本文作者：王飛勇 花定興 張桂先
1.單索結構理論計算方法在規范中的空白
《建筑結構
可靠度設計統一標準》中“
極限狀態設計表達式”－節對于每一種組合均注明:“
荷載效應的
基本組合僅適用于
荷載效應與荷載為線性關系的情況”，《
建筑結構荷載規范》條文說明3.2中也說明:“必須注意，規范給出的表達式都是以荷載與荷載效應有線性關系為前提，對于明顯不符合該條件的情況，應在各本
結構設計規范中對此作出相應的補充規定。”《
玻璃幕墻工程技術規范》 JGJ 102一2003
作用效應組合基本延續《建筑結構荷載規范》的表達式，并投有注明僅適用于荷載與荷載效應成線性關系的結構，導致一些幕墻結構設計人員誤解。實際上，現在幕墻結構體系中的單向單索或單層
平面索網(以下統稱單索)結構正是荷載與荷載效應不成線性關系的結構，因此，(建筑結構荷載規范》和《
玻璃幕墻工程技術規范》的效應組合并不適用于單索結構體系，也沒有給出單獨的計算方法。
隨著社會經濟的發展，業主和建筑師對美觀的要求越來越高，單索結構體系由于
其通透性、簡潔性得到了越來越普遍的應用，特別是在一些機場、科技館之類的
公共建筑，如廣州白云機場二期擴建工程、昆明機場主航站樓、長春科技館等等，都采用了大面積的單索結構幕墻，單索結構應用越來越廣泛了。由于單索結構幾何
非線性的特點，單索結構在初始狀態下
剛度為零，只有當
變形后才具有剛度，而且，隨著荷載的增加，結構變形越大，抵抗荷載的能力越強，也即剛度越大，因此，單索結構是典型的幾何非線性結構，明顯不滿足“荷載與荷載效應成線性關系”的條件。由于沒有相關規范對單索計算方法作出規定，這就導致了不管是業主、
招標代理單位、設計院、幕墻顧問公司，還是幕墻設計和施工單位，在單索等大變形結構的設計計算中存在一定的誤區。
2.目前單索結構計算理論的誤區
按照《建筑結構荷載規范》的極限狀態表達式，均是荷載產生的效應進行疊加組合，在小變形結構中，結構是線
彈性的，因此，各荷載的效應是可以進行疊加的;但是在大變形結構中，荷載和荷載效應是非線性的，那么荷載效應就不能進行疊加;因此，計算像單索這種大變形結構時，應該采用
荷載組合而不是效應組合，這是大變形結構與小變形結構一個重大的不同之處，也是《建筑結構荷載規范》“
荷載效應組合”在概念上不符合大變形結構的地方。這一點在實際應用中反而歪打正著，這是因為，在幕墻行業中，為了計算上的方便，
幕墻結構計算人員都是普遍采用荷載組合而不是效應組合。計算
撓度時，大家采用荷載
標準值組合，計算拉力時，大家采用
荷載設計值組合。我們肯定了在單索等大變形結構中采用荷載組合而不是效應組合的正確性，現在主要探討的是:對于單索這種幾何非線性結構，計算撓度采用荷載標準值組合，計算結構的拉力時，能采用荷載設計值組合嗎?采用荷載設計值組合來計算能保證單索的最小總安全系數K=2.5嗎?實際上大多數幕墻結構設計人員都是采用荷載設計值組合計算單索，即計算荷載設計值時，先考慮一個荷載
分項系數，譬如
風荷載分項系數取1.4，選用材料的時候再按照JGJ 102一2003的要求取用1.8的安全系數，這樣似乎滿足了K=1.4x1.8=2.52的要求;其實，按照荷載設計值組合，荷載放大1.4倍，由于單索結構的幾何非線性，其拉力并沒有放大1.4倍;而且，單索結構中，預拉力在單索最終拉力中占的比重很大，一般為最終拉力的60%以上(可以用下節推導的表達式證明)，幕墻結構計算中預拉力往往不取分項系數或取不足1.4的分項系數，這就進一步的導致總安全系數降低的情況。這是目前單索結構計算中普遍存在的問題，希望引起大家的重視。
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