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【摘 要】机械设计原理及加工在建筑幕墙工程中的应用仅仅是机械应用的一个方面，其他行业都需要机械设计原理及加工的应用，任何行业都需要机械设备进行加工，有机械设备行政都需要技术改进和创新，因此都要运用机械设计原理和有关机械加工。本文从机械行业最基本知识（装配知识，工艺知识，制图知识），结合实际工程来阐述其在幕墙行业的基本运用。对于有一定幕墙基础的人员和其它专业技术人员也具有重要的指导作用。
【关键词】机械，幕墙，工艺，装配
随着经济的发展和技术的提高，建筑物从单一化、简单化向多元化、复杂化发展。建筑师门为追求独特的建筑效果，不再满足于现状---有规则、整齐划一和平淡的设计，而是天马行空、奇形怪状，各种具有独特个性和标志的建筑层出不穷，在实现其使用功能的前提下体现每栋建筑物的不同个性；如各大体育场馆、机场和会展中心等大型公共建筑更是如此。而为这些建筑物做嫁衣的外围护结构----建筑幕墙的设计增加了许多不小的难度，幕墙工程的设计、定位、下单、安装施工以及维修和日常清洗，都需要借助机械设计来完成。
一、机械杠杆原理在幕墙工程中的应用
杠杆是一种简单机械，在力的作用下能绕着固定点转动的硬棒就是杠杆（lever），从支点到力作用线的距离L1和L2叫做力臂，支点、阻力臂、动力臂是杠杆的三要素。杠杆不一定必须是直的，也可以是弯曲的，但必须保证是硬棒。
杠杆原理亦称“杠杆平衡条件”。要使杠杆平衡，作用在杠杆上的两个力矩（力与力臂的乘积）大小必须相等；而且这二个力的大小与它们的力臂成反比。即：动力×动力臂=阻力×阻力臂，用代数式表示为F1·L1=F2·L2。式中，F1表示动力，L1表示动力臂，F2表示阻力，L2表示阻力臂。从上式可看出，欲使杠杆达到平衡，动力臂是阻力臂的几倍，动力就是阻力的几分之一。
杠杆分类，杠杆可分为省力杠杆、费力杠杆和等臂杠杆。
（一）幕墙工程中的上悬窗是机械杠杆原理的应用之一，上悬窗的滑撑中的撑杆是一种杠杆，它在开启和关闭过程中，省力杠杆、费力杠杆和等臂杠杆互为转化；开启到最大时动力F1=阻力F2，动力臂L1=阻力臂L2，此时为等臂杠杆；关闭时动力F1=0，阻力F2最大，此时为省力杠杆；而开到一半角度时动力F1>阻力F2，此时为费力杠杆。
（二）幕墙立柱是机械杠杆原理的应用之二，幕墙立柱属于拉弯构件，支点对立柱的拉力（动力F1）与幕墙施加于立柱上的恒荷载（阻力F2）相等，因此它们是属于等臂杠杆。当水平风荷载垂直作用于立柱上的应力（阻力）与立柱的抗弯曲应力（动力）相等时，又是一个等臂杠杆；当水平风荷载垂直作用于立柱上的应力（阻力）大于立柱的抗弯曲应力（动力）时，是一个省力杠杆；在幕墙工程中我们不希望省力杠杆存在和发生，因为此时幕墙结构受到破坏，立柱发生弯曲或转动。这类杠杆称为复合杠杆。
幕墙中还有许多机械杠杆原理的应用在此不再论述。
二、机械设计在曲面和斜面幕墙工程中的应用
曲面和斜面幕墙工程脚手架搭设非常困难，也无法施工，采用吊蓝施工也有相当大的难度，如宁波南部商务区奥克斯大厦南北二侧面呈X型，东西二立面其凹入角度大于30。
需要设计一个支撑吊蓝滑轨和爬升系统，并且不能使吊蓝脱离滑轨，吊蓝二边各设有二个能沿滑轨爬升的轮子，每一边的二个轮子用钢结构三角支撑连接在一起，采用螺栓或电焊将三角支撑与吊蓝构件连接，连接必须安全可靠有效。吊蓝二边各安装一个电机，电机安装在吊蓝的构件上，与三角支撑分开，每个电机分别驱动吊蓝一边的二个轮子，这样施工人员进入吊蓝后只要开动电机，吊蓝就能向上或向下爬行。但吊蓝向上拉的缆绳不能拆，而且还必须增设向室内拉的缆绳；当然三角支撑、轮子和滑轨必须经过结构受力计算才能安装和使用。同时还需安全行政监督部门对结构设计进行安全论证和对安装验收合格后才能使用。
另一种方法是不采用电机驱动，采用电动葫芦拉升；当主体结构的外墙面向内凹时用二个电动葫芦拉升，一个向上拉，另一个同时向内拉；吊蓝需要下行时只要同时缓慢的放松二个电动葫芦缆绳，注意必须缓慢下降。当主体结构的外墙面向外凸时，二个电动葫芦一个向上拉，另一个向外拉；吊蓝需要下行时与上面相同，同时缓慢的放松二个电动葫芦缆绳；根据现场实际情况如没有必要向外拉，那向外拉的电动葫芦可不设置。这一方案要比上一方案经济、省时、省力。
