论玻璃幕墙对结构影响研究

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1、论玻璃幕墙对结构影响研究摘要：随着我国经济的飞速发展，建筑也得到了长足的进步，而在建筑中起到美观与维护作用的玻璃幕墙也得到了广泛的应用。然而幕墙作为一种建筑结构，其对整个建筑也起到了一定的影响作用。因此，本文笔者根据个人多年来的相关行业工作经验并结合我国建筑行业中玻璃幕墙的实际情况，将玻璃幕墙对主体结构的影响进行详细分析，希望可以起到抛砖引玉的目的，推动我国建筑事业的可储蓄发展。关键词：玻璃幕墙；结构；影响；分析中图分类号：J527.3文献标识码：A文章编号：1、前言在常规的建筑设计中,玻璃幕墙主要起维护与美观的作用,一般不

2、考虑其对整个建筑的结构作用,主要原因有两点:一是幕墙结构是一附属结构,常依附于主体结构,自身结构的整体性和体系性不强;二是相对主体而言,其结构刚度较小,可忽略不计。因此在一般的工程设计中,幕墙与主体结构的设计是分开的：幕墙设计时,其与主体结构的连接点假定为支座;主体结构设计时,则将幕墙以荷载的形式作用于主体结构上。对于一般的工程结构而言,这样的假定与分析流程是合理的,但是如果幕墙结构自身刚度较大且不能忽略时,就必须对上述方法进行修正。此时,6最好的方法是将幕墙结构与主体结构合在一起,整体来考虑其所受到荷载尤其是动力荷载作用下

3、的受力性能。2、玻璃幕墙对结构影响的分析2.1、玻璃幕墙模型根据设计构造，玻璃幕墙为三层玻璃，玻璃板与索网格一致，为四边形，在每个索网节点有一个点式不锈钢驳接爪。一个爪具支撑四块玻璃节点，爪具与玻璃之间可在切面内微小变形，玻璃之间有20mm结构硅胶，在玻璃热胀时可以传递压力，但仅承受较小压力。玻璃之间力和荷载作用的传递主要通过爪具实现，假设爪具为刚性节点。玻璃设计采用三层玻璃：TP8mm+12氩气+(TP8mm+1.52PVB+TP8mm)中空夹胶钢化玻璃，外层玻璃为LOW-E。玻璃计算厚度根据《玻璃幕墙工程技术规范》关于夹

4、层和中空玻璃等效厚度计算。经过计算，玻璃最后等效厚度为10.961mm。6如两片索网的网格数目共为4076块。采用可模拟曲面壳的Shell93单元作为玻璃单元，厚度统一设定为0.0109m。取玻璃面内三个方向的弹性模量均为7.2E7kN／㎡，剪切模量为1.59E7kN／㎡，泊松比0.2，玻璃的热膨胀系采用0.8E－5／℃，其余网壳钢构件、索的热膨胀系数均采用1.2E－5／℃。玻璃和索网之间采用x、Y、Z三个方向线位移的耦合方式连接，即每一块玻璃的角点与索网节点三个线位移耦合、转角自由，可传递力、荷载；相接玻璃板之间界面线由于

5、硅胶的弱作用，不考虑力传递。每块玻璃再分三份(3×3四边形8节点等参单元)。根据所定义模型和计算方法，编程将全部玻璃板的模型定义写入AN—SYS命令文件，建立包含玻璃的整体分析模型。2.2、玻璃幕墙结构影响分析按照描述建立ANSYS整体分析模型，起点仍为ANSYS协同找形建模。因此，玻璃的写入是基于初始找形设计的几何形态。在找形过程中将玻璃单元一直设为锁死状态，直到真实模量找形完毕后，才激活玻璃单元，施加荷载(全部施加在索网节点和钢构节点上)，最后进行非线性荷载分析。根据对LCl～LC21各组合工况的结果分析，LCl0～LC

6、21为控制作用，且从总体结果来看，风荷载60°和140°对索网影响最大。2.2.1、索网变形上表为协同方法一、考虑玻璃与否在荷载作用(风荷载60°和140°)下索网变形，可以看出：考虑玻璃作用后，索网的变形普遍减小，平均约lO～15%。2.2.2、索网张力采用协同方法一，考虑玻璃天棚结构效应，最后在荷载作用下非线性分析结果的索网张力如下表所示。6我们可以得到以下结论：迎风面索网张力均大于背风面索网张力，迎风面竖向索张力大于横向索张力，索网张力不很均匀、竖向索张力变化较大。在140°风荷载作用下，LCl3和LC21工况，背风面

7、索网中三角拱最下端横向索出现较小压力。2.2.3、玻璃应力将每一块玻璃分成9个单元，考虑玻璃和索网之间有相互作用，所以每块玻璃中央单元最能反映玻璃的应力状况。取工况LC21当中的应力最大值出现的玻璃进行说明：从整块玻璃的应力变化可以看出：玻璃边与索连接处的应力集中，而中间的玻璃应力逐渐减小，中间玻璃单元能够反映玻璃本身没有索影响的应力状况。第一主应力以受拉为主，第二主应力以受压为主，玻璃的应力状况如下表所示：主要工况组合下玻璃应力列表：2.2.2、索网内力对比不同横型索网内里比较上表为有无玻璃模型在风荷载60°和140°作用

8、下6种工况的索网内力对比，从对比结果看出：无玻璃模型的横向索和纵向索内力的最大值大于有玻璃模型，平均大20～70kN；62)LCll、LCl9工况无玻璃模型的纵向索最小值比有玻璃模型小1～4kN；其余各种工况的无玻璃模型横、纵向索的最小值均较有玻璃模型大10～25kN。2.3、根据全面分析