點(diǎn)支撐玻璃幕墻風(fēng)荷載受力分析

【摘 要】點(diǎn)支撐式玻璃幕墻主要受風(fēng)荷載，本文利用大型有限元分析軟件ANSYS分析玻璃幕墻在風(fēng)荷載下的響應(yīng)，通過非線性分析并考慮大變形，模擬玻璃幕墻的順風(fēng)向位移和結(jié)構(gòu)應(yīng)力，通過位移云圖和應(yīng)力云圖，玻璃幕墻在風(fēng)荷載作用下能夠保持足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，由此說明了點(diǎn)支撐玻璃幕墻是一種結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、造型美觀、經(jīng)濟(jì)適用的結(jié)構(gòu)，廣泛適用于高層及及超高層建筑。

【關(guān)鍵詞】點(diǎn)支撐玻璃幕墻；風(fēng)荷載；非線性分析；大變形；位移云圖

隨著我國建筑業(yè)的迅速發(fā)展，玻璃幕墻已經(jīng)廣泛適用于高層及超高層已經(jīng)成為現(xiàn)代化建筑的一個重要的組成部分。玻璃幕墻是一種常見的維護(hù)結(jié)構(gòu)，對該結(jié)構(gòu)來說，風(fēng)荷載是其主要承受的荷載，也是其最主要的破壞荷載，特別是由于較大的局部風(fēng)壓對玻璃幕墻的破壞更為嚴(yán)重。

一、風(fēng)荷載概述

對于建筑外墻體風(fēng)荷載起主要作用，其數(shù)值可達(dá)2.0～5.0kN/m2，使墻體產(chǎn)生很大的應(yīng)力，玻璃幕墻本身必須具有足夠的承載力，避免在風(fēng)壓下破碎。對于主要承重結(jié)構(gòu)，風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值的表達(dá)形式可有兩種形式，其一為平均風(fēng)壓加上由脈動風(fēng)引起導(dǎo)致結(jié)構(gòu)風(fēng)振的等效風(fēng)壓，另一種為平均風(fēng)壓乘以風(fēng)振系數(shù)。由于在結(jié)構(gòu)的風(fēng)振計算中，一般往往是第一振型起主要作用，因而我國與大多數(shù)國家一樣，采用后一種表達(dá)形式，即采用風(fēng)振系數(shù)βz。它綜合考慮了結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載作用下的動力響應(yīng)，其中包括風(fēng)速隨時間、空間的變異性和結(jié)構(gòu)的阻尼特性等因素。根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009-2001，垂直于建筑物表面的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值，應(yīng)按下述公式計算：當(dāng)計算主要承重結(jié)構(gòu)時：wk=βzμzμsw0。式中Wk-風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值；βz-高度z處的風(fēng)振系數(shù)；μs-風(fēng)荷載體型系數(shù)；μz-風(fēng)壓高度變化系數(shù)；w0-基本風(fēng)壓。當(dāng)計算維護(hù)結(jié)構(gòu)時：wk=βgzμzμsw0。式中βgz-高度z處的風(fēng)振系數(shù)。

二、有限元模擬

（1）工程概況。點(diǎn)支撐玻璃幕墻，結(jié)構(gòu)形式為索桁架，結(jié)構(gòu)高度為12米，寬12米，受力體系由兩榀鋼管桁架與索桁架組合而成，幕墻墻面的基本風(fēng)壓為0.35KN/M2，恒載主要為結(jié)構(gòu)構(gòu)件的裝飾件自重。管桁架主管采用Φ189×4.5鋼管，支管采用Φ48×3鋼管，拉索為Φ20鋼芯拉索，墻面維護(hù)為鋼化點(diǎn)支撐玻璃幕墻。計算假定：以拉索采用LINK10單元，桁架采用BEAM4單元，玻璃幕墻采用SHELL63單元?？紤]玻璃對鋼索桁架協(xié)同作用有利貢獻(xiàn)。（2）非線性分析。對于復(fù)雜的非線性問題，ANSYS便體現(xiàn)出其卓越的性能，非線性最大的特征就是變結(jié)構(gòu)剛度，ANSYS程序可求解靜態(tài)和瞬態(tài)非線性問題，包括幾何非線性、材料非線性、接觸非線性。目前主要有三種發(fā)法：增量法、迭代法、最小化法。本分析用迭代法。迭代法：把全部荷載都作用在結(jié)構(gòu)上，然后進(jìn)行一系列的迭代計算，由于在每次迭代中，都取剛度的某個近似的常數(shù)值，基本方程得不到滿足。于是算得的不平衡部分又作為下次迭代的荷載，以此計算出附加的位移增量，過程重復(fù)進(jìn)行，直到基本方程得到精度容許的近似滿足為止。（3）求解結(jié)果。順風(fēng)向位移和應(yīng)力求解結(jié)果如下圖：

三、結(jié)語

（1）通過模擬索桁架玻璃幕墻在風(fēng)荷載作用下的順風(fēng)向位移和應(yīng)力，說明了索桁架玻璃幕墻在風(fēng)荷載作用下其變形不至于過大，從而保證結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。（2）索桁架玻璃幕墻是一種比較理想的結(jié)構(gòu)體系，造型美觀，通過拉索的拉力 來平衡風(fēng)荷載，結(jié)構(gòu)受力合理，能夠最大限度的滿足使用功能要求。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]陳建濤，姜麗麗，張彥嬌.索桁架玻璃幕墻結(jié)構(gòu)的承載性能研究[J].煤炭工程.2012（3）：24～28

[2]王鶯歌，李正農(nóng).索桁式玻璃幕墻風(fēng)荷載時程模擬及風(fēng)振響應(yīng)[J].昆明理工大學(xué)學(xué)報.2011（2）：26～37