大跨柔性點支式幕墻及采光頂?shù)刃эL荷載和風致響應研究.pdf

1、大跨柔性點支式幕墻及采光頂支承體系的抗風設計是玻璃建筑結構設計中一個頗受關注的熱點問題。然而由于我國點支式玻璃幕墻及采光頂使用的時間還比較短，開展的研究也不夠全面，因此我國用于指導點支式玻璃幕墻設計的規(guī)范還需要進一步完善。如：玻璃幕墻工程技術規(guī)范(JCJ102-2003)和點支式玻璃幕墻技術規(guī)程(CECS 127∶2001)在幕墻支承體系抗風設計方面所采用的方法和準則就有所區(qū)別；而建筑結構荷載規(guī)范(GB50009)<'[1]>有一定的適

2、用范圍，其中有關風荷載的內容主要是針對高層建筑及高聳結構，在指導采光頂、屋蓋等大跨空間鋼結構工程的抗風設計方面，存在一定程度的局限性。故此，本文在總結前人頻域分析理論成果的基礎上，提出了更適用于計算大跨空間鋼結構風致響應的時域方法和求解相應等效靜力風荷載的新體系，通過工程實例的分析得到一些有益結論，具有重要的理論價值和實踐指導意義。 傳統(tǒng)的風振研究的方法是基于頻域分析的線性方法，即：線性的結構和荷載假說基礎上的模態(tài)分析方法，如模

3、態(tài)疊加法。這樣，荷載和結構的非線性特征就無法考慮。這種計算導致的偏差往往不好評價，因為結構極限狀態(tài)設計方法通常是假設結構不出現(xiàn)這些非線性特征為前提的。時域分析方法為考慮結構非線性性能進行風振分析提供了方便，它主要包括以下兩個部分的內容：一是風荷載時程的處理，二是結構的非線性動力分析。 關于風荷載時程的處理，本文提供了兩種方法。第一種方法是采用Davenport風速譜，通過FFT(快速傅立葉變換技術)和Monte-Carlo隨機變

4、量模擬技術獲得系列離散隨機準靜態(tài)荷載來表達具有空間相關性的風荷載時程。第二種方法利用氣動剛性風洞試驗的原始數(shù)據(jù)，將試驗測點上的風速時程轉化為考慮群體結構影響的風力時程。相對于第一種方法，第二種方法不再采用準定常假設，更符合采光頂及屋蓋等大跨空間鋼結構的實際情況。同時，由于工程項目的建筑設計完成以后，其基本建筑形式就確定下來，但其結構形式仍然會存在多種方案，這就需要對每個設計方案的動力性能和風致響應進行評價，而通過氣動彈性試驗來測定每個方

5、案是不現(xiàn)實的；但如采用本文剛性測壓試驗原始數(shù)據(jù)和有限元時程分析相結合的方法，則可以通過一次剛性測壓試驗和多次有限元分析來解決，這顯然更經濟合理。關于結構的非線性動力分析，本文以多個工程實例為背景，建立多自由度大跨空間鋼結構(索桁和索梁結構)的非線性有限元模型，采用隱式的Newmark積分方法，計算結構的風振時程響應。并對隨機風振響應進行統(tǒng)計分析，得到結構關鍵位置響應的均值、方差及功率譜。通過與頻域分析的結論相比較，根據(jù)其功率譜的一致性，

6、證明時域方法不僅很好的反映了結構的非線性性能，而且同樣客觀的體現(xiàn)了結構的自振特性。因此，本文所提供的方法可以用于工程中確定大跨空間鋼結構幕墻、采光頂、屋蓋的風振系數(shù)，從而指導大跨點支式玻璃幕墻、采光頂、屋蓋的抗風設計。 最后，本文參照頻域分析靜力等效風荷載的確定方法，提出了新的用于時域分析靜力等效風荷載的完整體系，通過對上海世茂中庭幕墻及采光頂支承體系的分析，證明了這種方法的可行性。對于該方法出現(xiàn)的類似于GLF理論(GustLo