点式幕墙单层索网支承体系非线性固有振动

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碳纤维材料单层索网非线性主共振的特性

均优于钢索，弹性模量选择范围大、温度变形小，然还存在高价和剪切强度低等缺点，随着碳纤维索虽但
的产量增加和新的锚固技术开发应用，少问题已逐渐得到解决。碳纤维材料作为房屋、梁的加不桥
固材料已得到了相当广泛应用，而碳纤维作为拉索首先在桥梁结构得到了实践。如已经建造了一些小
。但是钢拉索耐腐蚀性差，拉索索网维护成本钢
高，了提高结构的耐久性，为本来使用在宇宙、航空领域的碳纤维等新材料开始了实验性的应用。与钢拉索相比，纤维索具有耐久性好、碳不锈蚀、磁性、度重度比高等优点，且徐变和松弛等重要指标无强而
跨径的全部或部分ＣＲＦＰ拉索的人行斜拉桥，些学者对应用碳纤维索的大跨度斜拉桥结构的静、一动力行为开展了研究。碳纤维索在屋盖支承体系的应用目前还没有相关报道。碳纤维索作为一种很有
应用前景的材料，以预见在不远的将来，会很快推广应用到屋盖支承体系中。国内外一些学者对柔可将
号）湖南省科技计划项目（０８Ｊ０７；２０Ｆ３６）
作者简介：立军（９６一）男，南邵阳人，杨１７，湖副教授，士，要从事结构理论的教学与理论研究．硕主
性索网结构的动力特性开展了非常多的研究，文献［］究了单层索网非线性自振特性，５研文献［８— １］０研究了单层索网动力特性，文献［］１研究了碳纤维索网的非线性自振特１

点支式幕墙鱼腹式索桁架支承体系动力特性

摘要：考虑温度变化及几何非线性影响，采用连续化理论导出了点支式玻璃幕墙预应力鱼腹式索桁架支承体系
非线性振动方程。通过Ｇｌｒｉ法，偏微分程转化为常微分方程，采用Ｌ—Ｐ法及ＫＭ法对常微分方程进行了求ａｅｎ方ｋ将并Ｂ
特点，风敏感结构，能将传统的刚性结构动力计算属不
方法直接用于该结构体系。基此本文考虑温度变化及几何非线性影响，用连续化理论导出了点支式玻璃采幕墙预应力鱼腹式索桁架支承体系非线性振动方程。
ｍ２
＋ｑｘｆ＝０（，）
式中，ＨＨ、２分别为承重索、定索初始水平张力，稳
Ａ、Ｈ２别为承重索、定索水平拉力增量，、：Ｈ。Ａ分稳，分别为承重索、定索阻尼系数，ｍ稳ｍ、分别为承重索、定索单位面积质量，（ｔ受压短杆给索稳ｑ，）为
解。结合工程实例讨论分析了温度变化、幅、振外激励等因素对点支式玻璃幕墙预应力鱼腹式索桁架支承体系非线性振动的影响。算例表明，点支式玻璃幕墙预应力鱼腹式索桁架支承体系固有频率随着温度的升高而减小，非线性振动呈其
现“ 弹簧” 性。硬特关键词：柔性结构；动；桁架；支式玻璃幕墙；力特性振索点动中图分类号：Ｔ３４０２Ｕ９；３２文献标识码：Ａ

点支式玻璃幕墙索桁架支承体系非线性振动

点支式玻璃幕墙索桁架支承体系非线性振动【摘要】预应力鱼腹式索桁架作为点支式玻璃幕墙的支承体系的应用非常广泛，而关于索桁架结构在地震荷载作用下的响应分析显得尤为重要，因此非线性振动特性的研究意义重大。

所使用的非线性振动方程考虑了几何非线性和温度等因素，采用连续化理论，最终推导出点支武玻璃幕墙在索桁架支承体系下的非线性振动方程，结合工程实例分析了温度，预应力及其他因素对索桁架支承体系非线性振动的影响，结果表明预应力鱼腹武索桁架支承体系固有频率具有较强的非线性，其自振频率受振幅影响较为明显，非线性振动呈现“硬弹簧”特性，同时索桁架支承体系固有频率呈现出与温度反相关的特性，温度升高，固有频率呈非线性下降。

