王秋婧

【摘要】通過將建筑結(jié)構(gòu)的多種設(shè)計方法相結(jié)合，以抗風(fēng)設(shè)計為基準，對比多種等效靜力風(fēng)荷載研究分析方法，并在設(shè)計實驗過程中引入相關(guān)計算參數(shù)及對應(yīng)系數(shù)進行單層平面索網(wǎng)幕墻結(jié)構(gòu)的非線性計算，這種方式會引起較大的偏差，為了盡可能的縮小偏差，在可允許的偏差范圍內(nèi)對這些參數(shù)進行一定的調(diào)整，總結(jié)出關(guān)于抗風(fēng)設(shè)計的一些方法，本文就如何構(gòu)建較好的單層平面索網(wǎng)幕墻結(jié)構(gòu)的實用抗風(fēng)設(shè)計方法展開了研究。

【關(guān)鍵詞】系數(shù)偏差;等效靜力風(fēng)荷載：抗風(fēng)設(shè)計;單層索網(wǎng)

隨著建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方法的不斷更新，多種幕墻結(jié)構(gòu)被廣泛應(yīng)用起來，關(guān)于單層平面索網(wǎng)幕墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法相對以前雖然有所改善，但仍有許多不合理的地方需要改進。就抗風(fēng)設(shè)計而言，如今的設(shè)計方法仍不成熟，在進行這種設(shè)計時所需要的流程十分復(fù)雜。針對單索幕墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計，結(jié)合多種理論并采用等效靜力風(fēng)荷載方法進行實驗，這種方式相較于現(xiàn)在的結(jié)構(gòu)設(shè)計方法來看非常復(fù)雜，因此我們應(yīng)結(jié)合部分重要概念，去進行改進。本文針對單層平面索網(wǎng)幕墻結(jié)構(gòu)如何進行較為實用的抗風(fēng)設(shè)計給出了一系列的措施，并結(jié)合具體實例進行論證。

1、建筑結(jié)構(gòu)等效靜力風(fēng)荷載理論

等效靜力風(fēng)荷載理論是以隨機振動理論為基礎(chǔ)，進行多次風(fēng)洞實驗，并在實驗過程中獲取一系列的單層索網(wǎng)結(jié)構(gòu)的風(fēng)荷載信息，與此同時，將每次實驗的風(fēng)振效應(yīng)結(jié)合起來，得出有關(guān)結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)設(shè)計方法。簡單來講，等效靜力風(fēng)荷載理論，實質(zhì)上就是多次實驗得到的風(fēng)振效應(yīng)的動力系數(shù)用等效靜力法去進行計算，計算出的與之相匹配的荷載系數(shù)即為簡化后的結(jié)果，進而使較為復(fù)雜的脈動風(fēng)動力效應(yīng)問題轉(zhuǎn)化為了靜力效應(yīng)分析問題。將等效靜力風(fēng)荷載理論運用到建筑結(jié)構(gòu)上，即為對抗風(fēng)設(shè)計方法最核心的思想，也是設(shè)計單層索網(wǎng)結(jié)構(gòu)的紐帶，以等效靜力風(fēng)荷載理論為基礎(chǔ)研究單層索網(wǎng)結(jié)構(gòu)在如今一直是比較熱門的研究問題之一。

2、單層平面索網(wǎng)結(jié)構(gòu)的分析方法研究

等效靜力風(fēng)荷載理論有三種分析方法：陣風(fēng)荷載因子法、慣性力法、IRC法及IWL法結(jié)合。這些分析方法在如今已經(jīng)成為建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中不可或缺的三種方法。同樣在考慮單層索網(wǎng)結(jié)構(gòu)時，也需要選擇與之相匹配的分析方法。但是就這三種分析方法，其實也有一些弊端。[2]第一種方法陣風(fēng)荷載因子法相較于其他方法來講表達形式比較單一，其將實際風(fēng)荷載等同于平均風(fēng)荷載，這樣的系數(shù)偏差較大，顯然不符合。第二種方法是分析慣性力法，由于其方法是以多種方程推導(dǎo)設(shè)計而出，系數(shù)偏差會減小很多，同樣與之對應(yīng)的相關(guān)函數(shù)幅度也較為平緩，即這種方法的準確度極高，但由于只是一味的運用公式推導(dǎo)，缺乏實踐性，導(dǎo)致沒有太多的相關(guān)理論得以論證這種方法，也就導(dǎo)致其缺乏一定的規(guī)律性，且在運用這種方法時，方程極為復(fù)雜，工程量太大，實施起來不容易。第三種方法LRC法與IWL法相結(jié)合，這種方法所計算的等效靜力風(fēng)荷載與建筑設(shè)計結(jié)構(gòu)的風(fēng)振效應(yīng)系數(shù)極為相似，其計算出的結(jié)果準確性極高，這種方法也比較適合單層索網(wǎng)幕墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計理念，相較于其他兩種方法來講更為方便，更容易對單層索網(wǎng)結(jié)構(gòu)進行分析設(shè)計。

