點支撐玻璃幕墻風荷載受力分析

【摘 要】點支撐式玻璃幕墻主要受風荷載，本文利用大型有限元分析軟件ANSYS分析玻璃幕墻在風荷載下的響應，通過非線性分析并考慮大變形，模擬玻璃幕墻的順風向位移和結構應力，通過位移云圖和應力云圖，玻璃幕墻在風荷載作用下能夠保持足夠的強度和穩(wěn)定性，由此說明了點支撐玻璃幕墻是一種結構穩(wěn)定、造型美觀、經(jīng)濟適用的結構，廣泛適用于高層及及超高層建筑。

【關鍵詞】點支撐玻璃幕墻；風荷載；非線性分析；大變形；位移云圖

隨著我國建筑業(yè)的迅速發(fā)展，玻璃幕墻已經(jīng)廣泛適用于高層及超高層已經(jīng)成為現(xiàn)代化建筑的一個重要的組成部分。玻璃幕墻是一種常見的維護結構，對該結構來說，風荷載是其主要承受的荷載，也是其最主要的破壞荷載，特別是由于較大的局部風壓對玻璃幕墻的破壞更為嚴重。

一、風荷載概述

對于建筑外墻體風荷載起主要作用，其數(shù)值可達2.0～5.0kN/m2，使墻體產(chǎn)生很大的應力，玻璃幕墻本身必須具有足夠的承載力，避免在風壓下破碎。對于主要承重結構，風荷載標準值的表達形式可有兩種形式，其一為平均風壓加上由脈動風引起導致結構風振的等效風壓，另一種為平均風壓乘以風振系數(shù)。由于在結構的風振計算中，一般往往是第一振型起主要作用，因而我國與大多數(shù)國家一樣，采用后一種表達形式，即采用風振系數(shù)βz。它綜合考慮了結構在風荷載作用下的動力響應，其中包括風速隨時間、空間的變異性和結構的阻尼特性等因素。根據(jù)《建筑結構荷載規(guī)范》GB50009-2001，垂直于建筑物表面的風荷載標準值，應按下述公式計算：當計算主要承重結構時：wk=βzμzμsw0。式中Wk-風荷載標準值；βz-高度z處的風振系數(shù)；μs-風荷載體型系數(shù)；μz-風壓高度變化系數(shù)；w0-基本風壓。當計算維護結構時：wk=βgzμzμsw0。式中βgz-高度z處的風振系數(shù)。

二、有限元模擬

（1）工程概況。點支撐玻璃幕墻，結構形式為索桁架，結構高度為12米，寬12米，受力體系由兩榀鋼管桁架與索桁架組合而成，幕墻墻面的基本風壓為0.35KN/M2，恒載主要為結構構件的裝飾件自重。管桁架主管采用Φ189×4.5鋼管，支管采用Φ48×3鋼管，拉索為Φ20鋼芯拉索，墻面維護為鋼化點支撐玻璃幕墻。計算假定：以拉索采用LINK10單元，桁架采用BEAM4單元，玻璃幕墻采用SHELL63單元?？紤]玻璃對鋼索桁架協(xié)同作用有利貢獻。（2）非線性分析。對于復雜的非線性問題，ANSYS便體現(xiàn)出其卓越的性能，非線性最大的特征就是變結構剛度，ANSYS程序可求解靜態(tài)和瞬態(tài)非線性問題，包括幾何非線性、材料非線性、接觸非線性。目前主要有三種發(fā)法：增量法、迭代法、最小化法。本分析用迭代法。迭代法：把全部荷載都作用在結構上，然后進行一系列的迭代計算，由于在每次迭代中，都取剛度的某個近似的常數(shù)值，基本方程得不到滿足。于是算得的不平衡部分又作為下次迭代的荷載，以此計算出附加的位移增量，過程重復進行，直到基本方程得到精度容許的近似滿足為止。（3）求解結果。順風向位移和應力求解結果如下圖：

三、結語

（1）通過模擬索桁架玻璃幕墻在風荷載作用下的順風向位移和應力，說明了索桁架玻璃幕墻在風荷載作用下其變形不至于過大，從而保證結構的整體穩(wěn)定性。（2）索桁架玻璃幕墻是一種比較理想的結構體系，造型美觀，通過拉索的拉力 來平衡風荷載，結構受力合理，能夠最大限度的滿足使用功能要求。

參 考 文 獻

[1]陳建濤，姜麗麗，張彥嬌.索桁架玻璃幕墻結構的承載性能研究[J].煤炭工程.2012（3）：24～28

[2]王鶯歌，李正農(nóng).索桁式玻璃幕墻風荷載時程模擬及風振響應[J].昆明理工大學學報.2011（2）：26～37