單層平面索網(wǎng)幕墻結(jié)構(gòu)玻璃與索網(wǎng)協(xié)同工作的動力性能研究

采用了數(shù)值模擬的方法對考慮玻璃與索協(xié)同工作的單層平面索網(wǎng)玻璃幕墻結(jié)構(gòu)靜力性能進行研究,通過參數(shù)分析討論了玻璃自重、拉索截面積、網(wǎng)格數(shù)、風荷載、拉索預(yù)應(yīng)力等因素對玻璃貢獻的影響,得到了一些有實用意義的結(jié)論。

采用模型試驗的方法對單層平面索網(wǎng)玻璃幕墻結(jié)構(gòu)考慮玻璃與索網(wǎng)協(xié)同工作的靜力性能進行研究.提出玻璃與索網(wǎng)協(xié)同工作的理論模型,并通過模型試驗驗證了上述理論模型.結(jié)果表明,單塊玻璃的抗彎剛度對于玻璃參與結(jié)構(gòu)剛度貢獻影響很小,玻璃參與結(jié)構(gòu)剛度貢獻從本質(zhì)上講主要由玻璃面的薄膜力大小決定.

單層平面索網(wǎng)玻璃幕墻是點支式玻璃幕墻的一種重要型式,其幕墻玻璃的支承結(jié)構(gòu)為單層平面索網(wǎng)結(jié)構(gòu),在國內(nèi)外一些大型公共建筑中得到了廣泛的應(yīng)用。綜述了單層平面索網(wǎng)結(jié)構(gòu)的研究現(xiàn)狀,重點闡述了其幾何非線性特征、玻-索協(xié)同工作特性,以及該類結(jié)構(gòu)的動力特性及動力響應(yīng)等研究成果。同時,對單層平面索網(wǎng)玻璃幕墻結(jié)構(gòu)研究中所存在的問題進行了分析,并對其發(fā)展趨勢作了展望。

針對單層平面索網(wǎng)幕墻結(jié)構(gòu)的特點,構(gòu)造了非線性單質(zhì)點體系,利用多條地震動記錄,采用時程分析方法計算了該類結(jié)構(gòu)在小震、中震和大震下的加速度反應(yīng)譜。在此基礎(chǔ)上,經(jīng)過統(tǒng)計、平滑處理,得到了適用于單層平面索網(wǎng)玻璃幕墻結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的設(shè)計地震反應(yīng)譜和地震影響系數(shù)。

單層平面索網(wǎng)玻璃幕墻結(jié)構(gòu)作為一種新型結(jié)構(gòu)形式,以建筑造型美觀,構(gòu)件輕巧纖細,廣泛應(yīng)用于大型公共建筑中,其具有柔性大、阻尼小等特點。作為一種新型結(jié)構(gòu)形式,目前對其地震反應(yīng)特點和抗震原則缺乏了解。在采用振型分解反應(yīng)譜法進行單層平面索網(wǎng)結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計時,會有多階振型參與結(jié)構(gòu)振動,高階振型可能也需要考慮,這就需要給出一個選擇主要貢獻模態(tài)的判斷標準。此外,單層平面索網(wǎng)玻璃幕墻由脆性材料的玻璃面板和沒有明顯的屈服臺階和強化階段的索組成,目前我國抗震規(guī)范給出的三水準兩階段的抗震設(shè)計對其可能并不適用,需要對其抗震設(shè)計原則進行進一步的探討。

目前,單層索網(wǎng)玻璃幕墻在現(xiàn)代建筑中得到了日益廣泛的應(yīng)用,其整體結(jié)構(gòu)受力研究通常采用拉索與玻璃分開進行分析。本文利用有限元3d實體模型,考慮了豎向與橫向預(yù)應(yīng)力拉索非平面及矩形駁接件與玻璃之間的作用,設(shè)置了玻璃厚度、豎向預(yù)應(yīng)力索與玻璃間距、豎向索與橫向索間距、索直徑和預(yù)應(yīng)力等參數(shù),在風荷載和自重荷載共同作用下,對矩形駁接單層索網(wǎng)玻璃幕墻協(xié)同工作下的整體結(jié)構(gòu),在各種參數(shù)下進行了受力有限元分析,并與以通常計算方式所計算的結(jié)果進行了比較,為進一步完善點式玻璃的設(shè)計和在實際工程中單層索網(wǎng)玻璃幕墻進行整體進行受力分析提供了依據(jù)。

目前,單層索網(wǎng)玻璃幕墻在現(xiàn)代建筑中得到了日益廣泛的應(yīng)用,其拉索受力研究通常采用拉索與玻璃分開進行分析。本文利用有限元3d實體模型,考慮了豎向與橫向預(yù)應(yīng)力拉索非平面及夾板連接件與玻璃之間的作用,設(shè)置了玻璃厚度、豎向預(yù)應(yīng)力索與玻璃間距、豎向索與橫向索間距、索直徑和預(yù)應(yīng)力等參數(shù),在風荷載和自重荷載共同作用下,對夾板連接單層索網(wǎng)玻璃幕墻協(xié)同工作下的拉索,在各種參數(shù)下進行了受力有限元分析,并與以通常計算方式所計算的結(jié)果進行了比較,為進一步完善點式玻璃的設(shè)計和在實際工程中單層索網(wǎng)玻璃幕墻進行整體受力分析提供了依據(jù)。

