一种高层、超高层建筑幕墙结构的优化设计法的制作方法

本发明涉及建筑外围护结构的设计方法，特别是提供一种高层、超高层建筑幕墙结构的优化设计方法。

背景技术：

近年来，随着建筑市场的快速发展，建筑高度在24m以上的公共建筑和十层以上的居住建筑这样的高层建筑以及建筑高度超过100m的超高层建筑越来越多。建筑幕墙作为一种高级建筑外墙，备受建筑师和开发商青睐。幕墙的设计主要是指构成幕墙的关键部件幕墙龙骨的设计，幕墙龙骨包括立柱和横梁。

由于幕墙龙骨的受力形式一般为简支梁或双跨梁形式，受力比较明确，理论计算结果一般与实际情况比较接近，因此，不必因一些未知的或不易考虑到的不利因素而留过多的安全余量，可以很大程度的依据理论结果来对幕墙立柱或横梁的截面做设计。所以，如何对整个幕墙系统做合理的结构分析和规划将决定立柱或横梁的型材的使用率。

对于同种幕墙系统或同种幕墙结构形式，常规幕墙龙骨方案的设计方法是根据结构受力最差的区域来确定整个系统的龙骨截面。如图1所示为现有幕墙的设计流程，以幕墙立柱的截面设计为例：常规幕墙立柱截面设计流程一般是，首先由建筑师设计建筑外形，确定幕墙的层高、分格及内饰面龙骨轮廓的尺寸范围等，再由相关单位对设计师设计的建筑进行风洞试验，然后由幕墙设计者初步计算出满足要求的立柱截面，取整个建筑中受力最大即最不利的位置对立柱截面进行校核，之后交由铝型材厂家确认所设计的立柱的截面形状是否能够生产，如果不合适则会对立柱截面做微调，之后反馈给幕墙设计者进行校核，确认立柱截面可满足要求后由铝型材厂家加工制作。

这种设计方法的缺点有：

①、以一概全：一栋建筑各个位置的荷载大小不一，建筑的层高又可能有多种，特别是当建筑高度较大时，荷载的离散性也会较大，如果仍采用常规的以建筑上受力最大位置进行立柱截面设计的做法，材料整体利用率会很低，造成材料的极大浪费。

②、截面设计效率较低：现有的设计方法中，一般是先设计出龙骨截面，然后进行计算校核，当不合适时进行调整，之后再计算校核...这样设计在先、计算在后的方法需要反复调整计算，设计截面时效率较低。

技术实现要素：

本发明的目的是改进现有技术存在的问题，提供一种高层、超高层建筑幕墙结构的优化设计方法。该优化设计方法可以较大的提高材料整体利用率，降低材料用量，同时也可以提高立柱截面的设计效率，使截面设计更精准、更高效。

和主体结构中的钢材、钢筋混凝土结构不同。幕墙结构优化设计的最底线，是材料加工生产的极限能力。因此，幕墙结构优化的设计方法也和主体结构的优化设计方法不同，但是依据的是相同的原理。国际上比较先进的主体结构的设计方法是基于概率极限状态的设计法。它包括承载能力极限状态和正常使用极限状态。本文将提及的发明中，幕墙的结构的优化设计是基于材料极限加工能力的，并结合承载能力极限状态和正常使用极限状态，进行区域划分和极限布置，同时考虑一柱极限多用的结构优化设计法。

本发明的目的是这样实现的：

一种高层、超高层建筑幕墙结构的优化设计方法，其包括如下设计步骤：

步骤一：根据建筑师提供的建筑外形已知幕墙的层高、分格及内饰面的尺寸以及幕墙龙骨外轮廓，设计出初步龙骨截面；

步骤二：将设计出的初步龙骨截面发给型材生产厂家，由型材生产厂家根据初步龙骨截面给出能做的最小截面，该最小截面是型材生产厂家根据其对材料的极限加工能力得出的；

步骤三：根据实验单位做的试验结果和荷载规范计算结果得出建筑各个位置的荷载，绘制出建筑荷载分布区域图，之后结合龙骨结构自身特征对建筑进行区域划分；

步骤四：计算出步骤二中由型材生产厂家给出的该最小截面在满足规范要求即对承载能力极限状态和正常使用极限状态要求的前提下，在不同龙骨结构自身特征下所能承受的最大荷载，之后在已经做好的建筑荷载分布区域图中圈出该最小截面能使用的区域范围，该最小截面即为幕墙龙骨的最小截面；

