北京土城电话局单层索网点式玻璃幕墙抗震设计方法分析

单层索网作为点支式玻璃建筑中一种轻柔性支承结构体系,以其良好的通透性和灵活性,近年来赢得了广大建筑师的青睐,在国内外得以普遍应用.且应用前景广阔.而单层索网结构作为一种非线性张拉结构,其结构特性决定了其地震响应和抗震特性不同于一般结构.本文针对其抗震性能研究的空白,结合北京土城电话局单层索网玻璃幕墙抗震设计,对其地震响应及抗震设计分析方法进行了研究.分别利用等效静力法、反应谱法和非线性时程分析法,对其地震响应进行计算,并对这三种方法进行了分析比较,得出了单层索网玻璃幕墙地震响应及其抗震设计方法的相关结论:单层索网玻璃幕墙直接地震响应较小,但变形相对较大,其计算需要采用能考虑几何非线性的时程分析法来计算.本文研究成果可为今后抗震研究和设计提供参考.     

点支式玻璃幕墙单层索网实用抗震计算方法

点支式玻璃幕墙单层索网的地震反应由于受几何非线性和主体结构的影响,其抗震计算更加复杂。目前抗震规范采用简单的等效静力法计算,地震影响系数亦取线性体系地震影响系数的最大值,未能考虑几何非线性体系结构动力反应的特点,同时也未考虑主体结构的影响,与实际情况严重不符。对点支式玻璃幕墙单层索网地震反应的模态参与特性研究表明,其地震反应以第1阶模态为主,且考虑其质量刚度的均匀分布特性,参考抗震规范中的底部剪力法提出了改进等效静力法,并通过对一组典型索网模型的计算分析验证了此方法的合理性。提出相应的地震影响系数可由线性周期和几何非线性因子控制的单自由度体系求得。大量的分析计算结果表明,主体结构动力影响系数反映主体结构二次输入的影响,其值可通过二者的基本频率比值求得。     

单层平面索网玻璃幕墙动力性能研究

为了研究单层平面索网支承体系的自振频率与振型的特性,建立不同高宽比的点支式玻璃幕墙支承结构有限元计算模型,得出了单层平面索网支承体系的自振频率与振型特性的基本规律。研究表明索网幕墙结构支承体系的频率密集,并随高宽比的变化而变化。     

单层平面索网幕墙结构玻璃与索网协同工作的动力性能研究

采用模型试验和理论分析的方法对单层平面索网玻璃幕墙结构玻璃与索协同工作的动力性能进行研究。首先通过结构自振特性试验研究玻璃对于索网结构频率、振型以及阻尼的影响,然后提出了动力荷载作用下玻璃与索网的协同工作机理,据此建立玻璃与索网协同工作的数值模型,采用该模型从理论上分析了结构的自振特性。理论分析和试验结果表明:玻璃的抗弯效应对结构第一阶模态影响较小,对结构的高阶模态影响比较明显;索网 玻璃结构的阻尼远大于索网的阻尼,玻璃幕墙结构的阻尼比主要是由玻璃提供的。     

考虑地震耦合效应的单元式玻璃幕墙地震作用研究

对一种隐框单元式玻璃幕墙进行了研究,考虑单元式玻璃幕墙与主体结构的相互关系,建立了单元式玻璃幕墙地震耦合作用的振动控制微分方程,以简谐波为实际工程的输入波,研究了结构自振周期、单元式玻璃幕墙系统自振和地面运动周期对幕墙耦合动力响应的影响。以El-Centro波作为输入,研究了单元式玻璃幕墙的地震反应现象,分析了单元式玻璃幕墙在地震作用下的破坏机理,为单元式玻璃幕墙的抗震设计提供些参考。     

合肥新桥国际机场航站楼索支承点支式玻璃幕墙的动力性能分析

索支承点支式玻璃幕墙作为柔性非线性张拉结构,有着刚度小、阻尼小、自振频率较低等特性,其在地震和风振作用下的响应不同于一般结构。采用ANSYS软件,计算分析了合肥新桥国际机场航站楼索支承点支式玻璃幕墙的自振特性、地震和风振作用下的响应及玻璃幕墙对主体结构地震响应的影响。分析考虑玻璃幕墙和主体结构的耦合作用,得出可独立分析玻璃幕墙的风振响应,而在地震作用下玻璃幕墙和主体结构之间有着一定的相互影响。本工程索支承点支式玻璃幕墙的设计,在地震和风振作用下是安全可靠的,采用的分析计算方法也可供同类工程参考。     

索网结构对主体结构动力特性的影响

采用子空间迭代法,结合工程实例,对索网次结构对主体结构自振特性的影响进行了计算分析,研究了主体结构的频率分布特性以及索网预应力、玻璃及索连接件的质量等结构参数对自振特性的影响。此外,还考虑了几何非线性对结构应力刚度的影响,考虑位形修正进行了模态分析。最后,采用振型分解反应谱法进行了结构模型的多遇地震响应分析。研究结果表明:玻璃及索连接件的质量对主体结构频率影响较大,整体结构振型表现为主体结构振型加索网局部振型;主体结构代替整体结构通过振型分解反应谱法进行地震效应分析时,结构地震效应降低。     