首先對玻璃幕墻結(jié)構(gòu)及其分類進行了論述,然后介紹了點支式玻璃幕墻的應(yīng)用及優(yōu)點,歸納了索網(wǎng)結(jié)構(gòu)的特點,最后就單層索網(wǎng)玻璃幕墻結(jié)構(gòu)研究現(xiàn)狀及需要解決的問題進行了研究,從而為玻璃幕墻的推廣應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

單層平面索網(wǎng)點支式玻璃幕墻是一種墻體的圍護結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)體系是拉索桁架及拉桿桁架的簡化形式。幕墻結(jié)構(gòu)體系主要是在動力作用下破壞，所以文章運用有限單元法，考慮幕墻支承體系的幾何非線性，來研究結(jié)構(gòu)體系的自振特性。研究表明索網(wǎng)支承結(jié)構(gòu)體系的頻率密集，振動方向以z向即垂直于索網(wǎng)支承結(jié)構(gòu)體系平面的方向為主。

單層平面索網(wǎng)點支式玻璃幕墻是一種墻體的圍護結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)體系是拉索桁架及拉桿桁架的簡化形式。幕墻結(jié)構(gòu)體系主要是在動力作用下破壞，所以文章運用有限單元法，考慮幕墻支承體系的幾何非線性，來研究結(jié)構(gòu)體系的自振特性。研究表明索網(wǎng)支承結(jié)構(gòu)體系的頻率密集，振動方向以z向即垂直于索網(wǎng)支承結(jié)構(gòu)體系平面的方向為主。

1 12．單層索網(wǎng)玻璃幕墻 單層索網(wǎng)玻璃幕墻由于具有良好通透性而受到青睞。單層索網(wǎng)玻璃幕墻分 為單向單層索與玻璃組合體系和雙向單層索網(wǎng)體系。如果單向單層索之間沒有 橫向索把它們互相連接起來，就未形成結(jié)構(gòu)體系，就會因整體失穩(wěn)而破壞，就 要把玻璃作為單向單層索的橫向結(jié)構(gòu)，即考慮玻璃的作用才能形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。 雙向單層索網(wǎng)體系靠雙向索組成的索網(wǎng)形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。單層索網(wǎng)玻璃幕墻是 國外開發(fā)的，但沒有人給我們提供建造單層索網(wǎng)玻璃幕墻整套技術(shù)，完全靠自 己摸索，國外也有些資料介紹了一根單索的撓度和內(nèi)力的關(guān)系(見表12-6)，有 些人以為表12-6的參數(shù)是用來選擇最大撓度控制值的，并按最大撓度控制值求 出索的內(nèi)力，這樣理解是不完整的，索的撓曲（矢高）越大內(nèi)力越小，撓曲（矢 高）越小內(nèi)力越大，表12-6所列參數(shù)說明了這一點。 表12-6 f/l1/40 0 1/30 0 1/

在當前的高層建筑施工過程中,單層索網(wǎng)幕墻已經(jīng)得到十分廣泛的運用,其中這一結(jié)構(gòu)體系主要的組成是柔性鋼索,通過索網(wǎng)剛度的測量可以快速獲得良好的預(yù)應(yīng)力。這一結(jié)構(gòu)在施工過程中和傳統(tǒng)的幕墻結(jié)構(gòu)對比,在受力方面具有一定的復(fù)雜性,而且設(shè)計與施工難度方面都比較嚴格,對保障是高層建筑的施工質(zhì)量具有十分重要的意義。具體分析不同單層索網(wǎng)幕墻結(jié)構(gòu)的形式,并針對單層的索網(wǎng)幕墻結(jié)構(gòu)具體設(shè)計情況與施工要點做出具體分析,希望今后的高層建筑施工過程可以合理把握好單層的索網(wǎng)幕墻結(jié)構(gòu)具體形式,進而可以準確掌握好握索網(wǎng)結(jié)構(gòu)具體設(shè)計要素。

由于單層索網(wǎng)玻璃幕墻通透性好,連接簡潔明快,自重輕且可以跨越較大空間,深受建筑師歡迎。本文通過簡單分析單層索網(wǎng)玻璃幕墻結(jié)構(gòu)的選型、布置和索網(wǎng)的設(shè)計要點,來介紹單層索網(wǎng)玻璃幕墻結(jié)構(gòu),供廣大讀者參考。

利用大型有限元分析軟件sap2000介紹了單層單向索結(jié)構(gòu)玻璃幕墻的組成,并對江蘇省南通市中國近代第一城展覽館幕墻工程進行了風荷載研究,得出了一些有益的結(jié)論,為玻璃幕墻在今后的設(shè)計研究積累了豐富的資料。

