單層平面索網幕墻結構的實用抗風設計方法研究

王秋婧

【摘要】通過將建筑結構的多種設計方法相結合，以抗風設計為基準，對比多種等效靜力風荷載研究分析方法，并在設計實驗過程中引入相關計算參數及對應系數進行單層平面索網幕墻結構的非線性計算，這種方式會引起較大的偏差，為了盡可能的縮小偏差，在可允許的偏差范圍內對這些參數進行一定的調整，總結出關于抗風設計的一些方法，本文就如何構建較好的單層平面索網幕墻結構的實用抗風設計方法展開了研究。

【關鍵詞】系數偏差;等效靜力風荷載：抗風設計;單層索網

隨著建筑結構設計方法的不斷更新，多種幕墻結構被廣泛應用起來，關于單層平面索網幕墻結構的設計方法相對以前雖然有所改善，但仍有許多不合理的地方需要改進。就抗風設計而言，如今的設計方法仍不成熟，在進行這種設計時所需要的流程十分復雜。針對單索幕墻結構的設計，結合多種理論并采用等效靜力風荷載方法進行實驗，這種方式相較于現在的結構設計方法來看非常復雜，因此我們應結合部分重要概念，去進行改進。本文針對單層平面索網幕墻結構如何進行較為實用的抗風設計給出了一系列的措施，并結合具體實例進行論證。

1、建筑結構等效靜力風荷載理論

等效靜力風荷載理論是以隨機振動理論為基礎，進行多次風洞實驗，并在實驗過程中獲取一系列的單層索網結構的風荷載信息，與此同時，將每次實驗的風振效應結合起來，得出有關結構的抗風設計方法。簡單來講，等效靜力風荷載理論，實質上就是多次實驗得到的風振效應的動力系數用等效靜力法去進行計算，計算出的與之相匹配的荷載系數即為簡化后的結果，進而使較為復雜的脈動風動力效應問題轉化為了靜力效應分析問題。將等效靜力風荷載理論運用到建筑結構上，即為對抗風設計方法最核心的思想，也是設計單層索網結構的紐帶，以等效靜力風荷載理論為基礎研究單層索網結構在如今一直是比較熱門的研究問題之一。

2、單層平面索網結構的分析方法研究

等效靜力風荷載理論有三種分析方法：陣風荷載因子法、慣性力法、IRC法及IWL法結合。這些分析方法在如今已經成為建筑結構設計中不可或缺的三種方法。同樣在考慮單層索網結構時，也需要選擇與之相匹配的分析方法。但是就這三種分析方法，其實也有一些弊端。[2]第一種方法陣風荷載因子法相較于其他方法來講表達形式比較單一，其將實際風荷載等同于平均風荷載，這樣的系數偏差較大，顯然不符合。第二種方法是分析慣性力法，由于其方法是以多種方程推導設計而出，系數偏差會減小很多，同樣與之對應的相關函數幅度也較為平緩，即這種方法的準確度極高，但由于只是一味的運用公式推導，缺乏實踐性，導致沒有太多的相關理論得以論證這種方法，也就導致其缺乏一定的規(guī)律性，且在運用這種方法時，方程極為復雜，工程量太大，實施起來不容易。第三種方法LRC法與IWL法相結合，這種方法所計算的等效靜力風荷載與建筑設計結構的風振效應系數極為相似，其計算出的結果準確性極高，這種方法也比較適合單層索網幕墻結構的設計理念，相較于其他兩種方法來講更為方便，更容易對單層索網結構進行分析設計。

3、單層平面索網結構的實用抗風設計原則

在單層索網結構的實用抗風設計中，有一些原則問題需要注意：在建筑結構的設計過程中，要保證其耐久性滿足要求，且抗風壓力較強，即應具有足夠的強度，進而在測試抗風能力時，能以足夠大的強度去承受風荷載作用，這就要求設計建筑結構時，盡可能地控制單層索網結構的最大位移能力，在保證具有較為合理的結構設計的同時，以足夠大的強度去降低風振動效應所帶來的損害。其實在設計建筑建構的時候，不同的平面對應了不同的減少風壓的數值，所以在設計單層平面索網幕墻結構時，要精確計算出所能減少的最大風壓的系數，進而設計出最完美的抗風設計結構，防止結構遭到破壞。遵循如上的一系列原則，在設計此種建筑結構時，也就有了保障，才可以設計出最實用的抗風結構。

4、單層平面索網幕墻結構的抗風設計方法

4.1采取適當防震措施

在以風荷載理論為基準設計建筑結構時，還要同時考慮地震荷載，因為地震荷載對抗風設計結構也會產生一些促進作用，尤其在設計索網幕墻結構時，這種促進作用極為明顯。因此采取適當的防震措施是不可或缺的。防震措施有以下幾種方法：第一在設計索網幕墻結構時，對部分區(qū)域進行防震穩(wěn)定性加強的同時，要考慮其整體性，將索網幕墻的邊緣區(qū)域及中心區(qū)域相結合來設計出最穩(wěn)定的結構體系，這樣也會提高結構的整體剛度及防震度。[3]第二在幕墻結構較為容易松動的部位采取一些固定措施，如增加螺栓數量或者對這種結構部位進行二次固定，杜絕產生松動的可能性，即從側面提高了總體結構的防震度。以上設計方法只是一部分，依照這些設計理念，能夠有效地提高結構防震度，也是構建單層平面索網幕墻抗風設計的必要方法之一。

4.2計算調整系數及轉換系數

通過多次實驗分析發(fā)現，在計算調整系數與轉換系數時，各個系數考慮的因素各不相同。調整系數主要考慮的是設計索網幕墻結構的自身因素，例如強度因素、剛度因素、相關函數因素等，以這些因素為基準去計算調整系數。調整系數的數值與風振效應頻率也有一定的函數關系，通過分析相對應關系得出較為合理的調整系數。而在計算轉換系數時，又要考慮有關地貌的相關因素，圖1即為某類地貌類型在多組實驗下的轉換系數值。[1]在構造出地貌范圍因素與轉換系數的函數關系后，即可計算出轉換系數的最優(yōu)值。

通過對這兩種系數的結合運算，采用模態(tài)分析方法推導出最簡化的計算公式，求出實用抗風設計的最優(yōu)數值，進而結合單層平面索網幕墻結構的特性，構建出最優(yōu)的設計方法。圖2的公式為一階自振頻率計算公式。通過已知常數查表得到其他數值，再通過推導進行換算求得脈動系數及單層索網的方向寬度，進而再利用上文所求的轉換系數及調整系數來計算出抗風設計的最優(yōu)數值。

總結：

單層平面索網幕墻結構的實用抗風設計方法種類頗多，但都需要結合等效靜力風荷載理論。通過多次實驗，計算出一系列的最優(yōu)系數，并結合等效慣性力的方法，將這些最優(yōu)系數運用到推導出的簡化公式中，計算出最佳的風振系數。同時盡可能地將偏差范圍縮減到最小，使設計出的抗風效果最優(yōu)。由此得出最合理的單層平面索網幕墻結構的抗風設計方法，這種方法使索網幕墻的抗風安全性研究達到質的提升。

參考文獻：

[1]羅益群.單層平面索網幕墻結構的實用抗風設計方法研究[J].門窗，2014（07）：20-21.

[2]趙屹峰，劉堅，羅赤宇.單層平面索網玻璃幕墻抗風與抗震研究現狀和進展[J].華南地震，2014，34（S1）：118-123.

[3]李勇.點支式玻璃幕墻單層索網抗震性能及其計算方法研究[D].清華大學，2009.