风荷载与地震耦合作用下超高层建筑的结构损伤与玻璃幕墙坠落研究

超高层建筑服役周期长,在其全寿命周期内有可能遭受风和地震同时作用,需针对主体结构和玻璃幕墙受风、地震单独和耦合作用进行研究。基于结构高度为300.5 m超高层框架-核心筒结构,依据相关规范要求建立主体结构与玻璃幕墙整体有限元分析模型,根据场地条件选取3组三向地震动记录,并通过已完成的1∶440缩尺模型风洞试验获得10、50 a和100 a重现期的风压时程。采用非线性时程分析方法,研究风荷载、地震单独与耦合作用对主体结构和玻璃幕墙受力性能的影响。结果表明：玻璃幕墙对主体结构的影响较小,而主体结构对玻璃幕墙的影响则较大,其变形超过玻璃幕墙由荷载直接作用所产生的变形。在风荷载或地震单独作用下,主体结构的非线性响应和玻璃幕墙的破坏情况均随荷载强度增大而增大;在地震作用下,主体结构进入非线性状态后,结构顶点位移和层间位移角的增幅超过基底剪力的增幅,但低于峰值加速度的增幅;在风荷载作用下,主体结构处于弹性工作状态,基底剪力和倾覆弯矩随风压增大呈线性增长,但因变形响应特性不同,变形产生非线性增长,结构扭转效应增大;在风荷载与地震耦合作用下,主体结构和玻璃幕墙的非线性响应超出风荷载或地震单独作用的简单叠加,结构变形为单独作用简单叠加值的110%~134%。结构刚度变化较大的加强层及其邻近1~2层,侧风面负风压较大,玻璃幕墙容易破坏而坠落,设计时需注意加强。     

Study on structural damage and falling of glass curtain wall of super high-rise building under coupling action of wind and earthquake

超高层建筑服役周期长，在其全寿命周期内有可能遭受风和地震同时作用，需针对主体结构和玻璃幕墙受风、地震单独和耦合作用进行研究。基于结构高度为300.5 m超高层框架-核心筒结构，依据相关规范要求建立主体结构与玻璃幕墙整体有限元分析模型，根据场地条件选取3组三向地震动记录，并通过已完成的1∶440缩尺模型风洞试验获得10、50 a和100 a重现期的风压时程。采用非线性时程分析方法，研究风荷载、地震单独与耦合作用对主体结构和玻璃幕墙受力性能的影响。结果表明：玻璃幕墙对主体结构的影响较小，而主体结构对玻璃幕墙的影响则较大，其变形超过玻璃幕墙由荷载直接作用所产生的变形。在风荷载或地震单独作用下，主体结构的非线性响应和玻璃幕墙的破坏情况均随荷载强度增大而增大；在地震作用下，主体结构进入非线性状态后，结构顶点位移和层间位移角的增幅超过基底剪力的增幅，但低于峰值加速度的增幅；在风荷载作用下，主体结构处于弹性工作状态，基底剪力和倾覆弯矩随风压增大呈线性增长，但因变形响应特性不同，变形产生非线性增长，结构扭转效应增大；在风荷载与地震耦合作用下，主体结构和玻璃幕墙的非线性响应超出风荷载或地震单独作用的简单叠加，结构变形为单独作用简单叠加值的110%~134%。结构刚度变化较大的加强层及其邻近1~2层，侧风面负风压较大，玻璃幕墙容易破坏而坠落，设计时需注意加强。     

单层折面网壳结构动力特性及地震响应分析（英文）

单层折面网壳是近年来兴起的一种由三角形折面网格组成、外形如宝石群或宝石晶体的单层网壳结构.对单层折面网壳结构的自振特性及地震作用下的结构响应进行了研究,对比了增加环杆对结构自振特性的影响,并对单层折面网壳结构在多维地震输入下的时程响应进行了分析.研究表明,单层折面网壳结构基本体系竖向刚度偏弱,而增加环杆对结构刚度有明显提升,且增设环杆后结构地震力峰值、动静比及结构位移均有不同程度的减小.     