关键词：预应力；鱼腹式索桁架；点支式玻璃幕墙；非线性；自由振动一、前言随着点支式玻璃幕墙应用的越来越广泛，其支撑体系的研究日益提到日程，其中预应力鱼腹式索桁架作为新技术尤为受到关注，关于该支撑体系的荷载响应分析，由于受到诸多因素的影响，目前尚待完善。

二、点支式玻璃幕墙索桁架简介预应力自平衡索桁架是点支承玻璃幕墙的主要支承结构形式之一，许多机场的外围护点支玻璃幕墙支承结构均采用了预应力自平衡索桁架。

与普通的索桁架相比，预应力自平衡索桁架由于其本身独立形成一个力平衡体系，拉索的预拉力不施加在周边结构上，这解决了大跨度拉索对周边结构附加拉力问题。

对点支式玻璃幕墙预应力索桁架支承体系已有非常多的研究忸刮，但基本上局限于其静力行为的研究。

索桁架作为一种新型预张力结构体系，具有柔性大、质量轻、阻尼小、自振频率低的特点，属风敏感结构，不能将传统的刚性结构动力计算方法直接用于该结构体系。

关于柔性结构的动力学行为已经成为当今学术研究的热点，研究索网结构的动力性能。

作为自平衡索桁架结构风振分析的基础，考虑温度变化及几何非线性影响，采用连续化理论导出点支式玻璃幕墙预应力自平衡索桁架支承体系非线性自由振动方程。

通过Galerkin方法，将偏微分程转化为常微分方程，采用LP法对点支式玻璃幕墙预应力自平衡索桁架支承体系非线性自由振动进行计算。

点式玻璃幕墙支承结构形式

点式玻璃幕墙支承结构形式支承结构是点式玻璃幕墙重要的组成部分，它能把玻璃表面承受的风荷载、温度差作用、自身重量和地震荷载传给主体结构。

因此，支承结构必须有足够的强度和刚度。

它相对于主体结构有特殊的独立性，又是整体建筑不可分离的一部分。

支承结构既要与主体结构有可靠的连接，又不承担主体结构因变形对幕墙产生的附和作用。

支承结构包括横梁和立柱，有的只设立柱。

点式结构形成可以选用单根杆件，桁架，空腹桁架或拉杆，拉索桁架。

Ⅰ、单杆式支承结构单杆式支承结构是点式玻璃幕墙较简单的一种结构形式，用铝合金型材、玻璃肋或钢材做的立柱或横梁支承结构承受玻璃表面的荷载，立柱或梁均为拉弯工作状态，荷载以点驳接头的集中荷载传给构件，这样计算较为简单。

Ⅱ、格构式梁柱支承结构格构式梁柱支承结构，一般用钢材焊接成各种框架形式，根据设计要求，框架可制成直立式或空腹弯弓形式。

点式玻璃幕墙当跨度较大时，单根杆件已无法满足承重荷载和刚度的要求，此时采用此种支承结构，钢材表面均应表面防腐处理。

Ⅲ、平面桁架支承结构平面桁架是结构杆件按一定规律组成的平面构架体系，常用的有平行弦桁架，抛物线桁架，三角腹杆桁架等。

当玻璃上的荷载作用在节点上时，各杆件只有轴向力，截面上的应力分布均匀，可以充分发挥材料的作用，在较大跨度结构常用此种结构形式。

Ⅳ、空间桁架支承结构空间桁架结构所受的荷载是不同方向的几个方面的荷载，不在一个平面内的荷载，因此，由几个平面桁架按一定连接系统组成一个空间体系来承受各个方向的荷载，这样才能满足荷载的要求，保证结构的安全。

空间桁架的结点，一般都看作圆球结点，连接圆球的杆件可以通过铰中心的任意轴线转动。

与平面桁架一样，两端由铰连接的直杆称为链杆，由结点和链杆组成的空间桁架的每个结点都有三个自由度，这种支承结构的特点，可随着幕墙外形变化面变化，适用性强，大多数玻璃采光顶球形层面多采用球形网架点支式结构。

Ⅴ、预应力拉杆结构预应力拉杆结构的受力，支撑系统是由受拉杆件经合理组合，并施加一定的预应力所形成的，拉杆桁架所构成的支撑桁架体态简洁轻盈，尤其是用不锈钢材料作为拉杆时，更能展示出现代金属结构所具备的高雅气质，使建筑更富现代感。

