单层索网动力响应
单层平面索网玻璃幕墙玻索协同工作及抗风性能研究进展(全文)
单层平面索XX玻璃幕墙玻索协同工作及抗风性能研究进展(全文)单层平面索XX支撑点支式玻璃幕墙（以下简称平面索XX 幕墙），具有造型美观、视觉通透性好等优点，在众多的幕墙形式中脱颖而出，已成为大尺度幕墙结构体系进展趋势的代表。
近年来，国内关于平面索XX幕墙的研究取得了突飞猛进的进展，填补了不少国内外研究空白，在其静力计算方法、抗风抗震性能及损伤分析等方面均取得了可喜的研究成果，但总体上理论研究还是滞后于工程需要，国内外至今未形成一套成型的平面索XX 幕墙设计计算理论体系[1-12]。
以下将对单层平面索XX支撑点支式玻璃幕墙的玻-索协同工和抗风性能研究进展综述。
1 平面索XX幕墙的玻-索协同工作研究现状平面索XX幕墙中，玻璃面板通过驳接钢爪与支承体系连接，形成了一种组合结构，共同承受外荷载的作用。
目前，对其承载性能的研究和设计通常采纳索、连接件与玻璃分开进行分析，而不考虑玻璃面板对支承体系的刚度贡献。
事实上，玻璃面板对支承体系具有一定的刚度贡献，并且这种贡献作用随跨度和支撑结构体系柔性的增加而增大。
对于平面索XX支撑结构，设计时往往是位移起操纵作用，如果不考虑这种贡献，结构刚度很小，势必要通过增大构件截面或增加预拉力的方法来满足设计对位移操纵的要求，引起工程造价的提高。
因此，有必要对玻璃幕墙玻-索协同工作下整体结构的相关力学问题进出研究[1，2]。
我国对于平面索XX幕墙玻-索协同工作的研究主要开展于2021年后，采纳比例模型试验方法，有限元分析法以及二者结合的方法进行了较多研究。
理论分析和试验结果表明，考虑玻-索协同工作对平面索XX结构的承载性能、挠度、动力特性以及玻璃四个角点的位移均有影响[1-7]：对承载性能和挠度的影响表现在考虑玻-索协同工作后，将减小平面索XX幕墙的挠度和索内力；对动力特性的影响表现在考虑玻-索协同工作后，结构的阻尼远大于仅考虑单独索XX的阻尼，结构的高阶模态变化相对较大，低阶模态变化较小；对玻璃四个角点位移的影响表现在考虑玻-索协同工作后，玻璃四个角点的位移差值比较大，与直接套用规范中点支式玻璃幕墙的计算方法相比，计算的最大应力和挠度误差较大。
碳纤维材料单层索网非线性主共振的特性
均优 于钢索 ， 弹性 模量选 择 范 围大 、 温度 变形 小 ， 然还存 在高 价 和剪切 强度低 等 缺点 ， 随着 碳纤 维索 虽 但
的产量 增加 和新 的锚 固技术 开发 应 用 ， 少 问题 已逐 渐 得 到 解 决 。碳 纤 维材 料 作 为 房 屋 、 梁 的加 不 桥
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高 ， 了提高 结构 的耐久 性 ， 为 本来使 用在 宇宙 、 航空领 域 的碳 纤 维等 新 材料 开始 了实验 性 的应 用 。 与钢 拉索 相 比 ， 纤维 索具 有耐 久性好 、 碳 不锈 蚀 、 磁性 、 度重 度 比高 等优 点 ， 且 徐变 和 松 弛等 重 要 指标 无 强 而
跨径 的全 部或部 分 Ｃ Ｒ Ｆ Ｐ拉索 的人 行斜拉 桥 ， 些学 者对应 用碳 纤维 索 的大跨 度斜 拉桥 结 构 的静 、 一 动力 行为 开展 了研 究 。碳纤 维索 在屋盖 支 承体系 的应用 目前 还没有 相关 报道 。碳 纤维 索作 为一 种 很有
应用 前景 的材料 ， 以预见 在不远 的将 来 ， 会很快 推 广应用 到屋 盖支 承体 系 中。 国内外一 些学者 对柔 可 将
号 ） 湖 南 省 科 技 计 划项 目（ ０ ８ Ｊ ０ ７ ； ２ ０ Ｆ３ ６ ）
作 者 简 介 ： 立 军 （ ９６一） 男 ， 南 邵 阳 人 ， 杨 １７ ， 湖 副教 授 ， 士 ， 要 从 事 结构 理 论 的教 学 与 理 论 研 究 ． 硕 主
性索 网结构 的动 力特性 开展 了非 常多 的研究 ， 文献 ［ ］ 究 了单 层索 网非 线性 自振 特性 ， ５研 文献 ［ ８— １］ ０ 研究 了单 层索 网动 力特 性 ， 文献 ［ ］ １ 研究 了碳纤维 索 网 的非 线性 自振 特 １
单层柱面索拉网壳结构动力特性分析
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壳 的 自振 频 率 随 着钢 杆 件 及 索截 面的 增 大 而 增 大 ， 长跨 比的 增 大 而减 小 。 索 的 初 始 张拉 力 对 索拉 网 壳 的 动 力 特 随
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关键词 ： 单层 柱 面 索拉 网 壳 ； 自振 频 率 ； 型 振
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单层平面索网玻璃幕墙结构抗震设计反应谱研究
单层平面索网玻璃幕墙结构抗震设计反应谱研究随着经济的不断发展和建筑技术的不断进步，幕墙建筑已成为现代城市建设中的重要组成部分。
而在幕墙建筑中，玻璃幕墙的使用越来越普遍，因其透明美观的特点和良好的光照和通风效果，成为建筑师最常采用的幕墙材料之一。
但是，玻璃幕墙的抗震性能常常受到人们的质疑，因此，如何确保玻璃幕墙的抗震性能成为了一个十分重要的问题。
本文将通过对单层平面索网玻璃幕墙的抗震设计进行反应谱研究，探讨如何提高玻璃幕墙的抗震性能。
单层平面索网玻璃幕墙结构是指将玻璃幕墙按一定的间距排列，并通过铝制丝网将其固定在支撑结构上的一种幕墙。
其主要结构特点包括：1. 采用索网和玻璃板的组合结构，从而实现了透明的外观。
2. 墙体承载力弱，需要具有良好的抗风和抗震性能。
3. 建筑面积大，需要进行强度分析和计算，以确保稳定性和安全。
二、反应谱法及其应用反应谱法是目前应用最广泛的一种抗震计算方法，它是通过将地震波分解为一系列特定的频率和振幅，然后根据建筑物的特点计算其对这些特定振动的响应而得出的一种方法。
在进行反应谱分析时，需进行如下几个步骤：1. 根据实测数据或地震图选用合适的地震波。
2. 利用振动模拟软件对建筑结构进行数值模拟。
3. 根据反应谱原理将地震波分成一系列频率，计算各频率下建筑物的振荡响应。
4. 通过对不同频率下的振荡响应进行叠加，得出建筑物的总体振荡响应。
反应谱法的主要优点包括：1. 能够对不同频率下的地震波进行量化分析。
2. 可以对分部受力不均的结构进行有限元分析。
3. 容易进行结果的可视化处理，便于工程师和设计师进行参考。
1. 研究单层平面索网玻璃幕墙的振动响应，特别是在地震条件下的振动响应，以确定幕墙的横向抗震性能。
2. 分析幕墙各构件和连接件的承载能力，以确定幕墙的纵向抗震性能。
4. 根据反应谱分析的结果，优化幕墙的结构设计，提高其抗震性能。
总之，反应谱法在单层平面索网玻璃幕墙结构的抗震设计中具有重要作用，能够有效地提高幕墙的抗震性能，保障人们的生命财产安全。
单层柱面索拉网壳结构动力特性分析
单层柱面索拉网壳结构动力特性分析
汪凯;韩运龙;冯健;蔡建国
【期刊名称】《钢结构》
【年(卷),期】2010(025)007
【摘要】柱面索拉网壳是一种新型的玻璃采光顶支撑结构.讨论这种结构的动力特性,比较单层柱面索拉网壳和单层柱面网壳的自振频率及其相应振型.通过计算,分析长跨比、矢跨比、索截面、索初始预应力、钢杆件截面对柱面索拉网壳动力特性的影响.计算结果显示:单层柱面索拉网壳的动力特性优于单层柱面网壳;单层柱面索拉网壳的自振频率随着钢杆件及索截面的增大而增大,随长跨比的增大而减小.索的初始张拉力对索拉网壳的动力特性影响很大.