矩形驳接单层索网玻璃幕墙协同工作下的整体结构受力分析

目前,单层索网玻璃幕墙在现代建筑中得到了日益广泛的应用,其整体结构受力研究通常采用拉索与玻璃分开进行分析。本文利用有限元3D实体模型,考虑了竖向与横向预应力拉索非平面及矩形驳接件与玻璃之间的作用,设置了玻璃厚度、竖向预应力索与玻璃间距、竖向索与横向索间距、索直径和预应力等参数,在风荷载和自重荷载共同作用下,对矩形驳接单层索网玻璃幕墙协同工作下的整体结构,在各种参数下进行了受力有限元分析,并与以通常计算方式所计算的结果进行了比较,为进一步完善点式玻璃的设计和在实际工程中单层索网玻璃幕墙进行整体进行受力分析提供了依据。     

Influence of damages on static behavior of single-layer cable net supported glass curtain wall: full-scale model test

The single-layer cable net supported glass curtain wall has been applied in many building structures all over the world. In service, it will inevitably be subject to various damages. To study the influence of such damages on the static behavior of the single-layer cable net supported glass curtain wall, a full-scale model with the outside outline size of 4.85 m × 4.85 m and 4 × 4 grids is designed and tested. Two kinds of damages that are the cable prestress loss and cable anchorage end failure are led into the structure model during the test, and their influence has been investigated. The stiffness contribution of glass panels to the single-layer cable net supported glass curtain wall structure with or without damages and its change have been tested and analyzed. The results show that the maximum change rate of nodal deflection is 13.78% for the damage of cable prestress loss, while the change rate of nodal deflection is between 7% and 22% for the damage of cable anchorage end failure. The influence degree of the damages depends on the ratio of the structure initial stress stiffness change caused by damages to the total stiffness of the structure. The stiffness contribution of glass panels increases with the load increase. Under the same loading condition, the stiffness contribution of glass panels to the damaged structure is greater than that to the intact structure. The stiffness contribution of glass panels reduces the effect of the damages on the structural displacement and the cable tension force, but the glass panel could break if its stiffness contribution is too large.     

考虑损伤因素的单层平面索网静力试验研究

在单层平面索网玻璃幕墙建筑的使用过程中,单层平面索网作为支承结构,不可避免地会受到各种损伤。为了研究损伤因素对单层平面索网结构静力承载性能的影响,针对尺寸为4.85m×4.85m的4×4网格索网结构足尺试验模型,分别引入索与索之间连接节点失效、索预应力损失、索锚固端破坏这三种损伤因素,进行静力加载试验研究。试验结果表明:横索与竖索连接节点失效几乎不影响单层平面索网结构的承载性能;索预应力损失时,节点索网平面外位移变化率不超过15%;锚固端破坏对结构局部影响较大,节点平面外位移变化率介于18%～36%;损伤因素对节点平面外位移的影响大于索力;损伤的影响取决于损伤程度和损伤位置;相同损伤对结构的影响程度随荷载增加而减小。     

单层索网点支式玻璃幕墙的静力性能研究

采用了数值模拟的方法对考虑玻璃与索协同工作的单层平面索网玻璃幕墙结构静力性能进行研究，通过参数分析讨论了玻璃自重、拉索截面积、网格数、风荷载、拉索预应力等因素对玻璃贡献的影响，得到了一些有实用意义的结论。     

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

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。     

单层索网幕墙中玻璃与索协同工作的数值模拟

采用了数值模拟的方法对考虑玻璃与索协同工作的单层平面索网玻璃幕墙结构静力性能进行研究,通过参数分析讨论了玻璃自重、拉索截面积、网格数、风荷载、拉索预应力等因素对玻璃贡献的影响,得到了一些有实用意义的结论。     

单层正交索网结构承载性能研究

采用了数值模拟的方法对考虑玻璃与索协同工作的单层平面索网玻璃幕墙结构静力性能进行研究,通过参数分析讨论了玻璃自重、拉索截面积、网格数、风荷载、拉索预应力等因素对玻璃贡献的影响,得到了一些有实用意义的结论.     

单层平面索网结构找形分析

由于横索悬垂、复杂边界和不对称张拉等因素影响,大尺度单层平面索网玻璃幕墙中出现玻璃安装困难和索力耦联等问题。提出了单层平面索网结构的找形问题,并分析了该问题的独有特点和解决的必要性。针对此类找形问题,文中对非线性有限元逆迭代法进行推广,提供了方便实用的解决方法。为了提高迭代的收敛速度,引进了找形差值修正比例因子矩阵,并给出了该矩阵元素的具体计算公式。算例证明,该方法精确实用,表明单层索网玻璃幕墙支承体系的找形分析非常必要,而且经找形后的索网索力分布更均匀,减少了两个方向索力的耦联,提高了索网结构的安全性和经济性。     

财富中心大堂单层索网的设计及预应力控制技术

单层索网幕墙具有通透的建筑效果,同时设计过程较为复杂,对周边支承结构也提出了较高的要求。结合财富中心单层索网幕墙结构设计,研究了具有较柔边框的双向受力索网幕墙体系的设计和倒拆法施工方案。对结构模型的选取、荷载工况的组合和单层索网的预应力张拉设计进行了深入研究。预应力施工张拉方案分别按索内力设计值的50%,80%,100%进行,设计方法是方便有效的。     

国家网络中心点支式玻璃建筑复杂柔性支承体系的设计分析

国家网络中心点支式玻璃建筑采用了鱼腹式自平衡和单层索网两种柔性支承体系 ,使得其设计进一步复杂化 ,除了进行常规的静力设计外 ,还需进行必要的抗震分析。结合工程的设计方法 ,阐述了该类复杂柔性支承体系的设计特点。