步骤五：对剩余的区域中龙骨截面的设计：

使用如下方法中的至少一种：

A.找出所述剩余区域中的荷载和龙骨结构自身特征，然后，在能满足规范要求前提下计算出所述剩余区域所需最小的龙骨截面参数，之后分别设计出与之相应的龙骨截面。

B.对于设定的截面通过加强措施使之适用于所述剩余区域。

C.使用步骤四中的龙骨最小截面。

其中：

所述步骤二中，材料加工极限能力：指的是幕墙结构中的龙骨即包括横梁、立柱的材料，用铝合金加工的加工极限能力。铝合金立柱或横梁的加工方式为挤压成形，材料加工极限能力包括如下几个方面：

(1)宽厚比：如果立柱、横梁的截面宽度较大而壁厚太薄即宽厚比太大，会出现型材挤出困难，挤出时变形；

(2)厚度差：所述截面中相邻板件的厚度差比较大时，由于出料速度及冷却过程不均匀，挤出的型材上可能出现条纹、变形，做表面处理后出现色差；

(3)模具安全：挤出模具一般是边缘薄中间厚的形状，所述截面设计不合理，模具就会受到比较大的压力，此时模具的边缘可能被破坏，即出现爆模、模具出裂纹等一系列问题；

因此并非在结构利用率不高的情况下，铝型材断面可以不断优化。而是还要依据型材生产厂家给出的材料极限加工能力作为优化设计在该阶段的一个休止点。

具体地，型材生产厂家确定最小截面中一般会具体做包括如下工作：

1.如果初步龙骨截面宽厚比太大无法满足加工要求，要将该壁厚增厚；

2.如果初步龙骨截面中相邻板件的壁厚的厚度差比较大，要将厚度差减小，例如将较薄的壁厚加厚，或将较厚的壁厚减薄，或开较大转角R等。

关于步骤2，不同型材生产厂家，型材加工的能力不同，能加工出这个设计截面的最小壁厚也不同。在本优化设计方法中，将设计出的初步龙骨截面先交给型材生产厂家，由型材生产厂家给出该初步龙骨截面能做出的最薄壁厚。

所述龙骨结构自身特征指跨度

要提高幕墙龙骨的整体利用率，就有必要根据幕墙的荷载和层高的分布情况对整片幕墙做区域划分，之后对不同的区域设计出与之对应的龙骨截面。

关于步骤三，即对于建筑进行区域划分中，需要指出的是，对于体量较大的项目，如果区域划分太细，虽然可以进一步提高材料整体利用率，但会增加开模量，提高开模成本，增加后期加工备料等过程的复杂性，安装时难区分等。需由设计者综合考虑，在区域划分不多的情况下材料整体利用率又得到较大提高，既实现龙骨截面数量最少化材料利用率最大化。常规项目一般划分4个以内区域、增加一款新断面即可实现材料利用率的较大优化。

因此，在区域划分时可以将建筑中的各个单元的跨度范围最少分成大跨度和小跨度两组，将建筑各处的荷载最少分成大荷载和小荷载两组，然后，例如组合成四个区域：

1.大跨度大荷载；

2.大跨度小荷载；

3.小跨度小荷载；

4.小跨度大荷载。

另外，在设计龙骨截面时，还可以将几个划分的区域进行合并，例如将大荷载小跨度区域和小荷载大跨度区域合并，设计龙骨为同样的截面。

例如对于幕墙立柱，荷载为风压，在所述步骤三中，即根据幕墙龙骨荷载及跨度初步对建筑进行区域划分中，可以是根据单元的跨度和各个位置的风压做区域划分，对于立柱截面设计，分为四个区域，该四个区域可初步划分为小跨度小风压、小跨度大风压、大跨度小风压和大跨度大风压等几个区域，将条件不同的区域区分开来。

之后在步骤四中，需由设计者校核型材生产厂家给出的该最薄可加工截面即最小截面是否满足规范的规定，若不满足，设计者进行加厚反馈给厂家，再由厂家判断加工可行性，直至型材生产厂家和校核两项均满足。

