曲面索结构玻璃幕墙承载性能探讨zWord文件下载.doc
- 文档编号:15458346
- 上传时间:2022-10-31
- 格式:DOC
- 页数:16
- 大小:4.88MB
曲面索结构玻璃幕墙承载性能探讨zWord文件下载.doc
《曲面索结构玻璃幕墙承载性能探讨zWord文件下载.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《曲面索结构玻璃幕墙承载性能探讨zWord文件下载.doc(16页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
而人们根据不同的需要,将钢索摆放出个性鲜明的造型,在不同空间形态下表现出迥异的结构特点。
点支式玻璃连接技术因安全可靠的连接构造,广泛应用于大跨度建筑空间。
其支承体系可灵活布置,并朝着大尺度、轻型化的方向发展。
已从刚架、桁架、网架、玻璃肋等刚性支承体系,发展到目前大量使用的基于预应力张拉技术的柔性支承体系。
柔性结构体系与点支式玻璃结合使用,将二者轻盈、通透的共性发挥到极致,使建筑内外空间自然和谐的融为一
体。
钢索结构,在没有施加预应力前没有刚度,结构形状也不确定,必须施加预应力后才能
王德勤,男,1958.4出生,教授级高级工程师,清华大学建筑玻璃与金属结构研究所技术交流委员会副主任;
中国建筑金属结构协会幕墙委员会专家;
中国建筑装饰协会专家组成员;
全国建筑幕墙门窗标委会专家。
承受荷载。
是极具发展潜力的建筑结构体系。
图1.1寿光市文化中心夜景鸟瞰图
图1.2寿光市文化中心东北向平视照片
1.1、寿光市文化中心工程概况:
寿光地处山东半岛北部,渤海莱州湾南畔,潍坊地区西南,总面积2180平方公里,辖17处镇,人口108万,自然条件优越,资源物产丰富,农业优势突出,多次筹办“世界蔬菜博览会”以巨大的经济潜力和良好的投资环境引起了海内外各界的广泛重视。
寿光市文化中心位于寿光市新城区,是寿光市政府财政拨款筹建的重点工程、形象工程。
该工程由同济大学建筑设计研究院设计,幕墙工程面积大约38500m2,建筑主体长轴约133.2m,短轴约103.3m,最高点高度约为25m,本工程共分为三个施工区域。
这三个施工区域既相互独立而又相互连接。
大体划分情况如下:
Ⅲ区
Ⅰ区
Ⅱ区
图1.1寿光市文化中心分区图
寿光市文化中心分区图:
Ⅰ区椭球体幕墙系统、椭球体与主楼连接部分;
Ⅱ区锅炉房幕墙系统,主体Y12-Y17轴幕墙系统;
Ⅲ区其余主体部分幕墙系统。
在Ⅰ区按工程项目内容分为:
椭球体幕墙系统、椭球体与主体圆形玻璃连廊系统、鱼腹拉索点式玻璃幕墙系统、点式玻璃采光顶幕墙系统、入口大厅铝板挑檐幕墙系统、铝合金装饰格栅、背栓式叠型石材幕墙系统、横向条形石材及玻璃幕墙系统等近十项内容。
本文重点研究的是Ⅰ区鱼腹式索桁架点支式玻璃幕墙系统的承载能力。
该段工程施工难度大,技术含量高,造型新颖、独特。
2、预应力索桁架体系的分布情况与结构形式
2.1三个立面索桁架体系的分布情况
在椭球体与主楼连接部分的共享空间内,主要采用了三种形式的鱼腹式索桁架结构点式玻璃幕墙系统:
对称布索预应力鱼腹式索桁架结构点式玻璃幕墙系统、非对称布索预应力鱼腹式索桁架结构点式玻璃幕墙系统、预应力自平衡索桁架结构点式玻璃幕墙系统。
如图2.1
