大跨柔性點(diǎn)支式幕墻及采光頂?shù)刃эL(fēng)荷載和風(fēng)致響應(yīng)研究.pdf

1、大跨柔性點(diǎn)支式幕墻及采光頂支承體系的抗風(fēng)設(shè)計(jì)是玻璃建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中一個(gè)頗受關(guān)注的熱點(diǎn)問題。然而由于我國(guó)點(diǎn)支式玻璃幕墻及采光頂使用的時(shí)間還比較短，開展的研究也不夠全面，因此我國(guó)用于指導(dǎo)點(diǎn)支式玻璃幕墻設(shè)計(jì)的規(guī)范還需要進(jìn)一步完善。如：玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范(JCJ102-2003)和點(diǎn)支式玻璃幕墻技術(shù)規(guī)程(CECS 127∶2001)在幕墻支承體系抗風(fēng)設(shè)計(jì)方面所采用的方法和準(zhǔn)則就有所區(qū)別；而建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范(GB50009)<'[1]>有一定的適

2、用范圍，其中有關(guān)風(fēng)荷載的內(nèi)容主要是針對(duì)高層建筑及高聳結(jié)構(gòu)，在指導(dǎo)采光頂、屋蓋等大跨空間鋼結(jié)構(gòu)工程的抗風(fēng)設(shè)計(jì)方面，存在一定程度的局限性。故此，本文在總結(jié)前人頻域分析理論成果的基礎(chǔ)上，提出了更適用于計(jì)算大跨空間鋼結(jié)構(gòu)風(fēng)致響應(yīng)的時(shí)域方法和求解相應(yīng)等效靜力風(fēng)荷載的新體系，通過工程實(shí)例的分析得到一些有益結(jié)論，具有重要的理論價(jià)值和實(shí)踐指導(dǎo)意義。 傳統(tǒng)的風(fēng)振研究的方法是基于頻域分析的線性方法，即：線性的結(jié)構(gòu)和荷載假說基礎(chǔ)上的模態(tài)分析方法，如模

3、態(tài)疊加法。這樣，荷載和結(jié)構(gòu)的非線性特征就無法考慮。這種計(jì)算導(dǎo)致的偏差往往不好評(píng)價(jià)，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法通常是假設(shè)結(jié)構(gòu)不出現(xiàn)這些非線性特征為前提的。時(shí)域分析方法為考慮結(jié)構(gòu)非線性性能進(jìn)行風(fēng)振分析提供了方便，它主要包括以下兩個(gè)部分的內(nèi)容：一是風(fēng)荷載時(shí)程的處理，二是結(jié)構(gòu)的非線性動(dòng)力分析。 關(guān)于風(fēng)荷載時(shí)程的處理，本文提供了兩種方法。第一種方法是采用Davenport風(fēng)速譜，通過FFT(快速傅立葉變換技術(shù))和Monte-Carlo隨機(jī)變

4、量模擬技術(shù)獲得系列離散隨機(jī)準(zhǔn)靜態(tài)荷載來表達(dá)具有空間相關(guān)性的風(fēng)荷載時(shí)程。第二種方法利用氣動(dòng)剛性風(fēng)洞試驗(yàn)的原始數(shù)據(jù)，將試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)上的風(fēng)速時(shí)程轉(zhuǎn)化為考慮群體結(jié)構(gòu)影響的風(fēng)力時(shí)程。相對(duì)于第一種方法，第二種方法不再采用準(zhǔn)定常假設(shè)，更符合采光頂及屋蓋等大跨空間鋼結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況。同時(shí)，由于工程項(xiàng)目的建筑設(shè)計(jì)完成以后，其基本建筑形式就確定下來，但其結(jié)構(gòu)形式仍然會(huì)存在多種方案，這就需要對(duì)每個(gè)設(shè)計(jì)方案的動(dòng)力性能和風(fēng)致響應(yīng)進(jìn)行評(píng)價(jià)，而通過氣動(dòng)彈性試驗(yàn)來測(cè)定每個(gè)方

5、案是不現(xiàn)實(shí)的；但如采用本文剛性測(cè)壓試驗(yàn)原始數(shù)據(jù)和有限元時(shí)程分析相結(jié)合的方法，則可以通過一次剛性測(cè)壓試驗(yàn)和多次有限元分析來解決，這顯然更經(jīng)濟(jì)合理。關(guān)于結(jié)構(gòu)的非線性動(dòng)力分析，本文以多個(gè)工程實(shí)例為背景，建立多自由度大跨空間鋼結(jié)構(gòu)(索桁和索梁結(jié)構(gòu))的非線性有限元模型，采用隱式的Newmark積分方法，計(jì)算結(jié)構(gòu)的風(fēng)振時(shí)程響應(yīng)。并對(duì)隨機(jī)風(fēng)振響應(yīng)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得到結(jié)構(gòu)關(guān)鍵位置響應(yīng)的均值、方差及功率譜。通過與頻域分析的結(jié)論相比較，根據(jù)其功率譜的一致性，

6、證明時(shí)域方法不僅很好的反映了結(jié)構(gòu)的非線性性能，而且同樣客觀的體現(xiàn)了結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)幕墻、采光頂、屋蓋的風(fēng)振系數(shù)，從而指導(dǎo)大跨點(diǎn)支式玻璃幕墻、采光頂、屋蓋的抗風(fēng)設(shè)計(jì)。 最后，本文參照頻域分析靜力等效風(fēng)荷載的確定方法，提出了新的用于時(shí)域分析靜力等效風(fēng)荷載的完整體系，通過對(duì)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(duì)于該方法出現(xiàn)的類似于GLF理論(GustLo