单层平面索网玻璃幕墙结构抗震设计反应谱研究

摘    要：根据单层平面索网玻璃幕墙结构的相关特点，通过构造一系列质点体系，同时对不同区域的地壳振动情况研究，提取各种物理数据，从而求得单层平面索网玻璃幕墙结构在不同程度地壳振动情况下的加速度反应谱，并根据合理的加速度反应谱得出设计地震反应谱与相关的地震影响系数。本文主要针对上述情况对单层平面索网玻璃幕墙结构抗震设计反应谱研究过程的相关问题进行阐述说明，以供读者进行相关参考。

关键词：单层平面索网玻璃幕墙结构;质点体系;抗震设计反应谱研究

1   研究单层平面索网玻璃幕墙结构抗震设计反应谱的必要性

近几年，国内建筑幕墙的应用范圍越来越广，幕墙形式由传统的框架式玻璃幕墙趋向于层间更大，通透性更高的全玻幕墙，因此单层平面索网玻璃幕墙结构备受建筑师的青睐。由于我国属于地震频发的国家，当地壳发生不同程度的振动时，对大型玻璃幕墙结构的损害影响是不可忽略的。通过对我国各地相关事例研究可以得知，建筑结构在遭受到外界地震因素的破坏时，外围护结构会引发自身的次生危害，这些次生灾害也为相关的安全埋下隐患。单层平面索网玻璃幕墙由于其结构本身的特殊性，研究员通过大量的试验数据研究得出科学合理的反应谱公式，从而最大程度上减少地震荷载对幕墙结构所造成的危害，因此对其进行抗震设计反应谱的研究是十分必要的。

2 关于单层平面索网玻璃幕墙结构抗震设计反应谱的研究

2.1  注重单层平面索网玻璃幕墙的力学结构特点

单层平面索网玻璃幕墙结构是非线性的单质点体系。假设相对应的质点质量为M;索结构的截面参数用EA表示，根据参数表达式可知，材料属性和索截面不同，对应的EA值也是不同的;单索对应的预紧力为F。通过这些物理量的表达关系，可以得出在初始状态下的结构刚度为4F/L，综上得出结构的固有频率为（4F/LM）1/2。当外界产生振幅为y的振动频率时，可以得出结构体系的刚度，此时结构体系会产生一个固定的振动频率[2]。

在振动的过程中，结构体系的刚度是不断变化的。因此，可以将单质点体系的工作频率作为在振动条件下的平均频率w，通过相应的公式计算得出结构体系在振动过程中的平均周期。然后就可以利用非线性单质点体系的绝对加速度反应谱与线性单质点体系的绝对加速度反应谱数值相等的条件，计算出非线性反应谱下工作周期所对应的谱值。以上就是通过分析结构体系力学的受力特点，进而得出有关的反应谱的具体数值。

2.2  对抗震设计应用的相关规范

目前，我国对于建筑外围护结构在抗震作用下的安全性要求非常严格。针对单层平面索网玻璃幕墙结构，在JGJ 102—2003《玻璃幕墙工程技术规范》，GB 50011—2010（2016）版《建筑抗震设计规范》以及JGJ 257—2012《索结构技术规程》中可以查询相关的抗震计算。即玻璃幕墙结构体系受到外界振动因素的干扰，除了考虑结构体系本身所受的重力及风荷载以外，还要考虑传来的地震作用标准值。地震作用标准值与水平地震影响系数有关，此外地震作用标准值与结构体系的平面面积大小有直接的关系[3]。

2.3  解决非线性单质点体系的构造问题

由于单层平面索网结构为非线性单质点体系，因此在实际工程中，解决非线性单质点体系的构造问题对于相关的反应谱研究具有十分重要的作用。针对单层平面索网玻璃幕墙的结构特点，包括结构体系的质量，索截面大小，可以得出具有不同频率的单质点模型[4]。

