考虑玻璃参与工作的单层平面索网幕墙结构静力性能研究_冯若强

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建筑幕墙中应用单层索结构研究

建筑幕墙中应用单层索结构研究
周斐
【期刊名称】《门窗》
【年(卷),期】2016(000)006
【摘要】作为一种美观、新颖的建筑幕墙形式,玻璃幕墙现阶段已经在建筑施工项目中普遍采用.建筑幕墙是建筑施工中较为关键的组成,加强完善自身结构,充分应用单层索结构,对提高自身建筑质量具有至关重要的影响.通过对建筑幕墙中应用单层索结构进行研究分析,希望能够为相关人员提供可靠的理论借鉴.
【总页数】2页(P20-21)
【作者】周斐
【作者单位】深圳市三鑫幕墙工程有限公司上海分公司
【正文语种】中文
【相关文献】
1.30％单层索结构在建筑幕墙中的应用 [J], 熊小珊
2.单层索结构在建筑幕墙中的应用 [J], 高靖
3.浅析氟碳喷涂单层铝板与辊涂单层铝板在建筑幕墙中应用的差异 [J], 刘招生;向晓龙
4.试述单层索结构在建筑幕墙中的应用 [J], 李强
5.单层索结构在建筑幕墙中的应用 [J], 王德勤
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上海市建筑幕墙工程技术规范DGJ08-56-2012

本规范由上海市建设和交通委员会负责管理。在执行本规范时,请注意总结经验、积累资料,将有关意见和建议反馈给上海市金属结构行业协会幕墙工程技术中心规范编制组 (地址:上海市沙泾路158号,邮政编码:200080,电话:021-33817671 转 810 分机,E灢mail:muqiangzhongxin@yahoo灡cn),供今后修订时参考。
在编制过程中,总结了自上海市标准《建筑幕墙工程技术规程(玻璃幕墙分册)》DBJ08-56-96 发布以来本市建筑幕墙工程的实践经验和研究成果,开展调查研究,广泛征求意见,与相关标准进行协调 ,经多次座谈、讨论、审核、审查后报批定稿。
主编单位:上海市金属结构行业协会上海信安幕墙建筑装饰有限公司沈阳远大铝业工程有限公司
参编单位:上海市装饰装修行业协会上海建筑设计研究院同济大学建筑设计研究院同济大学上海市建筑科学研究院上海市消防局上海市防雷中心上海科胜幕墙有限公司上海迪蒙幕墙工程技术有限公司上海美特幕墙有限公司上海东江建筑装饰工程有限公司上海高新铝质工程股份有限公司浙江中南建设集团有限公司广东金刚幕墙工程有限公司上海旭博幕墙装饰工程有限公司上海华垒石材有限公司
上海市建筑建材业市场管理总站二曫一一年八月
目暋次
1暋总暋则 ……………………………………………………… (1) 2暋术语和符号 ………………………………………………… (2) 暋2灡1暋术暋语 ………………………………………………… (2) 暋2灡2暋符暋号 ………………………………………………… (8) 3暋材暋料 …………………………………………………… (12) 暋3灡1暋一般规定 …………………………………………… (12) 暋3灡2暋材料力学性能 ……………………………………… (12) 暋3灡3暋铝合金材料 ………………………………………… (27) 暋3灡4暋钢材、钢制品 ………………………………………… (29) 暋3灡5暋玻暋璃 ……………………………………………… (31) 暋3灡6暋金属板材 …………………………………………… (33) 暋3灡7暋石材板材 …………………………………………… (36) 暋3灡8暋人造板材 …………………………………………… (37) 暋3灡9暋复合板材 …………………………………………… (39) 暋3灡10暋金属连接件与紧固件 ……………………………… (43) 暋3灡11暋结构胶与密封材料 ………………………………… (43) 暋3灡12暋防火材料 …………………………………………… (49) 暋3灡13暋保温材料 …………………………………………… (50) 暋3灡14暋其它材料 …………………………………………… (51) 4暋建筑设计 ………………………………………………… (54) 暋4灡1暋一般规定 …………………………………………… (54) 暋4灡2暋性能设计 …………………………………………… (55) 暋4灡3暋安全措施 …………………………………………… (57)

