單層平面索網(wǎng)玻璃幕墻結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計反應(yīng)譜研究

王秋婧

摘? ? 要：根據(jù)單層平面索網(wǎng)玻璃幕墻結(jié)構(gòu)的相關(guān)特點，通過構(gòu)造一系列質(zhì)點體系，同時對不同區(qū)域的地殼振動情況研究，提取各種物理數(shù)據(jù)，從而求得單層平面索網(wǎng)玻璃幕墻結(jié)構(gòu)在不同程度地殼振動情況下的加速度反應(yīng)譜，并根據(jù)合理的加速度反應(yīng)譜得出設(shè)計地震反應(yīng)譜與相關(guān)的地震影響系數(shù)。本文主要針對上述情況對單層平面索網(wǎng)玻璃幕墻結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計反應(yīng)譜研究過程的相關(guān)問題進行闡述說明，以供讀者進行相關(guān)參考。

關(guān)鍵詞：單層平面索網(wǎng)玻璃幕墻結(jié)構(gòu);質(zhì)點體系;抗震設(shè)計反應(yīng)譜研究

1? ?研究單層平面索網(wǎng)玻璃幕墻結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計反應(yīng)譜的必要性

近幾年，國內(nèi)建筑幕墻的應(yīng)用范圍越來越廣，幕墻形式由傳統(tǒng)的框架式玻璃幕墻趨向于層間更大，通透性更高的全玻幕墻，因此單層平面索網(wǎng)玻璃幕墻結(jié)構(gòu)備受建筑師的青睞。由于我國屬于地震頻發(fā)的國家，當?shù)貧ぐl(fā)生不同程度的振動時，對大型玻璃幕墻結(jié)構(gòu)的損害影響是不可忽略的。通過對我國各地相關(guān)事例研究可以得知，建筑結(jié)構(gòu)在遭受到外界地震因素的破壞時，外圍護結(jié)構(gòu)會引發(fā)自身的次生危害，這些次生災(zāi)害也為相關(guān)的安全埋下隱患。單層平面索網(wǎng)玻璃幕墻由于其結(jié)構(gòu)本身的特殊性，研究員通過大量的試驗數(shù)據(jù)研究得出科學(xué)合理的反應(yīng)譜公式，從而最大程度上減少地震荷載對幕墻結(jié)構(gòu)所造成的危害，因此對其進行抗震設(shè)計反應(yīng)譜的研究是十分必要的。

2 關(guān)于單層平面索網(wǎng)玻璃幕墻結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計反應(yīng)譜的研究

2.1? 注重單層平面索網(wǎng)玻璃幕墻的力學(xué)結(jié)構(gòu)特點

單層平面索網(wǎng)玻璃幕墻結(jié)構(gòu)是非線性的單質(zhì)點體系。假設(shè)相對應(yīng)的質(zhì)點質(zhì)量為M;索結(jié)構(gòu)的截面參數(shù)用EA表示，根據(jù)參數(shù)表達式可知，材料屬性和索截面不同，對應(yīng)的EA值也是不同的;單索對應(yīng)的預(yù)緊力為F。通過這些物理量的表達關(guān)系，可以得出在初始狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)剛度為4F/L，綜上得出結(jié)構(gòu)的固有頻率為（4F/LM）1/2。當外界產(chǎn)生振幅為y的振動頻率時，可以得出結(jié)構(gòu)體系的剛度，此時結(jié)構(gòu)體系會產(chǎn)生一個固定的振動頻率[2]。

在振動的過程中，結(jié)構(gòu)體系的剛度是不斷變化的。因此，可以將單質(zhì)點體系的工作頻率作為在振動條件下的平均頻率w，通過相應(yīng)的公式計算得出結(jié)構(gòu)體系在振動過程中的平均周期。然后就可以利用非線性單質(zhì)點體系的絕對加速度反應(yīng)譜與線性單質(zhì)點體系的絕對加速度反應(yīng)譜數(shù)值相等的條件，計算出非線性反應(yīng)譜下工作周期所對應(yīng)的譜值。以上就是通過分析結(jié)構(gòu)體系力學(xué)的受力特點，進而得出有關(guān)的反應(yīng)譜的具體數(shù)值。

2.2? 對抗震設(shè)計應(yīng)用的相關(guān)規(guī)范

目前，我國對于建筑外圍護結(jié)構(gòu)在抗震作用下的安全性要求非常嚴格。針對單層平面索網(wǎng)玻璃幕墻結(jié)構(gòu)，在JGJ 102—2003《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范》，GB 50011—2010（2016）版《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》以及JGJ 257—2012《索結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》中可以查詢相關(guān)的抗震計算。即玻璃幕墻結(jié)構(gòu)體系受到外界振動因素的干擾，除了考慮結(jié)構(gòu)體系本身所受的重力及風(fēng)荷載以外，還要考慮傳來的地震作用標準值。地震作用標準值與水平地震影響系數(shù)有關(guān)，此外地震作用標準值與結(jié)構(gòu)體系的平面面積大小有直接的關(guān)系[3]。

2.3? 解決非線性單質(zhì)點體系的構(gòu)造問題

由于單層平面索網(wǎng)結(jié)構(gòu)為非線性單質(zhì)點體系，因此在實際工程中，解決非線性單質(zhì)點體系的構(gòu)造問題對于相關(guān)的反應(yīng)譜研究具有十分重要的作用。針對單層平面索網(wǎng)玻璃幕墻的結(jié)構(gòu)特點，包括結(jié)構(gòu)體系的質(zhì)量，索截面大小，可以得出具有不同頻率的單質(zhì)點模型[4]。

