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(jìn)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(fēng)荷載、拉索預(yù)應(yīng)力等因素對玻璃貢獻(xiàn)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(jìn)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(xiàn)影響很小,玻璃參與結(jié)構(gòu)剛度貢獻(xiàn)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(diǎn)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(diǎn)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(jìn)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(diǎn),構(gòu)造了非線性單質(zhì)點(diǎn)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(xì),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(diǎn)。作為一種新型結(jié)構(gòu)形式,目前對其地震反應(yīng)特點(diǎn)和抗震原則缺乏了解。在采用振型分解反應(yīng)譜法進(jìn)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(xiàn)模態(tài)的判斷標(biāo)準(zhǔn)。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(qiáng)化階段的索組成,目前我國抗震規(guī)范給出的三水準(zhǔn)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(jìn)行進(jìn)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(jìn)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(fēng)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(jìn)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(jìn)行了比較,為進(jìn)一步完善點(diǎn)式玻璃的設(shè)計和在實際工程中單層索網(wǎng)玻璃幕墻進(jìn)行整體進(jìn)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(jìn)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(fēng)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(jìn)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(jìn)行了比較,為進(jìn)一步完善點(diǎn)式玻璃的設(shè)計和在實際工程中單層索網(wǎng)玻璃幕墻進(jìn)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(jìn)行了論述,然后介紹了點(diǎn)支式玻璃幕墻的應(yīng)用及優(yōu)點(diǎn),歸納了索網(wǎng)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn),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(jìn)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(diǎn)支式玻璃幕墻是一種墻體的圍護(hù)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(yùn)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(diǎn)支式玻璃幕墻是一種墻體的圍護(hù)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(yùn)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(diǎn)。 表12-6 f/l1/40 0 1/30 0 1/

在當(dāng)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(yùn)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(yán)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(diǎn)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(jìn)而可以準(zhǔn)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(diǎn),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(jìn)行了風(fēng)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(diǎn)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(jìn)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(jìn)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(diǎn)支玻璃建筑單層索網(wǎng)體系是一種幾何非線性較強(qiáng)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(diǎn),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(jìn)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(jī)振動理論為基礎(chǔ),采用頻域法對單層索網(wǎng)結(jié)構(gòu)風(fēng)振響應(yīng)進(jìn)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(fēng)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(jìn)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(fēng)頻率相干的空間相干函數(shù)更為合理.

采用單層平面正交索網(wǎng)結(jié)構(gòu)作為點(diǎn)支式幕墻的支承結(jié)構(gòu),可達(dá)到通透、美觀的建筑效果,系國內(nèi)首次采用,介紹該結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計要點(diǎn)、施工工藝與檢驗標(biāo)準(zhǔn)。

中關(guān)村文化商廈采用平面單層索網(wǎng)結(jié)構(gòu),索網(wǎng)預(yù)應(yīng)力的控制是玻璃幕墻施工的關(guān)鍵。運(yùn)用ansys有限元分析軟件,考慮玻璃幕墻的安裝要求及索張拉對整個結(jié)構(gòu)的影響,首先張拉豎向索,再安裝索的卡具,最后張拉橫向索。并詳細(xì)闡述了豎向索通過位移控制、索測力儀校驗以及橫向索張拉過程通過千斤頂配套的油表讀數(shù)控制、振弦法校驗的施工方法,確保了玻璃幕墻施工的順利進(jìn)行和施工質(zhì)量達(dá)到相應(yīng)規(guī)范要求。

點(diǎn)支式玻璃幕墻具有施工簡捷、通透性好的特性,迎合了人們回歸自然、享受陽光的需求,所以,點(diǎn)支式幕墻在我國使用時間雖然不長,但其發(fā)展相當(dāng)迅猛,單層平面預(yù)應(yīng)力索網(wǎng)支撐支式玻璃幕墻以其剛?cè)岵?jì)的特性,簡單明確的受力體系充分展現(xiàn)了當(dāng)代建筑技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步。

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(fēng)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(fēng)振響應(yīng)分析,并與通常采用的等效靜風(fēng)載荷方法得到的結(jié)構(gòu)風(fēng)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(fēng)載荷方法會導(dǎo)致偏于不安全的設(shè)計計算結(jié)果.