3、單層平面索網(wǎng)結(jié)構(gòu)的實用抗風(fēng)設(shè)計原則

在單層索網(wǎng)結(jié)構(gòu)的實用抗風(fēng)設(shè)計中，有一些原則問題需要注意：在建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計過程中，要保證其耐久性滿足要求，且抗風(fēng)壓力較強，即應(yīng)具有足夠的強度，進而在測試抗風(fēng)能力時，能以足夠大的強度去承受風(fēng)荷載作用，這就要求設(shè)計建筑結(jié)構(gòu)時，盡可能地控制單層索網(wǎng)結(jié)構(gòu)的最大位移能力，在保證具有較為合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計的同時，以足夠大的強度去降低風(fēng)振動效應(yīng)所帶來的損害。其實在設(shè)計建筑建構(gòu)的時候，不同的平面對應(yīng)了不同的減少風(fēng)壓的數(shù)值，所以在設(shè)計單層平面索網(wǎng)幕墻結(jié)構(gòu)時，要精確計算出所能減少的最大風(fēng)壓的系數(shù)，進而設(shè)計出最完美的抗風(fēng)設(shè)計結(jié)構(gòu)，防止結(jié)構(gòu)遭到破壞。遵循如上的一系列原則，在設(shè)計此種建筑結(jié)構(gòu)時，也就有了保障，才可以設(shè)計出最實用的抗風(fēng)結(jié)構(gòu)。

4、單層平面索網(wǎng)幕墻結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)設(shè)計方法

4.1采取適當(dāng)防震措施

在以風(fēng)荷載理論為基準設(shè)計建筑結(jié)構(gòu)時，還要同時考慮地震荷載，因為地震荷載對抗風(fēng)設(shè)計結(jié)構(gòu)也會產(chǎn)生一些促進作用，尤其在設(shè)計索網(wǎng)幕墻結(jié)構(gòu)時，這種促進作用極為明顯。因此采取適當(dāng)?shù)姆勒鸫胧┦遣豢苫蛉钡?。防震措施有以下幾種方法：第一在設(shè)計索網(wǎng)幕墻結(jié)構(gòu)時，對部分區(qū)域進行防震穩(wěn)定性加強的同時，要考慮其整體性，將索網(wǎng)幕墻的邊緣區(qū)域及中心區(qū)域相結(jié)合來設(shè)計出最穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)體系，這樣也會提高結(jié)構(gòu)的整體剛度及防震度。[3]第二在幕墻結(jié)構(gòu)較為容易松動的部位采取一些固定措施，如增加螺栓數(shù)量或者對這種結(jié)構(gòu)部位進行二次固定，杜絕產(chǎn)生松動的可能性，即從側(cè)面提高了總體結(jié)構(gòu)的防震度。以上設(shè)計方法只是一部分，依照這些設(shè)計理念，能夠有效地提高結(jié)構(gòu)防震度，也是構(gòu)建單層平面索網(wǎng)幕墻抗風(fēng)設(shè)計的必要方法之一。

4.2計算調(diào)整系數(shù)及轉(zhuǎn)換系數(shù)

通過多次實驗分析發(fā)現(xiàn)，在計算調(diào)整系數(shù)與轉(zhuǎn)換系數(shù)時，各個系數(shù)考慮的因素各不相同。調(diào)整系數(shù)主要考慮的是設(shè)計索網(wǎng)幕墻結(jié)構(gòu)的自身因素，例如強度因素、剛度因素、相關(guān)函數(shù)因素等，以這些因素為基準去計算調(diào)整系數(shù)。調(diào)整系數(shù)的數(shù)值與風(fēng)振效應(yīng)頻率也有一定的函數(shù)關(guān)系，通過分析相對應(yīng)關(guān)系得出較為合理的調(diào)整系數(shù)。而在計算轉(zhuǎn)換系數(shù)時，又要考慮有關(guān)地貌的相關(guān)因素，圖1即為某類地貌類型在多組實驗下的轉(zhuǎn)換系數(shù)值。[1]在構(gòu)造出地貌范圍因素與轉(zhuǎn)換系數(shù)的函數(shù)關(guān)系后，即可計算出轉(zhuǎn)換系數(shù)的最優(yōu)值。

通過對這兩種系數(shù)的結(jié)合運算，采用模態(tài)分析方法推導(dǎo)出最簡化的計算公式，求出實用抗風(fēng)設(shè)計的最優(yōu)數(shù)值，進而結(jié)合單層平面索網(wǎng)幕墻結(jié)構(gòu)的特性，構(gòu)建出最優(yōu)的設(shè)計方法。圖2的公式為一階自振頻率計算公式。通過已知常數(shù)查表得到其他數(shù)值，再通過推導(dǎo)進行換算求得脈動系數(shù)及單層索網(wǎng)的方向?qū)挾龋M而再利用上文所求的轉(zhuǎn)換系數(shù)及調(diào)整系數(shù)來計算出抗風(fēng)設(shè)計的最優(yōu)數(shù)值。

總結(jié)：

單層平面索網(wǎng)幕墻結(jié)構(gòu)的實用抗風(fēng)設(shè)計方法種類頗多，但都需要結(jié)合等效靜力風(fēng)荷載理論。通過多次實驗，計算出一系列的最優(yōu)系數(shù)，并結(jié)合等效慣性力的方法，將這些最優(yōu)系數(shù)運用到推導(dǎo)出的簡化公式中，計算出最佳的風(fēng)振系數(shù)。同時盡可能地將偏差范圍縮減到最小，使設(shè)計出的抗風(fēng)效果最優(yōu)。由此得出最合理的單層平面索網(wǎng)幕墻結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)設(shè)計方法，這種方法使索網(wǎng)幕墻的抗風(fēng)安全性研究達到質(zhì)的提升。

參考文獻：

[1]羅益群.單層平面索網(wǎng)幕墻結(jié)構(gòu)的實用抗風(fēng)設(shè)計方法研究[J].門窗，2014（07）：20-21.

[2]趙屹峰，劉堅，羅赤宇.單層平面索網(wǎng)玻璃幕墻抗風(fēng)與抗震研究現(xiàn)狀和進展[J].華南地震，2014，34（S1）：118-123.

[3]李勇.點支式玻璃幕墻單層索網(wǎng)抗震性能及其計算方法研究[D].清華大學(xué)，2009.