度和稳定性的要求，就可以认定设计方案是安全可行的。
三、幕墙设计优化
建筑幕墙的优化设计是最优化设计方法在建筑幕墙设计领域的应用。幕墙的最优化设计，简单的说，就是从所有可能的设计方案中，寻求最优的设计方案，以最大限度地满足设计所提出的目标。
寻求最优方案的方法是最优化方法，最优化的理论和方法是随着计算机的迅速普及而发展起来的，正因为最优化的宗旨是追求最优目标，这就决定了它的应用价值，最优化问题的解决意味着在相同条件下获得最优的方案、最好的效果和最优的经济指标。最优化的应用和推广，必将使建筑幕墙的设计提高到一个新水平。
目前，幕墙的设计，多采用类比法，参考已有的设计或经验数据，进行分析对比，从而确定所需的设计参数。也有选择有限的几种方案进行计算，最后根据设计要求确定一组较好的设计参数。一般来说，这样确定的设计方案，不是最佳的设计方案。但是，如果采用最优化方法进行设计，则可以获得最佳的设计方案。
最优化设计方法，是根据设计要求建立数学模型，选用有效的最优化计算方法，设计编写优化软件，在计算机上完成设计计算，最后获得最佳的设计方案。
四、结束语
建筑幕墙是集建筑、设计、装饰、加工为一体的综合性技术，它直接影响着整个建筑物外观的美观程度，因此对于其设计以及施工都有着非常严格的要求。而且这一要求是围绕建筑幕墙结构的安全可靠，实用美观以及经济的合理性进行的。
参考文献
[1] 刘庆潭.材料力学[M].机械工业出版社，2003.
[2] 郭善勇；杨慎伟；焦淑静.建筑幕墙设计行业如何深化发展[J].中华民居，2010.
[关键词]建筑工程幕墙设计优化观念
中图分类号：TU761 文献标识码：TU 文章编号：1009―914X（2013）31―0449―01
一、建筑幕墙的概念
建筑幕墙设计包含玻璃幕墙、铝板幕墙、石材幕墙、屋顶天窗、格栅、金属雨篷、百叶幕墙、首层与幕墙相关的玻璃墙及玻璃门、自动转门、擦窗机等全部幕墙及设备，以及幕墙所用次钢结构（结构性支撑钢结构不在范围）、预埋件、幕墙内部防火系统、保温措施、避雷系统及与其它专业相配合的工程等相关的设计。由于建筑幕墙是用来起装饰效果的轻质墙体，因此在设计当中具有很大的灵活性，除了要求墙体美观大方以外，还要考虑到成本控制等一些因素，总之就是要做到将幕墙结构与建筑外观相匹配的同时并达到功能的标准化以及施工操作的简约化。幕墙设计是幕墙工程的重要环节，设计质量的优劣程度都直接影响着幕墙性能的实现。由此不难看出在进行建筑幕墙施工之前必须要对设计方案进行严格审核，对于建筑幕墙设计中所遇到的一些问题进行分析论证，最终确保设计的质量。因此这也就对建筑幕墙的优化设计提出了要求，严格按照标准的前提下，最大限度的成本控制提升材料使用效率。
二、建筑幕墙的结构设计的步骤
幕墙作为一种建筑结构，如果一味的强调其安全性和结构强度，在材料的选择上就不可避免的会进入到一个误区，即选用将材料的截面尺寸加大等等保守的措施，就也就意味着加大了幕墙结构的重量，并且使用高档材料也是必定会增加施工成本，在某种程度上也造成了材料的浪费，从而导致建筑幕墙施工经济上的损失和效益的低下。但如果片面地、盲目地为了追求经济效益和利润，而忽视了对材料质量的要求有些甚至偷工减料，那么就影响了幕墙结构的安全性，一些潜在的不安全因素甚至还会造成更为严重的质量事故。
建筑幕墙设计就是为了解决施工安全与企业经济效益之间的矛盾，在两者之间选找一个最佳的结合点，也就是在确保施工安全可靠的前提下，获取最大的经济效益。在设计建筑幕墙时，具体是将实际的工程问题转化为数学模型，通过建立的数学模型进行计算，得出的结论就是设计的最终目标，并且用来检测具体施工的效果。这其中所建立的数学模型则主要有目标函数、设计变量以及约束条件这三个基本要素组成。
（一）目标函数
目标函数就是指在设计过程当中所追求的目标，它是用来衡量设计方案优劣的主要目标。进行建筑幕墙设计可以是进一步明确其结构形式、确定幕墙的截面尺寸，并且能够有效地降低成本、提高生产率等等。根据目标的数量目标函数可以分为单目标函数和多目标函数。其中单目标函数的求解相对比较简单明确，而多目标函数的求解过程十分繁琐复杂。
（二）设计变量
