机械理论在幕墙设计中的应用（图文教程）

导论

    幕墙是一个复合型的行业，跨越建筑行业和机械行业之间，建筑和机械好似工程中的宏观和微观世界。二者是相辅相成的！建筑是基础，一个成功的幕墙工程是在此基础上建立起来的，而机械好比是在该过程中不断修正工程的水准，并使之趋于完美的利器！在做任何一项幕墙设计之前，我们需要很好的了解建筑设计师的理念，建筑的外观效果和楼梯的结构，所有的设计必须以此出发，这就需要设计人员具备一定的建筑知识；而机械知识常用于幕墙的细部，幕墙的节点设计，连接构造及加工图设计，幕墙的施工和安装等。

装配概念

    幕墙设计人员在做施工设计中，在设计构思过程中一定要具备装配的一种概念，即要把整个幕墙工程或者某个幕墙系统看成一个整体，把某个连接，某个节点的一个小的装配单元。装配的概念就是根据规定的技术要求，将零件或部件进行配合和连接，使之成为半成品或成品的过程。幕墙行业的装配概念最终表现在幕墙施工中，幕墙的施工其实就是把各种面板，受力构件等材料的一个组装装配工艺过程，使它们之间获得一定的相互位置关系。

图1 学生中心现场施工图

图2 学生中心效果图

    俄罗斯远东大学学生中心现场施工照片和效果图，图中中间部分为点式拉索幕墙，分内外两层，在设计之初只是拿到了建筑效果图和建筑初步设计的平面图，剖面图，本身的钢结构是经过结构设计优化后的模型建立起来的。

    设计人员在最开始就要对此点式拉索幕墙整个系统建立了一个整体的装配概念，假定它就是一个成品，我们要去完成它。并把它分解成多个设计内容，从面板分格，点式配件选择，拉索结构分析，主体钢结构受力计算等等，对此系统进行拆解。

    其中面板分格主要考虑建筑外观效果和钢桁架的结构形式，设计的分格落在钢结构的节点之上，为了让钢结构只承受轴向的拉压受力。并在专业的结构计算中对钢结构的结构形式进行了优化设计，以达到我们的幕墙设计要求及受力要求。

图3 三维结构放样图

图4 钢结构优化设计

    上图为幕墙的整体放样及优化后的钢结构模型。点式配件及支撑杆件，是连接面板同索结构的一个重要的中间环节，不光涉及到受力计算，同时还要考虑局部的装配问题，安装的调节系统设计，施工的工序，用装配解释就是所有的零部件是否可以完全安装上去；所以在零件的设计，两个零件所接触的地方都需要考虑一个相互配合的问题，三种配合关系（间隙配合、过渡配合、过盈配合）的取舍，同时还考虑配合的公差问题。

图5 点式配件及支撑杆件调节系统

图6 机加工图纸配合关系

工艺设计

    工艺设计是指构件的加工工艺等，熟悉工艺设计对节点设计是很有帮助的，因为你在进行节点设计时可以充分考虑构件的加工工艺过程，并尽可能优化，使零部件的能够有更短的加工周期，使节点的可操作性强，能很好的施工装配，不会出现设计的图纸现场无法安装的问题。

    此点式幕墙有几点是在设计中更改了的地方。

1.驳接头的选择由于此为双层幕墙结构形式，考虑安装，将外侧用常规驳接头，内侧使用外装式驳接头，以便于玻璃的安装。

2.驳接头同玻璃的配合玻璃开孔原先设计成最小直径40mm驳接头外径38，考虑现场安装有可能出现问题，在核对过程中改为驳接头外径32，安装时缝隙用透明胶处理。

3.打胶最开始玻璃胶缝使用了透明玻璃胶，因为使用了中空玻璃，中空玻璃本身有黑色的边框，考虑美观性，最后改用了泡沫条和黑色胶。

图7 双层拉索幕墙示意图

    举一个很简单的例子说明设计中工艺知识的运用：

    下图中是铝板的一个外观造型，左侧为我们需要的一个造型，但是按此设计后铝板的加工相对比较麻烦，一块板折弯多次成型，而且折边只能采用焊接方式，加工周期长，影响工期；优化后的节点设计可以考虑中间的方案，外侧用铝方通代替，用螺钉固定在铝板正面，完全符合我们要求的外观效果，右侧为另一张优化方案，需要比较大的轮廓的时候，可以考虑此种方案。

图8 设计中铝板的工艺处理

制图知识

    机械制图同建筑制图是有一定区别的，机械制图是用图样确切表示机械的结构形状、尺寸大小、工作原理和技术要求的技术文件。图样由图形、符号、文字和数字等组成，机械制图更注意细节如公差与配合、形位公差、表面粗糙度、材料及其热处理等要求。对于一个零件来说，主要用三视图的方式来表达其所有的外形尺寸，有其自己的尺寸标注方式。

    机械图样主要有零件图和装配图，此外还有布置图、示意图和轴测图等。零件图表达零件的形状、大小以及制造和检验零件的技术要求；装配图表达机械中所属各零件与部件间的装配关系和工作原理。

    所以我们在绘制各种五金件的加工图时一定需要从机械制图的标准出发，准确的表达我们所要的零件的各项技术要求，避免生产方因为图纸表达不对而出现错误加工。机械制图可参考相关的行业制图标准。

    建筑制图是为建筑设计服务的,因此,在建筑设计的不同阶段，要绘制不同内容的设计图。在建筑设计的方案设计阶段和初步设计阶段绘制初步设计图，在技术设计阶段绘制技术设计图，在施工图设计阶段绘制施工图。

    建筑制图的平面，立面，剖面都有其相应的画法规定。其也可以参考相应的行业制图标准。在幕墙设计中，我们和建筑图纸接触最多的是建筑和结构两部分图纸，来了解建筑外观效果和结构梁大小，建筑高度和楼层高度等基本的信息，根据这些信息，在设计开始阶段要对整个建筑的各种不同的幕墙系统要有一个设计的方向定位，从而进行后期的设计工作。

总结

1、幕墙工程属于结构专业和机械专业的交叉学科。宏观设计（方案设计）时用到的是结构知识和建筑知识，一般机械专业在这个不介入，到了后期的节点设计和施工图就用到很多机械专业知识理论。这两个专业一些共同点则是幕墙设计的基本功，如运用材料力学知识设计节点和绘图技能等。

2、机械中的装配知识，工艺知识是相辅相成的，对于控制材料成本，加工工艺难度，现场安装便捷程度是非常有帮助的，可以很好的节约在某些隐形缓解的成本；一个好的设计师是需要掌握这个基本的概念。

【参考文献】

[1]李广慧，李波主编机械制图简明手册上海科学技术出版社2010

[2]高丽荣建筑制图北京大学出版社2009

[3]徐兵机械装配技术中国轻工业出版社2005