21 第七章 预应力玻璃结构.pptx

第1页：预应力玻璃结构

预应力玻璃结构

本页以图片形式呈现，展示结构形式与构件组成。

第2页：预应力玻璃采光顶

预应力玻璃采光顶

• 预应力玻璃幕墙结构
• 工程实例分析

第3页：7.1预应力玻璃结构

7.1预应力玻璃结构

• ·玻璃结构的定义：由玻璃面板、支承结构和连接件组成的建筑外围护结构。·建筑要求：通透性，形成宽敞、明亮的室内空间。·结构要求：采用尽量大的玻璃分格，降低支承构件的杆件截面，提高连接件的安全性和耐久性

第4页：南京国际会展（2000年）

南京国际会展（2000年）

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第5页：哈尔滨会展（2002年）

哈尔滨会展（2002年）

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第6页：广州国际会议展览中心

广州国际会议展览中心

• （2002年）

第7页：广州新白云机场等

广州新白云机场等

• 航站楼（2003年）

第8页：北京天文馆（2004年）

北京天文馆（2004年）

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第9页：玻璃材料脆性材料

玻璃材料脆性材料

• 料，一直到破坏之前，应力—应变几乎是线性关系；2常用建筑玻璃包括：退火玻璃、钢化玻璃、夹胶玻璃和中空玻璃等。玻璃结构的构成

第10页：支承体系玻璃结构

支承体系玻璃结构

• 构的构成

第11页：玻璃肋支承

玻璃肋支承

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第12页：刚架支承

刚架支承

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第13页：桁架支承体系

桁架支承体系

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第14页：拉索撑杆驳接系统玻璃面边界支座玻

拉索撑杆驳接系统玻璃面边界支座玻

• 璃面驳接系统撑杆拉索边界支座拉索撑杆驳接系统玻璃面边界支座玻璃面驳接系统撑杆拉索边界支座拉索撑杆驳接系统玻璃面边界支座边界支座拉索撑杆驳接系统玻璃面

第15页：铰支座玻璃面驳接系统撑杆拉索中间

铰支座玻璃面驳接系统撑杆拉索中间

• 支座桁架撑杆拉索拉索拉杆铰支座玻璃面驳接系统撑杆拉索压杆

第16页：单层平面索网幕墙

单层平面索网幕墙

• 结构优点：结构简洁、轻盈美观、通透性好缺点：对周边支承构件作用力较大

第17页：连接件玻璃结构

连接件玻璃结构

• 构的构成驳接爪

第18页：蝶形爪

蝶形爪

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第19页：

第20页：四边简支玻璃应力分布（厚

四边简支玻璃应力分布（厚

• mm，宽1400，高1800，面荷载1.53m2）最大拉应力理论（第一强度理论）S1=119

第21页：四点支承玻璃最大拉应力分布图

四点支承玻璃最大拉应力分布图

• （12mm厚，宽1500mm，高2500mm，面荷载1.15KNm2）最大拉应力理论（第一强度理论）S1=120

第22页：玻璃结构的发展

玻璃结构的发展

• 年代以前，建筑业一般采用框式玻璃幕墙
• 玻璃面板通过铝合金框固定在建筑物上。国内最早建成的高层玻璃幕墙：1985年，北京长城饭店

第23页：玻璃结构的发展

玻璃结构的发展

• 年代以后，点支式玻璃幕墙得到广泛应用。卢浮宫的金字塔（1993）

第24页：

第25页：玻璃结构的发展（续）

玻璃结构的发展（续）

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第26页：玻璃结构的发展（续）

玻璃结构的发展（续）

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第27页：大型公共民用建筑中第一个采用索结构

大型公共民用建筑中第一个采用索结构

• 点支玻璃技术的是上海大剧院，1998年建成

第28页：第二个大型索结构点支玻璃幕墙

第二个大型索结构点支玻璃幕墙

• 是南京国际会展2000年建成（国内独立完成）面积：1200m2，高度：35m左右，长度：70m～252.4m

第29页：点支式玻璃幕墙

点支式玻璃幕墙

• 工作原理水平受力孔承重受力孔承重受力孔承重受力托块承重受力托块

第30页：幕墙结构设计的一般原则

幕墙结构设计的一般原则

• 1.幕墙应按围护结构设计，不承担主体结构的荷载和作用
• 幕墙及其连接件应具有强度和刚度，以避免在风荷载、地震和温度作用下产生破坏或过大变形
• 连接件应具有足够的位移能力，以避免玻璃因应力集中而破坏
• 应考虑重力荷载、风荷载、地震作用、温度作用和主体结构位移影响下的安全性