幕墙铝合金立柱抗风性能试验与分析

王斌(1978—)，男，安徽人，高级工程师，硕士，从事幕墙结构研究(E-mail: wangbin06@); 陶伟(1968—)，男，辽宁人，高级工程师，学士，从事幕墙结构研究(E-mail: taowei@).
玻璃幕墙在外装市场中所占份额越来越大，其主导地位越来越强。
4000
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3600
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（a）
（b）图 1 试件尺寸及试验现场 Fig.1 Details and the scene of the specimens
母立柱
公立柱
中空玻璃
玻璃幕墙是集防风挡雨、隔热保温、降低噪音、良好采光等多种功能于一体的建筑外围护装
饰结构。单元体玻璃幕墙，更是以卓越的性能及高效的安装模式等特点从玻璃幕墙中脱颖而出，
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收稿日期：2014-06-20；修改日期：2015-04-16 基金项目：北京市自然科学基金重点项目(8131002)，江河博士后创新研发基金(JH201302) 通讯作者：惠存(1987—)，男，河南人，工程师，博士，从事幕墙结构组合结构研究(E-mail: huicun@). 作者简介：王元清(1963—)，男，安徽人，教授，博士，博导，从事钢结构和组合结构研究(E-mail: wang-yq@);
1 试验概况
1.1 模型制作为研究单元体幕墙整体抗风性能，特别是铝
合金立柱的受力性能，设计了公、母立柱之间布置挂钩和无挂钩连接两组试验，并测试了风压作用下立柱的变形和应变数据。同时为分析横梁对立柱变形性能的影响，第一层单元体布置两根中横梁，第二层单元体只布置一根中横梁。为获得较为精确和真实的试验数据，试验模型采用1:1原型进行研究。试件尺寸和现场试验照片见图1。试验过程中，一层单元体公、母立柱之间一直布置有挂钩，挂钩位于立柱的跨中位置；无挂钩试验对应的是二层单元体全跨无挂钩连接，有一组挂钩试验为在距二层单元体底横梁1200mm处布置一组挂钩。

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

玻璃幕墙与抗震

玻璃幕墙与抗震
李学军;陈贵平;等
【期刊名称】《山西建筑》
【年(卷),期】1999(000)003
【摘要】建筑玻璃幕墙的抗震问题，是一个值得注意的问题。

本文从建筑玻璃幕墙的发展与存在的问题入手，对玻璃幕墙的抗震问题从主体建筑的刚度、幕墙预埋件、幕墙与主体间的弹性连接、抗震设防的目标几方面进行了论述。

【总页数】2页(P52-53)
【作者】李学军;陈贵平;等
【作者单位】大同市建筑设计院;山西省建筑科学研究院
【正文语种】中文
【中图分类】TU227
【相关文献】
1.框支承玻璃幕墙第二阶段抗震设计的结构分析及建议 [J], 李良;花定兴
2.索网玻璃幕墙结构抗震性能研究 [J], 冯若强;王鑫;叶继红
3.玻璃幕墙抗震试验研究与探讨 [J], 徐勤
4.单层平面索网玻璃幕墙抗风与抗震研究现状和进展 [J], 赵屹峰;刘坚;罗赤宇
5.单层平面索网玻璃幕墙抗震性能研究进展 [J], 李明;王元清;陶伟;王斌;吴丽丽;单仁亮
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考虑轴向荷载影响的预应力单索静力解析方法