在不同强度的地震波作用下，不同构造的单质点体系有不同的峰值速度，峰值位移，有效峰值速度，唯一延性等多种地震参数。因此，对单层平面索网玻璃幕墙结构中的每一种材料都要进行详细的研究，不同的材料特性均会导致这些数值的变化，掌握了材料参数的特性才能为后续的反应谱值的计算提供合理的条件。通过大量的实验研究可知，面积不同，构造不同的幕墙结构在相同地震条件下其稳定性存在很大的差异，各自的刚度与抵抗变形的强度也各不相同。

在研究抗震设计时，为了求得更加准确的反应谱结果，所用到的试验仪器及试验模型均需符合相关的精度要求及规范要求，这样求得的反应谱数值才是接近真实值与可靠的，对于单层平面索网玻璃幕墙结构才会提供最有效的数据支撑及借鉴。

2.4  合理分析非线性时程反应

非线性时程反应分析是指对不同构造体系在不同的振动频率下其振动加速度的计算，从而有助于得出小震，中震，大震条件下的加速度反应谱的曲线，便于更加形象直观的了解结构所具有的抗震特性[5]。

在结构体系的时程分析中涉及多种不同的参数，通过下述实例进行说明：地震基本设防烈度为9度，所对应的加速度幅值为70gal，这种加速度的幅值是基本烈度下和罕遇烈度下的平均值，取平均值会取得更加准确的结果，这样也可以得出有关的反应谱的数值大小。

除此之外，当结构体系在不同的条件下所产生的各种加速度是不同的，这就为分析非线性时程反应增加一定的难度，因此需要专业的技术人员及时了解每一种加速度的变化范围，从而合理分析在不同加速度条件下的非线性时程反应情况，便于得出更为准确合理的反应谱数值，间接显示的抗震特性就一目了然了。

2.5  对比抗震规范谱进行分析

技术人员通过上述方法所求得的非线性反应谱与抗震规范给出的反应谱之间有时会存在较大的差别，因此在后续的过程之中还需要对比抗震规范给出的谱值。

通过比较两者之间的数据可以得出，在小震情况下，抗震规范中的位移约为18.6，幕墙规范值约为81.3，抗震规范反应谱的取值为47.2，所求得的反应谱数值为40.1，对比数值可知两者之间存在一定的差异。如果两种反应谱的数值差异在条件允许的范围之内，那么这种差异可以间接忽略，如果两者之间的数值差异较大，那么就需要工程技术人员重新测量相关的指数，来保证所求反应谱的准确性。

3  总结

本文通过研究非线性单质点体系的受力特性，参考相关抗震规范，以及现有抗震反应谱研究方法，对单层平面索网玻璃幕墙结构的抗震反应谱研究进行了借鉴性的归纳。从分析当前的抗震数据，解决非线性单质点体系的构造问题到合理分析非线性时程反应，对比抗震规范谱等多个角度做出科学合理的阐述，相信会为有关的设计师提供宝贵的意见。单索玻璃幕墙结构构造及外界影响条件的不同是导致反应谱数值大小变化的关键因素，因此，在分析这类问题时，不能忽略相关的细节，严格把控所得的数据，才会获得真实可靠的数值结果。

参考文献：

[1] 魏文清.单层平面索网玻璃幕墙的设计要点[J].建设科技，2018（2）：122～123.

[2] 贺思维.灾害作用下单体建筑的功能损失评估方法研究[D].中国地震局工程力学研究所，2017.

[3] 王迪涛.某大跨度空间钢结构设计中的关键问题分析[D].西安建筑科技大学，2016.

[4] 田敬博.玻璃幕墙和填充墙对高层隔震钢框架结构动力性能的影响[D].中国地震局工程力学研究所，2016.

[5] 舒畅.点支式玻璃幕墙单索支承体系承载性能与工程应用研究[D].清华大学，2016.

[6] 王永慧.单层平面索网点支式玻璃幕墙结构性能研究[D].昆明理工大学，2016.

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