第31页：玻璃结构的选型

玻璃结构的选型

• 型根据跨度和功能要求选择玻璃结构类型，如全玻璃结构或玻璃金属组合结构。当选择玻璃金属组合结构时，是刚性结构还是柔性结构支承体系。·玻璃结构的形态分析和荷载效应分析支承结构为刚性结构，计算采用线性计算方法柔性结构体系，结构变形较大，分析时应考虑几何非线性的影响。·关键节点设计30玻璃结构的设计要点

第32页：平衡状态不平衡状态平衡状态不平衡

平衡状态不平衡状态平衡状态不平衡

• 状态平衡态不平衡态初始状态、零状态（无自重、无边界、无预应力）、初始态（自重和预应力作用下的自平衡状态）121+2......形态分析

第33页：7.2预应力玻璃采光顶等

7.2预应力玻璃采光顶等

• 构·与玻璃幕墙结构类似，玻璃采光顶结构也是由玻璃面板、连接爪件和支承结构三部分组成·就玻璃面板和连接爪件而言，两者在很多技术上是相通的；但是在支承结构方面，两者各有其自身特点。·采光顶的支承结构除了要满足通透性这一基本要求外，其结构体系与一般屋盖结构类似。·采光顶的支承体系可以采用一般刚性结构，也可以采用柔性的悬索结构，还可以采用兼具刚、柔特点的混合张力结构

第34页：国外的典型工程大阪海洋博物馆

国外的典型工程大阪海洋博物馆

本页以图片形式呈现，展示该工程的大跨屋盖结构形式与建成效果。

第35页：

第36页：

第37页：

第38页：

第39页：

第40页：汉堡博物馆庭院上的顶棚

汉堡博物馆庭院上的顶棚

本页以图片形式呈现，展示该工程的大跨屋盖结构形式与建成效果。

第41页：汉堡博物馆庭院上的顶棚

汉堡博物馆庭院上的顶棚

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第42页：国内采光顶工程

国内采光顶工程

• 北京植物园

第43页：深圳市民中心采光顶

深圳市民中心采光顶

本页以图片形式呈现，展示该工程的大跨屋盖结构形式与建成效果。

第44页：马鞍形采光顶

马鞍形采光顶

本页以图片形式呈现，展示该工程的大跨屋盖结构形式与建成效果。

第45页：浙江万里学院采光顶

浙江万里学院采光顶

本页以图片形式呈现，展示该工程的大跨屋盖结构形式与建成效果。

第46页：武汉精伦采光顶

武汉精伦采光顶

本页以图片形式呈现，展示该工程的大跨屋盖结构形式与建成效果。

第47页：7.3工程实例分析

7.3工程实例分析

本页以图片形式呈现，给出计算模型与主要分析结果。

第48页：新保利大厦高

新保利大厦高

• 高106m，共23层，建筑平面呈等边直角三角形，直角边长76m。·大厦主体结构由位于三角形角部的3个钢筋混凝土核心筒和连接两个直角边的钢－砼组合框架结构组成。·在大厦的东北立面上设置了大面积点支式玻璃幕墙围护结构。幕墙在立面上呈倒形，轮廓尺寸57.6×87.7m，单体面积约4000m2，是目前国内建造的同类幕墙结构中跨度最大的一座

第49页：

第50页：计算模型及相关参数的确定

计算模型及相关参数的确定

• 结构自振特性分析
• 结构风振反应分析
• 结构地震反应分析主要内容

第51页：计算模型及相关参数的确定

计算模型及相关参数的确定

本页以图片形式呈现，给出计算模型与主要分析结果。

第52页：东北侧幕墙

东北侧幕墙

第53页：南侧幕墙

南侧幕墙

第54页：参照标准

参照标准

• GB50009-2001建筑结构荷载标准
• GB50011-2001建筑抗震设计规范
• JGJ102-96玻璃幕墙工程技术规范
• CECS127-2001点支式玻璃幕墙工程技术规程
• 顾志福，新保利大厦塔楼风荷载研究，2003,8
• 施工图文件，美国SOM建筑设计公司，2003,1253