当然后一种方案同样要经过专家论证和试验。
三、机械加工在幕墙工程中的应用
1、幕墙构件的组合钻孔机
根据安装要求，幕墙立挺上通常设计有尺寸相同的一系列孔，为了提幕墙立挺钻孔的效率和精度，拟设计一台立挺组合钻。要求：铝材尺寸200×80×3000mm，孔径3～12mm，保证钻削时钻头轴向移动最大范围为150mm，保证钻削时各个钻头在一条直线内，直线度误差为0.5mm钻头旋转中心之间水平距离可根据被加工孔系中心距大小进行调整，可调整距离为100±30mm，在保证加工质量情况下，立挺连同工作台可在一个水平面范围内移动，最大调整范围为60mm。为此需要钻削动力头设计，机架的设计，工作台的设计。
2、幕墙构件角接锯（也称锯角机）的设计，也可从专业设备生产商那里采购。
根据隐框和半隐框幕墙工程的实际结构，其铝合金副框和横梁有时需要锯45角（斜边），当然有时不一定是45角（斜边），为了有效的加工出高精度的45角（斜边），拟设计一台用来加工幕墙副框45锯角（斜边）机的专用设备。
要求：铝材尺寸200×80×3000mm，切割角度±45范围内可调，锯片的进给速度0～3m/min，要求工作台能自动送料。为此需要锯削动力头设计，进给部分设计，动力头角度调整部分设计，夹紧及送料部分设计，机架的设计。
3、幕墙铝板开槽机的设计，也可从专业设备生产商那里采购。
要求：工作台尺寸4000×1600mm，槽深0.8mm，槽宽5～15mm，进给速度0～3m/min，为此需要机架及铝板夹持部分的设计，进给部分设计，动力头的设计。
4、数控加工在幕墙构件加工中的应用，应是以后幕墙加工的发展方向和趋势。效率、质量是幕墙先进制造加工技术的主体；高速、高精加工技术及装备可极大地提高加工效率，提高产品的质量和档次，缩短生产周期和提高市场竞争能力。
四、结语：
建筑工程必须要利用机械设备才得以开展生产和施工，而且建筑工程许多地方都要用到机械工辅助设计和原理，如大型钢模板及其支撑构件的副助机械设计，建筑幕墙工程更是如此，因此建筑工程不是单一存在的，而与机械工程紧密相连、密不可分。
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]上官安星.玻璃节能技术在建筑设计中的研究及应用[D].天津大学，2009.
[3]薛鹏.节能技术在建筑幕墙设计中的应用[J].才智，2012，15：349.
【关键词】机械，幕墙，工艺，装配
随着经济的发展和技术的提高，建筑物从单一化、简单化向多元化、复杂化发展。建筑师门为追求独特的建筑效果，不再满足于现状---有规则、整齐划一和平淡的设计，而是天马行空、奇形怪状，各种具有独特个性和标志的建筑层出不穷，在实现其使用功能的前提下体现每栋建筑物的不同个性；如各大体育场馆、机场和会展中心等大型公共建筑更是如此。而为这些建筑物做嫁衣的外围护结构----建筑幕墙的设计增加了许多不小的难度，幕墙工程的设计、定位、下单、安装施工以及维修和日常清洗，都需要借助机械设计来完成。
一、机械杠杆原理在幕墙工程中的应用
杠杆是一种简单机械，在力的作用下能绕着固定点转动的硬棒就是杠杆（lever），从支点到力作用线的距离L1和L2叫做力臂，支点、阻力臂、动力臂是杠杆的三要素。杠杆不一定必须是直的，也可以是弯曲的，但必须保证是硬棒。
杠杆原理亦称“杠杆平衡条件”。要使杠杆平衡，作用在杠杆上的两个力矩（力与力臂的乘积）大小必须相等；而且这二个力的大小与它们的力臂成反比。即：动力×动力臂=阻力×阻力臂，用代数式表示为F1·L1=F2·L2。式中，F1表示动力，L1表示动力臂，F2表示阻力，L2表示阻力臂。从上式可看出，欲使杠杆达到平衡，动力臂是阻力臂的几倍，动力就是阻力的几分之一。
杠杆分类，杠杆可分为省力杠杆、费力杠杆和等臂杠杆。
（一）幕墙工程中的上悬窗是机械杠杆原理的应用之一，上悬窗的滑撑中的撑杆是一种杠杆，它在开启和关闭过程中，省力杠杆、费力杠杆和等臂杠杆互为转化；开启到最大时动力F1=阻力F2，动力臂L1=阻力臂L2，此时为等臂杠杆；关闭时动力F1=0，阻力F2最大，此时为省力杠杆；而开到一半角度时动力F1>阻力F2，此时为费力杠杆。