【总页数】4页(P8-11)
【作者】汪凯;韩运龙;冯健;蔡建国
【作者单位】东南大学混凝土及预应力混凝土结构教育部重点实验室,江苏省预应力工程技术研究中心,南京,210096;东南大学混凝土及预应力混凝土结构教育部重点实验室,江苏省预应力工程技术研究中心,南京,210096;东南大学混凝土及预应力混凝土结构教育部重点实验室,江苏省预应力工程技术研究中心,南京,210096;东南大学混凝土及预应力混凝土结构教育部重点实验室,江苏省预应力工程技术研究中心,南京,210096
【正文语种】中文
【相关文献】
1.拉索预应力双层柱面网壳结构非线性分析 [J], 郭影;殷志祥
2.新型拉索-单层柱面网壳结构的稳定性和参数分析 [J], 徐英雷;王秀丽
3.拉索预应力双层柱面网壳结构非线性分析 [J], 殷志祥;郭影
4.新型拉索-单层柱面网壳结构屈曲荷载分析 [J], 王秀丽;徐英雷;彭瑾;李永祥
5.拉索加强式温室单层球面网壳稳定性分析 [J], 张中昊;付强;范峰
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单层平面索网玻璃幕墙结构抗震设计反应谱研究
单层平面索网玻璃幕墙结构抗震设计反应谱研究1. 引言1.1 研究背景目前，针对单层平面索网玻璃幕墙结构的抗震设计反应谱研究尚处于探索阶段，仍存在诸多问题待解决。
本研究将对单层平面索网玻璃幕墙结构进行详细分析和研究，旨在为其抗震设计提供科学依据和技术支持，进一步完善幕墙结构的抗震性能，提高建筑结构的整体安全性和稳定性。
【字数：207】1.2 研究目的研究目的是为了通过对单层平面索网玻璃幕墙结构抗震设计反应谱研究的深入探讨，提高建筑结构在地震发生时的抗震性能，确保建筑及其内部设施和人员的安全。
具体目的包括：1. 确定单层平面索网玻璃幕墙结构在地震作用下的抗震能力，为结构设计和施工提供准确的技术指导。
2. 探讨反应谱分析方法在抗震设计中的应用，为工程设计提供可靠的理论依据。
3. 分析抗震设计要点，总结设计经验，为类似结构建筑的抗震设计提供参考。
通过研究目的的实现，可以为单层平面索网玻璃幕墙结构的抗震设计提供科学依据，提高建筑结构的整体安全性和抗震性能，为建设更安全、更稳定的建筑环境贡献力量。
1.3 研究意义单层平面索网玻璃幕墙是现代建筑中常见的一种装饰幕墙结构，具有轻质、透光性好、美观大方的特点。
由于其结构特殊性，抗震性能较差，容易受到地震作用的影响。
开展单层平面索网玻璃幕墙结构抗震设计反应谱研究具有重要的意义。
研究可以为相关领域提供一定的理论依据和参考，促进幕墙结构抗震设计技术的进步和发展。
通过深入探讨单层平面索网玻璃幕墙结构抗震设计要点分析和反应谱分析方法，可以提高该结构在地震作用下的抗震性能，保障建筑物及其内部设备的安全稳定性。
研究还有助于加深我们对于幕墙结构的认识，为工程设计提供更为科学的依据，推动建筑结构的绿色、智能和可持续发展。
进行单层平面索网玻璃幕墙结构抗震设计反应谱研究具有重要的实际意义和社会意义。
2. 正文2.1 单层平面索网玻璃幕墙结构设计原理1. 结构形式：单层平面索网玻璃幕墙结构是由索杆和玻璃幕墙构成的，索杆支撑着玻璃幕墙，使其保持稳定性。
单层柱面索拉网壳结构动力特性分析_汪凯
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大跨度单层索网玻璃幕墙协同工作下相关力学问题的研究的开题报告
大跨度单层索网玻璃幕墙协同工作下相关力学问题的研究的开题报告一、研究背景及意义随着科技的不断进步和城市的不断发展，越来越多的建筑采用玻璃幕墙作为外立面设计，从而使建筑物具有更为美观、透亮的外观。
而大跨度单层索网玻璃幕墙作为一种新型的幕墙结构，在建筑设计中得到了广泛的应用。
该结构不仅具有较好的景观效果，而且其自重较轻，能够减少建筑物的能源消耗，因此在实际工程中应用较为普遍。
然而，随着幕墙结构设计的发展，工程问题也越来越复杂。
大跨度单层索网玻璃幕墙协同工作中，索网结构和玻璃幕墙结构之间的相互作用十分复杂，而且这些结构受到的外界力和内部力的作用也十分复杂。
因此，如何对大跨度单层索网玻璃幕墙协同工作下的相关力学问题进行研究，对于正确理解该结构的受力特点，确保其建造的安全性和可靠性，具有重要的意义。
二、研究内容和方法本研究的主要内容是针对大跨度单层索网玻璃幕墙协同工作下的相关力学问题进行研究。
具体分为以下几个方面：1.大跨度单层索网玻璃幕墙的结构特点及受力分析该部分主要对大跨度单层索网玻璃幕墙的结构特点进行研究，包括该结构的构成、受力原理及其受力形式等方面。
针对该结构的受力特点进行分析和研究，寻找其存在的问题和挑战。
2.大跨度单层索网玻璃幕墙协同工作模型的建立该部分主要基于大跨度单层索网玻璃幕墙的结构特点，构建合理的协同工作模型。
以包括单层索网、玻璃幕墙和钢结构等在内的多种结构组成的系统进行建模，并对其进行相关运动学和动力学分析。
3.大跨度单层索网玻璃幕墙的相互作用该部分主要研究大跨度单层索网玻璃幕墙协同工作过程中索网结构和玻璃幕墙结构之间的相互作用。
通过模拟分析，研究两种结构之间的接触方式、分布特点和受力形式等方面的问题，明确两种结构在协同工作中所承受的力和位移的大小和方向。
4.数值计算和实验验证该部分主要利用有限元方法，对建立的大跨度单层索网玻璃幕墙协同工作模型进行数值计算，并进行实验验证。
通过比较计算结果和实验数据，对模型的准确性和可靠性进行评估。
点支式玻璃建筑单层索网体系的动力特性分析
第２ ８卷
第 ３期
重 庆 建 筑 大 学 学 报
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２０ ０ ６年 ６ 月
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点支式玻璃建筑单层索网体系的动力特性
!""#$%%%&%%’( )#$$&***+,#清华大学学报-自然科学版./012345678329-":2;0<:5.=*%%>年第(>卷第+期*%%>=?@A B(>=#@B+(,+’+$C&+*$=+*>点支式玻璃建筑单层索网体系的动力特性吴丽丽$=王元清$=石永久$=罗忆*=徐悦*-$B清华大学土木工程系=结构工程与振动教育部重点实验室=北京$%%%C(D*B晶艺特种玻璃工程公司=北京$%%%(’.收稿日期E*%%’&%$&$F作者简介E吴丽丽-$F G G&.=女-汉.=江西=博士研究生H通讯联系人E王元清=副教授=摘要E点支式玻璃建筑单层索网体系是一种新型的柔性支承结构体系!其受力特性在很大程度上依赖于所施加的预应力"该文对新保利大厦二期幕墙工程的单层索网结构模型的动力特性进行试验研究!提取了索网在分级预应力下的前三阶频率!并与加玻璃后的情况进行了对比分析"试验结果表明!结构的低阶频率与预应力的关系基本为近似线性关系!而高阶的非线性程度更明显!玻璃对结构的刚度有较大提高!试验与有限元计算结果比较吻合"关键词E点支式玻璃建筑#单层索网#动力特性#玻璃中图分类号E08+C*文献标识码E Q 文章编号E$%%%&%%’(-*%%>.%+&%+$C&%(R S T U V W X X Y U Z U X[\Z W][W X]^_V^T^‘U S\ZX U a‘\T\[_^Z b^[c^W T[d‘U]]_U X U b\efg h i h$=ej k lm n o p q h p r$=s t u m v p r w h n$=x y km h g n v*=z fm n{*-|B}\S~U a^Z U[^Z S^_![Z"X["Z U‘#T d W T\\Z W T dU T b$W a Z U[W^T^_ #b"X U[W^T%W T W][Z S=R\c U Z[V\T[^_&W’W‘#T d W T\\Z W T d=(]W T d Y"U)T W’\Z]W[S=*\W+W T d|,,,-.