點支式玻璃建筑復雜單層索網體系的設計
發布時間：2010-01-14 共3頁
1 概 述
北京新保利大廈二期工程的正立面采用含主次索的復雜單層索網預應力玻璃幕墻體系,高90m,寬70m,面積之大堪稱世界第一,效果圖見文獻[1]的圖9。結合晶藝公司設計的此工程索網幕墻結構方案,在清華大學結構工程實驗室內根據實際工程設計了1∶10的試驗模型,并進行了8·6m×5·5m單層索網點支式玻璃幕墻的模型試驗。單層索網玻璃幕墻被兩根斜主索分成3部分:水平索主要承受風載,豎向索主要承受墻面自重,索網的兩端固定在剛架邊框上。本文結合此試驗模型,介紹有限元程序的設計計算過程以及預應力的控制技術,為實際工程施工提供參考和依據。
2 模型的設計與分析
2·1 計算軟件及有限元模型的選取
本項目在進行有限元設計分析時,采用目前在國際上得到廣泛應用的大型有限元分析計算軟件ANSYS,計算采用彈性-大變形有限元分析模塊模型中幕墻拉索采用link10單元,該單元為三維只拉單元,用于描述拉索不能承受壓力的特性,連桿采用link8單元,既可受拉也可受壓。張拉過程中索的變形與拉力影響很大,因此在分析過程中考慮索的幾何非線性。在模型承載過程中,索網的節點看作是鉸接的;在模型張拉過程中,橫索和豎索的節點認為在水平x方向和豎直z方向可以相對滑動,因此在ANSYS中把橫索和豎索在y方向耦合起來,并通過對索施加初始預應變來模擬其預拉力。
2·2 基本參數取值及荷載計算
參考北京新保利大廈的實際工程,利用有限元軟件反復設計和計算,保證索在施加預應力后在各種荷載組合作用下不發生過大變形或索拉力,結合實驗室的條件,確定試驗模型的材料參數取值見表1。試驗模型的索網結構布置如圖1,試驗中對橫索和豎索在每一步張拉時進行監測。
2·3 承載力及變形計算
幕墻結構承載力及變形計算結果如表2所示。對于柔性結構,有關幕墻變形控制指標規范未規定。由于本工程單層索網結構的特殊性,不應采用現行規范衡量此工程平面內的變形性能(《玻璃幕墻技術規程》(CECS127∶2001)規定支承結構的相對撓度不應大于1/300)。從點支式玻璃面對變形的適應能力來考慮,在最不利荷載組合下,幕墻結構的變形可控制在1/50。表2中索網幕墻的變形滿足這一要求。
北京新保利大廈二期工程的正立面采用含主次索的復雜單層索網預應力玻璃幕墻體系,高90m,寬70m,面積之大堪稱世界第一,效果圖見文獻[1]的圖9。結合晶藝公司設計的此工程索網幕墻結構方案,在清華大學結構工程實驗室內根據實際工程設計了1∶10的試驗模型,并進行了8·6m×5·5m單層索網點支式玻璃幕墻的模型試驗。單層索網玻璃幕墻被兩根斜主索分成3部分:水平索主要承受風載,豎向索主要承受墻面自重,索網的兩端固定在剛架邊框上。本文結合此試驗模型,介紹有限元程序的設計計算過程以及預應力的控制技術,為實際工程施工提供參考和依據。
2 模型的設計與分析
2·1 計算軟件及有限元模型的選取
本項目在進行有限元設計分析時,采用目前在國際上得到廣泛應用的大型有限元分析計算軟件ANSYS,計算采用彈性-大變形有限元分析模塊模型中幕墻拉索采用link10單元,該單元為三維只拉單元,用于描述拉索不能承受壓力的特性,連桿采用link8單元,既可受拉也可受壓。張拉過程中索的變形與拉力影響很大,因此在分析過程中考慮索的幾何非線性。在模型承載過程中,索網的節點看作是鉸接的;在模型張拉過程中,橫索和豎索的節點認為在水平x方向和豎直z方向可以相對滑動,因此在ANSYS中把橫索和豎索在y方向耦合起來,并通過對索施加初始預應變來模擬其預拉力。
2·2 基本參數取值及荷載計算
參考北京新保利大廈的實際工程,利用有限元軟件反復設計和計算,保證索在施加預應力后在各種荷載組合作用下不發生過大變形或索拉力,結合實驗室的條件,確定試驗模型的材料參數取值見表1。試驗模型的索網結構布置如圖1,試驗中對橫索和豎索在每一步張拉時進行監測。
2·3 承載力及變形計算
幕墻結構承載力及變形計算結果如表2所示。對于柔性結構,有關幕墻變形控制指標規范未規定。由于本工程單層索網結構的特殊性,不應采用現行規范衡量此工程平面內的變形性能(《玻璃幕墻技術規程》(CECS127∶2001)規定支承結構的相對撓度不應大于1/300)。從點支式玻璃面對變形的適應能力來考慮,在最不利荷載組合下,幕墻結構的變形可控制在1/50。表2中索網幕墻的變形滿足這一要求。