點支式玻璃建筑單層索網(wǎng)體系是一種新型的柔性支承結(jié)構(gòu)體系,其受力特性在很大程度上依賴于所施加的預(yù)應(yīng)力。該文對新保利大廈二期幕墻工程的單層索網(wǎng)結(jié)構(gòu)模型的動力特性進行試驗研究,提取了索網(wǎng)在分級預(yù)應(yīng)力下的前三階頻率,并與加玻璃后的情況進行了對比分析。試驗結(jié)果表明,結(jié)構(gòu)的低階頻率與預(yù)應(yīng)力的關(guān)系基本為近似線性關(guān)系,而高階的非線性程度更明顯,玻璃對結(jié)構(gòu)的剛度有較大提高,試驗與有限元計算結(jié)果比較吻合。

點支玻璃建筑單層索網(wǎng)體系是一種幾何非線性較強的柔性張拉結(jié)構(gòu),其剛度受索中預(yù)應(yīng)力影響較大。目前專門針對該結(jié)構(gòu)動力特性方面的研究尚不多見。闡述了索網(wǎng)這種柔性預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)動力特性分析的特點,編寫了相應(yīng)的有限元程序,對索網(wǎng)自振特性的重要影響因素即幾何非線性和預(yù)應(yīng)力進行了研究,表明忽略幾何非線性會使結(jié)構(gòu)計算結(jié)果產(chǎn)生極大偏差。索網(wǎng)的自振頻率與預(yù)應(yīng)力呈非線性關(guān)系,幾何非線性和預(yù)應(yīng)力對索網(wǎng)的自振特性的影響具有協(xié)同性。

以隨機振動理論為基礎(chǔ),采用頻域法對單層索網(wǎng)結(jié)構(gòu)風振響應(yīng)進行了研究,主要探討不同計算方法和空間相干函數(shù)的選取等問題對索網(wǎng)結(jié)構(gòu)風振響應(yīng)的影響.依據(jù)不同的計算方法和空間相干函數(shù),建立了3種分析模式進行了分析.分析結(jié)果表明:對于頻率密集的索網(wǎng)結(jié)構(gòu),需要考慮模態(tài)交叉項對計算結(jié)果的影響;空間相干函數(shù)的選取對計算結(jié)果影響較大,采用與風頻率相干的空間相干函數(shù)更為合理.

介紹了單層平面索網(wǎng)在我國玻璃幕墻工程中的應(yīng)用現(xiàn)狀,應(yīng)注意的問題和建議。

針對現(xiàn)行幕墻設(shè)計規(guī)范沒有明確規(guī)定單層平面索網(wǎng)幕墻體系的風載荷計算的問題,以某大廈裙房幕墻為研究對象,用adina分析考慮流固耦合作用的玻璃-索網(wǎng)體系風振響應(yīng)分析,并與通常采用的等效靜風載荷方法得到的結(jié)構(gòu)風效應(yīng)比較.分析表明,對于非線性的索網(wǎng)玻璃幕墻結(jié)構(gòu),現(xiàn)行載荷規(guī)范采用的等效靜風載荷方法會導致偏于不安全的設(shè)計計算結(jié)果.

點支式玻璃幕墻單層索網(wǎng)體系中,玻璃通過連接件和索網(wǎng)結(jié)構(gòu)相連,參與支承結(jié)構(gòu)的受力,本文利用ansys有限元軟件建立玻璃和索網(wǎng)共同工作的模型,研究玻璃剛度及節(jié)點約束對單層索網(wǎng)承載性能的影響,并結(jié)合相關(guān)試驗和計算結(jié)果對有限元計算模型進行驗證.結(jié)果表明:考慮玻璃作用降低了索網(wǎng)幕墻的位移和索力,對索網(wǎng)承載性能有利;節(jié)點約束能力越強,玻璃的貢獻越大.

為了研究玻璃面板對單層索網(wǎng)玻璃幕墻結(jié)構(gòu)在脈動風荷載作用下的影響,在闡述玻璃與索網(wǎng)共同工作機理的基礎(chǔ)上,利用自回歸法模擬得到的風速時程,對是否考慮玻璃面板作用的兩種索網(wǎng)模型進行了時程分析.通過參數(shù)分析討論了玻璃面板厚度、拉索截面積以及拉索初始張拉力等因素對脈動風荷載作用下的玻璃面板與索網(wǎng)協(xié)同工作的影響.結(jié)果表明:是否考慮玻璃面板對節(jié)點撓度有較大影響,但是對拉索索力的影響較小.索網(wǎng)節(jié)點的最大撓度隨著玻璃的厚度及拉索的初始張拉力增大而不斷減小,拉索截面積的變化對撓度的影響不明顯.而拉索的索力主要取決于拉索截面積和拉索的初始張拉力,索力隨著拉索截面積的減小以及拉索初始張拉力的增加而增大.

玻璃幕墻中的單索結(jié)構(gòu)支撐體系是拉索結(jié)構(gòu)體系中的一種,它由單根單向拉索組成,由于幕墻玻璃與單索之間的距離比較小,單索結(jié)構(gòu)支撐體系大大節(jié)省了大跨度結(jié)構(gòu)支撐體系所占的建筑空間,是一種全新的受力體系。本文以常州市體育館會展中心入口處為例對單層索網(wǎng)幕墻作一簡要介紹。