3) 横向荷载 qz 引起以横向(Z 向)挠度为主的位移。发生在最后使用阶段，除预应力外，既有平行于索的轴向均布荷载 qy，又有横向均布荷载 qz 作用，称为双向荷载状态。
在理论分析中，假定索为理想弹性索[5―6]，即： 1) 索是理想柔性的，既不能受压，也不能抗弯；2) 索的材料符合虎克定律；另外还假定，3) 竖索挠曲变形总保持在小垂度范围内。
尹凌峰(1974―)，男，江苏泰州人，副教授，博士，从事空间结构工程研究(E-mail: eking@)；单建(1946―)，男，江苏泰州人，教授，博士，从事空间结构工程研究(E-mail: shanjian@)；唐敢(1976―)，男，江苏扬州人，副教授，博士，从事空间结构工程研究(E-mail: tanggan@)；黄玮(1982―)，女，福建福州人，博士生，从事空间结构工程研究(E-mail: huangwei_jeff@).
analytic method; deformation compatibility equation
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收稿日期：2010-07-13；修改日期：2011-01-10 基金项目：国家自然科学基金项目(51008067)；江苏省六大人才高峰项目作者简介：*翁振江(1980―)，男，湖北蕲春人，博士生，从事空间结构工程研究(E-mail: zhenjiang001@)；
1 分析方案与基本假定
双向均布荷载作用下单根预应力索结构，即一根两端固定且施加预应力的钢索，同时受垂直于索轴线的横向均布荷载 qz 和沿索轴线方向的恒荷载 qy 作用。在不同阶段，索上的荷载不同，且索在 2 个方向均存在不可忽略的位移。因此，位移函数难以简单地显式表达，不便于该问题求解。
为简化分析，依据单索幕墙各施工阶段荷载状态不同将双向荷载下预应力索的位移分为 3 个阶段：

单索结构点支式玻璃幕墙的设计与施工技术解析

承重受力孔承重受力孔
水平受力孔
应选用钢化玻璃进行均质热处理降低其自爆率
承重受力托块
承重受力托块
分类和标记
4.1点支承玻璃幕墙分类:
按支承结构分类: 主体结构点支承玻璃幕墙；
表1 建筑幕墙主要支承结构形式分类及标记代号
刚性钢结构点支承玻璃幕墙；
拉索结构点支承玻璃幕墙；
主要支承构件式单元式点支承结构
索支承结构(曲面单层索网)
马鞍形单层索网支承结构的受力和对边缘支座反力的要求与鱼腹式索桁架相似，预应力的大小都是由弧形索的矢高所决定的。所不同的是边部支点的连线为曲线，没有腹杆，采用连接件将两个方向的弧形索交叉点固定，形成曲面单层索网。
玻璃面
玻璃连接件承重索
稳定索
马鞍单索网顶剖面图
单索网结构玻璃幕墙工程案例
点支式驳接玻璃幕墙的支撑结构可有多种变化。这就使建筑师有多种表达建
筑风格的手段，使每个作品均具有独特之处，不会形成千篇一律，从而增强点支式玻璃幕墙的活力。
5、维修更换方便
因点支式玻璃幕墙的面玻璃相互独立且用机械连接。所以更换、维修方便。
这也是该类幕墙使用量逐步增多的很重要的原因之一。
6、技术先进性
玻璃
玻璃楼层
墙体
玻璃驳接件密封胶调整头预埋件
主体结构支承
点支式玻璃幕墙分类(按支承结构分类)
5.1.1.2 钢结构、桁架相对挠度小于L/250 (L跨度)
钢管玻璃
玻璃密封胶调整头
驳接爪支板调整母座
驳接件
钢管钢管
单柱式支承点支式玻璃幕墙
该类幕墙是用单根钢管、工字梁或方柱作为受力支撑结构。其主要特点为构造简洁，占地面积小，

某大型体育馆拉索幕墙结构计算与分析

某大型体育馆拉索幕墙结构计算与分析发布时间：2021-01-11T07:21:16.539Z 来源：《防护工程》2020年28期作者：丁超[导读] 索结构充分利用较小截面的高强度钢索的抗拉强度实现跨越较大空间。