在步骤五中也是如此，在找出所述剩余区域中的荷载和龙骨结构自身特征，然后，在能满足规范要求前提下计算出所述剩余区域所需最小的龙骨截面参数，之后分别设计出与之相应的龙骨截面之后，发给型材生产厂家，由其确定是否能开模，如果不能满足型材生产厂家的极限加工能力，则对截面进行微调；然后重新验算龙骨截面是否满足规范对承载能力极限状态和正常使用极限状态的要求，最终确定相应剩余分区截面。

在所述步骤三和步骤四中，所述的荷载，代表的是主导荷载，所述主导荷载通常指依据荷载规范将若干可能同时出现的荷载进行合理组合得到的一个组合荷载。

所述主导荷载是指对龙骨能否满足使用要求起主导作用的一个组合荷载。

该组合荷载可以是多个荷载的组合，也可以是单一荷载。

例如，对于立柱，主导荷载就是风荷载；对于立面幕墙的横梁，主导荷载可能会是重力荷载；对于水平采光顶的龙骨，主导荷载又会是风、雪、自重进行组合得到的一个组合荷载。

所述主导载荷由设计者自行确定。

本设计方法可以适合幕墙中的立柱和横梁，也适用于其他杆件的优化设计。

在所述步骤4中，所述承载能力极限状态：指的是铝合金型材达到材料最大设计强度，包括抗弯强度、抗拉强度、抗压强度、抗剪强度、局部承压强度、以及靠螺纹连接的型材的螺纹抗拉强度、以及有装饰条的型材的扭矩抵抗能力的抗剪强度、槽口的强度。任何一个承载能力达到极限状态，都作为优化设计在该阶段的一个休止点。

所述正常使用极限状态：指的是铝合金型材达到不适于继续承载的变形。包括影响室内使用效果的变形，影响幕墙水密性能的变形、影响幕墙气密性能的变形、由于自身抗扭转刚度不足产生的外连接装饰条的变形、影响幕墙各种材料之间弹性缝隙的变形等。任何一个变形状态达到极限，都是正常使用极限状态，都作为优化设计在该阶段的休止点。

步骤四中选出能够适应型材生产厂家给出的龙骨最小截面的使用区域，一般情况下是所划分区域中荷载较小的区域。但是，也不排除，型材生产厂家给出的龙骨最小截面在建筑荷载分布区域图中适应的划分区域不是荷载最小的区域，那么，荷载更小的区域也可能成为剩余的划分区域，这样，在步骤五中，设计出的剩余分区截面可能比最小截面还要小。

这种情况下，为了简化其间，有时候这样的剩余分区也就使用所述最小截面的龙骨了。

所述结构自身特征通常指跨度。

在步骤四和步骤五中，计算龙骨截面中校核能满足规范要求前提下各区域所需的最小截面的参数一般会是截面抵抗矩和惯性矩。

例如，如果是设计立柱，荷载和跨度两项影响的主要是立柱截面所需的抵抗矩和惯性矩。

所述剩余区域可以是指在步骤四的选择后剩余的区域，也可以是在所述步骤四选择后剩余的区域进行合并后的区域。

步骤五中，设计龙骨截面的具体方法有：

在所述步骤五，将幕墙龙骨划分成若干区域后，每个区域载荷的离散型会小一些，针对每个区域进行龙骨截面的设计，材料浪费情况会减少，但是，龙骨截面规格也会增加，因此需要设计者同时考虑如何避免龙骨过多开模问题。因此，在步骤五中乃至步骤四中，都可以使用合并区域的方法来避免划分区域过多出现的问题。