点支式玻璃建筑单层索网体系的动力特性分析

维普资讯
第２８卷
第３期
重庆建筑大学学报
Ｊｕｎｌｆｏｇｉｇ．ａｚｕＵｎｖｒｉｏｒａｏＣｈｎｑｎ１ｎｈｉｅｓｔｉｙ
Ｖｏ．８Ｎ．１２ｏ３
２００６年６月
ＷＵＬ —ｌＷＡＧＹａｉｉ，Ｎｕｎ—ｑｎ，Ｓｏｇ— ｉｉｇＨＩｎｊＹｕ
（ｎｔｕｅｏＧａｓｎｔｔｃｒｒｒｈｔｔｒ，ｅａｏａｒｆｔｃｕａＥｇｅｒｇａｄＶｂａｏｆｉｉｒｏｄｃｔｎＴ — ＩｓｔｔｆｌｄＭｅａＳｕｔｅｏＡｃｉｃｅＫｙｂｒｔｙｏｒｔｒｌｎｉｅｉｎｉｒｔｎｏｎｓｆｕａｏ，ｓｉｓａｌｒｕｆｅｕＬｏＳｕｎｎｉＭｔｙＥｉ
ｒｐｒｄｏｓｄｎｍｉｒｐｒｅ．Ｔｅｃａａｔｒｓｃｏｄｌｎｌｓｒｅｉｌｒｅｏｅｎｉｙａｃｐｏｅｔｓｈｈｒｃｅｔｆｔｔｉｉｉｍｏａａａｙｉｆｘｂｅｐｅ—ｓｅｓｄｓｕｔｒｓｓｃｓｃｂｅｓｏｆｌｔｓｅｔｃｕｅｕｈａａｌｒｒｓｕｔｒｓｉｘａｉｔｄｈｒｉ．Ｃｒｅｐｎｉｇｐｏｒｍｓｄｖｌｅｎｌｚｍｐｒｎａｔｒｕｈａｒｔｎｉｎｔｃｕｅｓｅｐｔｅｅｅｎｒａｏｒｓｏｄｎｒｇａｗａｅｅｏｄｔａａｙｅｔｉｏａｔｃｏｓｓｃｓｐｅｅｓｏｐｏｗｏｔｆａｄｇｏｔｃｎｎｉｅｒｙｆｒｄｎｍｉｅａｉｒｏａｌｅｅｅｎｔｉｄｍｏｓａｅｈｔｌｒｅｅｏｓａｅｂｏｇｔａｎｅｍｅｒｏｌａｉｙａｃｂｈｖｏｓｆｃｂｅｎｔｈｒｉ．Ｉｓｅｎｔｔｄｔａａｇｒｒｒｒｕｈ — ｉｎｔｏｒｂｕｙｏｔｎｏｌｅｒｙｈｒｘｓｓａｐｒｎｏｌｅｒｒｌｔｎｈｐｂｔｅｉｒｔｎ￣ｑｅｃｎｒｔｎｉｎｉｏｔｂｍｉｉｇｎｎｉａｔ．Ｔｅｅｅｉｔｐａｅｔｎｉａｅａｉｓｉｅｗｅｎｖｂａｉｔｎｉｎｎｏｏｅｕｎｙａｄｐｅｅｓｏｎｃｂｅ．Ｔｅｉｆｅｃｆｐｅｅｓｎａｄｇｏｔｃｎｎｉｅｒｔ（ｈｙａｃｐｏｅｉｓｏａｌｅｓｉｏｒｉａｉｎａｌｓｈｎｌｎｅｏｒｔｎｉｎｅｍｅｒｏｌａｙＩｔｅｄｎｍｉｒｐｒｅｆｃｂｅｎｔｉｎｃｏｄｎｔｕｏｉｎｉｎｔｏｗｉａｈｏｈｒｔｅｃｔｅ．ｈＫｅｗｏｄ：ｐｉｔｕｐｒｅｌｓａａｅ；ｍｏｏａｅａｌｅ；ｄｎｍｉｒｐｒ；ｇｏｔｃｎｎｉｅｒｙ；ｐｅｅｓｎｙｒｓｏｎ —ｓｐｏｄｇａｓｆｃｄｔｎｌｙｒｃｂｅｎｌｙａｃｐｏｅｙｅｍｅｒｏｌａｔ：ｔｉｎｉｒｔｎｉｏ