南京金宸建筑设计有限公司江苏南京 210000摘要：拉索幕墙结构在外荷载作用下有较大变形，结构刚度随位移的变化而不同，设计工作难度较大。

采用SAP2000软件，对某大型体育馆拉索幕墙结构进行非线性有限元计算分析。

结果表明，拉索幕墙结构在各作用效应组合工况下均能满足承载力和变形要求，结构选型合理，可以对类似幕墙结构设计提供参考。

关键词：拉索幕墙；有限元分析；几何非线性索结构充分利用较小截面的高强度钢索的抗拉强度实现跨越较大空间。

索结构与玻璃组成的拉索玻璃幕墙具有大跨度、轻量化、高通透性等特点，受到广大建筑师的青睐，在国内外多个大型公共建筑中得到应用。

索结构存在明显的刚度硬化，其刚度随位移的变化而不同。

【1】索结构是一种柔性结构体系，在外荷载作用下有较大变形，设计计算中必须考虑非线性大变形的影响。

【2】幕墙作为外围护构件，受室内外温度影响，温度变化对索结构应力、位移影响较大。

因此，为了确保工程安全，在设计计算过程中必须充分考虑这些因素。

1.工程概况该体育馆位于江苏省南京市，建筑地上6层，平面近似圆形布置，总建筑面积约12.3万平方米。

自二层起建筑四周外包一圈拉索点支式玻璃幕墙，幕墙顶标高29.5米，幕墙面积约1.5万平方米。

幕墙整体向建筑室外侧倾斜，与水平方向夹角最小值为71.2°，建筑效果如图1所示。

图1 体育馆立面效果图2.幕墙结构选型建筑外围分布有55根支承管桁架钢结构屋盖的钢管柱，紧贴屋盖桁架下口布置有一圈仅供幕墙连接的钢管梁。

幕墙布置在相邻两根钢柱形成的一跨内（如图2所示），共计54跨，跨度范围10.2m~15.2m，幕墙高度范围12.6m~23.3m。

在幕墙结构中，水平荷载起控制作用，且本项目水平方向的跨度相对较小，所以在水平方向沿玻璃水平分格线布置一道道鱼腹式索桁架（如图2所示）。

拉索结构计算书

（一）设计、计算依据和电算软件一、设计和计算的依据：（1）幕墙技术规范《建筑幕墙》JG3035-96《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003 《金属与石材幕墙工程技术规程》JGJ133-2001 《建筑玻璃应用技术规程》JGJ113-97《点支式玻璃幕墙工程技术规程》CECS 127-2001 （2）建筑设计规范《高层民用建筑设计防火规范》GB50045-952001 《建筑设计防火规范》GBJ16-872001 《建筑抗震设计规范》GB50011-2001 《建筑防雷设计规范》GB50057-94《钢结构设计规范》GB50017-2002 《建筑结构荷载规范》GB50009-2001 （3）材料标准《铝合金建筑材料》GB/T5237-2000 《铝和铝合金加工产品的化学成分》 GB/T3190《碳素结构钢》GB700-88《低合金高强度结构钢》GB/T1591-1994 《浮法玻璃》GB11614-1999 《平面钢化玻璃》GB/T9963-1998 《中空玻璃》GB/T11944-2002《天然花岗岩建筑板材》GB/T18601-2001《铝及铝合金板材》GB/T3880-1997《建筑用铝型材铝板氟碳涂层》JC133-2000《建筑橡胶密封垫预成形实心硫化的结构密封垫用材料》GB10711 《建筑硅酮通结构密封胶》GB16776《硅酮建筑密封胶》GB/T14683-93（4）检测方法《建筑幕墙物理性能分级》 GB/T15225-94《建筑幕墙风压变形性能检测方法》 GB/T15227《建筑幕墙雨水渗漏形性能检测方法》 GB/T15228《建筑幕墙空气渗透形性能检测方法》 GB/T15226（5）其他规范及要求《建筑施工高处作业安全技术规范》JG80-91《施工现场时用电安全技术规范》JGJ46-88《建筑结构静力计算手册》（第二版）《优质碳素结构钢技术条件》 GB699-88《建筑幕墙窗用弹性密封剂》 JC485-92二、电算软件：该工程所选用的计算软件：ANSYS有限元结构分析软件STAAD钢结构计算分析软件（二）工程基本条件及计算数据一、基本计算公式:（1）、风荷载计算1、地区基本风压：参考风洞试验报告取定风荷载标准值：2w5.2mkNk2、场地类别划分:根据《建筑结构荷载规范》GB50009—2001 7.2.1取定本工程按A类地区计算风压。