=&Y W T U D /B}W T d0‘U]]#T d W T\\Z W T d0Z^"c=*\W+W T d|,,,.1=&Y W T U.2a][Z U X[E05<J@3@A7L<3:74A<3<O1L1O<J5@3P@O6@23O4A711 57:7P<12173<K5A<724A<1666@3O2341L1O<J B05<1L1O<J 6<35@3J73:<63P<3A@7P1O3@34A LP<6<3P1@3O5<63<O<312@323O5< :74A<1B05<P L37J2::5737:O<321O2:1@57J@3@A7L<3:74A<3<O K<3< 737A L8<P5@34A71157:7P<23O5<#<K9<2:234;@A L;A787B05<5231O O53<<92437O2@353<M6<3:2<1K<3<J<7163<P5@3<7:5437P234 63<O<312@373P:@J673<PK2O5O5<37O637A53<M6<3:2<1@51O36:O63< 231O7A A<PK2O54A711B05<<76<32J<3O7A3<16A O115@K O57O O5<5245<3 53<M6<3:2<1@5O5<3<O23:3<71<3@3A23<73A L K2O523:3<7123463<O<312@3 23O5<3<O73P23:3<71<571O<3O573O5<A@K<353<M6<3:2<1B05<O<1O1 7A1@15@K O57O O5<4A71143<7O A L<3573:<1O5<1O36:O637A1O2553<11B 05<3<16A O1743<<K<A A K2O55232O<<A<J<3O63<P2:O2@31B}\S<^Z b]EP@O6@23O4A71157:7P<DJ@3@A7L<3:74A<3<O DP L37J2: :5737:O<321O2:1D4A78<点支式玻璃建筑单层索网体系是近年发展起来透性好等优点得到广泛的应用H单层索网体系属于柔性张拉结构=具有较强的几何非线性H但它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承受荷载=因此其受力特性在很大程度上依赖于所施加的预应力>$+?H目前针对该结构的理论和试验研究滞后于工程实践=国内的部分学者结合一些实际工程-主要是索桁架.进行了一定的试验研究>(=’?=介绍了相关的施工工艺>>?H但专门针对这类结构的试验研究较少>G?=在动力特性方面的研究更少H本文对新保利大厦二期单层索网体系$@$%的结构模型进行了动力特性试验=测定索网在三级预应力下的频率=研究单层索网的频率和预应力之间的关系=以及加玻璃后结构频率的变化H|试验模型与试验设备|B|试验模型结合新保利大厦二期工程单层索网玻璃幕墙结构方案的设计=按照$@$%的比例在清华大学实验室建成一轮廓尺寸为F J A>J单层索网的试验模型=如图$所示H整个结构由支承钢框架=索网和地梁等组成H支承钢框架高$$B%(J=由$(%J J A+J J和C%J J A*B’J J方钢管=*’4槽钢和’%J J A(J J 角钢焊接而成H索网尺寸为C B>J A’B’J=是一个由两根斜主索和通过不锈钢拉杆与其相连的索网共同支承而形成的三折面体系=如图*所示H索网主要构件的材料属性如表$所示H地梁采用混凝土整体浇注而成H图!索网结构试验模型图"单层索网结构表!索杆材料特性构件名称#$$%设计强度&’()&’(斜主索*+,-,.-/0,.*,水平索*1-0.-2*,.*,竖向索*1-0.-2*,.*,拉杆..+-,,-+**%,+!-"试验设备试验中索的预应力采用34562型电阻应变荷重传感器监测7动力试验主要装置为4’+*/%8动态信号分析仪739:%/+*型电荷放大器7以及39:2+//型压电晶体加速度传感器;"试验方法及试验步骤"-!动力特性试验方法本文采用8<=>=分别计算索网在三级预应力?将预应力分三级逐级施加7其中满应力状态为@主索.A%的内力分别为2B C<A+%C<7水平及竖索内力基本为*-2C<D和加玻璃状态下的自振频率及振型;根据结构在各种预应力下有限元分析结果7在其前三阶振型的最大位移点周围布置测点7设计相应的测定工况?限于篇幅7不一一列出D;图+所示为一级预应力时的两个测点布置方案7选择图中标注的#.?#%D A E.?E%D A F.?F%D节点作为传感器布置点7对该方案设计了2种测定工况7如表%所示;试验的激振方式为初速度法7本试验即采用锤击法施加初速度7锤击点选择位置及编号如图+和表%所示7通过加速度传感器和电荷放大器将测试信号送入动态信号分析仪进行分析7分析频率带宽取/%-*4G;表"H种测试工况工况测点锤击点.#.A E.I.%#.A F.I.+#%A E%I%2#%A F%E%1.+7@!"!动力特性试验步骤#$分别在各工况的测点位置按照传感器的安装要求%在索节点上安装加速度传感器%如图&所示’($将传感器通过专用导线与电荷信号放大器相连接%电荷放大器的输出端与动态信号分析仪相连接’)$按照各工况设计的锤击点对索网施加初始扰动’&$将实测信号送入*+),-(.动态信号分析仪进行分析%并读取自振频率值/图00122型压电晶体加速度传感器1试验结果及比较分析1"3试验曲线将通过*+),-(.测到的结果数据文件导入计算机%先经456软件转为789文件%然后通过-):8976软件转换为976文件%最后用;5<=7.:.软件读取数据文件%根据每种工况的结果选取如图,所示的典型功率谱曲线>纵坐标?>@$为加速度功率谱有效值开方取对数处理后的值%横坐标@A为分析带宽频率$进行分析%提取索网的前三阶自振频率/1"!自振特性的有限元分析1"!"3有限元模型采用大型有限元分析计算软件.C 9D 9该单层索网进行模态分析/如图-所示%模型中主索及水平索采用了三维只拉单元E F G H #I 单元%拉索则采用拉压E F G H J 单元/为了便于简化计算%在采用.C 9D 9进行分析时%将索网与钢框架的连接视为固定端%只对索网进行分析/图2索网有限元模型1"!"!模态分析方法柔性支承结构的刚度主要来源于杆件的初始预应力%而且索又是一种几何非线性极强的结构%因此%在模态分析时必须考虑这两方面的影响/有限元分析中索的预应力靠设置初应变来实现/本文先根据试验各级预应力的实际加载情况%初设一组应变值%然后反复调节直至模型中各索的内力基本满足相应的试验实测值%将调好的这组应变值进行模态分析%主要步骤分为两步K #$进行几何大变形的静力分析’($修正结点坐标%进行包含预应力影响的模态分析%读取自振频率及相应振型/1"!"1有限元结果的提取通过以上的有限元分析提取索网的自振频率及相应振型/图L 为一级预应力时的前两阶振型模态图%前面所述的试验测点工况就是根据这些结果设计的/1"1索网自振频率的比较分析I ()>$(I I -%&->)$图!振型模态图限元计算结果的对比"其中横坐标#$表示量纲一化的预应力"纵坐标%&为自振频率’从图(中可以看出"理论与试验值的变化趋势很相似"试验值皆位于有限元计算结果以上"两者相差)*+),-))*..,"有限元计算中将索的支承视为固定未考虑支承钢架的影响"这也是两者存在差异的原因之一’索网的频率基本随索内预应力的增加而呈弱非线性增长"并且随着频率阶次的增加"曲线形状逐渐由向上凹的趋势增加’这表明"尽管索网是几何大变形结构"但其频率随预应力的变化并未表现出明显的非线性性质/低阶频率随预应力的增长速度小于高阶频率的相应增长速度"即高阶频率与预应力之间的非线性性质更明显’图0索网各阶频率与预应力关系曲线为了研究玻璃对索网刚度的影响"本文还测定了加玻璃后索网的频率"并与相应的有限元计算结果进行了对比"如表.