1 概述
隨著社會經(jīng)濟的飛速發(fā)展、生活水平的逐漸提高,點式玻璃帷幕結(jié)構(gòu)墻在我國得到越來越廣泛的應用,它具有通透性好、藝術(shù)感強、環(huán)保節(jié)能和施工靈活等優(yōu)點[1~3],已成為大型公共建筑重要的組成部分。而近年來,隨著點支式玻璃建筑的逐步推廣,涌現(xiàn)了各種新型柔性支承結(jié)構(gòu),如單層索網(wǎng)體系,以及它與其它剛性桿、梁結(jié)構(gòu)的復雜體系,而理論分析往往滯后于工程實踐,點支式玻璃建筑柔性支承結(jié)構(gòu)在地震作用下的動力響應和動力特性是尚未解決的技術(shù)難題[4~5],因為不能將傳統(tǒng)的剛性結(jié)構(gòu)地震作用計算方法直接用于索網(wǎng)結(jié)構(gòu),只能根據(jù)其具體結(jié)構(gòu)具體分析。本文結(jié)合將剛性梁和柔性索(包括攬風索、懸索和立面的豎索)協(xié)同工作的重屋蓋柔性支承點式玻璃建筑的工程實例,分析結(jié)構(gòu)的動力特性,并采用振型分解反應譜法研究了地震作用下攬風索和豎索預應力的變化對結(jié)構(gòu)變形和其它索內(nèi)力的影響。
2 工程概述
圖1為聯(lián)系兩座高層辦公樓的某重屋蓋柔性支承點支式玻璃走廊結(jié)構(gòu),其結(jié)構(gòu)平、立面布置如圖2所示。整個玻璃走廊是由兩幢樓之間的四根懸索所支承,結(jié)構(gòu)縱向長63m,橫向長13·4m。懸索與樓相連處距地面9·5m,結(jié)構(gòu)中間最低處距地面約6·0m。在懸索上布置鋼梁,鋼梁間距2·0m,在鋼梁上安裝玻璃屋面。鋼梁兩端掛拉索,并在拉索上安裝玻璃幕墻,拉索在承受玻璃幕墻重量的同時也抵抗水平風荷載。在屋頂平面上設置了兩根攬風索用來控制屋面水平位移,并提供整個屋蓋在平面外的剛度。鋼梁邊緣采用鋼管相連,防止鋼梁的平面外失穩(wěn)。入口處有一雨篷,在大門處有一鋼框架,此處拉索拉于鋼框架上。拉索與地面及鋼框架連接處設置彈簧支座。
3 支承結(jié)構(gòu)索桿體系的設計
結(jié)構(gòu)所受荷載主要為結(jié)構(gòu)自重、屋面活載及積水荷載、風載、溫度荷載(±40℃),以及地震作用?，F(xiàn)行荷載規(guī)范GB50009-2001規(guī)定北京基本風壓為wo50=0·45kN/m2(50年一遇),根據(jù)風洞實驗提供的體形系數(shù)來計算風載,場地C類。本工程主要采用了大型有限元分析計算軟件.