点支式玻璃建筑单层索网体系的动力特性

!""#$%%%&%%’( )#$$&***+,#清华大学学报-自然科学版./012345678329-":2;0<:5.=*%%>年第(>卷第+期*%%>=?@A B(>=#@B+(,+’+$C&+*$=+*>点支式玻璃建筑单层索网体系的动力特性吴丽丽$=王元清$=石永久$=罗忆*=徐悦*-$B清华大学土木工程系=结构工程与振动教育部重点实验室=北京$%%%C(D*B晶艺特种玻璃工程公司=北京$%%%(’.收稿日期E*%%’&%$&$F作者简介E吴丽丽-$F G G&.=女-汉.=江西=博士研究生H通讯联系人E王元清=副教授=摘要E点支式玻璃建筑单层索网体系是一种新型的柔性支承结构体系!其受力特性在很大程度上依赖于所施加的预应力"该文对新保利大厦二期幕墙工程的单层索网结构模型的动力特性进行试验研究!提取了索网在分级预应力下的前三阶频率!并与加玻璃后的情况进行了对比分析"试验结果表明!结构的低阶频率与预应力的关系基本为近似线性关系!而高阶的非线性程度更明显!玻璃对结构的刚度有较大提高!试验与有限元计算结果比较吻合"关键词E点支式玻璃建筑#单层索网#动力特性#玻璃中图分类号E08+C*文献标识码E Q 文章编号E$%%%&%%’(-*%%>.%+&%+$C&%(R S T U V W X X Y U Z U X[\Z W][W X]^_V^T^‘U S\ZX U a‘\T\[_^Z b^[c^W T[d‘U]]_U X U b\efg h i h$=ej k lm n o p q h p r$=s t u m v p r w h n$=x y km h g n v*=z fm n{*-|B}\S~U a^Z U[^Z S^_![Z"X["Z U‘#T d W T\\Z W T dU T b$W a Z U[W^T^_ #b"X U[W^T%W T W][Z S=R\c U Z[V\T[^_&W’W‘#T d W T\\Z W T d=(]W T d Y"U)T W’\Z]W[S=*\W+W T d|,,,-.=&Y W T U D /B}W T d0‘U]]#T d W T\\Z W T d0Z^"c=*\W+W T d|,,,.1=&Y W T U.2a][Z U X[E05<J@3@A7L<3:74A<3<O1L1O<J5@3P@O6@23O4A711 57:7P<12173<K5A<724A<1666@3O2341L1O<J B05<1L1O<J 6<35@3J73:<63P<3A@7P1O3@34A LP<6<3P1@3O5<63<O<312@323O5< :74A<1B05<P L37J2::5737:O<321O2:1@57J@3@A7L<3:74A<3<O K<3< 737A L8<P5@34A71157:7P<23O5<#<K9<2:234;@A L;A787B05<5231O O53<<92437O2@353<M6<3:2<1K<3<J<7163<P5@3<7:5437P234 63<O<312@373P:@J673<PK2O5O5<37O637A53<M6<3:2<1@51O36:O63< 231O7A A<PK2O54A711B05<<76<32J<3O7A3<16A O115@K O57O O5<5245<3 53<M6<3:2<1@5O5<3<O23:3<71<3@3A23<73A L K2O523:3<7123463<O<312@3 23O5<3<O73P23:3<71<571O<3O573O5<A@K<353<M6<3:2<1B05<O<1O1 7A1@15@K O57O O5<4A71143<7O A L<3573:<1O5<1O36:O637A1O2553<11B 05<3<16A O1743<<K<A A K2O55232O<<A<J<3O63<P2:O2@31B}\S<^Z b]EP@O6@23O4A71157:7P<DJ@3@A7L<3:74A<3<O DP L37J2: :5737:O<321O2:1D4A78<点支式玻璃建筑单层索网体系是近年发展起来透性好等优点得到广泛的应用H单层索网体系属于柔性张拉结构=具有较强的几何非线性H但它施加预应力前没有刚度=结构形状也不确定=必须施加预应力后才能承受荷载=因此其受力特性在很大程度上依赖于所施加的预应力>$+?H目前针对该结构的理论和试验研究滞后于工程实践=国内的部分学者结合一些实际工程-主要是索桁架.进行了一定的试验研究>(=’?=介绍了相关的施工工艺>>?H但专门针对这类结构的试验研究较少>G?=在动力特性方面的研究更少H本文对新保利大厦二期单层索网体系$@$%的结构模型进行了动力特性试验=测定索网在三级预应力下的频率=研究单层索网的频率和预应力之间的关系=以及加玻璃后结构频率的变化H|试验模型与试验设备|B|试验模型结合新保利大厦二期工程单层索网玻璃幕墙结构方案的设计=按照$@$%的比例在清华大学实验室建成一轮廓尺寸为F J A>J单层索网的试验模型=如图$所示H整个结构由支承钢框架=索网和地梁等组成H支承钢框架高$$B%(J=由$(%J J A+J J和C%J J A*B’J J方钢管=*’4槽钢和’%J J A(J J 角钢焊接而成H索网尺寸为C B>J A’B’J=是一个由两根斜主索和通过不锈钢拉杆与其相连的索网共同支承而形成的三折面体系=如图*所示H索网主要构件的材料属性如表$所示H地梁采用混凝土整体浇注而成H图!索网结构试验模型图"单层索网结构表!索杆材料特性构件名称#$$%设计强度&’()&’(斜主索*+,-,.-/0,.*,水平索*1-0.-2*,.*,竖向索*1-0.-2*,.*,拉杆..+-,,-+**%,+!