点支承幕墙结构CAE系统的总体设计方案__期刊目录网,论文发表,发表
所属栏目：工业设计论文发表 发布时间：2011-02-25浏览量:95
副标题#e#摘要：本文通过对点支承幕墙结构和CAE计算机辅助工程分析的概述，论述了在点支承幕墙结构分析中采用CAE技术的需求及相关结构分析方法。
关键词：点支撑幕墙 CAE 结构分析
1、绪论
点支承幕墙结构（Point-supporting Curtain Wall structure），改变了过去着重用玻璃来表现窗户、表现建筑、表现质感、表现体形的传统手法，而是透过玻璃清楚地看到支承玻璃的整个结构系统，使这种结构系统从单纯的支承作用转向表现其可见性。结合结构分析的理论方法以完成点支承幕墙结构的计算机辅助工程分析。
2、CAE概述
计算机辅助工程分析(Computer Aided Engineering，CAE)是利用计算机对设计中的产品进行分析和仿真，包括强度分析、刚度分析、运动仿真等。CAE技术是从计算机辅助设计（ComputerAided Design,CAD）中分离出来的，目前，CAE技术已成为制约我国企业新产品开发的主要技术障碍[2]。近年来，随着计算机技术的普及和软硬件性能的提高，CAE分析在工程设计中得到了越来越广泛的应用，已经成为解决复杂工程分析问题的有效途径。
3.点支承幕墙结构分析及其CAE需求
3.1常用点支承幕墙结构分析
①点支承幕墙结构的分类[2]
点支承幕墙是指幕墙玻璃的每一分格，以点连接形式将幕墙载荷和作用传递到支撑结构的无金属框，视野开阔的玻璃幕墙。点支承幕墙至少应包含下列内容：
1)它不仅是一个方法，而是一个系统，构成系统的各要素，互相依存，互相
制约，互相影响；
2)该系统三要素是：玻璃（幕墙的面板），钢爪或其它连接件，支承结构；
3)支承结构对玻璃的连接是点连接；
4)视野开阔，通透性强。
点支承幕墙结构的分类方法很多，一般是按幕墙背后的支承结构来分类。支承结构是点式玻璃幕墙重要的组成部分,它能把玻璃表面承受的风荷载、温度差作用、自身重量和地震荷载传给主体结构。因此,支承结构必须有足够的强度和刚度。它相对于主体结构有特殊的独立性,又是整体建筑不可分离的一部分。支承结构既要与主体结构有可靠的连接,又不承担主体结构因变形对幕墙产生的附和作用。支承结构包括横梁和立柱,有的只设立柱
[16]。
②点支承幕墙结构分析[2][1][3][4][5]
现以点支承幕墙结构特征分类方法，对点支承幕墙结构进行分析：
1)钢结构
点支承幕墙钢结构形态较多，常见的有单梁点支承幕墙、平面桁架点支承幕
墙和空间桁架点支承幕墙等。
a.单梁点支承幕墙
单梁点支承幕墙的金属梁（园管、方管或异形梁）支承在主体结构上，在单梁上安装钢爪，面板玻璃四角开孔，用安装在玻璃肋上连接板（钢爪）中的螺栓穿入面板玻璃孔与连接板（钢爪）紧固。在外表面用铜板作衬垫时为补钉式，用浮头螺栓时为浮头式，用沉头螺栓时为沉头式。支承结构承受玻璃表面的荷载，荷载以点驳接头的集中荷载传给构件，由于在外荷载作用下单梁的效应
随跨度的平方增加，因此只能用于跨度不大的部位。
b.平面桁架点支承幕墙
平面桁架点支承幕墙是在金属桁架上安装钢爪，面板玻璃四角开孔，钢爪上的紧固件穿过玻璃上的孔，紧固后将玻璃固定在钢爪上，钢爪有H形、X形、I形等，紧固件有浮头式、沉头式，金属桁架是由杆件组成的格构体系，当荷载只作用在结点上时，各杆只有轴力，截面上的应力分布均匀，可以充分发挥材料的作用，是大跨度结构上常用的支承结构。常见的平面桁架有鱼腹式桁架、平行弦桁架、三角形桁架等。