进一步地，在对于剩余划分区域设计截面中，可以对于所述最小截面进行如下加强措施：

1.局部壁厚加厚。较佳的是将龙骨受力最大的例如前后侧的侧壁加厚。

2.改开口截面为闭口截面。

而在龙骨截面设计时，设计者应该考虑如何使设计出来的截面在更为不利的位置使用时，可以比较方便的做加强(一般做法是增加插芯)而不必另开模具，做到一柱多用。

因此，加强措施还可以是在不改截面基础上的加强，例如，可以采用一柱多用的方法，具体为：

一柱多用设计方法：指的是在设定的铝合金型材基础上，通过设置加强件措施来提高其承载能力，使之适用于更为不利的所述剩余的划分区域。

所述设定的铝合金型材，可以是现有的铝合金型材，或是所述最小截面的铝合金型材，或是在剩余区域中计算的一种截面尺寸的铝合金型材。

实现一种铝合金型材在多个区域的应用，避免每个区域都对应使用一种新截面的型材，减少了开模量，即减少型材断面种类的数量。

在一柱多用方法中，所述加强件措施是在所述型材中插设插芯。

一柱多用设计法要求设计者在对龙骨截面设计时事先考虑一柱多用所需的一些加强件固定构造的设计。

所述加强件固定构造可以是在龙骨中设计预留的闭合腔，以供在其中插入钢插芯；和/或

所述加强件固定构造可以是供插芯所用的卡固结构，以供插芯附着。

当在现有型材基础上通过加强仍无法满足剩余的一些受力差的区域时，需要根据力学分析确定一款材料增加量最小同时又满足使用要求的截面，这个时候也采用一柱多用的方法，既在新截面满足了下一个受力差的区域外，能通过对新截面做进一步加强使之用于受力最差的区域，将整个幕墙全覆盖。即在所述最小截面或对于剩余区域设计的一种截面基础上，对该截面进行调整。

步骤五中所述加强设计可以是在新截面基础上加强，也可以是对初始最小截面进行加插芯加强。

截面调整与使用加强件的方法可以同时应用，也可以单独使用，设计中先后使用过顺序也可以随意调整。

对于A、B两种具体方法以及截面调整的方法，还需要将设计出的剩余分区截面发给型材生产厂家，由其确定是否能开模，或对于截面进行微调；然后重新验算龙骨截面是否满足规范对承载能力极限状态和正常使用极限状态的要求，最终确定相应剩余分区截面。

本发明提供的高层、超高层建筑幕墙结构的优化设计方法，一改现有技术中的以龙骨承受的最大荷载进行截面设计的方法，避免了“以一概全”的问题，对于建筑进行合理的区域划分，各个区域有各自的龙骨截面；又为了减少开模具的数量，又提出对各区域龙骨截面的加强设计的步骤，实现了“一柱多用”，在节约材料、简化工艺和确保结构安全等方面找到平衡点，同时也提高了立柱截面的设计效率。因此，本优化设计方法适合高层、超高层等有必要进行区域划分的建筑幕墙设计，可以在保证结构安全、工艺简单的前提下，较大的提高材料利用率。