-"试验设备试验中索的预应力采用34562型电阻应变荷重传感器监测7动力试验主要装置为4’+*/%8动态信号分析仪739:%/+*型电荷放大器7以及39:2+//型压电晶体加速度传感器;"试验方法及试验步骤"-!动力特性试验方法本文采用8<=>=分别计算索网在三级预应力?将预应力分三级逐级施加7其中满应力状态为@主索.A%的内力分别为2B C<A+%C<7水平及竖索内力基本为*-2C<D和加玻璃状态下的自振频率及振型;根据结构在各种预应力下有限元分析结果7在其前三阶振型的最大位移点周围布置测点7设计相应的测定工况?限于篇幅7不一一列出D;图+所示为一级预应力时的两个测点布置方案7选择图中标注的#.?#%D A E.?E%D A F.?F%D节点作为传感器布置点7对该方案设计了2种测定工况7如表%所示;试验的激振方式为初速度法7本试验即采用锤击法施加初速度7锤击点选择位置及编号如图+和表%所示7通过加速度传感器和电荷放大器将测试信号送入动态信号分析仪进行分析7分析频率带宽取/%-*4G;表"H种测试工况工况测点锤击点.#.A E.I.%#.A F.I.+#%A E%I%2#%A F%E%1.+7@!"!动力特性试验步骤#$分别在各工况的测点位置按照传感器的安装要求%在索节点上安装加速度传感器%如图&所示’($将传感器通过专用导线与电荷信号放大器相连接%电荷放大器的输出端与动态信号分析仪相连接’)$按照各工况设计的锤击点对索网施加初始扰动’&$将实测信号送入*+),-(.动态信号分析仪进行分析%并读取自振频率值/图00122型压电晶体加速度传感器1试验结果及比较分析1"3试验曲线将通过*+),-(.测到的结果数据文件导入计算机%先经456软件转为789文件%然后通过-):8976软件转换为976文件%最后用;5<=7.:.软件读取数据文件%根据每种工况的结果选取如图,所示的典型功率谱曲线>纵坐标?>@$为加速度功率谱有效值开方取对数处理后的值%横坐标@A为分析带宽频率$进行分析%提取索网的前三阶自振频率/1"!自振特性的有限元分析1"!"3有限元模型采用大型有限元分析计算软件.C 9D 9该单层索网进行模态分析/如图-所示%模型中主索及水平索采用了三维只拉单元E F G H #I 单元%拉索则采用拉压E F G H J 单元/为了便于简化计算%在采用.C 9D 9进行分析时%将索网与钢框架的连接视为固定端%只对索网进行分析/图2索网有限元模型1"!"!模态分析方法柔性支承结构的刚度主要来源于杆件的初始预应力%而且索又是一种几何非线性极强的结构%因此%在模态分析时必须考虑这两方面的影响/有限元分析中索的预应力靠设置初应变来实现/本文先根据试验各级预应力的实际加载情况%初设一组应变值%然后反复调节直至模型中各索的内力基本满足相应的试验实测值%将调好的这组应变值进行模态分析%主要步骤分为两步K #$进行几何大变形的静力分析’($修正结点坐标%进行包含预应力影响的模态分析%读取自振频率及相应振型/1"!"1有限元结果的提取通过以上的有限元分析提取索网的自振频率及相应振型/图L 为一级预应力时的前两阶振型模态图%前面所述的试验测点工况就是根据这些结果设计的/1"1索网自振频率的比较分析I ()>$(I I -%&->)$图!振型模态图限元计算结果的对比"其中横坐标#$表示量纲一化的预应力"纵坐标%&为自振频率’从图(中可以看出"理论与试验值的变化趋势很相似"试验值皆位于有限元计算结果以上"两者相差)*+),-))*..,"有限元计算中将索的支承视为固定未考虑支承钢架的影响"这也是两者存在差异的原因之一’索网的频率基本随索内预应力的增加而呈弱非线性增长"并且随着频率阶次的增加"曲线形状逐渐由向上凹的趋势增加’这表明"尽管索网是几何大变形结构"但其频率随预应力的变化并未表现出明显的非线性性质/低阶频率随预应力的增长速度小于高阶频率的相应增长速度"即高阶频率与预应力之间的非线性性质更明显’图0索网各阶频率与预应力关系曲线为了研究玻璃对索网刚度的影响"本文还测定了加玻璃后索网的频率"并与相应的有限元计算结果进行了对比"如表.所示"其中%12%3分别为试验测得频率和有限元计算得到的频率值’表4安装玻璃前后试验与有限元频率值对比工况阶数%156%3567%38%17%19)++未安装玻璃):*;<:=*()<)+*)<:><*:.?<*>.:=*>().(*=.<(*>?.>*(:;安装玻璃后);*>)?.*(<((*<?>>=*.:);*(:?)+*))(.:*>..=*<><(*(.?从表.可以看出如下规律’)@安装玻璃前后索网频率的有限元计算值与试验值均比较接近"试验值比有限元计算值大>*(:,-)+*)(,"两者吻合较好"表明有限元模型比较符合实际结构’由于采用A B C D C建模时对玻璃和索节点连接方式采用了.个方向的平动耦合"而实际结构玻璃与索网的连接采用了驳接式金属连接件"加上玻璃尺寸较小"连接件尺寸相对较大"对玻璃交点有较强的约束作用"因此实际结构玻璃参与的作用更大"对索网的刚度贡献更大"因此本文认为"这是试验值高于有限元计算结果的原因之一’>@从试验值可以看出"安装玻璃后结构的各阶频率分别降低了.;*(=>,2>?*():,2>:*?((,"且降低幅度随模态阶数的递增而减小’这表明由于玻璃的存在"结构的刚度和质量同时增长"但玻璃质量的影响超过了其刚度的作用"导致整个结构的频率下降’本实验模型中玻璃之间未打玻璃胶"使玻璃不能发挥整体的协同作用"这也是其刚度效应不够显著的原因之一’E结论)@索网低阶频率随预应力基本呈线性性质"它随预应力的增长速度大于高阶频率的相应增长速度"即高阶频率与预应力之间的非线性性质更明显’>@安装玻璃后结构的频率迅速降低"这是由于玻璃的存在"结构的刚度和质量同时增长"但玻璃质量的影响超过了其刚度的作用"导致整个结构的频率下降’.@有限元计算值与试验值均比较吻合"验证了理论计算模型的合理性’)>."G。