c.空间桁架点支承幕墙
空间桁架点支承玻璃幕墙，就是在一般桁架上伸出悬臂与斜腹杆，形成与桁架十字交叉的桁架。它的形式多种多样，基本类型有三种：单梁翼架，平面桁架翼架和立体桁架翼架。
钢结构是基于经典“小变形”理论基础之上，以数学中的线性场论作为理论
基础的一种结构形态。因而，它不必考虑因大变位#p#副标题#e#、大挠度所引起的几何非线性
性质。此外，钢结构的材料都按处于弹性受力状态而未进入塑性状态计算，即不
考虑材料非线性性质[6][7]。点支承幕墙钢结构多为梁元与杆元的混合结构，受力以节点力为主要形式。因此对其结构分析计算，基本假定可归纳为：节点为钢接点或铰接点；结构承受空间单元线性载荷或节点载荷；结构按“小挠度”理论计算，按弹性方法分析。
2)张拉索杆结构
张拉索杆结构是指由柔性索（或杆）及刚性支撑杆组成的结构，其通常是一
种预应力双层拉索（杆）结构体系，由一系列下凹的受力索（杆）和上凸的稳定
索（杆）及撑杆组成。它们布置在同一平面内，是类似平面桁架的具有预应力的
几何非线性、材料线性结构。该结构体系具有自重轻、截面小、轻盈通透、视野开阔、造型简洁、能充分体现建筑的时代感和高科技的氛围，故越来越为更多的
建筑师所青睐。但其理论相对不够成熟，国内或国外的研究机构都没有形成一套
成型的理论体系，已建工程的分析设计一般参照悬索结构或预应力钢结构相关理
论[1]。张拉索杆结构点支承幕墙已发展为：
a. 拉索（杆）点支承幕墙。
b. 单层索网点支承幕墙。
c. 张拉自平衡索杆结构点支承玻璃幕墙。
前两种使用于锚定结构能承受张拉力的建筑，在主体(锚定)结构不能承受张拉力时，使用张拉自平衡索杆结构。同时可用三者中任何二（三）种组合成张拉索杆结构体系。对于层高较高的建筑，往往用桁架作为主支承结构，当桁架按每块玻璃宽度设置（即玻璃全支承在桁架上）时为桁架点支承玻璃幕墙，当桁架按多块玻璃宽度设置时，需在桁架上设置水平拉索（杆），或张拉自平衡索杆结构作为横向支承，在竖向桁架上和水平支承结构上分设钢爪以固定玻璃，即为竖向桁架、水平拉索（杆）或竖向桁架、水平向张拉自平衡索杆结构点支式玻璃幕墙。当采用水平拉（索）时要注意边柱（伸缩缝处柱）对水平张力的平衡。而水平张拉自平衡索杆结构的水平张力由梭形的自平衡结构中的压杆承担，不传给桁架（柱），桁架（柱）只承担张拉平衡结构索杆的支座反力[8]。因此对张拉索杆结构的一般分析计算，其基本假定可归纳为：结构为几何非线性材料线性，刚度较小，当节点外载荷作用时，结构会改变几何形状，产生较大的挠曲变形。一般情况下，按悬索结构或预应力钢结构相关理论进行计算。
4、结论
本文对点支承幕墙结构和CAE计算机辅助工程分析的概述，论述了在点支承幕墙结构分析的变形计算及相关算法，并对点支承幕墙结构CAE系统需求进行了分析
。
参考文献
[1]刘志龙.点支接驳玻璃幕.中国建筑幕墙行业专业网，2000
[2]关定斌，胡炳安.点式玻璃幕墙.建筑材料与施工，2001
[3]彭政国.点式玻璃幕墙的应用.建筑，2001,8
[4]张晓锋.点支式驳接玻璃幕墙的概念分类及特点.方法与应用，2001,7
[5]赵西安，韩平元.点支式玻璃幕墙设计.建筑结构，1999,9
