隐式双索夹持式玻璃幕墙的受力性能研究

摘要

随着人们对建筑美学的不断追求，隐式双索夹持式玻璃幕墙应运而生。隐式双索夹持式玻璃幕墙，主要由夹持节点，中空玻璃和双向拉索组成。它是由隐式单索夹持式玻璃幕墙发展而来的一种新型玻璃幕墙。隐式是指支承结构可以在外观上隐去，给人一种视觉上无结构的感觉；双索是指在平面内有双向正交拉索；夹持式是指结构采用的是夹持连接方式。
　　 纵观国内外的研究现状，在点支式玻璃幕墙方面的研究比较深入全面，在索支承玻璃幕墙方面的研究也多有涉及。但是针对隐式双索夹持式玻璃幕墙的研究，目前还鲜见。
　　 本文主要对隐式双索夹持式玻璃幕墙进行了局部分析和整体分析。局部分析中，以索网的离散化理论为基础，分析研究了双向正交拉索的受力性能；以经典薄板理论为基础，研究了中空玻璃的受力性能；以有限元软件ANSYS为工具，分析了夹持节点的受力性能。整体分析中，利用对比模型分析了幕墙结构的协同工作性能，利用有限元软件ANSYS分析了夹持节点的接触工作状态。
　　 本文采取有限元模拟与试验研究相结合的方法，研究了隐式双索夹持式玻璃幕墙的受力性能。主要研究了拉索预应力、拉索直径、玻璃厚度和夹持节点平动刚度等参数对整个结构的静力性能和动力性能的影响。
　　 最后，本文得出以下四点结论：
　　 1.利用有限元软件ANSYS对夹持节点处的接触问题进行了实体建模分析。结果表明，当中空玻璃上的均布荷载增加至2.5kN/m2时，夹持节点处均不会发生脱离，中空玻璃与上下夹板保持接触，在整个加载过程中，中空玻璃是安全的。
　　 2.利用对比模型对协同工作作用进行了分析研究。结果表明，协同工作作用的本质即为整片玻璃幕墙呈现出的“薄膜效应”，协同工作作用随着幕墙结构的挠度变大而增强，随着拉索应力的提高而增强。此外，协同工作效应还与拉索预应力、拉索直径、玻璃厚度和夹具平动刚度等因素有关。
　　 3.通过对隐式双索夹持式玻璃幕墙进行参数化分析可知，幕墙结构的静力性能和动力性能均与拉索预应力、拉索直径、玻璃厚度和夹具平动刚度等因素有关。随着拉索直径的增加，结构中的最大索力将会减小，最大挠度将会增大，幕墙结构的自振频率将会降低。随着拉索预应力的提高，幕墙结构中的最大索力将会增大，最大挠度将会减小，幕墙结构的自振频率将会提高。随着玻璃厚度的增大，幕墙结构中的最大索力几乎不变，最大挠度略微减小，幕墙结构的自振频率将会缓慢提高。
　　 4.通过有限元模拟和试验研究可知，夹持节点处存在一定的连接刚度，它与夹具的材料、尺寸和接触表面有关。根据理论分析和试验研究的结论并参照相关文献，确定简化模型中夹持节点的平动刚度取为k=4×104N/mm。