单向单索结构点支式玻璃幕墙的结构设计

单向单索结构点支式玻璃幕墙的结构设计摘要：本文主要阐述单向单索幕墙的结构分析。

包括点式玻璃的有限元分析，分析玻璃在六点和四点支撑情况的应力和挠度，以及对支撑点处产生的应力集中进行讨论并采取一定的措施。

然后对单向单索进行详细的分析计算，采用非线性有限元进行计算，必要时需要考虑边缘支撑结构的影响，建立整体模型进行分析计算。

最后对实际施工过程中遇到的情况，进行说明。

关键词：点式玻璃应力集中球铰预应力单向单索整体模型引言：现代人们对建筑物外观的美观要求越来越高，追求大空间，高通透，轻盈化，特别是一些大型的展览中心，机场的候机楼等。

单向单索幕墙一般只需要单向竖索来同时抵抗竖向和水平荷载，受力形式简单明确，结构轻盈，占用的空间也相对较少。

因此越来越多的大型公共建筑采用此种结构形式。

本文结合工程实例分析单向单索结构的受力。

第一、工程实例概述某工程位于上海，地面粗糙度按照C类考虑，柱间间距为9000mm。

拟采用单向单索点式玻璃幕墙，拉索高度为6000mm，玻璃水平分格为1500mm，玻璃高度为4000mm和2000mm。

采用的玻璃为15mm厚的单片钢化玻璃。

4000mm的高度采用六点支撑，2000mm的高度采用四点支撑。

上海地区基本风压为0.55kPa，风压高度变化系数为0.65，风荷载体型按照墙角位置系数为1.6.根据《索结构技术规程》单索结构的风振系数取为1.2~1.5。

则基本风压为Wk=0.55x0.65x1.6x1.5=0.858kPa。

根据上海市建筑幕墙工程技术规范，幕墙的墙角边风压值不应小于1.5kPa。

温度按照±30℃考虑。

拉索上端拉到主体结构钢管上，下端拉到主体混凝土结构上。

水平荷载标准值为qk=1.5kPa,自重为Gk=15mmx25.6kN/m3=0.384kPa,地震荷载qek=0.4xGk=0.15kPa根据《建筑结构可靠度设计统一标准》GB50068-2018，表8.2.9建筑结构的作用分项系数可变荷载为1.5。

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文章编号:1000-6869(2005)04-0099-08考虑玻璃参与工作的单层平面索网幕墙结构静力性能研究

冯若强,武岳,沈世钊(哈尔滨工业大学空间结构研究中心,黑龙江哈尔滨150090)摘要:本文采用了模型试验和数值模拟的方法对单层平面索网玻璃幕墙结构考虑玻璃与索协同工作的静力性能进行研究。首先验证了玻璃参与结构的共同工作,对于结构刚度有一定的贡献;然后通过参数分析讨论了索的初始预张力、荷载级别、索的直径、玻璃的厚度、网格的划分等因素对玻璃贡献的影响。研究表明,玻璃参与结构刚度贡献从本质上讲主要由玻璃面的薄膜力大小决定,而玻璃面薄膜力主要取决于单块玻璃自身的挠度和结构的整体挠度。关键词:点支式玻璃幕墙;索结构;玻璃结构;协同工作中图分类号:TU39313 文献标识码:A

Staticperformanceofsingle-layerplanecablenetglasscurtaininconsiderationofglasspanel

FENGRuoqiang,WUYue,SHENShizhao(SpaceStructureResearchCenter,HatbinInstituteofTechnology,Harbin150090,China)