作为建筑幕墙的一个设计方案，一般可用一组参数来表示，在这些参数中有些是已经预先确定好的，即在整个设计过程中始终保持不变的的量，即设计常量，如材料的弹性模量E、材料的泊松比γ、材料的线膨胀系数α以及用来制作幕墙材料的强度设计值等等。而有些参数在设计过程中并不是一成不变的，只有在某些特定的环境中可以看成常量，例如风荷载，它是与建筑物的高度以及建筑物所处的环境、建筑物周边的地面粗糙度、建筑物的体型等有关的变量，但有的时候在一些特定的情况下可以作为常量进行设计计算。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，例如在进行建筑幕墙的截面尺寸的设计中，截面的几何参数、物理参数就是设计变量。在进行建筑幕墙设计的计算时，其最终的目的就是为了使各个设计中的变量进行相互组合，并且达到最优的配比。
值得注意的是在建筑幕墙的设计当中，如何合理地确定荷载和作用是一项十分重要的工作，由于作用在幕墙上的荷载有重力荷载、风荷载以及雪荷载，此外还有使结构产生变形的一些内力的作用，例如有地震作用、温度作用等等。如果在设计过程中取值过大，所设计的结构尺寸会偏大，造成材料的浪费，如果设计的结构尺寸过小，则影响了其结构的稳定性以及安全性。因此在进行建筑幕墙设计的过程中要严格控制设计变量的个数，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，其设计自由度就越大，容易得到比较理想的设计方案，但随之而来的是，整个设计过程就会变得非常繁琐，如果要进行优化也就相应的比较困难，所以要应尽可能的减少设计变量的个数，例如将一些参数定为设计常量，而只将那些对目标函数影响较大的设计参数确定为设计变量，在保证设计方案质量的同时还能够使优化设计更加容易的进行。
（三）约束条件
约束条件也被称之为约束函数，就是指设计变量本身或者设计变量之间应遵循的限制条件的数学表达式。在建筑幕墙设计的过程中，设计变量不断改变其数值。但设计变量的改变要受到一些条件的限制以及约束，也就是说设计变量在设计中的取值范围以及上下边界都必须有一定的限制，它们都是设计变量的函数。为了确保建筑幕墙结构的稳定性以及安全性，对每一个构件进行设计的同时必须确保要使构件在外力作用下不被破坏，即要确保每一个构件都具有足够的强度。其次是要考虑构件在外力作用下能够发生一定的形变，而且一定要保证这种形变在一定的范围内，即每一个构件都要有足够的刚度。最后还要确保构件在外力作用下，可能原来的形状不能继续维持而要突然改变，即原来的平衡形式不能保持稳定。在进行建筑幕墙构件的设计时，应当考虑以上三方面以及参数本身、构造方面的要求，以数学表达式的方式计算求解。但是对一些具体工程的具体构件，往往有时只是从某些主要的方面进行考虑，例如有时可以将材料的强度为主要考虑对象，或者有时可能是以材料的刚度为主。如果所设计的构件能符合强度、刚度和稳定性的要求，就可以认定设计方案是安全可行的。
三、幕墙设计优化
建筑幕墙的优化设计是最优化设计方法在建筑幕墙设计领域的应用。幕墙的最优化设计，简单的说，就是从所有可能的设计方案中，寻求最优的设计方案，以最大限度地满足设计所提出的目标。
寻求最优方案的方法是最优化方法，最优化的理论和方法是随着计算机的迅速普及而发展起来的，正因为最优化的宗旨是追求最优目标，这就决定了它的应用价值，最优化问题的解决意味着在相同条件下获得最优的方案、最好的效果和最优的经济指标。最优化的应用和推广，必将使建筑幕墙的设计提高到一个新水平。
目前，幕墙的设计，多采用类比法，参考已有的设计或经验数据，进行分析对比，从而确定所需的设计参数。也有选择有限的几种方案进行计算，最后根据设计要求确定一组较好的设计参数。一般来说，这样确定的设计方案，不是最佳的设计方案。但是，如果采用最优化方法进行设计，则可以获得最佳的设计方案。
最优化设计方法，是根据设计要求建立数学模型，选用有效的最优化计算方法，设计编写优化软件，在计算机上完成设计计算，最后获得最佳的设计方案。
四、结束语
建筑幕墙是集建筑、设计、装饰、加工为一体的综合性技术，它直接影响着整个建筑物外观的美观程度，因此对于其设计以及施工都有着非常严格的要求。而且这一要求是围绕建筑幕墙结构的安全可靠，实用美观以及经济的合理性进行的。
参考文献
[1] 刘庆潭.材料力学[M].机械工业出版社，2003.
[2] 郭善勇；杨慎伟；焦淑静.建筑幕墙设计行业如何深化发展[J].中华民居，2010.