[提要] 在
建筑幕墙设计中对幕墙
构件进行
强度验算时,不应采用整体结构的
风荷载计算公式。幕墙构件自身及其与
主体结构连接处的风
荷载内力效应,应为主体结构由于风荷载引起的振动,对于幕墙构件的
支座动力输入,另加幕墙构件的直接风荷载。本文给出与规范相衔接的近似计算方法。
[关键词]建筑幕墙幕墙构件风荷载振动
一、前言
我国现行的
建筑结构荷载规范给出的垂直于建筑物表面的风荷载
标准值计算公式为:
对于高度大于
30m且高宽比大于1.5的房屋结构,应采用风振系数来体现
风压脉动的影响。建筑物在高度为z处的风振系数为:
风振系数被定义为全部计算风压与静风压之比,它反映了风的脉动作用对结构的动力扰动效应,与主体结构的自身动力特性有关。由它算得的风压数值并不是建筑表面的真实风压,而是考虑主体结构作为
弹性体,有本身的动力放大作用,针对结构动内力所采用的等效折算风压。然而,建筑物中的幕墙构件,比如
铝合金玻璃幕墙的
横梁立柱、
石材幕墙和
金属幕墙的
龙骨、点支式幕墙的
钢结构等,就其自身强度及其与主体结构连结而言,仅与它们与主体结构(即支座)之间的相对位移振动有关,而与主体结构的动力特性无直接关系。幕墙构件与主体结构之间的相对位移振动,与主体结构本身的风载振动周期相差甚远,因此简单地采用主体结构的风振系数计算是不适当的。
二、主体结构对于幕墙构件的支座动力输入
高层建筑中幕墙构件的质量在总体结构分析时,往往作为
静荷载加到各层楼面。这在动力分析中,相当于认为幕墙构件与主体刚结,与实际情况比较吻合。尽管它们之间可有
弹性变形,但这种
变形状态对于主体结构的动力特性的影响极其微小。因此,无论是地震还是风荷载引起的结构振动效应,均可以近似地把主体结构看作“地面”,把幕墙构件看作构筑于“地面”的结构物,吸收“地面”的运动输入。这样力学概念就比较明确,计算也比较简单。
风载对于结构的激振是单向脉冲式的平稳随机过程,风压的平均值相当于静荷载,而风压的随机部分是
动荷载。结构物振动的平衡位置并不是无风时的垂直位置,而是平均风压造成的静位移位置。本文讨论的振动都是围绕这个平衡位置所发生的振动。
主体结构对于幕墙构件的风荷载振动输入,对于每一频率分量各点均可描述为水平方向的线位移运动 :
,角位移运动:
。设幕墙构件下端位移(相对于平衡位置)为X
1,上端位移为X
2,见图(1)a,则角位移与线位移的关系为:
(a) (b)
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