第55页：结构自振特性分析

结构自振特性分析

• 543211.361.201.020.920.831098761.691.651.611.511.462.
• 东北侧幕墙结构前阶自振频率

第56页：第一阶振型

第一阶振型

• （=0.83）

第57页：第二阶振型

第二阶振型

• （=0.92）

第58页：第三阶振型

第三阶振型

• （=1.02）

第59页：第三阶振型（续）

第三阶振型（续）

• 521.291.110.981098762.212.062.021.941.8758
• 南侧幕墙结构前阶自振频率

第60页：第一阶振型

第一阶振型

• （=0.98）

第61页：第二阶振型

第二阶振型

• （=1.11）

第62页：第三阶振型

第三阶振型

• （=1.29）

第63页：小结东北幕墙

小结东北幕墙

• 上不同部位的索网刚度差异较大。其中上部幕墙由于受到两条主钢索的约束作用上，刚度较好；而右下侧幕墙，由于其跨度较大，因此刚度相对偏柔。2）南侧幕墙在质量和刚度上分配都比较均匀，因此其振动形态类似一块薄板；横向水平拉索对结构动力刚度的贡献较大。3）结构的前几阶振型均在1附近，而这恰好是风荷载能量较集中的频率区间。因此可以判定该幕墙属风敏感结构，需做进一步的风振分析

第64页：结构风振反应分析

结构风振反应分析

• 3.
• 计算方案东北侧幕墙在风吸力作用下的动力时程分析；）东北侧幕墙在风压力作用下的动力时程分析；）南侧幕墙在风吸力作用下的动力时程分析；）提出结构设计所需的风振系数

第65页：计算参数基本风压

计算参数基本风压

• =0.50m2基本风速：0=28m地面粗糙度：类体型系数1.0脉动风速谱：谱时间步长：0.02s计算时长：60s

第66页：计算方法

计算方法

• 采用自行开发的点式玻璃幕墙索支承结构专用设计软件GCCSV2.0
• 采用大型有限元分析软件ANSYS进行校核
• 以上方法已成功应用于广州新白云机场航站楼大跨度幕墙索支承体系的风振性能分析中

第67页：东北侧幕墙负风压

东北侧幕墙负风压

• 020405060-0.10.90.80.70.60.50.40.30.20.10.00.010.11010-1310-1110-910-710-510-31结构最大位移点位移时程和功率谱曲线

第68页：东北侧幕墙负风压（续）

东北侧幕墙负风压（续）

• -0.2-0.10.00.10.20.30.40.501020405060-0.3-0.2-0.10.00.10.20.30.40.5主钢索位移时程010405060-0.10.00.10.20.30.40.50.60.70.820300.010.11010-1410-1210-1010-810-610-410-2671右侧索网节点位移时程和功率谱曲线

第69页：东北侧幕墙负风压（续）

东北侧幕墙负风压（续）

• 16001180012000122001240002040601701751801851901952002052100.010.11010-710-510-310-11011横向索内力时程和功率谱曲线0204060175180185190195200205210215竖向索内力时程主钢索内力时程

第70页：小结结构各点的振动幅值差异较大

小结结构各点的振动幅值差异较大

• 其最大振幅可达到0.8m左右，基本满足结构跨度1/50的要求。2）在1左右的频率区间结构振动出现峰值，说明在此频率附近出现共振现象。3）在风吸力的作用下主钢索内力增加，横向拉索出现不同程度的松弛，说明风吸力对索网结构的整体刚度是不利的。4）索的内力变化相对于初始预张力而言很小，说明对于像索这样的强几何非线性结构，其在风荷载作用下的位移响应问题是主要的，通常索自身的强度问题不起控制作用

第71页：南侧幕墙负风压

南侧幕墙负风压

• 0204050600.40.20.0-0.2-0.4-0.6-0.80.010.11010-1510-1310-1110-310-510-710-91结构最大位移点位移时程和功率谱曲线

第72页：南侧幕墙负风压（续）

南侧幕墙负风压（续）

• 0901001102030400.010.11010-910-710-510-310-1101101050601401501601701801902002030400.010.11010-810-610-410-2100102711横向索内力时程和功率谱曲线竖向索内力时程和功率谱曲线

第73页：小结结构各点的位移变化规律性较好

小结结构各点的位移变化规律性较好

• 平均位移约为0.2m左右，最大位移约为0.4m左右，均满足结构跨度1/50的要求。2）在4左右的频率区间结构振动出现峰值，说明在此频率附近出现共振现象；不过共振现象并不明显，不会对结构安全产生影响。3）竖向索由于受到结构自重的影响，其内力变化幅值较小；横向索相对大一些，说明横向索对水平风荷载的抵抗作用更强一些

第74页：建议风振系数由于索结构

建议风振系数由于索结构

• 响应与荷载呈非线性关系，所以对于索结构而言，定义荷载风振系数在理论上是不正确的，而应该确定结构响应风振系数。=1+73=1+
• 位移风振系数
• 内力风振系数

第75页：建议风振系数

建议风振系数

东北侧幕墙位移风振系数

1.5内力风振系数：主钢索1.1；其余索1.3

南侧幕墙位移风振系数

2.0内力风振系数：1.374

第76页：结构地震反应分析

结构地震反应分析

• 4.