Abstract:Inthispapertheful-lscaletestandnumericalsimulationhavebeenconductedinordertostudythestaticperformanceofsingle-layerplanecablenetglasscurtainworkingincooperationwithglasspanels.Firstly,thefactsthatglasspanelsarecooperatinginworkwiththecablestructureandacontributiontothestiffnessofthestructureinpracticearetestified.Secondly,throughtheparameteranalysismethod,theeffectsofallkindsoffactors,suchascablepretensions,load,cablediameter,glassthickness,glassmesh,onthestiffnesscontributionofglasspanelstothestructureareobtained.Theresearchresultsindicatedthatthestiffnesscontributionofglasspanelstothestructureissubstantiallydecidedbytheglassfacemembraneforce,andtheglassfacemembraneforceisdependentonthedeformationofthesingleglasspanelandthewholedeflectionofthestructure.Keywords:pointsupportedglasscurtain;cablestructure;glassstructure;workincooperation

基金项目:国家自然科学基金资助项目(50478028)。作者简介:冯若强(1978- ),男,黑龙江牡丹江人,博士研究生。收稿日期:2004年8月

1 引言近年来,随着玻璃工艺的提高和大量公共建筑的兴建,以预应力拉索作为支承结构的点支式玻璃幕墙以其简洁、通透的特点在国内得到广泛地应用。通常,根据预应力拉索的结构形式不同,可将其分为预应力双层索系(由于其外形和受力特点类似于传统平面桁架,故又称为索桁架体系)和单层平面索网体系两大类,分别如图1和图2所示。从目前的发展趋势来看,虽然单索体系的刚度要弱于双索体系,但是由于其在结构通透性方面更具有优势,因而具有更大的发展潜力。下文为叙述方便将单层平面索网玻璃幕墙简称为单索幕墙。一般认为预应力幕墙结构的力学性能是由索支承结构决定的,玻璃不参与结构工作。对于预应力双层索结构,由于其具有很好的刚度,玻璃贡献较小,因而上述假定与结构的实际工作情况比较吻合。然而对于平面索网结构,由于整个体系的刚度更多地依赖于索

第26卷第4期建筑结构学报Vol.26,No.42005年8月JournalofBuildingStructuresAug12005的几何非线性,结构变形较大,因而是否需要考虑玻璃对结构整体的贡献就值得探讨了。在实际工程中,人们常常发现对于单层平面索网玻璃幕墙结构,结构变形的理论计算值与实际情况之间存在较大差异,究其原因,忽略了玻璃与索的协同工作作用可能是一个重要因素[1]。图1 预应力双层悬索结构图2 单层平面索网结构Fig11Pretensioneddouble-layer Fig12Single-layerplanecablecablestructure netstructure在实际工程中,玻璃与索的协同工作问题如何考虑一直是存在争议的问题。在新近颁布的5玻璃幕墙工程技术规范6(JGJ102)2003)中的81311条,对该问题是这样规定的,/点支承玻璃幕墙的支承结构宜单独计算,玻璃面板不宜兼作支承结构的一部分0;但同时在81311条的条文说明中又解释说,/由于缺乏足够的研究成果和工程经验,因此本规范暂不考虑玻璃对支承结构的有利影响0。可见,对于玻璃参与支承结构工作这一事实,已得到普遍的认可;当前需要解决的问题是,对玻璃参与结构工作的程度给出定量指标,以及确定在何种情况下可以考虑这种协同工作性能。为解决该问题,本文提出了一种考虑玻璃协同工作的计算模型,并进行相关的试验研究和有限元数值模拟,从而证明了该计算理论的可行性。在此基础上进一步分析了索初始预张力、索直径、玻璃厚度、网格划分、荷载等因素对玻璃刚度贡献的影响,给出了一些定性化的结论。2 玻璃协同工作机理分析单层平面索网玻璃幕墙在构造上包括预应力拉索、连接爪件、玻璃面板三部分。玻璃的四个角点通过爪件和索连接,玻璃和玻璃之间采用硅酮密封胶连接。其传力路径为:风荷载y玻璃面板y连接爪件y预应力拉索y基础或主体结构。本文的试验和理论分析主要是针对驳接爪件进行的。玻璃的参与工作与玻璃和驳接爪的连接密切相关,其具体连接见图3。从这些构造特点来看,玻璃参与工作的方式可能包括以下两种:(1)由于玻璃具有一定的抗弯刚度,其相当于静不定屋面板,对风荷载的分配和结构位移起到了一定的调节作用。(2)玻璃安装完成后,在玻璃平面内驳接爪和玻璃孔之间有一定的缝隙,即为间隙配合。爪件和玻璃孔的制作皆符合机械加工的精度,该间隙配合一般在1mm以内。当结构受风荷载作用变形后,驳接爪和玻璃孔之间的间隙配合会减小或消失,当该间隙消失后,驳接爪与玻璃在玻璃平面内发生接触,在玻璃与爪件的连接处产生拉力,如图4所示。这样通过玻璃和驳接爪之间的在玻璃自身平面内的薄膜拉力,使得各块玻璃通过驳接爪连接成一个整体的玻璃幕墙面,进而对于结构的刚度产生影响,如图5所示。