附图说明

图1为现有技术中幕墙立柱的设计流程图。

图2为使用本发明提供的高层、超高层建筑幕墙结构的优化设计方法设计幕墙立柱的设计流程图。

图3为使用本发明提供的高层、超高层建筑幕墙结构的优化设计方法设计幕墙立柱的建筑的平面图。

图4为图3所示建筑的立面图，其上两侧的数字为楼层号和标高，因为楼层较高，楼层号和标高数字不十分清晰，只是为了示意性显示建筑立面。

图5为图3所示的建筑进行风洞试验的风荷载分布图。

图6为图3所示建筑幕墙区域初步划分图。

图7a至图7g为用作如图3所示建筑幕墙的几种标准立柱的断面结构示意图，其中：

图7a为中立柱1的断面结构示意图；

图7b为中立柱2的断面结构示意图；

图7c为中立柱3的断面结构示意图；

图7d为公立柱1的断面结构示意图；

图7e为公立柱3的断面结构示意图；

图7f为公立柱2的断面结构示意图；

图7g为母立柱1的断面结构示意图。

图8a至图8g为用作如图3所示建筑幕墙的几种加强立柱的断面结构示意图，其中：

图8a为加强中立柱4的断面结构示意图，是在中立柱1基础上做截面调整；

图8b为加强中立柱5的断面结构示意图，是在中立柱2基础上做截面调整；

图8c为加强中立柱6的断面结构示意图，是在中立柱3基础上做截面调整；

图8d为加强公立柱4的断面结构示意图，是在公立柱1基础上做截面调整；

图8e为加强公立柱5的断面结构示意图，是在公立柱2基础上做截面调整；

图8f为加强公立柱6的断面结构示意图，是在公立柱3基础上做截面调整；

图8g为加强母立柱2的断面结构示意图，是在母立柱1基础上做截面调整。

图9为公母立柱二次加强后的结构示意图。

图10为中立柱二次加强后的结构示意图。

图11为采用本优化设计方法对于幕墙立柱截面进行设计的流程示意图。

具体实施方式

如图2所示，本发明使用本发明提供的高层、超高层建筑幕墙结构的优化设计方法设计幕墙立柱的设计流程是：

建筑师设计出建筑外形，如图3和图4所示，由此就已知幕墙的层高、分格及内饰面的尺寸以及幕墙龙骨外轮廓A1。

步骤一：如图11所示，幕墙设计者根据建筑师设计的立柱外轮廓按照立柱的设计规范设计出符合外观效果的立柱截面A2。

步骤二：将设计出的初步龙骨截面(参见图11)发给型材生产厂家，由型材生产厂家根据初步龙骨截面给出能做的最小截面，该最小截面是型材生产厂家根据其对材料的极限加工能力得出的。

步骤三：根据实验单位进行的试验和荷载规范计算出建筑各个位置的荷载(如图5所示)，得出建筑各处荷载分布情况，绘制出建筑荷载分布区域图，之后结合龙骨跨度对建筑进行区域划分。

由实验单位对该建筑进行风洞试验，根据实验单位进行的试验和荷载规范计算出建筑各个位置的荷载，得出建筑各处荷载分布情况，绘制出建筑荷载分布区域图，如图6所示。

如图3、图4、图5所示，由风洞实验得到的风荷载离散性很大，如果不对幕墙做区域划分而只按最不利位置设计立柱截面会造成很大的材料浪费。从风洞实验结果看，风压大部分在3kPa以下，3kPa-4kPa分布在建筑角部，风压超过4kPa的区域集中在建筑弧形转角的突出部位。立柱跨度则有4.2m、4.8m和5.6m三种。区域划分时，可以初步按普通风压标准层高、普通风压大层高、大风压标准层高和大风压大层高对幕墙做区域划分。其中普通风压标准层高的区域会覆盖整个建筑中幕墙的一多半，这部分可使用较小的立柱截面。对于普通风压大层高和大风压标准层高一般可以共用一种加强的立柱截面。最后对局部受力特别差的做特殊加强。这样就充分利用了材料，也保证了项目中局部受荷大的薄弱区域的安全性。

具体划分如下：

根据风洞实验、荷载规范计算结果和立柱跨度，初步将幕墙划分为几个区域，如图6所示。

A：5.6m大层高2.52kPa以下风压区；(大跨度小风压区域)

B：4.2m标准层高3kPa以下风压区；(小跨度小风压区域)

C：4.2m标准层3.7kPa-4.79kPa风压区；(小跨度大风压区域)

D：4.8m层高3kPa以下风压区；(小跨度小风压区域)

E：5.6m大层高5.11kPa(最大)风压区；(大跨度大风压区域)

F：4.8m层高3.7kPa风压区；(小跨度中等风压区域)

G：4.2m层高3kPa-3.7kPa区；(小跨度小风压区域)

H：4.3m层高3kPa以下区。(小跨度小风压区域)

步骤四：计算出步骤二中由型材生产厂家给出的该最小截面在满足规范要求即对承载能力极限状态和正常使用极限状态要求的前提下，所能承受的最大荷载，之后在已经做好的建筑荷载分布区域图中圈出该最小截面能使用的范围，该最小截面即为幕墙龙骨的最小截面。

设计最小截面：如图7a至图7g所示，由立柱的外轮廓、规范对立柱最小壁厚的规定及厂家的加工能力设计出最小立柱截面。由于幕墙上开启扇的影响，使得中立柱和公立柱分别多开两个模具，共有中立柱1、中立柱2和中立柱3三种中立柱模具，还有公立柱1、公立柱2和公立柱3三种公立柱模具，以及母立柱1的模具。

根据上述几种立柱截面反推出立柱承载力，如表1所示。

根据立柱承载力划分出标准立柱能满足的区域，这样如图6中的B区、D区、G区、H区就合而为一，统一使用如图7a至图7g所示的标准料即标准立柱。

步骤五：对剩余的划分区域：

分别计算出能满足所述规范要求前提下各区域所需的最小截面参数，并合并相近的，对于步骤二得到的最小截面进行加强设计，在本实施例中，如图8所示，在如图7所示的标准立柱基础上，对其前后侧壁的厚度进行了增厚的调整，使之能够通过这样的措施达到在剩余的相应分区能够承受相应的荷载，见表2。