第77页：结构整体自振特性分析

结构整体自振特性分析

• MNMX0.321-04.643-04.964-04.129-03FEB18200408451876=1SUB=2FREQ=.771672USUM（AVG）RSYS=0DMX=.145-03SMX=.145-03第一阶振型（=0.77）

第78页：结构整体自振特性分析（续）

结构整体自振特性分析（续）

• EB182004770844211=1SUB=3FREQ=1.196USUM（AVG）RSYS=0DMX=.123-03SMX=.123-03.274-04.549-04.823-04第二阶振型（=1.19）

第79页：结构整体自振特性分析（续）

结构整体自振特性分析（续）

• 1-04.977-04.130-03FEB18200408421878=1SUB=4FREQ=3.181USUM（AVG）RSYS=0DMX=.147-03SMX=.147-03第三阶振型（=2.42）

第80页：震波

震波

• 条人工波：SYNS波、SYNL波0510202530-60-40-20020406080t50年超越概率63%0510-500-400-300-200-10001002003004007915t50年超越概率2%202530SYNL波（大震）SYNS波（小震）

第81页：条人工波

条人工波

• 波：COURTH波、波、波0246101214-60-40-20020406080t50年超越概率63%01020304050607-80-60-40-20020406080t50年超越概率63%COURTH波（小震）波（小震）

第82页：条人工波（续）

条人工波（续）

• 03002001000-100-200-300-4004005008115t50年超越概率2%波（大震）

第83页：计算方案

计算方案

个地震波输入方向

正西、正北、西南

条地震波

SYNS、COURT

条地震波

SYNL

• 弹性地震分析
• 弹塑性地震分析

第84页：4.1弹性地震时程分析

4.1弹性地震时程分析

• 1.
• 地震波输入方向确定采用小震人工波波，分别从正西、正北、西南三个方向输入，以确定最不利的地震波输入方向。（以东北侧幕墙位移响应为准）西南正北正西输入方向70mm60mm44mm结构最大位移

第85页：震波输入方向确定分别采用小震人

震波输入方向确定分别采用小震人

• 人工波波、COURTH波和波计算结构响应，以确定最不利的地震波。84地震波70mm26mm26mm结构最大位移通过以上分析确定，当采用波从垂直东北侧幕墙方向输入时，结构响应最不利

第86页：东北侧幕墙

东北侧幕墙

• 68101214160.0000.010.020.030.040.050.060.070.08最大节点位移时程246121416405040640740840941041141241385810主钢索应力时程

第87页：东北侧幕墙（续）

东北侧幕墙（续）

• 280282284286288290292294810024612141639139239339439539686810竖向索应力时程横向索应力时程

第88页：东北侧幕墙（续）

东北侧幕墙（续）

• 0.0000.0050.0100.0150.0200.0250.0300.0358100246121416-0.04-0.03-0.02-0.010.000.010.020.030.0487810混凝土筒体顶点位移时程刚性铰转动时程

第89页：小结结构在小震作用

小结结构在小震作用

• 下的变形较小，其中东北侧幕墙最大位移为0.07m（1/824跨度），南侧幕墙最大位移为0.02m（1/1321跨度）。2）主索与吊楼连接处的刚性节点转角为0.4度左右，其对连接东北侧幕墙的两根主索内力起到了一定的调节作用。3）以上计算结果表明，在多遇地震下幕墙结构的响应很小，即小震对结构不起控制作用

第90页：4.2弹塑性地震时程分析

4.2弹塑性地震时程分析

• 461214160.000.050.100.150.208104.2
• 东北侧幕墙SYNL波024121416360380400420440460896810最大节点位移时程主钢索应力时程

第91页：4.2弹塑性地震时程分析（续）

4.2弹塑性地震时程分析（续）

• 30440450810246101214163400360380400420440908竖向索应力时程横向索应力时程

第92页：4.2弹塑性地震时程分析（续）

4.2弹塑性地震时程分析（续）

• .020.040.060.080.100.128100246121416-1.0-0.50.00.51.01.591810混凝土筒体顶点位移时程刚性铰转动时程

第93页：小结结构在大震作用

小结结构在大震作用

• 下的变形较小，其中东北侧幕墙最大位移为0.19m（1/300跨度），南侧幕墙最大位移为0.12m（1/200跨度）。2）索网内力变化不大，但是主索内力变化较明显，可达到索内力的20%以上，需要加以注意。3）主索与吊楼连接处的刚性节点转角为2.3度左右，其对连接东北侧幕墙的两根主索内力起到了较大的调节作用。4）以上计算结果表明，在罕遇地震下幕墙结构的响应能够满足规范大震不倒的要求

第94页：小结结构在大震作用（续）

小结结构在大震作用（续）

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