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1、论单索计算理论在幕墙中应用条件摘要：由于单向受力单索幕墙中索是受点荷载作用，而单索计算理论则是按照均布荷载推导，本文通过分析并结合Sap2000软件模拟，确定单索幕墙在什么情况下，比较符合单索理论，仅供参考。关键词：单索幕墙；均布荷载；点荷载；Sap2000我国建筑幕墙工业是从1978年开始起步，也经过了30多年的高速发展，至21世纪初，已成为世界第一幕墙生产大国和世界第一幕墙使用大国。拉索点式幕墙作为幕墙工程中的一个部份，虽然在我国使用时间比较晚，由于其优越的通透性，对空间占用率小，空间跨度大等
2、特点，在建筑幕墙中发展相当迅猛，属于后起之秀。单索幕墙是由不锈钢爪将玻璃面板固定在张拉索上的全玻幕墙，它由三个部分组成：玻璃面板、张拉索结构、锚定结构，如图lo张拉索结构是支承幕墙的重要构件，起着承担幕墙荷载并将其传至锚定结构的任务。张拉索结构是柔性结构，在没有施加预应力之前是没有刚度的，其形状也是不确定的，必须通过施加适当的预应力赋予其一定的形状，才能承受外部荷载的结构。在给定的边界条件下，所施加的预应力的分布和大小同所形成的结构初始形状是相互联系的。本文主要探讨单索计算理论在幕墙中的应用条件。
3、目前的单索计算理论以索是理想柔性材料，并满足虎克定律为根据，根据微分单元的静力平衡条件进行推导，平衡方程如下（计算简图为图2）：本文研究索跨中挠度相对于跨度来说很小的问题，即索与x方向夹角很小，可以近似认为水平张力H即为索的拉力。在工程实际中，悬索主要承受竖向荷载作用，即qx=O,方程解得单索幕墙通常都是竖直的结构，如图1,所以上式中的坐标变化一下即可应用到幕墙工程中。在实际工程中，由于两锚固支座是等高的，可以得到如下边界条件：以上公式在沈世钊教授的《悬索结构设计》里有详细介绍，此公式是按照荷载为
4、均布或连续荷载为前提的条件下推导出来的，主要是用在桥梁，屋盖等大跨度结构中，在这种结构中，由于索长较长，连接点众多，通过接点作用在索上的力可以近似看作是均布或连续荷载，节点越密，实际情况和公式就越接近。但对幕墙工程来说，单索幕墙一般用在建筑的主出入口或是建筑下部几层，一般是跨度三层左右，10m上下，同时由于建筑玻璃尺寸一般在2m以下，这样就导致单索的荷载和均布荷载差别较大，则单索的变形和用公式1-5算出来的结果差异较大。如图1典型单索幕墙简图所示,单索长度为10m,玻璃尺寸为lmxlm,根据单索幕
5、墙的受力特点，一根单索被分为10跨。本文将通过计算并用Sap2000软件模拟来测算当单索被分成几跨时比较符合按单索计算理论推导出来的公式。在均布荷载作用下，索的形状为抛物线，而在点荷载作用下，索的形状为一段段折线形成的曲线，如果点荷载越密,拆线曲线就越接近抛物线。设一根单索被分成了n跨，如图3单索计算简图，f（x）为拆线曲线方程，z（x）为均布荷载作用下，索的曲线方程，△为f（X）与Z（X）在Z方向上的距离。△最大一般在第一跨时，当索长为L时，第一跨终点坐标为（L/n,0）o当x二时，代入式1-5
6、得：由式1-9及1-10可知，当n=10时，第一跨曲线和拆线的误差只有1/19即5.3%,同时只有整条索中点垂度的1/102即1%,已经基本符合工程实际要求。现在我们用Sap2000软件进行检验。在用Sap2000进行检验前，首先证明Sap2000软件是否能正确分析拉索问题。计算模型如图1,由于本文只研究垂直索跨度方向的荷载对索的影响，同时由于重力荷载，地震荷载相对来说比较小，为了便于分析，本例中只考虑风荷载,取风荷载W二1.4kN/m2,索采用麦诺公司1x19的钢索，钢索直径D为16mm,断面面
7、积A为152.81mm2,弹性模量E为1.35xlO5N/mm2,线膨胀系数a为1.2x10-51/°C。张拉索是柔性结构，必须先对其施加一定的预应力，本例中施加预应力T为20kN,按温度应力来实现预应力的加载，温度降低。按非线性和大位移对索进行分析，Sap2000计算结果及按单索理论计算结果见下表：由上表可知，用Sap2000计算的数值与理论值基本一致,误差完全可以忽略，Sap2000的计算结果可以视为理论值。下面我们用同一模型分别对一根索被5等分、6等分、8等分、10等分不同情况进行比较，结果
8、见下表：通过上表我们可以看到，在n=10时，第一跨跨中的垂度误差只有4.9%,按式1T0计算为5.26%,两者基本一致。索跨中的垂度及索拉力的误差都只有0.3%,可见，在一根索被十等分的时候，已经完全满足单索计算理论。而在实际的幕墙工程中，当取n=6时，索中点的误差为0.8%,索拉力H误差为0.8%也已经基本满足了工程的精度的要求，而在第一跨的垂度误差虽然有8.2%,但是由于第一跨是整条索中垂度最小的一跨，他的垂度差△=85.3-78.3=7,仅为索中点垂度280的2.5%o影响也