表1 标准立柱承载力

表2：加强立柱承载力

这样A、C、F区就合而为一，统一采用截面调整加强的中立柱，如图8a至图8c所示，公母立柱不加强。如果需要对于公母立柱做加强，可以如图8d至图8g所示加强公母立柱。

对局部大跨度大风压位置的立柱，需要做特殊加强：用如图8a至图8g所示截面调整加强后的公母立柱和中立柱做二次加强---增加钢插芯。这样就避免了重新开模，减小开模费用。如图9所示，在图8d所示的公立柱4中通过设计的卡固结构41插设固定钢插芯B1。如图10所示，在图8c所示的中立柱6的封闭腔中插设钢插芯B2。

在上述实施例中，E区为特殊加强区，其中用如图9和图10所示的经过截面调整和加设钢插芯，在标准立柱基础上二次强化的加强立柱即可适用。

由此可知，如图3所示的建筑，经过使用本设计方法，设计结果如下：

A：5.6m大层高2.52kPa以下风压区；(大跨度小风压区域)使用截面调整立柱。

B：4.2m标准层高3kPa以下风压区；(小跨度小风压区域)使用标准立柱。

C：4.2m标准层3.7kPa-4.79kPa风压区；(小跨度大风压区域)使用截面调整立柱。

D：4.8m层高3kPa以下风压区；(小跨度小风压区域)使用标准立柱。

E：5.6m大层高5.11kPa(最大)风压区；(大跨度大风压区域)使用截面调整后插钢芯的立柱。

F：4.8m层高3.7kPa风压区；(小跨度中等风压区域)使用截面调整立柱。

G：4.2m层高3kPa-3.7kPa区；(小跨度小风压区域)使用标准立柱。

H：4.3m层高3kPa以下区。(小跨度小风压区域)使用标准立柱。

通过对建筑进行分区，提高总体立柱的利用率。本发明提供的优化设计方法，对于没有开启扇的幕墙，使用两套模具即可完成对整个幕墙的立柱优化布置。

图11示出了另一种设计方法。幕墙设计者设计出立柱截面A1，再经过型材生产厂家，得到了最小截面A2，在区域划分图中选定了A2的适合使用区域。对于无法满足受力要求的区域时，就要采取加强措施，例如增加前后壁厚构成截面A3。对于仍然无法满足受力要求的区域，可以再次改变截面结构，例如将开口截面改为闭口截面A4。

在本发明提供的优化设计方法中，对于建筑荷载进行区域划分，对于不同的区域荷载使用不同截面的龙骨，可提高材料利用率。

除此之外，还有一个明显的特点，就是在根据建筑师的的设计得出的初步龙骨截面后，不是先根据荷载和龙骨结构自身特征进行截面设计，而是将初步龙骨截面发给型材生产厂家，由厂家给出最小截面，找到最小截面适合使用的区域。这比起现有技术的设计的现设计截面，然后交给厂家，厂家修改后在核对的流程，明显简单得多。虽然在对剩余区域进行龙骨截面设计中会产生新的截面，还需要交给厂家，厂家修改后还有校核，但毕竟是少量的龙骨，而且在对于剩余区域的龙骨设计中，可以采用一柱多用的方法，这样就根本避免了设计、厂家、再校核的循环。再有，即使是在剩余区域龙骨设计中出现新的截面，一般情况下对于例如龙骨受力最大的位置增加壁厚，通常得到的截面一般都会是厂家能够加工的，厂家修改的可能性较小。因此，本发明可以减少或基本避免设计流程上的这种循环过程。

再有，本发明，将初步龙骨截面先拿给厂家，得到最薄可加工的最小截面，这样，还可以提高材料的利用率。

而对剩余区域通过计算反推出龙骨在满足规范要求前提下所需的最小截面参数，通过该截面参数设计出满足的龙骨截面，属于对龙骨截面的反向设计，避免了重复调整计算的循环过程，提高了截面设计的效率。

