摘 要:在
高層建筑中對幕墻
構件進行
強度驗算時,不應采用整體結構的
風荷載計算公式。幕墻構件自身及其與
主體結構連接處的風
荷載內力效應,應為主體結構由于風荷載引起的振動,對于幕墻構件的
支座動力輸入,另加幕墻構件的直接風荷載。本文給出與規范相銜接的近似計算方法。
關鍵詞:高層建筑;幕墻構件;風荷載;振動
前言
我國現行的
建筑結構荷載規范給出的垂直于建筑物表面的風荷載
標準值計算公式為:
對于高度大于30m且高寬比大于1.5的房屋結構,應采用風振系數來體現
風壓脈動的影響。高層建筑在高度為z處的風振系數為:
風振系數被定義為全部計算風壓與靜風壓之比,它反映了風的脈動作用對結構的動力擾動效應,與主體結構的自身動力特性有關。由它算得的風壓數值并不是建筑表面的真實風壓,而是考慮主體結構作為
彈性體,有本身的動力放大作用,并針對結構動內力所采用的等效折算風壓。然而,在高層建筑中,從幕墻構件(如
鋁合金玻璃幕墻的
橫梁立柱、
石材幕墻和
金屬幕墻的
龍骨、點支式幕墻的
鋼結構等)的自身強度及其與主體結構連結而言,幕墻構件與主體結構的動力特性并無直接關系。幕墻構件與主體結構之間的相對位移振動,與主體結構本身的風載振動周期相差甚遠,因此,簡單地采用主體結構的風振系數計算是不適當的。
二、主體結構對于幕墻構件的支座動力輸入
高層建筑中幕墻構件的質量在總體結構分析時,往往作為
靜荷載加到各層樓面。這在動力分析中,相當于認為幕墻構件與主體剛結,這與實際情況比較吻合。盡管它們之間存在
彈性變形,但這種
變形狀態對于主體結構的動力特性的影響極其微小。因此,無論是地震還是風荷載引起的結構振動效應,均可以近似地把主體結構看作“地面”,把幕墻構件看作構筑于“地面”的結構物,吸收“地面”的運動輸入。這樣力學概念就比較明確,計算也比較簡單。
風載對于結構的激振是單向脈沖式的平穩隨機過程,風壓的平均值相當于靜荷載,而風壓的隨機部分是
動荷載;結構物振動的平衡位置并不是無風時的垂直位置,而是平均風壓造成的靜位移位置。本文討論的振動都是圍繞這個平衡位置所發生的振動。
主體結構對于幕墻構件的風荷載振動輸人,對于每一頻率分量各點均可描述為水平方向的線位移運動:
角位移運動:
設幕墻構件下端位移〔相對于平衡位置)為X1,上端位移為X2,見圖la,則角位移與線位移的關系為:
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