ANSYS按空間整體模型對結(jié)構(gòu)進行分析和計算,并依據(jù)現(xiàn)行結(jié)構(gòu)設計規(guī)范[6~8]進行了承載能力和正常使用狀態(tài)的驗算。其有限元模型如圖3所示,其中拉索采用link10單元,該單元為三維只拉單元,能描述拉索只能承受拉力的特性。拉索下連的彈簧采用COMBIN14單元,其它構(gòu)件,如懸索上鋼梁、大門處鋼框架梁柱,及鋼管采用eam4單元模擬,為3維彈性梁單元。正常使用階段的位移控制,即,懸索豎向位移不得超過跨度的1/300,拉索水平位移不得超過拉索長度的1/46,屋頂水平位移不超過跨度的1/200(這里位移以鋼結(jié)構(gòu)和玻璃安裝完成后的平衡位置為基準)。
隨著社會經(jīng)濟的飛速發(fā)展、生活水平的逐漸提高,點式玻璃帷幕結(jié)構(gòu)墻在我國得到越來越廣泛的應用,它具有通透性好、藝術(shù)感強、環(huán)保節(jié)能和施工靈活等優(yōu)點[1~3],已成為大型公共建筑重要的組成部分。而近年來,隨著點支式玻璃建筑的逐步推廣,涌現(xiàn)了各種新型柔性支承結(jié)構(gòu),如單層索網(wǎng)體系,以及它與其它剛性桿、梁結(jié)構(gòu)的復雜體系,而理論分析往往滯后于工程實踐,點支式玻璃建筑柔性支承結(jié)構(gòu)在地震作用下的動力響應和動力特性是尚未解決的技術(shù)難題[4~5],因為不能將傳統(tǒng)的剛性結(jié)構(gòu)地震作用計算方法直接用于索網(wǎng)結(jié)構(gòu),只能根據(jù)其具體結(jié)構(gòu)具體分析。本文結(jié)合將剛性梁和柔性索(包括攬風索、懸索和立面的豎索)協(xié)同工作的重屋蓋柔性支承點式玻璃建筑的工程實例,分析結(jié)構(gòu)的動力特性,并采用振型分解反應譜法研究了地震作用下攬風索和豎索預應力的變化對結(jié)構(gòu)變形和其它索內(nèi)力的影響。
2 工程概述
圖1為聯(lián)系兩座高層辦公樓的某重屋蓋柔性支承點支式玻璃走廊結(jié)構(gòu),其結(jié)構(gòu)平、立面布置如圖2所示。整個玻璃走廊是由兩幢樓之間的四根懸索所支承,結(jié)構(gòu)縱向長63m,橫向長13·4m。懸索與樓相連處距地面9·5m,結(jié)構(gòu)中間最低處距地面約6·0m。在懸索上布置鋼梁,鋼梁間距2·0m,在鋼梁上安裝玻璃屋面。鋼梁兩端掛拉索,并在拉索上安裝玻璃幕墻,拉索在承受玻璃幕墻重量的同時也抵抗水平風荷載。在屋頂平面上設置了兩根攬風索用來控制屋面水平位移,并提供整個屋蓋在平面外的剛度。鋼梁邊緣采用鋼管相連,防止鋼梁的平面外失穩(wěn)。入口處有一雨篷,在大門處有一鋼框架,此處拉索拉于鋼框架上。拉索與地面及鋼框架連接處設置彈簧支座。
3 支承結(jié)構(gòu)索桿體系的設計
結(jié)構(gòu)所受荷載主要為結(jié)構(gòu)自重、屋面活載及積水荷載、風載、溫度荷載(±40℃),以及地震作用?，F(xiàn)行荷載規(guī)范GB50009-2001規(guī)定北京基本風壓為wo50=0·45kN/m2(50年一遇),根據(jù)風洞實驗提供的體形系數(shù)來計算風載,場地C類。本工程主要采用了大型有限元分析計算軟件.
ANSYS按空間整體模型對結(jié)構(gòu)進行分析和計算,并依據(jù)現(xiàn)行結(jié)構(gòu)設計規(guī)范[6~8]進行了承載能力和正常使用狀態(tài)的驗算。其有限元模型如圖3所示,其中拉索采用link10單元,該單元為三維只拉單元,能描述拉索只能承受拉力的特性。拉索下連的彈簧采用COMBIN14單元,其它構(gòu)件,如懸索上鋼梁、大門處鋼框架梁柱,及鋼管采用eam4單元模擬,為3維彈性梁單元。正常使用階段的位移控制,即,懸索豎向位移不得超過跨度的1/300,拉索水平位移不得超過拉索長度的1/46,屋頂水平位移不超過跨度的1/200(這里位移以鋼結(jié)構(gòu)和玻璃安裝完成后的平衡位置為基準)。