单层索网体系非线性自振特性研究

ＣＣＩ７２０）ＥＳ２：０１对玻璃支承点相对变形的要求外，还要考虑预应力和几何非线性等因素的影响。

∑ ８Ｊ‘ｕｉ
一～
目前，网结构体系的动力特性研究方法主要索有两种Ｌ，一为连续化理论，索网视为无剪切１其 ¨ 将
维普资讯
第１９卷第２期
２００６年６月
振动工程学报
ＪｕｎｌｏｂａｉｎＥｎｉｅｒｎｏｒａｆＶｉｒｔｇｎｅｉｏ
Ｖｏ．９Ｎｏ．２１１
Ｊｎ．０６ｕ２０
引言
早在２世纪５～６年代，内外一些学者就开ＯＯ０国始对柔性索网结构的动力特性进行了研究［，１如］各种单（层、双）组合式、拉式悬索结构体系。近年斜来单层索网体系被广泛应用于点支式玻璃建筑
中［，６它具有建筑结构新颖、］轻盈、观等许多优点。美
模态法［或直接优化法等求解结构的特征解［１引，１引。大部分学者对索网的自振特性分析主要基于平衡位
置附近做微幅振动的假定，实际上将问题线性化这处理，有考虑柔性索网本身的非线性特性以及振没
单层索网体系非线性自振特性研究
石永久，吴丽丽，王元清
（．１清华大学建筑玻璃与金属结构研究所，京１０８；２北００４．南昌大学建筑工程学院，江西南昌３０２）３０９

