建筑幕墙动态特性及随机振动分析.doc

PAGE  -  PAGE 8 - 建筑幕墙动态特性及随机振动响应分析 Dynamic characteristics research and response analysis of random vibration for building curtain wall 王乔1 徐艳华1 王锡平2 WANG Qiao XU Yan-hua WANG Xi-ping （山东省建筑科学研究院 山东 济南 邮编 250031） (Shandong Provincial Academy of Building Research, Jinan, 250031) 摘要 本文采用有限元方法，分析了点支承玻璃幕墙结构体系的动态特性。运用CAE 技术，根据结构体系的特点，建立以钢结构梁单元和玻璃板块壳单元为基本单元的有限元分析模型，进行动态特性分析，识别其模态参数即固有频率和振型；然后基于随机振动的虚拟激励法进行了脉动风载荷作用下的随机振动响应谱分析，得出结构在风载荷作用下的节点位移响应功率谱，为进一步结构动力修改和优化提供了依据。 Abstract: In this study, according to the specialty of the supporting structure, the FEA model is established by shell element and beam element as basic unit using CAE technology. The dynamic analysis is carried out using FEA software which gets ideal results of the natural frequency and vibration mode of the whole supporting structure. Based on the finite element method and pseudo-excitation method, the supporting system of glass curtain wall’s response analysis of random vibration is completed, we also get the structure node displacement power spectral density function which can support theory for the dynamic modification and optimization. 关键词 点支承玻璃幕墙、动态特性分析、虚拟激励法、随机振动响应分析 Keywords: point-supported glass curtain wall， dynamic characteristics research, pseudo-excitation method, response analysis of random vibration 一、点支承玻璃幕墙动态特性分析 风对建筑物的影响包括两个部分：风力产生的基本稳定的风压力，即静风的作用；风对建筑结构产生的风振影响，即风的动力作用。我国荷载规范将结构的风振动力特性用引入风振系数的方法来描述，这种方法属于“准动力”方法，即把脉动风的动力作用转为等效的静风荷载求解[1～3]。规范中所采用的风振系数是根据比较规则的悬臂结构推导出来的，对于建筑幕墙等特殊的结构，采用规范的风振系数不够准确。因此在工程中，如何确定结构的动态特性，分析动态荷载对结构的影响，是一个亟待解决的问题[8]。 1.点支承玻璃幕墙有限元模型的建立 1.1点支承玻璃幕墙工程结构体系 本文选取某体育馆实际幕墙工程进行分析。该工程点支承玻璃幕墙立面尺寸宽度62.7米，高度20.95米。为了保证玻璃通透的特性和建筑群内外空间的流通和融合，拟采用2种方案: 方案1为顶部采用变截面工字梁大跨度挑出与管桁架连接；方案2为顶部采用变截面工字梁大跨度挑出与鱼腹式桁架连接。 1.2有限元单元的选取及边界条件的处理 点支承玻璃幕墙的玻璃是通过驳接系统连接到点支承玻璃幕墙支承结构上的，玻璃的厚度相对于面积不到1%，采用shell63壳单元建立玻璃单元。支承结构中变截面工字梁根部与建筑物固定连接，端部用耳板、销轴与管桁架或鱼腹式桁架铰接，因此，采用beam44梁单元建立变截面工字梁单元，根部固定约束，端部与管桁架或鱼腹式桁架耦合为铰接。采用beam4梁单元建立管式钢架或鱼腹式钢桁架单元，上部与变截面工字梁耦合为铰接，下部与基础耦合为铰接。 1.3建立有限元分析模型 图1-1：管桁架有限元模型