（二）幕墙立柱是机械杠杆原理的应用之二，幕墙立柱属于拉弯构件，支点对立柱的拉力（动力F1）与幕墙施加于立柱上的恒荷载（阻力F2）相等，因此它们是属于等臂杠杆。当水平风荷载垂直作用于立柱上的应力（阻力）与立柱的抗弯曲应力（动力）相等时，又是一个等臂杠杆；当水平风荷载垂直作用于立柱上的应力（阻力）大于立柱的抗弯曲应力（动力）时，是一个省力杠杆；在幕墙工程中我们不希望省力杠杆存在和发生，因为此时幕墙结构受到破坏，立柱发生弯曲或转动。这类杠杆称为复合杠杆。
幕墙中还有许多机械杠杆原理的应用在此不再论述。
二、机械设计在曲面和斜面幕墙工程中的应用
曲面和斜面幕墙工程脚手架搭设非常困难，也无法施工，采用吊蓝施工也有相当大的难度，如宁波南部商务区奥克斯大厦南北二侧面呈X型，东西二立面其凹入角度大于30。
需要设计一个支撑吊蓝滑轨和爬升系统，并且不能使吊蓝脱离滑轨，吊蓝二边各设有二个能沿滑轨爬升的轮子，每一边的二个轮子用钢结构三角支撑连接在一起，采用螺栓或电焊将三角支撑与吊蓝构件连接，连接必须安全可靠有效。吊蓝二边各安装一个电机，电机安装在吊蓝的构件上，与三角支撑分开，每个电机分别驱动吊蓝一边的二个轮子，这样施工人员进入吊蓝后只要开动电机，吊蓝就能向上或向下爬行。但吊蓝向上拉的缆绳不能拆，而且还必须增设向室内拉的缆绳；当然三角支撑、轮子和滑轨必须经过结构受力计算才能安装和使用。同时还需安全行政监督部门对结构设计进行安全论证和对安装验收合格后才能使用。
另一种方法是不采用电机驱动，采用电动葫芦拉升；当主体结构的外墙面向内凹时用二个电动葫芦拉升，一个向上拉，另一个同时向内拉；吊蓝需要下行时只要同时缓慢的放松二个电动葫芦缆绳，注意必须缓慢下降。当主体结构的外墙面向外凸时，二个电动葫芦一个向上拉，另一个向外拉；吊蓝需要下行时与上面相同，同时缓慢的放松二个电动葫芦缆绳；根据现场实际情况如没有必要向外拉，那向外拉的电动葫芦可不设置。这一方案要比上一方案经济、省时、省力。
当然后一种方案同样要经过专家论证和试验。
三、机械加工在幕墙工程中的应用
1、幕墙构件的组合钻孔机
根据安装要求，幕墙立挺上通常设计有尺寸相同的一系列孔，为了提幕墙立挺钻孔的效率和精度，拟设计一台立挺组合钻。要求：铝材尺寸200×80×3000mm，孔径3～12mm，保证钻削时钻头轴向移动最大范围为150mm，保证钻削时各个钻头在一条直线内，直线度误差为0.5mm钻头旋转中心之间水平距离可根据被加工孔系中心距大小进行调整，可调整距离为100±30mm，在保证加工质量情况下，立挺连同工作台可在一个水平面范围内移动，最大调整范围为60mm。为此需要钻削动力头设计，机架的设计，工作台的设计。
2、幕墙构件角接锯（也称锯角机）的设计，也可从专业设备生产商那里采购。
根据隐框和半隐框幕墙工程的实际结构，其铝合金副框和横梁有时需要锯45角（斜边），当然有时不一定是45角（斜边），为了有效的加工出高精度的45角（斜边），拟设计一台用来加工幕墙副框45锯角（斜边）机的专用设备。
要求：铝材尺寸200×80×3000mm，切割角度±45范围内可调，锯片的进给速度0～3m/min，要求工作台能自动送料。为此需要锯削动力头设计，进给部分设计，动力头角度调整部分设计，夹紧及送料部分设计，机架的设计。
3、幕墙铝板开槽机的设计，也可从专业设备生产商那里采购。
要求：工作台尺寸4000×1600mm，槽深0.8mm，槽宽5～15mm，进给速度0～3m/min，为此需要机架及铝板夹持部分的设计，进给部分设计，动力头的设计。
4、数控加工在幕墙构件加工中的应用，应是以后幕墙加工的发展方向和趋势。效率、质量是幕墙先进制造加工技术的主体；高速、高精加工技术及装备可极大地提高加工效率，提高产品的质量和档次，缩短生产周期和提高市场竞争能力。
四、结语：
建筑工程必须要利用机械设备才得以开展生产和施工，而且建筑工程许多地方都要用到机械工辅助设计和原理，如大型钢模板及其支撑构件的副助机械设计，建筑幕墙工程更是如此，因此建筑工程不是单一存在的，而与机械工程紧密相连、密不可分。
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]上官安星.玻璃节能技术在建筑设计中的研究及应用[D].天津大学，2009.
[3]薛鹏.节能技术在建筑幕墙设计中的应用[J].才智，2012，15：349.