在不同強度的地震波作用下，不同構(gòu)造的單質(zhì)點體系有不同的峰值速度，峰值位移，有效峰值速度，唯一延性等多種地震參數(shù)。因此，對單層平面索網(wǎng)玻璃幕墻結(jié)構(gòu)中的每一種材料都要進行詳細的研究，不同的材料特性均會導(dǎo)致這些數(shù)值的變化，掌握了材料參數(shù)的特性才能為后續(xù)的反應(yīng)譜值的計算提供合理的條件。通過大量的實驗研究可知，面積不同，構(gòu)造不同的幕墻結(jié)構(gòu)在相同地震條件下其穩(wěn)定性存在很大的差異，各自的剛度與抵抗變形的強度也各不相同。

在研究抗震設(shè)計時，為了求得更加準確的反應(yīng)譜結(jié)果，所用到的試驗儀器及試驗?zāi)Ｐ途璺舷嚓P(guān)的精度要求及規(guī)范要求，這樣求得的反應(yīng)譜數(shù)值才是接近真實值與可靠的，對于單層平面索網(wǎng)玻璃幕墻結(jié)構(gòu)才會提供最有效的數(shù)據(jù)支撐及借鑒。

2.4? 合理分析非線性時程反應(yīng)

非線性時程反應(yīng)分析是指對不同構(gòu)造體系在不同的振動頻率下其振動加速度的計算，從而有助于得出小震，中震，大震條件下的加速度反應(yīng)譜的曲線，便于更加形象直觀的了解結(jié)構(gòu)所具有的抗震特性[5]。

在結(jié)構(gòu)體系的時程分析中涉及多種不同的參數(shù)，通過下述實例進行說明：地震基本設(shè)防烈度為9度，所對應(yīng)的加速度幅值為70gal，這種加速度的幅值是基本烈度下和罕遇烈度下的平均值，取平均值會取得更加準確的結(jié)果，這樣也可以得出有關(guān)的反應(yīng)譜的數(shù)值大小。

除此之外，當結(jié)構(gòu)體系在不同的條件下所產(chǎn)生的各種加速度是不同的，這就為分析非線性時程反應(yīng)增加一定的難度，因此需要專業(yè)的技術(shù)人員及時了解每一種加速度的變化范圍，從而合理分析在不同加速度條件下的非線性時程反應(yīng)情況，便于得出更為準確合理的反應(yīng)譜數(shù)值，間接顯示的抗震特性就一目了然了。

2.5? 對比抗震規(guī)范譜進行分析

技術(shù)人員通過上述方法所求得的非線性反應(yīng)譜與抗震規(guī)范給出的反應(yīng)譜之間有時會存在較大的差別，因此在后續(xù)的過程之中還需要對比抗震規(guī)范給出的譜值。

通過比較兩者之間的數(shù)據(jù)可以得出，在小震情況下，抗震規(guī)范中的位移約為18.6，幕墻規(guī)范值約為81.3，抗震規(guī)范反應(yīng)譜的取值為47.2，所求得的反應(yīng)譜數(shù)值為40.1，對比數(shù)值可知兩者之間存在一定的差異。如果兩種反應(yīng)譜的數(shù)值差異在條件允許的范圍之內(nèi)，那么這種差異可以間接忽略，如果兩者之間的數(shù)值差異較大，那么就需要工程技術(shù)人員重新測量相關(guān)的指數(shù)，來保證所求反應(yīng)譜的準確性。

3? 總結(jié)

本文通過研究非線性單質(zhì)點體系的受力特性，參考相關(guān)抗震規(guī)范，以及現(xiàn)有抗震反應(yīng)譜研究方法，對單層平面索網(wǎng)玻璃幕墻結(jié)構(gòu)的抗震反應(yīng)譜研究進行了借鑒性的歸納。從分析當前的抗震數(shù)據(jù)，解決非線性單質(zhì)點體系的構(gòu)造問題到合理分析非線性時程反應(yīng)，對比抗震規(guī)范譜等多個角度做出科學(xué)合理的闡述，相信會為有關(guān)的設(shè)計師提供寶貴的意見。單索玻璃幕墻結(jié)構(gòu)構(gòu)造及外界影響條件的不同是導(dǎo)致反應(yīng)譜數(shù)值大小變化的關(guān)鍵因素，因此，在分析這類問題時，不能忽略相關(guān)的細節(jié)，嚴格把控所得的數(shù)據(jù)，才會獲得真實可靠的數(shù)值結(jié)果。

參考文獻：

[1] 魏文清.單層平面索網(wǎng)玻璃幕墻的設(shè)計要點[J].建設(shè)科技，2018（2）：122～123.

[2] 賀思維.災(zāi)害作用下單體建筑的功能損失評估方法研究[D].中國地震局工程力學(xué)研究所，2017.

[3] 王迪濤.某大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中的關(guān)鍵問題分析[D].西安建筑科技大學(xué)，2016.

[4] 田敬博.玻璃幕墻和填充墻對高層隔震鋼框架結(jié)構(gòu)動力性能的影響[D].中國地震局工程力學(xué)研究所，2016.

[5] 舒暢.點支式玻璃幕墻單索支承體系承載性能與工程應(yīng)用研究[D].清華大學(xué)，2016.

[6] 王永慧.單層平面索網(wǎng)點支式玻璃幕墻結(jié)構(gòu)性能研究[D].昆明理工大學(xué)，2016.