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　　1　概　述
　　北京新保利大廈二期工程的正立面采用含主次索的復(fù)雜單層索網(wǎng)預(yù)應(yīng)力玻璃幕墻體系,高90m,寬70m,面積之大堪稱世界第一,效果圖見文獻(xiàn)[1]的圖9。結(jié)合晶藝公司設(shè)計的此工程索網(wǎng)幕墻結(jié)構(gòu)方案,在清華大學(xué)結(jié)構(gòu)工程實驗室內(nèi)根據(jù)實際工程設(shè)計了1∶10的試驗?zāi)Ｐ?并進(jìn)行了8·6m×5·5m單層索網(wǎng)點支式玻璃幕墻的模型試驗。單層索網(wǎng)玻璃幕墻被兩根斜主索分成3部分:水平索主要承受風(fēng)載,豎向索主要承受墻面自重,索網(wǎng)的兩端固定在剛架邊框上。本文結(jié)合此試驗?zāi)Ｐ?介紹有限元程序的設(shè)計計算過程以及預(yù)應(yīng)力的控制技術(shù),為實際工程施工提供參考和依據(jù)。
　　2　模型的設(shè)計與分析
　　2·1　計算軟件及有限元模型的選取
　　本項目在進(jìn)行有限元設(shè)計分析時,采用目前在國際上得到廣泛應(yīng)用的大型有限元分析計算軟件ANSYS,計算采用彈性-大變形有限元分析模塊模型中幕墻拉索采用link10單元,該單元為三維只拉單元,用于描述拉索不能承受壓力的特性,連桿采用link8單元,既可受拉也可受壓。張拉過程中索的變形與拉力影響很大,因此在分析過程中考慮索的幾何非線性。在模型承載過程中,索網(wǎng)的節(jié)點看作是鉸接的;在模型張拉過程中,橫索和豎索的節(jié)點認(rèn)為在水平x方向和豎直z方向可以相對滑動,因此在ANSYS中把橫索和豎索在y方向耦合起來,并通過對索施加初始預(yù)應(yīng)變來模擬其預(yù)拉力。
　　2·2　基本參數(shù)取值及荷載計算
　　參考北京新保利大廈的實際工程,利用有限元軟件反復(fù)設(shè)計和計算,保證索在施加預(yù)應(yīng)力后在各種荷載組合作用下不發(fā)生過大變形或索拉力,結(jié)合實驗室的條件,確定試驗?zāi)Ｐ偷牟牧蠀?shù)取值見表1。試驗?zāi)Ｐ偷乃骶W(wǎng)結(jié)構(gòu)布置如圖1,試驗中對橫索和豎索在每一步張拉時進(jìn)行監(jiān)測。

　　與試驗?zāi)Ｐ筒捎玫牟牧蠀?shù)相對應(yīng)的荷載結(jié)構(gòu)自重為:墻面玻璃(采用6mm鋼化玻璃)0·15kN/m2連接件0·11kN/m2,支承結(jié)構(gòu)0·02kN/m2,合計墻面0·28kN/m2。風(fēng)載:北京基本風(fēng)壓為wo50=45kN/m2(50年一遇)。《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(GB50009-2001)規(guī)定需計算圍護(hù)結(jié)構(gòu)的局部體形系數(shù):正壓區(qū)(迎風(fēng)墻面+0·8,負(fù)壓區(qū)(背風(fēng)墻面)-1·0;封閉建筑內(nèi)表面風(fēng)壓體形系數(shù):正壓區(qū)-0·2,負(fù)壓區(qū)+0·2。C類地面粗糙度 0m高處陣風(fēng)系數(shù)βgz=2·10,μz=0·74。地震:北京抗震設(shè)防烈度8度(第一組),設(shè)計基本地震加速度0·2g,水平地震作用地震影響系數(shù)αmax=0·16。索預(yù)拉力的原則是保證在各種荷載組合作用下不發(fā)生過大變形或過大索拉力,經(jīng)有限元計算并考慮到試驗條件,試驗?zāi)Ｐ偷闹鞔嗡黝A(yù)應(yīng)力取值如表1。

　　2·3　承載力及變形計算
　　幕墻結(jié)構(gòu)承載力及變形計算結(jié)果如表2所示。對于柔性結(jié)構(gòu),有關(guān)幕墻變形控制指標(biāo)規(guī)范未規(guī)定。由于本工程單層索網(wǎng)結(jié)構(gòu)的特殊性,不應(yīng)采用現(xiàn)行規(guī)范衡量此工程平面內(nèi)的變形性能(《玻璃幕墻技術(shù)規(guī)程》(CECS127∶2001)規(guī)定支承結(jié)構(gòu)的相對撓度不應(yīng)大于1/300)。從點支式玻璃面對變形的適應(yīng)能力來考慮,在最不利荷載組合下,幕墻結(jié)構(gòu)的變形可控制在1/50。表2中索網(wǎng)幕墻的變形滿足這一要求。