SAP之玻璃幕墙结构分析.docx

1、SAP之玻璃幕墙结构分析玻璃幕墙结构出自CKS WiKi跳转到: 导航, 搜索SAP2000可以对索结构及玻璃幕墙进行建模和分析,在建模和分析时有一些需要注意的地方： 1.索的模拟 实际的索和SAP2000中的框架单元，在截面属性上存在一些不同，索是柔性的，不能抵抗弯矩作用，在分析时忽略其抗弯刚度。因此在建模过程中，我们可以用修正截面属性的办法通过框架单元来模拟索，具体做法是将框架截面属性中的“围绕2轴的惯性矩”和“围绕3轴的惯性矩”设为一个较小值，例如0.1。 2.预应力的施加 在SAP2000中可以通过施加应变荷载或温度荷载模拟索中的预拉力。索的弹性模量E和应变比有如下关系： N = X

2、E X A 温度和应变比也有如下关系： = X T 所以： = N / (E X A)，T = N / ( X E X A)，为材料的线膨胀系数 在支座固定的情况下降温或施加收缩应变，都将在索中产生拉力。 3.非线性分析 对于拉索这种柔性体系的分析，需要用到SAP2000的非线性分析功能。 在分析时应该选择“几何非线性参数”中的“P-和大变形”选项，同时应将模拟索的框架单元剖分为足够小的单元，以保证在每个单元内的相对转动较小。 4.荷载和作用 根据点支式幕墙规程（CECS 127:2001）5.3.1条规定，结构需要按下式考虑荷载和作用的效应组合： 对于非线性分析，分析结束时的结构状态/刚度矩

3、阵一般不等于结构的初始状态/刚度矩阵，所以各非线性分析工况的结果一般不能叠加。对于荷载和作用的效应组合，必须正确安排非线性分析工况的先后次序，后一个非线性分析工况应从前一个非线性分析工况结束时的状态/刚度矩阵开始。这样可以保证后一个非线性分析工况是在前面的非线性分析工况结果上叠加，因此最后一个非线性分析工况里就包含了前面分析的所有结果，从而得到多个荷载和作用在非线性分析下的效应组合。 5.主要控制指标和因素 根据点支式幕墙规程5.2.7条规定，索的挠度应控制在l/300以内（l为支承结构的跨度），同一块玻璃面板各支点位移差值和玻璃面板挠度应控制在b/100以内(b为玻璃面板的长边长度)，索中拉

4、力不大于最小整索破断拉力的1/2.5。 下边举两个例子来说明。 单拉索点支幕墙 单拉索点支幕墙出自CKS WiKi跳转到: 导航, 搜索索采用圆36（1X91/3.2）不锈钢索，破断拉力821.53KN，施加预拉力300KN。玻璃面板尺寸为1.2X1.5m，厚度15mm，幕墙高度4.8m，可变荷载考虑风荷载、地震作用、温度作用，如下图所示。 索用框架单元模拟，索直径按照截面积（731.87mm2）折算为30.5mm，同时将框架截面属性中的“围绕2轴的惯性矩”和“围绕3轴的惯性矩”设为0.1。爪件用框架单元模拟，与索连接端释放M2、M3，玻璃面板用壳单元模拟。 定义一个TEMP工况，采用降温法施

5、加预拉力，不锈钢的材料参数取：=0.000012/摄氏度，E=135000000KN/m2，所以T=-253.47摄氏度；定义一个DELTATEMP工况，考虑索中温度作用，年度温差取80摄氏度，本例假设施工时环境温度处于平均值，仅考虑升温对结构的影响，故取T=40摄氏度。指定后的温度荷载如下图所示。 玻璃面板用壳单元模拟，作用在点支式玻璃幕墙风荷载标准值按下式计算： 地面粗糙度取B，基本风压取w0 = 0.45kN/m2 ，离地面高度4.8米处风压高度变化系数z = 1.0，阵风系数gz = 1.88, 风荷载体型系数正压s = 0.8，负压s = -1.0，计算得到 wk = 0.846kN

6、/m2，小于1.0kN/m2，故按点支式幕墙规程5.3.6取风荷载标准值为1.0kN/m2。 定义自重工况为DEAD，风荷载工况为WIND，地震作用工况为QY，非线性分析工况顺序如下图。施加预拉力的TEMP工况为初始工况，考虑自重的DEAD工况随后，这同实际施工中先张拉索再施加结构自重的顺序是符合的。WIND、QY、DELTATEMP工况接在DEAD工况之后，表明这些荷载和作用发生在使用阶段。 幕墙第一、二振型如下图，周期分别为0.138s、0.130s。 我们选择任意一条索来查看它的内力，55号索的内力图如下图所示。 按照点支式幕墙规程索挠度控制在l/300以内的要求，正常情况下，单层索玻璃

7、幕墙为挠度控制，故此各荷载和作用的荷载系数均取1，组合系数风荷载取1，地震作用取0.6，温度作用取0.2。按照非线性分析工况的顺序，可知DeltaTemp工况对应如下荷载和作用的效应组合： 因此，15.1mm 4800/300 = 16mm，索的挠度满足要求。 再查看55号索的轴向受力图，如下图所示。 圆36（1X91/3.2）不锈钢索破断拉力=821.53KN，抗拉承载力设计值取破断拉力的1/2.5，即f=328.61KN。索中最大轴力=303KN 选择 属性 框架截面，选择截面CABLE24、CABLE18，然后点击视图或在屏幕空白处按右键，点击只显示选择对象，框选屏幕上所有对象，得到了全

8、部索节点的选择集。接下来点击 显示 显示表格，弹出Choose Tables for Display窗口，选择ANALYSIS RESULTS 节点输出 位移 Table: Joint Displacements，在窗口右上选择分析工况中选择DELTATEMP工况，点击完成得到DELTATEMP工况下选择节点的位移表，如下图所示。 点击格式，弹出修改/显示数据库表格格式窗口，在中间下部表格排序-按这些域排序处，因为这里需要得到的是U2方向最大位移，所以选择U2按降序排列，如下图所示。右边上部的数据库表格域布置和过滤处，可以通过在Operator域选择合适的操作符、在Filter Value域填

9、写对应的操作值来完成简单的数据过滤操作，域之间的逻辑操作是AND关系。 点击OK后可以发现最大U2方向位移发生在节点155和节点89，如下图所示，42.3mm 显示表格，在Choose Tables for Display窗口中，选择ANALYSIS RESULTS 单元输出 框架输出 位移 Table: Element Forces - Frames，在右上分析工况中不选择MODAL工况，对获得的数据表排序可得圆24（1X61/2.6）索中最大轴力 =138.6KN363.55/2.5=145.42KN，抗拉承载力满足；同样可得圆18（1X37/2.6）索中最大轴力=26.5KN220.39/2.5=88.16KN，抗拉承载力满足