发布时间 : 星期三 文章浅谈拉索(拉杆)与框架结构复合体系在大型公建项目中的应用全解更新完毕开始阅读
五、结构分析 1、模型建立
本文采用福州海峡国际会议展览中心标准立面大样作为结构分析典型立面，其相关计算参数如下（图7）所示：
A类地区；
玻璃分格3m（宽）×2m（高），横梁跨度9m，幕墙高度22m，标高22.00米，玻璃采用8+1.52PVB+8+12A+10的中空钢化夹胶LOW-E玻璃，横梁采用260×110×8mm Q235B矩形钢管，竖索采用Φ16（1×19）不锈钢拉索；
风荷载标准值：Wk=1.926 KN/m；
单位分格玻璃自重荷载标准值：Gk1=4.23KN；
单位长度（2m）钢梁的自重荷载标准值Gk2=1.39KN；（本模型为简化计算，未考虑地震荷载作用）
图7标准立面大样
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2、玻璃板块结构分析
玻璃分格为3m（宽）×2m（高），采用对边简支板有限元模型进行分析，结果如下：
图8玻璃挠度变形图
df=32.5mm < df lim= 2000/60=33.3mm，玻璃刚度满足要求。
图9玻璃应力云图
玻璃板块的边缘最大应力为σ= 58.87N/mm2 <ｆg=67N/mm2（JGJ113-2009），玻璃强度满足要求。 3、钢横梁结构分析
钢横梁结构分析采用SAP2000有限元软件进行分析，自重荷载及约束模型如图8所示，水平风荷载如图9所示：
图8自重荷载
图9水平风荷载
计算结果，钢横梁在水平向最大位移为34.9mm，竖直向最大位移为0.47mm，如图10所示：
图10钢横梁变形图
钢梁弯矩图如图11、图12所示：
图11弯矩2-2
图12弯矩3-3
钢横梁挠度校核，df≤L/250：df =34.9≤9000/250=36mm，横梁刚度满足要求。 钢横梁强度校核：横梁最不利截面位于跨中，应力σ=151.6 N/mm2 < ｆa=205.0N/mm2
横梁强度满足要求。 4、不锈钢拉索受力分析
不锈钢拉索承受玻璃和钢梁的自重荷载，单层分格的自重荷载标准值Gk= Gk1+Gk2=5.62KN，自重荷载设计值G=1.35× Gk=7.59KN。单根拉索共承受10个分格的自重荷载设计值：G=75.9KN。
拉索选择φ16的不锈钢拉索，其钢索最小破断力标准值为175.48KN，钢丝强度标准值为1320Mpa。钢索断面面积为152.81mm2。拉索最小破断力设计值为175.48/1.8=97.49 KN，钢丝强度设计值为1320/1.8=733.3Mpa。
拉索强度校核：Fmax=75.9 KN < 97.49KN； σ
（注：max=Fmax/A=75900/152.81=496.7Mpa < 733.3Mpa，满足要求。
JG/T200-2007规定1×19不锈钢绞线强度折减系数为0.87，JG/T201-2007规定钢索压管接头最小破断力大于拉索的90%。） 5、钢横梁起拱高度及施工分析
因拉索在玻璃安装过程中，受到玻璃自重荷载的影响会产生伸长变形，为保证安装完成后的立面效果和结构稳定，钢横梁需进行预起拱处理，以抵消钢索的伸长变形。
拉索伸长量可按下式计算：
Δ=(σ/E)×L (式1)
式中 Δ——拉索伸长量（mm）； σ——拉索应力（N/mm2）；
E——不锈钢拉索弹性模量，可取1.30×10（N/mm2）；
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L——拉索单位长度（mm）。
图13拉索示意图
安装第一层玻璃板块时，节点1位移量：Δ1=(σ1/E)×L1；
安装第二层玻璃板块时，节点2位移增加量：Δ2= (σ1/E)×2L1=2×Δ1，同时节点1位移增加量为Δ2/2=Δ1，以此类推，节点位移可按下表所示：
表一（注：Sn代表安装第n层玻璃板块时，各节点的拉索伸长量）： 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 S1 Δ1 Δ1 Δ1 Δ1 Δ1 Δ1 Δ1 Δ1 Δ1 Δ1 S2 2×Δ1 3×Δ1 3×Δ1 3×Δ1 3×Δ1 3×Δ1 3×Δ1 3×Δ1 3×Δ1 3×Δ1 S3 3×Δ1 5×Δ1 6×Δ1 6×Δ1 6×Δ1 6×Δ1 6×Δ1 6×Δ1 6×Δ1 6×Δ1 S4 4×Δ1 7×Δ1 9×Δ1 10×Δ1 10×Δ1 10×Δ1 10×Δ1 10×Δ1 10×Δ1 10×Δ1 S5 5×Δ9×Δ12×Δ14×Δ1 S6 6×Δ11×Δ15×Δ18×Δ20×Δ1 S7 7×Δ13×Δ18×Δ22×Δ25×Δ27×Δ1 S8 8×Δ15×Δ21×Δ26×Δ30×Δ33×Δ35×Δ1 S9 9×Δ17×Δ24×Δ30×Δ35×Δ39×Δ42×Δ44×Δ1 S10 10×Δ19×Δ27×Δ34×Δ40×Δ45×Δ49×Δ52×Δ54×Δ1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 15×Δ1 15×Δ15×Δ15×Δ15×Δ15×Δ1 1 1 1 1 1 21×Δ1 21×Δ1 21×Δ1 21×Δ1 21×Δ1 1 1 1 1 1 28×Δ1 28×Δ1 28×Δ1 28×Δ1 1 1 1 1 36×Δ1 36×Δ1 36×Δ1 1 1 1 45×Δ1 45×Δ1 1 1 55×Δ1 故，每层钢梁在与拉索连接节点处的起拱高度可以按下式进行计算：
S=[a×n-0.5×a×（a-1）] ×Δ1 （式二） 式中 S——钢梁起拱高度（mm）；
a——拉索与钢梁的连接节点编号（由上而下递增）； n——拉索与钢梁的连接节点总数；
Δ1——安装第一层玻璃板块时的拉索伸长量，可按（式一）进行计算（mm）。 由此，理论模型中钢梁在与拉索连接节点处的起拱高度如表二所示： 表二： 钢梁编号 钢梁起拱高度（mm） S1 5.7 S2 10.8 S3 15.3 S4 19.2 S5 22.6 S6 25.5 S7 27.7 S8 29.4 S9 30.6 S10 31.1 但是在实际工程施工中，钢梁对玻璃自重荷载存在刚度贡献，所以实际施工过程中，根据有限元模型分析，钢梁在与拉索连接节点处的起拱高度应按表三所示：
表三： 钢梁编号 钢梁起拱高度（mm） S1 3.4 S2 6.4 S3 9.0 S4 11.2 S5 13.0 S6 14.5 S7 15.7 S8 16.6 S9 17.2 S10 17.4