所示"其中%12%3分别为试验测得频率和有限元计算得到的频率值’表4安装玻璃前后试验与有限元频率值对比工况阶数%156%3567%38%17%19)++未安装玻璃):*;<:=*()<)+*)<:><*:.?<*>.:=*>().(*=.<(*>?.>*(:;安装玻璃后);*>)?.*(<((*<?>>=*.:);*(:?)+*))(.:*>..=*<><(*(.?从表.可以看出如下规律’)@安装玻璃前后索网频率的有限元计算值与试验值均比较接近"试验值比有限元计算值大>*(:,-)+*)(,"两者吻合较好"表明有限元模型比较符合实际结构’由于采用A B C D C建模时对玻璃和索节点连接方式采用了.个方向的平动耦合"而实际结构玻璃与索网的连接采用了驳接式金属连接件"加上玻璃尺寸较小"连接件尺寸相对较大"对玻璃交点有较强的约束作用"因此实际结构玻璃参与的作用更大"对索网的刚度贡献更大"因此本文认为"这是试验值高于有限元计算结果的原因之一’>@从试验值可以看出"安装玻璃后结构的各阶频率分别降低了.;*(=>,2>?*():,2>:*?((,"且降低幅度随模态阶数的递增而减小’这表明由于玻璃的存在"结构的刚度和质量同时增长"但玻璃质量的影响超过了其刚度的作用"导致整个结构的频率下降’本实验模型中玻璃之间未打玻璃胶"使玻璃不能发挥整体的协同作用"这也是其刚度效应不够显著的原因之一’E结论)@索网低阶频率随预应力基本呈线性性质"它随预应力的增长速度大于高阶频率的相应增长速度"即高阶频率与预应力之间的非线性性质更明显’>@安装玻璃后结构的频率迅速降低"这是由于玻璃的存在"结构的刚度和质量同时增长"但玻璃质量的影响超过了其刚度的作用"导致整个结构的频率下降’.@有限元计算值与试验值均比较吻合"验证了理论计算模型的合理性’)>."G。
单层平面索网玻璃幕墙数值风洞风载荷分析
单层平面索网玻璃幕墙数值风洞风载荷分析随着玻璃工艺的提高和大量公共建筑的兴起，单层索网点支承玻璃幕墙以其建筑造型美观、结构轻巧纤细、通透性好等优势在国内外得到广泛应用.单层索网结构刚度小、质量轻、阻尼较小，属于柔性张拉结构，具有较强的几何非线性，对风载荷较为敏感.支承于主体结构上的框架式幕墙设计中，等效静风载荷一般可采用阵风因数进行计算.单层平面索网幕墙结构自振周期长，取阵风因数进行风载荷的计算显然是不合理的.我国《建筑结构载荷规范》中关于风振因数的计算方法适用于高层高耸等线性和弱非线性的结构体系，现行幕墙设计规范关于单层平面索网幕墙体系的风载荷计算并无明确规定.[3-4]随着单层平面索网幕墙结构日渐广泛的应用，研究其风载荷效应的计算和设计十分重要.本文以索网结构在平均风载荷作用下到达平衡位置时的结构参数为基准进行分析，采用通用有限元软件进行玻璃-索网体系考虑流固耦合作用的风振响应分析，比较玻璃-索网体系的风振响应与等效静风载荷下的反应，分析比较风载荷效应计算的误差及其原因，得到若干有意义的结论.1 工程概况某大厦主楼及裙房部分的整体俯瞰图见图1.该结构为56层高层建筑，最顶部标高为245.2 m，底部5层处为裙房.图中圆圈所示部位为一单层索网结构.该工程地处江苏无锡市宜兴地区，建筑所处地场地类别为B类地貌，50年一遇的基本风压为0.45 kN/m2，换算所得平均风速约为27m/s.图1 整体俯瞰图Fig.1 Top view of whole structure该幕墙高度为24.64 m，宽度为26.0 m.玻璃采用8 mm+8 mm的双层夹胶玻璃，分格列数为17，行数为16.第一列和最后一列的分格尺寸为1 750 mm×1 540 mm，中间部分的分格尺寸为1 500 mm×1 540 mm.2 幕墙玻璃-索网体系计算模型和基本动力特性在风载荷作用下结构刚度会发生变化，单层平面索网结构在风载荷作用下到达新的平衡位置附近做弱幅振动.采用通用有限元软件ADINA建立包含玻璃面板、索网、爪件和密封胶等在内的玻璃-索网结构整体计算模型，索网结构采用只拉的杆单元，驳接爪件采用梁单元，密封胶采用壳单元.根据刚度等效原则，8 mm+8 mm的夹胶玻璃面板可以等效为一个单片玻璃面板，其厚度te=3t31+t32=32×83≈10 mm玻璃质量仍按2×8 mm的实际质量计算.玻璃面板弹性模量取0.72×105 Pa；爪件弹性模量取2.06×105 Pa；密封胶条弹性模量取3 Pa.竖索预拉力为150 kN，索径为36 mm，预应力为147.5 Pa；横索预拉力为120 kN，索径为30 mm，预应力为170 Pa.索网幕墙有限元模型见图2.其中，每个玻璃面板分为4个计算单元，爪件之间的索段为1个只拉索单元，胶条采用SHELL单元模拟.图2 索网幕墙有限元模型Fig.2 Finite element model of cable network curtain wall通过动力特性分析，得到索网幕墙各振型和频率，其前8阶频率和振型分别见表1和图3.表1 索网幕墙平均风压作用下前8阶频率Tab.1 First eight order frequencies of cable network curtainwall under average wind load图3 1～8阶振型Fig.3 1～8 order vibration modes该结构的动力特性表明结构第一周期为0.464 s.对于T1≥0.25 s的围护结构应考虑风振效应.3 幕墙玻璃-索网体因数值风洞流固耦合有限元模型3.1 数值风洞的有限元模型结构域采用动力计算有限元模型.流体域采用八节点六面体FCBI-C流体单元进行离散，见图4.针对裙房计算区域采用结构网格进行划分，网格数量约为100万个，同时对所考察的幕墙表面进行一定的局部加密，达到重要区域网格细密、非重要区域网格相对略粗的目的，保证在总体网格数量不变的情况下提高计算精度，节约计算资源.迎风在离散过程中自动引入，动量方程中速度和压力的耦合问题采用*****算法解决，计算过程中保证数值求解的收敛性和稳定性，对动量方程和标量输运方程采用欠松弛计算.在结构动力响应计算中，索网结构采用Rayleigh阻尼，取第1阶和第8阶振型为控制振型，阻尼比取0.02.图4 流场网格划分Fig.4 Fluid field meshing3.2 数值风洞的边界条件及风的模拟以平均风速为27 m/s的风速时程（见图5）为速度进口，湍流采用平均风速加上脉动风速.根据达文波特风速谱模拟的风速时程，采用线性回归滤波器法中的AR模型，通过MATLAB编程模拟脉动风的平稳随机过程，获得风速时程[6-7].流体域的左右侧面和顶面采用对称边界条件，地面采用壁面条件，除索网幕墙部分以外的裙房结构和地面采用无滑移固壁条件.索网幕墙部分为流固耦合边界.图5 风速时程Fig.5 Time history of wind velocity4 数值风洞分析结果4.1 风载荷体型因数计算统计通过数值模拟可以直接获得索网幕墙表面每个节点处的压力值，然后通过统计可获得风载荷体型因数.体型因数方向为垂直分块表面，其中正值表示垂直曲面向内，即压力；负值表示垂直曲面向外，即吸力.对索网幕墙结构的玻璃面板进行分块，将原有索网建筑网格划分为17×16的方块，见图6.图6 体型因数Fig.6 Shape factors计算所得风压作用下的最大体型因数值为0.97；而按照规范取值，体型因数取值为1.00.4.2 考虑流固耦合作用时程分析结构响应索网幕墙的位移随着风速不断变化而发生变化.取加载完成结构振动稳定后的5～26 s作为数据统计的时间区间.某时刻索网顺风向位移云图和典型节点的位移时程曲线见图7，其中最大正位移为0.340 m，最大负位移为0.125 m，平均位移为0.170 m.