点支式玻璃建筑柔性支承结构的地震
1 概述
随着社会经济的飞速发展、生活水平的逐渐提高,点式玻璃帷幕结构墙在我国得到越来越广泛的应用,它具有通透性好、艺术感强、环保节能和施工灵活等优点[1~3],已成为大型公共建筑重要的组成部分。 而近年来,随着点支式玻璃建筑的逐步推广,涌现了各种新型柔性支承结构,如单层索网体系,以及它与其它刚性杆、梁结构的复杂体系,而理论分析往往滞后于工程实践,点支式玻璃建筑柔性支承结构在地震作用下的动力响应和动力特性是尚未解决的技术难题[4~5],因为不能将传统的刚性结构地震作用计算方法直接用于索网结构,只能根据其具体结构具体分析。 本文结合将刚性梁和柔性索(包括揽风索、悬索和立面的竖索)...全部
1 概述
随着社会经济的飞速发展、生活水平的逐渐提高,点式玻璃帷幕结构墙在我国得到越来越广泛的应用,它具有通透性好、艺术感强、环保节能和施工灵活等优点[1~3],已成为大型公共建筑重要的组成部分。
而近年来,随着点支式玻璃建筑的逐步推广,涌现了各种新型柔性支承结构,如单层索网体系,以及它与其它刚性杆、梁结构的复杂体系,而理论分析往往滞后于工程实践,点支式玻璃建筑柔性支承结构在地震作用下的动力响应和动力特性是尚未解决的技术难题[4~5],因为不能将传统的刚性结构地震作用计算方法直接用于索网结构,只能根据其具体结构具体分析。
本文结合将刚性梁和柔性索(包括揽风索、悬索和立面的竖索)协同工作的重屋盖柔性支承点式玻璃建筑的工程实例,分析结构的动力特性,并采用振型分解反应谱法研究了地震作用下揽风索和竖索预应力的变化对结构变形和其它索内力的影响。
2 工程概述
图1为联系两座高层办公楼的某重屋盖柔性支承点支式玻璃走廊结构,其结构平、立面布置如图2所示。整个玻璃走廊是由两幢楼之间的四根悬索所支承,结构纵向长63m,横向长13·4m。
悬索与楼相连处距地面9·5m,结构中间最低处距地面约6·0m。在悬索上布置钢梁,钢梁间距2·0m,在钢梁上安装玻璃屋面。钢梁两端挂拉索,并在拉索上安装玻璃幕墙,拉索在承受玻璃幕墙重量的同时也抵抗水平风荷载。
在屋顶平面上设置了两根揽风索用来控制屋面水平位移,并提供整个屋盖在平面外的刚度。钢梁边缘采用钢管相连,防止钢梁的平面外失稳。入口处有一雨篷,在大门处有一钢框架,此处拉索拉于钢框架上。拉索与地面及钢框架连接处设置弹簧支座。
3 支承结构索杆体系的设计
结构所受荷载主要为结构自重、屋面活载及积水荷载、风载、温度荷载(±40℃),以及地震作用。现行荷载规范GB50009-2001规定北京基本风压为wo50=0·45kN/m2(50年一遇),根据风洞实验提供的体形系数来计算风载,场地C类。
本工程主要采用了大型有限元分析计算软件。
ANSYS按空间整体模型对结构进行分析和计算,并依据现行结构设计规范[6~8]进行了承载能力和正常使用状态的验算。其有限元模型如图3所示,其中拉索采用link10单元,该单元为三维只拉单元,能描述拉索只能承受拉力的特性。
拉索下连的弹簧采用COMBIN14单元,其它构件,如悬索上钢梁、大门处钢框架梁柱,及钢管采用eam4单元模拟,为3维弹性梁单元。正常使用阶段的位移控制,即,悬索竖向位移不得超过跨度的1/300,拉索水平位移不得超过拉索长度的1/46,屋顶水平位移不超过跨度的1/200(这里位移以钢结构和玻璃安装完成后的平衡位置为基准)。
经过反复调试计算选用索的主要指标如表1所示。收起