下面是有一个具体实施例，其中与前述实施例相同的内容就不重复描述了。

一种高层、超高层建筑幕墙结构的优化设计方法，其包括如下步骤：

步骤一：根据建筑师提供的建筑外形已知幕墙的层高、分格及幕墙龙骨外轮廓，设计出初步龙骨截面；

步骤二：将设计出的初步龙骨截面发给型材生产厂家，由型材生产厂家根据初步龙骨截面给出能做的最小截面，该最小截面是型材生产厂家根据其对材料的极限加工能力得出的；

步骤三：根据实验单位进行的试验和荷载规范计算出建筑各个位置的荷载，得出建筑各处荷载分布情况，绘制出建筑荷载分布区域图，根据幕墙龙骨荷载及跨度对建筑进行区域划分；

步骤四：计算出步骤二中由型材生产厂家给出的该最小截面在满足规范要求即对承载能力极限状态和正常使用极限状态要求的前提下，所能承受的最大荷载，之后在已经做好的建筑荷载分布区域图中圈出该最小截面能使用的范围，该最小截面即为幕墙龙骨的最小截面；

步骤五：对剩余的划分区域：

分别计算出能满足所述规范要求前提下各区域所需的最小截面参数，并设计出与之对应的剩余区域龙骨截面，如果所需最小截面参数相近则可将其合并成一个区域用同一种龙骨截面。

对于步骤二得到的最小截面进行加强设计，使之能够通过加强措施达到在剩余的相应分区能够承受相应的荷载。

在步骤二中，充分发挥型材厂家的极限加工能力，做出其能做的型材截面，同时，还需设计值结合规范校核型材壁厚是否超出规范要求的最小壁厚，在加工可行性和规范要求同时满足时，确定最终的最小截面的尺寸。

在本优化设计方法的步骤三中依据“实验单位进行的试验结果和荷载规范计算结果”确定建筑各个部位的荷载，将建筑荷载进行分区，并绘制出荷载分布区域图。

在步骤三中，完成荷载的分区之后，结合龙骨跨度可初步将建筑划分为小跨度小风压、小跨度大风压、大跨度小风压和大跨度大风压等几个区域。

在步骤五中对剩余的划分区域，由设计者反推出在满足规范要求下各区域所需的最小截面参数(一般是指截面抵抗矩和惯性矩)，当所需最小截面参数接近时，可将其合并为一个区域，根据最小截面参数初步设计出该分区截面。之后发给型材生产厂家，由其确定是否能开模，或对截面进行微调；然后重新验算龙骨截面是否满足规范对承载能力极限状态和正常使用极限状态的要求，最终确定相应剩余分区截面。

在所述步骤五中，所述设计出与之对应的剩余区域龙骨截面处，设计者为了实现一柱多用而留一些便于做进一步加强的构造设计，例如在龙骨的端面上设计供插芯所用的卡固结构，通过在型材中加插芯做进一步加强，使之适用于剩余分区承载更大、更不利的区域，从而减少龙骨的开模数量。

做加强设计可以针对剩余分区截面，也可以针对所述最小截面。

综上所述，通过对幕墙进行分区，合理设计立柱截面，充分进行优化分析，一般都能使得幕墙60％以上区域的立柱得到优化，避免了因局部受力较差而使得整片幕墙的立柱的余量太大，造成材料浪费。

本发明提供的优化设计方法的主要发明要点有以下几点：

1、对建筑上各处的荷载进行分区；

2、结合龙骨跨度和荷载对建筑进行区域划分；

3、充分发挥型材厂家的加工能力，设计出最小的型材截面，并计算出该截面可以使用的范围；

4、对剩余区域通过计算反推出龙骨在满足规范要求前提下所需的最小截面参数，通过该截面参数设计出满足的龙骨截面。对于剩余区域的龙骨设计属于对龙骨截面的反向设计，避免了重复调整计算的循环过程，提高了截面设计的效率。

本发明提供的高层、超高层建筑幕墙结构的优化设计方法，从如下几个方面体现出其积极效果：

1、简化了幕墙结构的设计流程。

2、明确了幕墙结构设计流程的主要控制点。

3、重新定义幕墙结构优化设计的概念。

4、提出了超高层幕墙结构优化设计的方法。

5、对幕墙大部分龙骨进行优化，提高了龙骨利用率，节约材料，同时提高了立柱截面的设计效率和精准度。