（a）某时刻顺风向位移云图（b）2 601节点位移时程曲线图7 位移响应Fig.7 Displacement response某时刻流固耦合作用下索网幕墙中的索应力云图见图8（a），典型索单元251的索应力时程曲线见图8（b），其初始预应力为170 Pa，最大索应力为268 Pa，平均索应力为205 Pa.（a）某时刻索应力云图（b）251单元索应力时程曲线图8 应力响应Fig.8 Stress response5 数值计算结果和比较现行大跨结构常用的风振因数取值方法有内力风振因数和位移风振因数.在工程设计中，等效静风载荷用静风载荷与载荷风振因数的乘积表示.结构在脉动风载荷激励下的风振因数定义为总风力的概率统计值与静风力的统计值之比.在分析基于响应的风振因数时，用含有一定保证率的最大动响应除以脉动响应的平均值表示在结构振动沿平衡位置时的波动程度[9-10].位移风振因数根据索网上每个有限元节点的时程位移数据进行计算.对有限元模型中每个节点的风振因数进行数理统计可得，索网部分的平均位移风振因数为1.832，位移最大点2601节点处的位移风振因数为1.855，因此可将位移风振因数取值为1.86.同理也可以进行内力风振因数的计算：索网部分的内力风振因数平均值为1.682，内力风振因数最小值为1.471，最大值在典型单元251处为2.050，内力风振因数计算结果离散性较大.按现行规范所规定的等效静风载荷，位移风振因数为1.86，风载荷体型因数为1.00，计算得到风压的标准值为0.837 0 kN/m2.如按典型节点处应力风振因数为2.05，风载荷体型因数为1.00，计算得到风压的标准值为0.922 5 kN/m2.为分析风振因数计算的等效静力风载荷对单层索网玻璃幕墙的适用性，将等效风载荷作用于图2所示的单层索网幕墙整体计算模型上进行非线性静力计算，并将计算结果与流固耦合数值模拟计算所得实际风效应进行比较，结果见表2.上述计算表明，无论是按位移风振因数计算，还是按最大内力风振因数计算，所得计算结果均小于按流固耦合计算的结果.由此可见，对于单层索网玻璃幕墙这类非线性效应较强的结构体系，现行载荷规范[2，5，11]规定的风振因数方法得到的风载荷效应小于流固耦合计算的结果，将导致偏于不安全的风载荷和风载荷效应计算结果.表2 等效风载荷效应与数值模拟风载荷效应比较Tab.2 Effect comparison of equivalent wind load andnumerical simulation wind load造成上述误差的原因是幕墙的几何非线性.对于线性结构，效应S与载荷P成比例关系，由效应等效因数β/=β变换为等效载荷β后计算得到实际效应β，见图9（a）.图9 位移载荷曲线Fig.9 Curve of displacement and load 对于非线性结构，二者并不一致.平面索网幕墙为刚度逐渐强化的非线性结构，如果按照位移效应等效的方法计算得到风振因数β/=β，变换为等效风载荷β后再进行效应计算，将得到小于实际非线性位移β的计算位移ρ，见图9（b）.6 结论以实际单层索网幕墙工程为例，进行风致动力响应特性的研究和等效静风载荷及其计算效应的分析比较，可以得出以下结论：（1）单层索网幕墙结构为长周期结构，结构第1自振周期大于0.25 s，理论上需要考虑结构的风振效应.（2）索网结构在平均风载荷作用下到达平衡位置，需要以对应的结构参数为基准进行索网风振响应.（3）对于非线性结构，不能按效应等效的方法进行等效静风载荷的计算.对于单层索网玻璃幕墙，根据风振因数或阵风系数得到的等效静风载荷进行结构的风载荷效应计算，均会得到偏小的位移和内力计算结果，进而导致偏于不安全的风载荷效应的设计计算结果，所以在对重大工程或大尺度索网玻璃幕墙设计计算时必须予以重视.。
单层网壳动力特性和地震响应分析
地面运动而使结构 产生 剧烈 的振 动产 生地 震 内力 和位 移 ， 可能会造成结构 整体 失稳 或倒塌 。网壳结 构 的抗震 性能研
究在工程 中有很重要 的意义。 １ 结构体系地震响应 的数值 方法
（ １ ） 网壳结构 模态 分析 数值方 法。结构 模态 分析是 分析 自由振动情况下 ， 结构 的动力 特性 ， 如周期 、 频率 、 振型
为大型空间结构 ， 受到强烈地震 作用 时 ， 会 由于很大 幅度的
【 文章编号】 １ ０ ０ １ — ６ ８ ６ ４ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ２ 一 ｏ ｏ ６ ４ — ０ ２
方法得到 广义 的位移 响应 ， 此位 移响应 对单 自由度体 系在 地震 波作 用下各 振 型的位 移响应 ， 最后 各振 型 的振 型 向量 累加 可以得到结构 的时程分析结果。 ２ 用有限元软件进行算例分析
的基本 问题如下公式（ ４ ）所示 ：
较高。第五 、 六 阶振型的振型形式 为网壳弯 曲振动 ， 变形 曲
线严格对称 ， 第七 、 八阶是逆时针扭 曲， 第九、 十 阶振型 曲面 比较复杂 。以上 分析 可见 ， 网壳结 构的振 型 以分成 水平 振 动和竖 向振型为主 ， 网壳 的 自振频率具有 十分密集 的特点 ， 并且总有几 个频率 非 常接近甚 至相等 。研 究表 明 ， 网壳 结
式中 ， ［ Ｍ］为结 构 的质 量矩 阵 ； ［ Ｋ］为结 构 的刚 度矩 阵。 结构 自振特性 的研究 ， 从 数值 分析 的角度归结 为求解公 式（ ３ ）的广义特征值问题。 利用公式 （ ３ ）可求出结构的 自振 频率 以及对应的振型向量。 （ ２ ） 弹性时程分析方法 。 弹性 动力时程分析方法解决
自振频率 和周期 ， 由表 １ 分析可得 ： 第一 、 二 阶振型 的周期和
第2章 索网结构动力特性分析
第2章索网结构动力特性分析2.1引言索网结构的动力特性分析包括索网结构的模态阵型、频率和阻尼分析。
索网结构的模态频率和阵型特性是索网结构动力特性分析的最基本方面，运用有限单元法对索网结构的模态频率和阵型进行分析，其中考虑了辅助索位置、阻尼器阻尼大小的影响。
索网结构中的集中阻尼除了来自于索端阻尼器之外，还来自于辅助索位置的阻尼器，例如可以在主索与辅助索的连接位置引入集中阻尼，而此集中阻尼可以是粘滞阻尼器，也可以是粘弹性阻尼器，本文考虑采用粘滞阻尼器进行分析。
为了研究辅助索位置的集中阻尼对索网结构阻尼特性的影响，建立了考虑辅助索位置集中阻尼的索网体系的运动方程，推导得出关于索网结构集中的复频率方程，结果表明复频率方程是一个高次超越方程，需要运用迭代法进行数值求解无量纲复特征频率，从而得到模态阻尼比。
2.2正交索网结构复频率方程2.2.1正交索网模型的建立本索网模型（如图2-1所示）是由n根互相平行的斜拉索和11m-根互相平行的辅助索及在两者连接位置节点处的阻尼器组成。
各斜拉索与辅助索相互正交。
阻尼器采用Kelvin模型错误！未找到引用源。
进行模拟，即除了阻尼器的阻尼大小外，还考虑阻尼器的并联内刚度，阻尼和刚度分别采用线性粘滞阻尼模型和线性弹簧模拟。
(a) 索网布置图（b）阻尼器模型图图2-1 正交索网模型2.2.2正交索网的复频率方程在斜拉索-阻尼型辅助索索网系统中，对于连接斜拉索和辅助索的集中阻尼器，处考虑它的集中阻尼值以外，还要考虑它所带有的刚度对索网结构动力特性的影响。
在模型中，分别采用线性粘滞阻尼和线性弹簧模拟阻尼器的阻尼和刚度，根据张紧弦理论分析如图2-1所示正交索网的自由振动。
模型中共有11m-根辅助索n 根斜拉索，每根索被划分成j m 段，共有1njj r m==∑段索，每段索的长度为,j p l ，阻尼器的内刚度和阻尼分别为,j pK和,j p C ，其中下脚标j 和p 分别代表索号和索段号。
单层球面网壳在外部爆炸荷载作用下的动力响应分析