(a)驳接爪和玻璃连接 (b)驳接孔处连接图3 玻璃和驳接爪连接示意图Fig13 Pointconnectionofglasspanelandmetalconjunction

图4 玻璃受风荷载变形示意图Fig14 Glasspaneldeformationunderwindload

100图5 玻璃平面薄膜拉力Fig15 Membraneforceofglassface

另外玻璃密封胶也在一定程度上将整个玻璃幕墙面连在一起,其同样存在上述两种作用,但由于玻璃密封胶的弹性模量较小,一般都在1N/mm2以内,因此其对结构整体的影响较玻璃面板要小得多。而且由于密封胶存在老化等不确定因素,因此本文对这一部分作用暂不考虑。综上所述,玻璃对结构整体刚度的贡献主要表现为,单块玻璃的抗弯效应和玻璃面整体的薄膜拉力效应两个方面。本文下面的工作重点就是要通过试验和数值模拟两种方法来研究玻璃的刚度贡献,并且确定其随各种结构参数的变化规律。

图6 试验模型Fig16 Experimentalmodel

3 单索幕墙结构试验311 试验模型本试验模型数据参考了哈尔滨会展中心单索幕墙工程的一部分,模型的比例为1:1。平面索网结构的轴线尺寸为(从上到下)216m+218m+218m+312m,(从左到右)217m+215m+217m,如图6所示。索采用

522不锈钢绞线,弹性模量为1131@105MPa,破断拉力

30418kN,钢架为两个I36a工字钢拼接而成,钢管采用5152@6的钢管。玻璃为中空钢化玻璃,厚度为10mm

+12mm+12mm=34mm。考虑到每一次变换预应力值时张拉的需要,以及玻璃胶的刚度贡献很少,试验过程中玻璃没有打胶。测点布置图如图7所示。

图7 平面索网测点布置图Fig17 Arrangementofsurveyingpoints

312 试验方案(1)在相同的荷载和预张力条件下,先进行只有索网的试验,然后再进行索网加玻璃的试验,通过比较在两种情况下结构的位移和索的拉力,求出玻璃的刚度贡献和索拉力的改变。(2)为比较玻璃参与工作的程度,分别取两种预张力状态下进行试验。工况1为短索70kN,长索60kN,工况2为短索80kN,长索70kN。313 试验方法31311 施加预张力通过千斤顶施加预张力,分三次张拉,初始值为15%的设计拉力,以使索张紧,再加到80%,基本达到要求值,最后张拉剩余的20%,并进行微调,以消除索之间的相互影响。需要说明的是,索在试验前已经超张拉,以便消除索材料自身的非弹性变形。31312 加载(1)为试验方便,将实际竖放的结构体系平放,以重力荷载模拟风荷载,风荷载根据实际结构设计情况确定为wk=1100N/m2。分两级加荷,第1级为01667wk

相当于10年一遇的风荷载,第2级为wk相当于50年

一遇的风荷载。(2)对于只有索网时,加荷采用施加节点荷载,荷载通过在吊篮中放置沙袋施加。当有索和玻璃共同作101