钢结构建筑玻璃围护结构震害模拟方法研究

发布时间：2020-09-24 16:05

　　自1994年美国北岭地震、1995年日本阪神地震起,玻璃幕墙震害开始引起工程抗震设计研究人员关注,然而在我国2008年的汶川地震中却鲜有发现玻璃围护结构震害,这一度使我国工程抗震界形成了我国的玻璃围护结构抗震设计相当安全可靠的印象。时隔十年,在2017年8月8日的九寨沟7.0级地震中,却发现了玻璃幕墙及玻璃屋顶严重破坏且导致生命财产遭受重大损失的案例。因此,十分有必要对作为现代化都市重要建筑特征的玻璃围护结构的安全问题重新审视。本文从玻璃围护结构的基本构造单元入手,针对其在地震作用下的破坏机理及其非线性数值模拟方法开展研究,具有重要的理论意义和工程应用价值。主要研究内容包括如下三个方面:1.文献综述及玻璃围护结构基本单元力学特征分析。在系统梳理钢结构建筑最常用的点支式玻璃幕墙围护结构体系基础上,分别研究了玻璃幕墙基本构成单元各组成部分的力学性能,通过非线性屈曲分析得到了玻璃面板的面内应力分布规律,通过理论推导得到金属连接件活动空隙给点支式玻璃幕墙带来的可适应的层间位移量公式。2.以九寨沟地震中某酒店钢结构建筑为例,系统地分析总结了玻璃围护结构的震害特征规律。总结了某酒店大堂结构在九寨沟地震中的震害情况,统计了该大堂结构采光顶和玻璃幕墙结构的破坏,分析了破坏特征规律,指出该结构震例的玻璃围护结构破坏规律呈现出一定的对称性和结构上的必然性。3.给出了一种玻璃围护结构与建筑主体结构一体化分析的快速非线性有限元数值模拟分析方法,合理地解释了案例钢结构建筑玻璃围护结构的震害机理,以实际震害验证了数值模拟方法的可靠性。以九寨沟地震玻璃围护结构破损严重的某酒店钢结构建筑为例,利用SAP2000软件,建立了有限元数值分析模型,从实际强震动记录特征分析入手,针对案例结构采光顶和立面点支式玻璃幕墙震害机理解释,给出了玻璃围护结构与建筑主体结构一体化分析的有限元数值模拟方法。分析结果表明,案例结构采光顶破坏的直接原因为局部振型突出导致玻璃面板绝对加速度过大,致使玻璃面板局部破坏;建筑四面点支式玻璃幕墙破坏的直接原因为层间位移过大,以及部分支撑结构破坏,引发玻璃面板面内挤压剪切变形破坏;同时,因钢结构本身及玻璃幕墙围护体系阻尼过小,结构多阶局部振型频率与地震动卓越频率接近,致使结构局部振动明显,发生类共振现象,成为玻璃围护结构破坏的重要原因。
【学位单位】：中国地震局工程力学研究所
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TU391;TU352.11
【部分图文】：

水晶宫,玻璃幕墙,二十世纪,纽约

就用石英砂、碱和石灰石等材料制成玻璃珠和装王承遇等，2010）。但是在漫长的历史中，由于技不高，用途一般为玻璃器皿、装饰品和工艺品等的形式，广泛用于教堂的门窗、装饰中。技的发展，玻璃的性能发生了天翻地覆的变化。璃，在力学性能方面有极大提高，玻璃成为现代建后第四大建筑材料（林海珠，2018）。在现代建筑璃幕墙。玻璃幕墙是以承受水平风荷载为主的外由支承结构体系和玻璃面板组成，相对主体结构）。在商业建筑、地标性建筑中，玻璃幕墙因其良，深受国内外建筑师的青睐。幕墙结构是 1851 年建立的英国伦敦工业博览会水 90000m2，这是玻璃第一次用在建筑的围护结构魅力，成为现代玻璃幕墙建筑的先驱。

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中国地震局工程力学研究所硕士学位论文墙结构。玻璃面板为中空玻璃，并使用银灰色镀膜，不透光的部分是单层铝板并且加保温层（钟康，2014）。20 世纪 90 年代以来，点支式玻璃幕墙开始在我国引进应用，如北京植物园展览温室等。深圳机场新航站楼是国内第一个自行设计制作和安装的大规模采用点支式玻璃幕墙的建筑，其玻璃幕墙面积超过 10 万平方米。随着我国玻璃幕墙技术的发展，玻璃幕墙在中国使用越来越多，我国众多标志性的建筑物均采用了玻璃幕墙结构，如上海大剧院、上海金茂大厦、深圳地王大厦、北京贸易中心等。

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