单层球面网壳在外部爆炸荷载作用下的动力响应分析大跨度空间结构因其外形优美，内部使用空间灵活而越来越得到广泛使用，很多展览馆、会展中心、体育馆等大型公共建筑都采用了这种建筑形式。
这类建筑往往是人群活动较密集场所，同时也易成为恐怖分子进行恐怖袭击的目标，但随着检测仪器的进步以及各国对恐怖袭击的警惕有所提高，携带炸药等危险物品靠近或进入建筑物已相当困难，因此恐怖分子对建筑物爆炸袭击的手段也在不断变化，不排除利用氢气球、遥控飞行物等携带爆炸物对建筑物顶部进行空中爆破从而导致建筑物破坏，以达到其杀伤人群的可能性。
针对这种情况，综合分析爆炸荷载特点，建立爆炸荷载模型，利用有限元软件LS-DYNA对单层球面网壳结构进行数值模拟，以期达到提高大跨度空间结构的抗爆能力，尽可能减少此类建筑在爆炸发生时结构的损失及破坏，具有重要的理论和现实意义。
本文以非线性静力和动力两种分析理论方法为基础，采用模拟软件LS-DYNA 对大跨度空间球面网壳结构在遭受外部爆炸荷载作用下的破坏进行了数值模拟。
主要研究工作如下：利用LS-DYNA软件建立炸药在空气中的爆炸模型，并验证此模型的有效性和模拟的精确性；为在接下来运用此软件进行空间结构在爆炸荷载作用下的动力响应模拟做好铺垫。
建立空间球面网壳模型，模拟爆破冲击在极短时间内释放巨大能量对周围建筑物造成极大破坏的特点；讨论了单层球面网壳在爆炸冲击荷载作用下结构局部的破坏形式，以及结构各部分受到的冲击压力，并由此产生一系列非线性动力响应，主要体现在结构的位移、速度、加速度等方面，并对网壳局部破坏过程进行了初步讨论。
在上述分析的基础上，进一步讨论了大跨度单层球面网壳在外部爆炸荷载冲击作用下，通过改变爆炸条件和改变结构构件的条件，网壳节点的位移及网壳杆件的应力变化规律，得出这些因素对网壳的变形及破坏的影响。
总结出了爆炸冲击荷载对球面网壳影响的内在规律，为这种结构在爆炸冲击作用下的防爆抗爆措施以及有效控制爆炸灾害产生的影响提供有效的参考和依据。
单层平面索网结构风振响应的几何非线性特性研究
１ 单层索网风振 响应分析思路
结 构在 脉动风 荷载 下 的 随机 动力 响 应 的研 究 主要 采 用两种 方 法 ： 是 频 域 法 ， 据 风 荷 载 的频 谱 特 性 ， 一 根 采用 随机振 动理论 ， 直接 得 到结 构 的 响应 谱 ， 立 风荷 建 载与结 构 响应 两者 之 间的直 接 联 系 ， 计算 成 本小 ， 于 便 应 用 和掌握 ， 具有更 明确 的物 理含 义 。二 是 时域 法 ， 即
性 较强 的结构 ， 域方 法 适 合 于 线 性 或 弱 非 线 性 结构 频 的分析 ， 简单 易操 作 ， 计算 效率 更 高 ， 因此 大 多 数 风 振 响应 分析 都采 用 频 域 分 析 方 法 ， 是 将 时 域 法 作 为频 只
域法 的验证和补充。本文主要从单层平面索网幕墙结 构 的风振 响应 时程分 析结 果 和静 力 响应 特 征两 个 方 面 研究索网结构在平均风 荷载作用位 置时 的非线性程 度， 从而为采用频域法对索网进行分析提供依据， 主要 方法及 步骤 如下 ： １ 采用时域分析方法 ， ） 通过 比较三种索网计算模 式的响应情况 ， 探讨索网的几何非线性程度。 ２ 分析索网在平均风作用下达到平衡位置后 ， ） 施 加一定 静力荷 载后 的结构 非线 性程 度 。 其 中时域分 析 中采 用 的三种计 算模 式分别 为 ： 口 以预应力 作用下 结 构 达 到 的平衡 位 置 为基 准 ，
基础 。
关键词 ：单层索网 ， 风振响应 ， 时域 ， 非线性
中 图分 类 号 ：Ｔ ８ Ｕ ３２ 文 献 标 识 码 ：Ａ
近年来单层索网体系被广泛应用于点支式玻璃建 筑 中… ， 它具有 建筑结 构新 颖 、 美观 、 透 等许 多优 点 ， 通 代表着玻璃帷幕结构大尺度化 、 超轻型化的发展趋势 ， 如 国内即将 竣工 的北京新 保利大厦二期工 程幕墙索 网 ， 尺度达 到高 ９ｍ， ６ ｍ， 其 ０ 宽 ０ 堪称 国 内之 最 。相对工 程实践而言 ， 单层索 网幕墙结构的理论研究还显得较 薄弱 ， 尤其结 构体 系动力性 能 的相 关研究 较少 Ｊ 。 由于单层索网结构具有 刚度小 ， 质量轻 ， 阻尼较小等特 点， 对风荷载较为敏感 。由于索 网结构 的非线性等 问 题 的困扰 ， 迄今为止还未提 出适合 于单层平面索 网幕 墙 结 构 的 抗 风 设 计 方 法 。 目 前 ， 国 荷 载 规 范 我 Ｇ ５０９— ０ １的结 构 抗 风 设 计 方 法仅 适 用 于 高 层 、 Ｂ ００ ２０ 高耸结构 ， 而且都是采用适用于线性或弱非线性 的频 域分析方法 ， 而我 国现行幕墙规范的相关设计方法也 不完善。因此 ， 深入研究索网幕墙结构 的抗风设计方 法显 得十 分必 要 ， 其 中涉及 到合 理 选 择 该 类 结 构 风 这 振 响应分 析方法 这一基 础性 问题 。 单层平面索 网的主要力学特点是 ， 仅在预应力作 用下， 结构刚度较小 ， 主要 由索的预应力刚度构成 ， 且 当受 到面外 荷载 时 ， 结构 的刚度 强 化 明显 ， 几何 非 线 性 引起 的位 移刚度 贡献较 大 。 因此分 析 该类 结 构 的风 振 响应 时 ， 何考 虑 这 种 几 何非 线 性 的影 响 成 为 一 个 十 如 分关 键 的问题 。 为此 ， 文着重 解决 计算 模 型 和分 析 方法 的问题 。 本 主要从研究索网的几何非线性 人手 ， 通过对结构 动力 时程分析和静力响应特性研究两方面探讨索网结构围
单层平面索网幕墙结构的风振响应特性分析
单层平面索网幕墙结构的风振响应特性分析
吴丽丽;王元清;石永久
【期刊名称】《工程力学》
【年(卷),期】2007()z1
【摘要】建筑幕墙单层平面索网结构属于风敏感结构,目前对该类结构风振响应的相关研究很少,有必要深入开展其抗风性能的研究。
以索网在平均风荷载作用下到
达的新平衡位置为基准,采用频域法对其风振响应特性进行研究,主要分析了组合振
型的选择、模态间的耦合效应等问题对索网结构风振响应的影响。
分析结果表明,
对单层索网结构进行风振响应分析宜考虑模态间的耦合效应;索网的第一阶模态在
所有模态中占较大比重;对索网结构起主要贡献的振型集中分布在低阶模态区域内;
采用部分低阶振型组合计算索网的响应与时域结果吻合较好,能满足工程精度要求。
【总页数】6页(P98-103)
【关键词】单层索网;风振响应;频域;振型;耦合
【作者】吴丽丽;王元清;石永久
【作者单位】清华大学建筑玻璃与金属结构研究所
【正文语种】中文
【中图分类】TU382
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永久
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4.单层平面索网幕墙结构的风振响应分析及实用抗风设计方法 [J], 武岳;冯若强;沈世钊
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玻璃幕墙中主体结构对单层索网结构风振响应的影响研究
采用 两种方 法 ： 频域 法和 时 域法 ， 前者 适 合 于线 性 或弱 非线 性结 构 的分析 ， 后者 更 多用 于特 定大 型 结 构 ， 以及 非 线性 较强 的结 构 ， 网结 构 与 主体 结构 一 起 工作 时 ， 索 结 构常 常较 为 复 杂 ， 且 涉及 到索 网结 构 的几 何 非 线 而 性 问 题 ， 此 ， 文 主 要 采 用 时 程 分 析 法 进 行 风 振 因 本
国 内外 对 风 速 时 程 的模 拟 方 法 主要 有 谐 波 合 成 法 和 线 性 回 归滤 波 器 法 ＿ ， 两 种方 法 都 能 用 于 ６ 这
