单索幕墙的SAP2000有限元分析.pdf

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1、圃D●Ⅲ●■¨"单索幕墙的SAP2000有限元分析渠丽花上海住总金属结构件有限公司摘要：单索幕墙是典型的几何非线性结构。本文采用通用的有限元结构分析软件SAP2000(肠．本AdvancedC15．2．1)对常规单索幕墙进行结构分析和计算，并详细分析索结构其随着荷栽的增加其拉力的变化情况。关键词：单索幕墙；SAP2000；几何非线性；预张拉力1工程概况上海某地区，地面粗糙度为B类，标高8m的一个标准单索幕墙，位于墙角部位。单索跨度8m，分格宽度1．Sin，玻璃板块为1．5m(宽)x2m(高)，玻璃板块采用6mm+1．14PVB

2、+6mm+12A+6mm+1．14PVB+6mm内外夹胶钢化中空玻璃。上海地区基本风压w。取0．55kN／m2，地震基本烈度为7度，地震动峰值加速度为0．19。2材料及截面的定义2．1材料的定义SAP2000中没有默认的对索和玻璃材料的定义，故需要我们对其进行添加和定义，索的弹性模量规范取值为1．2x105～1．5x105，具体计算数值应由钢索厂家提供，此处取：E“。=1．35x1052．2截面的定义此处需先根据以往经验，估略的选①24的单索进行第一次校核。3荷载计算3．1预拉力荷载由国内某知名建筑五金厂家手册可知，024的单

3、索的索截面面积A。。=340．69ram2，索的最小破断力N“--400．14kN(具体需根据厂家提供手册)，根据JGJ102--2003((玻璃幕墙工程计算规范》第5．2．5条的规定，故拉索的抗拉承载力设计值为N,=NJ1．8=222．3kN，预拉力荷载可先取索的最小破断力的30％～40％，此处按照Np．=130kN(占索最小破断力37．4％，此值可根据最后试算结果进行调整)。钢索的线膨胀系数a此处取1．35x10。(1／℃)(1．2xlO-5_1．5×10-5,具体由选用厂家提供)，索的预张拉力在SAP2000里通过降温法

4、来加载，预拉力所对应的索的模拟施加的降温值At=Ⅳp以既。。×A。。xa)=130000／(135000x340．69x1．35x10～)=209．371。C。3．2自重荷载的计算由于拉索和玻璃面板的材料定义和截面可以按照实际的情况进行定义，故SAP2000中拉索和玻璃面板的自重可以由软件自动载入，无需额外加载。当然如果玻璃面板的材料定义中重量密度取值为0，表示玻璃面板的重量并不是由软件自动加载，此种情况可以通过后续面荷载或者集中力荷载加载来进行面板自重的加载(本案例可取面板自重荷载标准值O．65kN／m2)。3．3风荷载的计

5、算根据JGJ102--2003《玻璃幕墙工程技术规范》，玻璃幕墙风荷载标准值的计算：Wk毕Ep舭洲o=1．7xlxl．6x0．55=1．496kPa<1．5kPa根据上海市工程建设规范《建筑幕墙工程计算规范》4．2．4条第2条的规定，建筑幕墙的抗风压性能指标值，墙面应不小于1．0kN／m2,墙角边应不小于1．5kN／m2，故本工程的风荷载标准值取1．5kN／m2。3．4水平地震荷载的计算根据JGJ102--2003(玻璃幕墙工程技术规范》，垂直于玻璃幕墙平面的分布水平地震荷载标准值计算如下：gEk书皑。Gk／A=5．0x0．0

6、8x0．65kN／m2=0．26kN／m23．5温度作用效应根据GB50009--2012(建筑结构荷载规范》附录E，上海温度荷载最低温度一4。C，最高温度36℃，考虑到实际施工温度的不定性，此处可取最大降温荷载为一40。C，最大升温荷载为40℃进行温度荷载的加载。4计算模型及荷载加载4．1计算模型跨度8000ram，分格1500mm，单索上下均为铰接。如图1所示。i；j；。i{i图1单索幕墙计算模型4．2荷栽加载及组合如前所述，索和玻璃面板的自重由SAP2000软件自动加载。水平风荷载及水平地震荷载通过玻璃面板加到索结构16

7、2016．08上。拉索的预应力荷载通过单索降温法实现预拉力的施加。拉索的升温荷载及降温荷载亦通过单索施加温度荷载来实现。单索结构是典型的几何非线性结构，其荷载的施加都在建立在上个荷载工况非线性运算的基础上。索结构的荷载施加顺序为：预拉力tempd自重荷载deada水平风荷载winda水平地震荷载g眦ka降温荷载temp。。(升温荷载temp。p)。4．3荷载组合点支式玻璃幕墙结构设计时，荷载和作用效应应按下式进行组合：S=TcScK+蛳。．s。K+望，￡y$EK+垡气，yTSTK

8、S一荷载和作用效应组合值；需要强调的是，此处荷

9、载并不是简单的线性叠加，而是随着不同的荷载加载单索进行非线性计算所积累的最终效应值o5c。一重力荷载标准值作为永久荷载标准值产生的效应(应力、内力、变形)；弧，S。STr分别为风荷载、地震作用和温度作用标准值作为可变荷载和作用标准值产生的效应(按不同的组合情况，三者分别作为第