点支式玻璃建筑单层索网体系分析中的若干问题研究的开题报告

点支式玻璃建筑单层索网体系分析中的若干问题研究的开题报告【标题】点支式玻璃建筑单层索网体系分析中的若干问题研究【摘要】点支式玻璃建筑在建筑领域中越来越受到重视，其玻璃幕墙是该建筑的重要组成部分。

在一些大型单层点支式玻璃建筑中，采用索网体系进行支撑，以增强幕墙的承载力和稳定性。

然而，点支式玻璃建筑单层索网体系存在着一些问题。

本文将对点支式玻璃建筑单层索网体系中的若干问题进行研究，主要包括索网的应力、变形以及对玻璃幕墙的影响等方面。

【关键词】点支式玻璃建筑；单层索网体系；应力；变形；幕墙【研究背景与意义】在现代建筑学中，点支式玻璃建筑因其高透明度、美观性和耐久性等优点，在世界范围内得到了越来越广泛的应用。

单层索网体系是点支式玻璃建筑幕墙的一种常见支撑形式，在提升幕墙承载能力和稳定性方面具有显著的效果。

然而，索网的应力和变形以及其对玻璃幕墙的影响等问题需要进一步的研究和探讨。

【研究方法和技术路线】本文将采用数学计算方法，通过建立点支式玻璃建筑单层索网体系的数学模型，分析其应力和变形特性，进而进行玻璃幕墙的结构分析，并探讨索网对幕墙的影响。

具体技术路线包括：建立点支式玻璃建筑单层索网体系结构模型；采用有限元软件对模型进行力学分析；通过模型计算，分析索网在承载和支撑玻璃幕墙过程中的应力变化及变形特性；通过实验和数值模拟，研究索网对玻璃幕墙的支撑性能和影响。

【预期结果和成果】通过研究，预计可以获得点支式玻璃建筑单层索网体系在结构设计和工程实施中的关键参数，为该类建筑的规划和建设提供参考。

同时，还可推进点支式玻璃建筑幕墙的技术进步，提高其承载力和稳定性，提高建筑的整体质量。

【拟定时间表】阶段一：文献调研与研究设计时间：2021.8-2021.10内容：对点支式玻璃建筑单层索网体系的相关文献进行调研，详细了解目前工程实践和学术研究的进展，确定研究方向和方法，完成开题报告和研究设计。

阶段二：模型建立与力学分析时间：2021.11-2022.4内容：基于调研结果建立点支式玻璃建筑单层索网体系的数学模型，采用有限元软件模拟计算其力学特性，包括应力和变形。