考 虑多 点 相 关 性 的 风 速 模 拟 。 谐 波 合 成 法 比较 费 机
时， 运算 效率 低 。而线 性 回归 滤 波器 法 占用 内存 少 ， 计 算 快捷 。 因此 ， 文采用 Ａ 本 Ｒ模 型对 具有 随机性 的水平 脉 动风荷 载进 行模 拟 。 根据 １ａ ｎ＿ 提 出 的扩 展 自回归 模 型 ， 维 空 间 ｗ ｔ ｉ ａ ９ 相关 的脉 动风 压时 程 ｛ （） 的 随机 向量 的 Ａ Ｖ ｔ｝ Ｒ模 型可
质量轻 ， 阻尼 小 ， 风 荷 载 较 为敏 感 ， 动 力 特 性 也 与 对 其 高层 、 高耸结 构 的情况有 所 不 同 ］两 者 的风 振 特性 关 ，
外爆荷载下Kiewitt8型单层球面网壳的动力响应
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ＭＡ ０ 一 ｌ ｕ ，ＺＨＩ Ｘｕ ． ｄ ｏ ｎ ｇ ， ｔ ｅ ｗａ ｒ ｔ Ｇ３ Ｎ Ｆｅ ｎ ｇｌ Ｓ ’
摘 要 ：为研究 Ｋ ｉ ｅ ｗ ｉ ｔ ｔ ８型单层球面网壳在爆炸荷载下的动力响应， 基于 Ｌ Ｓ — Ｄ Ｙ Ｎ Ａ建立了爆炸中考虑附属结构
（ 檩托 ， 檩条， 铆钉 和屋面板 ） 影响 的 ４ ０ ｍ单层球面 网壳结构 有限元模 型 。通过分析 相同爆炸 荷载下不 同结构 矢跨 比， 构 件尺寸和材料 属性 等参数对结构响应 的影 响 ， 得到 了球面 网壳 的矢跨 比、 杆件截面 、 屋面板厚度及屋面活荷载等是影 响结 构动力响应 的主要因素。在此基础上 ， 通过讨论相同结构在不 同爆 炸作用 下 的结构 破坏及倒 塌情况 ， 提 出了单层球 面网 壳在外爆荷 载下安全距离 的计算方法 ， 为更好地建立 网壳结构 的抗 爆设计方法和安全评估理论提供 了依据 。 关键 词 ：外部爆炸 ； 单层球 面网壳 ； 动力 响应 ； 安全距离
单层索网单层单向索系中的几个问题
玻璃幕墙支承结构--单层索网单层单向索系中的几个问题在我国的玻璃幕墙中，以单层索网、单层单向索系为支承结构的点支式玻璃幕墙已在多项工程中使用，其中有些问题值得探讨。
一：过载保载器和预拉力保持装置的设置单层索网支座——索两端锚固结构各有不同，索两端锚固装置有的在同一建筑单元，有的则是在建筑变形缝的两侧，更有的是在两栋不相干的建筑上。
索的变形能力通常不能适应后两种情况下相当大的变形。
所以，在一些工程中增设了索的过载保护器或预拉力保持装置，来保证索网及锚固结构的安全使用和正常使用。
过载保护器通常被描述为：过载保护器（或装置）的作用是通过其内的“保险丝”破断，用弹簧受力调节内力，避免在钢索中产生过大拉力，保证索不发生破断，保护索端的锚固结构不被破坏。
当保险丝没有断时，过载保护器中的弹簧是不起作用的，就是说，过载保护器中保险丝没有断时，它不能调节索内力的大小，即不能适应较大的变形。
过载保护器通常被用于特殊因素，如地震造成索两端锚固结构发生大的相离位移时，用以保护索不被大的相离位移产生的拉力而拉断，而大的相离位移的出现，无论是地震还是温度差，必然会有大的相近位移相伴而生，而大的相近位移产生大的卸载，索会松弛，造成玻璃幕墙挠度过大，无法正常使用，甚至挤碎玻璃，这时过载保护器就无法保护了。
有的讲，罕遇地震下玻璃挤碎是难免的，只要索不断就行了，当然也是一种保护，但在温度差作用下发生此问题就是不应该的了。
预拉力保持装置的作用是为了保持索的拉力在根据本索网的索锚固结构正常的相对位移（地震设防烈度、设计温度差下的）而设定的范围内变化，在这个范围内拉索的拉力（包括预拉力和外荷载作用效应）不超过索的抗拉强度设计值，也不小于在荷载标准值作用下达到容许挠度时索的拉力值。
但是，当遇到特殊情况，如罕遇地震，出现了超出设定范围的索内力时，它对索和锚固结构就无法保护了。
如果不是索两端支座受温度差作用改变距离，仅仅是索网本身因温度差作用的伸缩而设预拉力保持装置通常是没有必要的，因为温度差作用对索网中索的伸缩造成索应力的改变是与索的长度和直径大小无关。
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振 动 与 冲 击 ３卷第 ２ ３期 第３ Ｊ Ｏ Ｕ Ｒ Ｎ Ａ ＬＯ ＦＶ Ｉ Ｂ Ｒ Ａ Ｔ Ｉ Ｏ ＮＡ Ｎ ＤＳ Ｈ Ｏ Ｃ Ｋ Ｖ ｏ ｌ ． ３ ３Ｎ ｏ ． ２ ３２ ０ １ ４
玻璃对单层索网动力响应的影响
１ 流固耦合理论
１ １ 流固耦合方程 流固耦合（ Ｆ ｌ ｕ ｉ ｄＳ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅＩ ｎ ｔ ｅ ｒ ｆ ａ ｃ ｅ ， Ｆ Ｓ Ｉ ） 一个重要 特征是流体与固体两相介质的相互作用， 固体在流体 作用下发生变形、 运动； 固体变形或运动反过来又影响 流体流动， 从而改变流体载荷的分布和大小。介质不 同、 耦合机理不同， 产生了多种流固耦合现象。流固耦 合整体方程为：
０ Ｍｆ ｓ ＋Ｍ ｓ ｆ ０
０ ρ ０ ｐ ｕ Ｍｓ ｓ
（ １ ） 通过流固耦合界面上固体位移， 求解流体方
ｋ 程（ ２ ） 得到 Ｘ ， 式中松弛因子 λ 在求 ｄ 为位移松弛因子， ｆ
解复杂问题时， 有助于收敛。
ｋ ｋ － １ ｋ － ２ Ｆ ［ Ｘ ， ｄ ＋（ １－λ ） ｄ λ ｆ ｄ ｓ ｄ ｓ ］ ＝０ ｆ
（ ２ ）
（ ２ ） 检查流场应力残差是否小于目标值； （ ３ ） 通过流固耦合界面上流体压力， 求解结构方
ｋ 程， 得到 Ｘ ， 式中松弛因子 λ ｓ ｓ为应力松弛因子； ｋ ｋ ｋ － １ Ｆ ［ Ｘ ， １－λ ） λ τ τ ｓ ｆ ＋（ ｓ ｆ ］ ＝０ τ τ
形后近似为线性结构， 没考虑实际风致振动的非线性 因素； 同时该方法忽略了玻璃面板对结构的影响， 结果 存在一定的偏差。 本文考虑玻璃胶和爪件， 建立了玻璃和索网协同
第２ ３期 闫雁军等：玻璃对单层索网动力响应的影响
２ ５
工作的有限元模型， 对点支承索网玻璃幕墙的变形和 动力特性进行分析。根据幕墙周围建筑， 建立数值风 洞模型， 采用流固耦合方法对单层索网玻璃幕墙进行 风致动力响应分析， 与频域法对单层索网的分析结果 相比较， 研究了玻璃面板对单层索网动力响应的影响。
Ｍｆ ０ ０ ０ ０
ｔ ｆ
图１ 双向耦合求解策略 Ｆ ｉ ｇ ． １Ｆ Ｓ Ｉ ｓ ｏ ｌ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎｍ ｅ ｔ ｈ ｏ ｄ
＝ 。以 ｔ 时刻为起点， 当需要求解 ｔ ＋ ｔ 时刻的变量 τ Δ
１ ５ ］ 时， 其求解过程如下 ［ ：
０
０
０ ０ ０
Ｍｆ ０ ０ Ｍｆ ０ ０ ０
Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｉ ｎｏ ｒ ｄ ｅ ｒ ｔ ｏ ｅ ｎ ｓ ｕ ｒ ｅ ｇ ｌ ａ ｓ ｓ ｄ ｅ ｆ ｏ ｒ ｍ ａ ｔ ｉ ｏ ｎｃ ｏ ｏ ｒ ｄ ｉ ｎ ａ ｔ ｅ ｄｗ ｉ ｔ ｈａ ｃ ａ ｂ ｌ ｅ ｎ ｅ ｔ ，ａ Ｆ Ｅｍ ｏ ｄ ｅ ｌ ｉ ｎ ｃ ｌ ｕ ｄ ｉ ｎ ｇ ａ ｇ ｌ ａ ｓ ｓ ｐ ａ ｎ ｅ ｌ ，ａ ｃ ａ ｂ ｌ ｅｎ ｅ ｔ ，ｓ ｅ ａ ｌ ａ ｎ ｔ ｓ ， ａ ｎ ｄｓ ｐ ｉ ｄ ｅ ｒ ｗ ａ ｓ ｅ ｓ ｔ ａ ｂ ｌ ｉ ｓ ｈ ｅ ｄｔ ｏ ｓ ｔ ｕ ｄ ｙ ｔ ｈ ｅ ｉ ｎ ｆ ｌ ｕ ｅ ｎ ｃ ｅ ｏ ｆ ｇ ｌ ａ ｓ ｓ ｐ ａ ｎ ｅ ｌ ｏ ｎｔ ｈ ｅ ｓ ｔ ａ ｔ ｉ ｃ ｐ ｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｍ ａ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄｄ ｙ ｎ ａ ｍ ｉ ｃ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｃ ａ ｂ ｌ ｅ ｎ ｅ ｔ ．Ｔ ｈ ｅ ｆ ｌ ｏ ｗ ｉ ｎ ｇ ｆ ｉ ｅ ｌ ｄｗ ａ ｓ ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ａ ｔ ｅ ｄｃ ｏ ｎ ｓ ｉ ｄ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｂ ｕ ｉ ｌ ｄ ｉ ｎ ｇ ｓ ａ ｒ ｏ ｕ ｎ ｄｔ ｈ ｅ ｇ ｌ ａ ｓ ｓ ｃ ｕ ｒ ｔ ａ ｉ ｎｗ ａ ｌ ｌ ．Ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎｔ ｈ ｏ ｓ ｅ ，ｆ ｌ ｕ ｉ ｄ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ａ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ（ Ｆ Ｓ Ｉ ）ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｗ ａ ｓ ｐ ｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｍ ｅ ｄｔ ｏ ｓ ｔ ｕ ｄ ｙ ｔ ｈ ｅ ｓ ｐ ｅ ｃ ｔ ｒ ｕ ｍｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ｓ ，ｄ ｙ ｎ ａ ｍ ｉ ｃ ｒ ｅ ｓ ｐ ｏ ｎ ｓ ｅ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅｇ ｌ ａ ｓ ｓｃ ｕ ｒ ｔ ａ ｉ ｎｗ ａ ｌ ｌ ．Ｕ ｎ ｄ ｅ ｒｔ ｈ ｅａ ｖ ｅ ｒ ａ ｇ ｅｗ ｉ ｎ ｄｌ ｏ ａ ｄ ，ｔ ｈ ｅｃ ａ ｂ ｌ ｅｎ ｅ ｔ ｒ ｅ ａ ｃ ｈ ｅ ｄａｎ ｅ ｗｅ ｑ ｕ ｉ ｌ ｉ ｂ ｒ ｉ ｕ ｍｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ，ｔ ｈ ｅｗ ｉ ｎ ｄ ｉ ｎ ｄ ｕ ｃ ｅ ｄｒ ｅ ｓ ｐ ｏ ｎ ｓ ｅｏ ｆ ｔ ｈ ｅｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅｗ ａ ｓｓ ｔ ｕ ｄ ｉ ｅ ｄｗ ｉ ｔ ｈｔ ｈ ｅｆ ｒ ｅ ｑ ｕ ｅ ｎ ｃ ｙｄ ｏ ｍ ａ ｉ ｎｍ ｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ．Ｃ ｏ ｍ ｐ ａ ｒ ｉ ｓ ｏ ｎｏ ｆ ｔ ｗ ｏｍ ｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｓｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｓ ｈ ｏ ｗ ｅ ｄｔ ｈ ａ ｔ ｕ ｎ ｄ ｅ ｒ ｗ ｉ ｎ ｄｌ ｏ ａ ｄ ，ｔ ｈ ｅｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅｆ ｏ ｒ ｃ ｅ ｄｖ ｉ ｂ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎｉ ｓ ａｎ ａ ｒ ｒ ｏ ｗｂ ａ ｎ ｄｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ；ｔ ｈ ｅｇ ｌ ａ ｓ ｓ ｐ ａ ｎ ｅ ｌ ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｌ ｙｒ ｅ ｄ ｕ ｃ ｅ ｓ ｔ ｈ ｅａ ｖ ｅ ｒ ａ ｇ ｅｄ ｉ ｓ ｐ ｌ ａ ｃ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔ ａ ｎ ｄｐ ｕ ｌ ｓ ｅｒ ｅ ｓ ｐ ｏ ｎ ｓ ｅｏ ｆ ｔ ｈ ｅｃ ａ ｂ ｌ ｅｎ ｅ ｔ ． Ｋ ｅ ｙｗ ｏ ｒ ｄ ｓ ：ｇ ｌ ａ ｓ ｓ ｐ ａ ｎ ｅ ｌ ；ｇ ｌ ａ ｓ ｓ ｃ ｕ ｒ ｔ ａ ｉ ｎｗ ａ ｌ ｌ ｏ ｆ ａｍ ｏ ｎ ｏ ｌ ａ ｙ ｅ ｒ ｃ ａ ｂ ｌ ｅ ｎ ｅ ｔ ；Ｆ Ｓ Ｉ ；ｆ ｒ ｅ ｑ ｕ ｅ ｎ ｃ ｙｄ ｏ ｍ ａ ｉ ｎｍ ｅ ｔ ｈ ｏ ｄ 单层索网点支承玻璃幕墙， 体态轻盈、 造型美观， 在国内外得到广泛的应用。与其他结构形式的玻璃幕 墙相比， 单层索网点支承幕墙跨度大、 刚度柔、 几何非 线性明显等特点使得结构对风荷载较为敏感， 成为实 际工程设计重点考虑的问题之一。冯若强等
索网幕墙的传力途径； 根据有限元模型， 研究玻璃面板对单层索网静力性能和动力特性的影响； 在此基础上， 考虑索网幕 墙周围建筑建立数值风洞， 建立流固耦合模型， 研究索网玻璃幕墙振动特性； 以索网在平均风荷载作用下到达的新平衡位 置为基准， 采用频域方法计算单层索网风致动力响应。对比分析结果表明： 风荷载作用下， 索网幕墙主要做受迫振动， 振 动为窄带过程； 玻璃面板有效降低了索网的平均位移和脉动响应。 关键词：玻璃面板； 单层索网玻璃幕墙； 流固耦合； 频域法 中图分类号：Ｔ Ｕ ３ ８ ３ 文献标志码：Ａ Ｄ Ｏ Ｉ ： １ ０ ． １ ３ ４ ６ ５ ／ ｊ ． ｃ ｎ ｋ ｉ ． ｊ ｖ ｓ ． ２ ０ １ ４ ． ２ ３ ． ０ ０ ５
［ １ － ７ ］
玻璃参与工作的单层索网玻璃幕墙自振特性研究表
８ － １ １ ］ 明［ ： 安装玻璃后， 由于结构质量比刚度增加更为显
著， 结构频率降低； 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明显； 试验中未考虑 玻璃胶， 玻璃整体协同作用无法发挥， 玻璃对刚度贡献 减小。 另外， 针对单层平面索网风致动力响应， 既有研究 多以结构在平均风荷载作用下的初始变形为平衡位 置， 忽略玻璃面板对结构刚度的影响， 采用频域方法研
， ２ 闫雁军１ ，余志祥３，李 晗１，张其林１
（ １ ． 同济大学 土木学院建工系， 上海 ２ ０ ０ ０ ９ ２ ； ２ ．上海建工七建集团有限公司 ２ ０ ０ ０ ５ ０ ； ３ ． 西南交通大学 土木学院建工系， 成都 ６ １ １ ７ ５ ６ ）
摘 要：为保证玻璃与与索网的协同变形， 建立包含玻璃面板、 索网、 爪件、 密封胶的有限元模型， 真实反映了单层
１ ２ － １ ４ ］ 。频域法认为索网在初始变 究结构的风致响应 ［
对平
面索网玻璃幕墙的静力性能进行了试验及数值模拟， 研究表明， 玻璃对结构的整体刚度有一定贡献， 结构整 体挠度与索直径和预张力也有一定关系， 玻璃胶对降 低索网挠度有一定贡献， 对索网应力影响不大。考虑
基金项目：“ 十二五” 科技支撑计划（ ２ ０ １ １ Ｂ Ａ Ｊ ０ ８ Ｂ １ ０ ） ； 国家自然科学基金项目 （ ５ １ ３ ７ ８ ４ ２ ８ ） ； 中央高校基金青年科技创新项目（ Ａ ０ ９ ２ ０ ５ ０ ２ ０ ５ １ ２ ０ ８ － ６ １ ） 收稿日期：２ ０ １ ３－ ０ ９－ １ ２ 修改稿收到日期： ２ ０ １ ３－ １ １－ ２ ８ 第一作者 闫雁军 男， 博士生， １ ９ ８ ３年 ６月生 通信作者 余志祥 男， 副教授， 硕士生导师