单层索网玻璃幕墙结构抗风研究

论文摘要

近年来单层平面索网结构被广泛应用于点支式玻璃幕墙建筑中,代表着大尺度幕墙结构的发展趋势。由于索网结构质量轻,阻尼小,对风荷载较为敏感,其风致振动一直是困扰科研和设计人员的重要问题。因此,深入研究索网结构的抗风性能显得尤为迫切。本文以川投调度中心单层索网幕墙结构抗风研究为背景着重解决了以下问题:(1)横索水平问题通过设计找形,得到合理的索网初始形态,确保在玻璃安装完成后,横索能够保持水平。(2)竖索预张力优化问题根据风载分布和索网变形特点,优化索网预张力分布,以使其达到最佳受力状态。优化了横索张力分布,使其受力均匀以及翘曲变形最小。(3)玻璃翘曲问题单层索网刚度较弱,玻璃的翘曲变形分布会影响幕墙使用性能。通过对玻璃应力的精确有限元分析,在采取了一定措施之后,确保每一块玻璃的应力均满足规范规定要求。(4)单层索网的风振激励选用平均风压作用位置(单索结构平衡状态)作为结构的初始位置,此时结构几何非线性的大部分已经完成,结构在脉动风作用下,在此位置附近振动,然后采用非线性时程分析方法(采用人工模拟三维空间风场)进行风振分析,直接求解运动微分方程,获得结构的精确风振响应。分析表明动力分析结果较按规范拟静力分析偏小。参照现有类似工程设计经验,提出了索预应力张拉控制要求;采用有限元分析实现索网幕墙的精确控制。通过对单层索网在风载荷下受力性能的精确模拟以及对施工状态的控制,确保单层索网幕墙工程在相关规范规定的动静荷载工况作用下的结构找形、强度与刚度条件满足现行规范的技术指标要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.1.1 玻璃幕墙结构
• 1.1.2 索网结构
• 1.1.3 索网玻璃幕墙结构
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 主要研究内容
• 2 川投调度中心单层索网幕墙结构
• 2.1 引言
• 2.2 结构说明
• 2.3 材料性质
• 2.4 荷载与作用
• 2.4.1 风洞试验结果
• 2.4.2 风洞试验结果
• 2.4.3 地震荷载
• 2.4.4 温度荷载
• 2.4.5 支座位移
• 2.5 工况组合
• 2.6 有限元模型
• 2.7 截面和初张力选定
• 3 单层索网找形、刚度分析、强度分析
• 3.1 索网找形分析
• 3.1.1 索网找形理论
• 3.1.2 索网结构形状确定的几个主要因素
• 3.1.3 单层索网找形
• 3.2 荷载组合工况作用下刚度计算
• 3.3 荷载组合工况作用下强度计算
• 3.4 静力计算分析结论
• 4 玻璃应力及翘曲分析
• 4.1 玻璃局部强度和刚度验算
• 4.1.1 玻璃强度计算
• 4.1.2 玻璃挠度计算
• 4.2 玻璃翘曲验算
• 5 风载动力时程分析
• 5.1 单层索网自振特性分析
• 5.2 随机动力响应
• 5.2.1 频域法
• 5.2.2 时域法
• 5.3 三维空间脉动风场模拟
• 5.3.1 算法
• 5.3.2 数值算例
• 5.4 川投调度中心风荷载模拟
• 5.5 川投中心风荷载时程分析
• 5.5.1 第7 轴线索网
• 5.5.2 第12 轴线索网
• 6 索网张拉控制
• 6.1 引言
• 6.2 预应力张拉总体控制要求
• 6.3 预应力张拉分阶段控制要求
• 7 结论
• 7.1 主要结论
• 7.2 后续研究工作的展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录