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ｒｓｎｉｇｆｎｔｌｍｅｔｐｏｒｍｓｅｅｏｅｏｏｔｉｈｉｒｔｏｅｕｎｉｓｏａｌｅｔｕｔｒｎｄｓｍｅｅｐｄｎｉｅｅｎｒｇａＷａｄｖｌｐｄｔｂａｎｔｅｖｂａｉｎｆｑｅｃｅｆｃｂｅｎｔｓｒｃｕｅ，ａｏｏｉｅｒ
到索网体系的节点上，般跨度较小，以忽略其一可自重影响，且索内预应力远大于自重引起的张并
力，因此，索可以当作二节点直线杆单元处理。拉在此，文作者利用二节点直线杆单元和模态分析本
索网结构属于典型的几何非线性结构。索网
的抗弯刚度极小，只能通过调整自身的曲率承受横向荷载，因而结构在外荷载的作用下位移很大。求解结构受力后的位移时，不能以受力前的位置列平衡方程，应以变形后的位置列平衡方程。但变形而后的位置是未知的，就是典型的几何非线性问这题，就是计算分析的困难所在。单层平面索网作也为一种新型预张力结构体系，有柔性大、具密度低、阻尼小、自振频率低的特点，风敏感结构。国内属外一些学者对柔性索网结构的动力特性进行了研
ｆｃｏｓｔａｆｅｔｉｓｎｔｒｒｑｎｙ，ｓｃｈｉｈｆｇａｓｃｒｉｌｌｔｅｓｃｉｎｒａｏａｌａｌａｔｒｈｔａｆｃｔａｕａｆｅｕｅｃｌｕｈａｔｅｗｅｇｔｏｌｕａｎｗａ，ｈｅｔａａｅｆｃｅ，ｓｗｅｌｓｓｔｏｌｂｓｔｅｐｔｓｏａｅｗｅｄｓｕｓｄ．Ｔｅｒｓａｃｅｕｔｈｗｈｔｔｅｖｂｔｏｒｑｅｃｅｆａｃｌａｈｒｓｒｓｆｃｌｒｉｃｓｅｅｅｂｅｈｅｅｒｈｒｓｌｓｓｏｔａｈｉｒｉｎｆｕｎｉｓｏａｅ— ｎｔｓｒｅａｅｂｅｔ — ｕｔｒｒｈｓａｈｏｈｒａｄｔｅｖｂａｉｎｏａｌｅｅｏｇｏｔｅｎｎｉｅｒｓｓｅ．ｕｅａｅｃｏｅｅｃｔｅｎｉｒｔｆｃｅｎｔｂｌｎｓｔｈｏｌｎａｙｔｍｈｏｂＫｅｒｓ：ｍｏｏａｅａｌｅ；ｎｔｒｉｒｔｎ；ｇｏｔｃｏｌｎａｉｙ；ｐｉｔｓｐｒｄｇａｓｃｒａｎｗａｌｉ— ｙｗｏｄｎｌｙｒｃｅｎｔａｕａｖｂａｉｂｌｏｅｍｅｒａｎｎｉｅｒｔｏｎ — ｕｐｔｌｕｉｌ；ｆｉｌｏｅｓｔｎｔｌｍｅｔａａｙｉｉｅｅｎｌｓｓｅｎ
（ｏｅｅｆｏｔｕｕｄｃｔｎＨｎｎＵｉｒｉｆｒｎｃｅｃ，Ｃａｇｅ４５０，ｈｎ）Ｃｌｇｎｉｏｓｕａｉ，ｕａｎｖｓｙｏＡｔａｄＳｉｅｈｄ１００ＣｉａｌｏＣｎＥｏｅｔｓｎｎ
ＡｂｔａｔＴｈａｕａｉｒｔｎｃａａｔｒｓｉｎｌｓｓｆｒｐｉｔ— ｕｐｒｄｇａｓｃｒａｎｗａｌＷａｘａｉｔｄ．Ｔｅｅｒｓｒｃ：ｅｎｔｒｌｖｂａｉｈｒｃｅｉｔｃａａｙｉｏｏｎ —ｓｐｏｏｔｌｓｕｉｌｓｅｐｔ０８年６月
铁道科学与工程学报
ＪＲＮＡＬＯＦＲＡＩＷＡＹＳＥＯＵｌＣＩＮＣＥＡＮＤＮＧＩＥＮＧＥＮＥＲＩ
ＶＩＮＯ３ｏ．５．Ｊｎｕｅ．２００８
了计算分析，并讨论了节点质量、索截面积、索预应力等因素对其自振频率的影响。研究结果表明，拉拉单层平面索网幕墙结构自振频率密集，具有较强的非线性。关键词：单层索网；固有振动；几何非线性；支式玻璃幕墙；限元分析点有
中图分类号：Ｕ８Ｔ３２文献标识码：Ａ文章编号：６２０９２０）３Ｏ５—０１７ —７２（０８０一Ｏ６４
Ｎｎｉｅｒｎｔｒｌｉｒｔｎｏｎｌｙｒａｌｅｏｎ — ｓｐｏｔｄｇａｓｃｒｉａｏｌａａｕａｖｂａｉｆｎｏｍｏｏａｅｂｅｎｔｐｉｔ・ｕｐｒｌｓｕａｎｗｌｃｅｔ
ＨＮＺａ—ｕ，ＹＮｉｕＡｈｏｈｉＡＧＬ— ｎｊ
点式幕墙单层索网支承体系非线性固有振动
韩朝晖，杨立军
（南文理学院继续教育学院，南常德４５０）湖湖１００
摘要：阐述了单层平面索网幕墙结构固有振动特性分析的特点，编写了相应的有限元程序，索网结构的自振频率进行对