图2.1索结构玻璃幕墙三维分布图
2.1.1如图2、1中的A立面,是建筑的偏东的立面,为预应力自平衡索桁架结构点式玻璃幕墙。
为解决A立面玻璃幕墙在受荷载时转角立柱的稳定性,设置了预应力自平衡索桁架结构作为A立面玻璃幕墙支承系统。
(如图2.1-1)
图2.1-1A立面,自平衡索桁架结构点式玻璃幕墙索结构图。
2.1.2B立面,是建筑的东北立面,为弧形曲面索桁架结构点式玻璃幕墙。
根据幕墙平面图上幕墙曲面的曲度和位置情况,采用对腹式索桁架变化失高,变化定位支点角度的办法,实现设计要求的玻璃幕墙曲面度。
(如图2.1-2)
图2.1-2B立面,非对称布索弧形曲面点式玻璃幕墙索结构图。
2.1.3C立面,是建筑的北立面为平面索桁架结构点式玻璃幕墙。
(如图2.1-3)
图2.1-3C立面,平面索桁架结构点式玻璃幕墙索桁架结构图
图2.1-4索桁架结构点式玻璃幕墙总平面图图2.1-5B、C立面索桁架结构剖视图
2.2主要构造及技术分析
2.2.1、弧形索桁架结构点式玻璃幕墙的中部节点
由于索桁架分布位置不同,索桁架的长度尺寸和桁架的失高有很大变化。
(如图2.1-4\5)
这些索桁架支承是与垂直于地面的22根直径为600mm的钢立柱结合在在一起的。
所以在玻璃幕墙的中部节点中除有大量的索与玻璃立面的连接件,还有的就是钢立柱与玻璃立面的连接,钢立柱与索桁架之间的连接。
(如图2.2.1-1)
图2.2.1-1钢立柱与玻璃立面的连接节点图图2.2.1-2钢立柱与玻璃立面的连接节点左视图
2.2.2、玻璃连接件构造
玻璃连接机构是保证索结构玻璃幕墙使用性能的关键点,必须达到以下条件:
有足够的强度支承玻璃自重和受荷载产生的压力;
要有足够的适应变形能力不至于在玻璃受荷载变形时产生过大的应力点或面;
直接有效的将玻璃板面上的荷载转递到支承结构上。
(如图2.2.2-1;
图2.2.2-2)
夹板式连接件是在一个索结构玻璃幕墙单元中部起固定支承和连接作用的节点。
中部节点主要由锁紧机构和连接玻璃机构两部分组成。
在节点处设置锁紧机构起锁紧、定位、连接的作用。
连接玻璃机构在与玻璃接触的位置布置环形橡胶垫片,垫片常用4mm厚,弹性模量E=5.0×
103N/mm2,泊松比取0.45。
允许跨度方向玻璃之间转动,转动夹角通常控制在2°
范围内。
图2.2.2-1夹板式连接件俯视图图2.2.2-2夹板式连接件剖视图
2.2.3、索桁架结构点式玻璃幕墙的转角节点
在曲面索结构玻璃幕墙的转角外观上采用了两种形式,在锐角转角位置上采用了三根大钢柱,形成空间钢桁架进行支承。
用空间钢桁架的大刚度对水平布置的索桁架支坐反力进行支承。
在直角转角处采用了对单根立柱进行预应力反向加强的办法,采用了并排多根钢索,从立柱的顶部到底部进行张拉、作整体的平衡。
用此办法来抵抗由于水平布置的索桁架,在预应力施加时对钢立柱产生的侧向变形。
(如图2.2.3)
图2.2.3直角转角处采用了预应力反向加强节点
2.2.4、预应力自平衡索桁架结构点式玻璃幕墙节点
山东寿光文化中心项目的自平衡索桁架的布设,是按水平方向布置的。
在水平布置自平衡索桁架时,应该充分考虑到其在自重情况下产生的平面外变形和在受荷载过程中索桁架的稳定性。
所以在自平衡索桁架的中部撑杆上,安装了平面外稳定索来确保索桁架在进入工作状态时的稳定性。
(如图2.2.4-1;
2.2.4-2)
图2.2.4-1预应力自平衡索桁架中部节点俯视图图2.2.4-2自平衡索桁架中部节点剖视图
2.2.5、索桁架结构点式玻璃幕墙的顶部、底部节点
在顶部节点处理上应充分考虑到幕墙安装结束后,室内吊顶和内装收口的空间。
由于山东寿光文化中心项目的顶部支承结构为钢结构支承,给幕墙在顶部收口和支承提供了便利的条件。
(如图2.2.5-2)
底部收口按常规应考虑到地面石材收口线,将竖向索的可调装置安装在竖向索的下端,以便在幕墙在使用状态时对索的内力进行调整和监控。
(如图2.2.5-1)
图2.2.5-1底部收口节点图图2.2.5-2顶部收口节点图
3、索桁架结构点式玻璃幕墙的承载能力分析
本章以寿光市文化中心的实际工程为出发点结合参数分析的结论,应用大型有限元计算软件ANSYS,针对索结构玻璃幕墙支承体系给出了有限元分析的实用方法。
考虑了模型在水平荷载作用下所表现出来的大变形、小应变和非线性的力学性能特点,对这类工程的结构分析具有一定的指导性。
3.1分析过程
3.1.1分析基本步骤
1)根据周围环境特点及建筑要求进行结构选型,并绘出简图。
2)找出理论依据及基本假定建立实体模型。
确定边界条件、单元类型及单元之间的约束自由度,将实体模型简化为有限元模型。
3)根据项目特点确定各种荷载的取值。
列出工况表,根据不同目标准则选取最不利工况。
4)确定分析方法和计算工具,得出计算结果。
根据设计许可值要求对各种结果进行分析,最后给出结论。
3.1.2计算模型
1)边界条件:
索结构在承受法向力时产生大变形,虽然结构单元受力变形,刚度未发生大的变化,但是几何刚度增大迅速。
钢索张拉预应力后导致索体伸长,所以对周边支承点在钢索轴向相对位移极为敏感,轻微的位移都会导致内力骤变,从而引起结构破坏或刚度降低。
因此在周边钢索支承结构刚度不足以满足钢索连接点支座位移量控制要求时,建议将这部分结构与钢索整体计算。
2)单元类型:
钢索采用link10杆单元,ANSYS单元库中提供的link10单元是一个只拉(或只压)的两节点杆单元,每个节点有3个自由度。
玻璃采用shell63板单元,shell63单元是一个能承受拉(压)力、剪力和弯矩的板单元,每个节点有6个自由度,包括3个线自由度和3个转动自由度,同时还考虑了应力刚化和大变形选项,玻璃面板采用此单元。
在钢索节点和玻璃角点之间和方向则采用了带阻尼的combin14拉压弹簧单元来模拟节点约束,combin14单元可以有纵向伸长以及扭转能力,没有质量。
通过设置弹簧单元的选项,可以选择只有纵向伸长弹簧模型,它是一个单轴的单元,每个节点有三个节点自由度,不考虑弯曲和扭转。
3)荷载取值:
施加在幕墙上的直接作用有风荷载、自重等。
间接作用有地震和温度作用等。
a、风荷载:
要针对正常使用极限状态和承载力极限状态两方面的要求采用相应的风荷载值。
风荷载标准值由基本风压ω0计算或风洞试验得到。
《建筑结构荷载规范》(GB50009)对垂直作用在幕墙、采光顶等围护结构表面单位面积上的风荷载标准值采用下述表达式:
ωk=βgzμsμzω0(3.1.2)
式中ωk-风荷载标准值(kN/m2)
βgz-高
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 曲面 结构 玻璃 幕墙 承载 性能 探讨