基于找形分析的单层平面索网玻璃幕墙自平直施工方法

摘要

本发明公布了一种基于找形分析的单层平面索网玻璃幕墙自平直施工方法。本发明方法在非线性有限元施工模拟分析阶段，采用“确定单层平面索网幕墙零状态的非线性有限元逆迭代法”进行找形分析，计算得到初始状态与设计成形状态下竖索上各结点高差值，用于指导现场施工；在现场施工控制阶段，通过画标记点的方法，根据有限元施工模拟计算得到的初始状态与设计成形状态下竖索上各结点高差值确定初始状态下各结点位置（索夹位置），再利用幕墙实际自重作用使所有结点自行位移到设计成形状态位置。本发明方法可节省大量施工成本，可操作性和适用性强（尤其适用于强风或超高幕墙），降低了施工难度和玻璃在施工过程及使用阶段的破损率，减少了安全隐患。

主权项

一种基于找形分析的单层平面索网玻璃幕墙自平直施工方法，其特征在于该方法包括如下步骤：1)非线性有限元施工模拟分析阶段：a)收集实际工程用料的准确几何和物理参数、工程实际边界条件；b)根据收集的实际参数，建立单层平面索网玻璃幕墙的准确有限元模型；c)采用“确定单层平面索网幕墙零状态的非线性有限元逆迭代法”进行找形分析，确定单层平面索网幕墙实际的零状态、初始状态和设计成形状态；所述确定单层平面索网幕墙零状态的非线性有限元逆迭代法如下：确定单层平面索网幕墙零状态的非线性有限元逆迭代法包括如下步骤：1a）分析准备：明确单层平面索网幕墙的设计成形状态、设计预应力和设计成形状态的荷载；设定逆迭代分析的终止判断阈值ε；2a）建立单层平面索网幕墙初始有限元模型：以设计成形状态下的目标几何构形{X}aim作为最初零状态的几何构形{X}1，根据此几何构形、实际边界条件和材料参数建立有限元模型；令k=1；3a）逆迭代分析：31a)对单层平面索网幕墙有限元模型按顺序施加设计预应力和设计成形状态的荷载，进行几何非线性有限元计算，得到节点位移{Δ}k；32a)令{D}k＝{X}aim－({X}k+{Δ}k)，如果‖{D}k‖∞<ε，则结束；否则，令{X}k+1＝{X}k+α{D}k，k＝k+1，α为修正因子矩阵，根据几何构形{X}k更新有限元模型，跳转步骤31a)；4a)状态确定：{X}k为单层平面索网幕墙的零状态{X}0；在零状态基础上确定单层平面索网幕墙实际的初始状态和设计成形状态；其中：步骤2a)和步骤32a)所述的有限元模型中，平面索网两个方向的索不共结点；步骤31a)所述的施加设计预应力和设计成形状态的荷载是指分别对两个方向的索施加成形状态下的预应力和等效节点荷载平行于索方向的分量；步骤32a)所述的修正因子矩阵α为对角阵，其计算方法为：aa)对于等效节点荷载平行于索方向的分量为零的索：αi=(1+εi)‑1≈1‑εiεi=FP/(EA)ba)对于等效节点荷载平行于索方向的分量非零的索： α i = ( 1 + ϵ 1 ) - 1 = ( 1 + e 1 ) - 1 i = 1 [ α i - 1 e i - 1 + ϵ i / ( 1 + ϵ i ) ] / e i 1 < i ≤ n εi=Fi/(EA)ei=ε1+ε2+ε3+…+εiFi=Fp+[(n+1)/2‑i]Fk式中：αi‑α对角线上的第i个元素；εi—索第i个分段的弹性应变；FP‑索的预张力；Fk‑一个节点上的等效节点荷载，设平面索网中各节点的等效节点荷载相同；E—索的弹性模量；A‑索的截面积；步骤4a)所述的在零状态基础上确定单层平面索网幕墙实际的初始状态是对根据零状态{X}0、实际边界条件和材料参数建立的有限元模型施加设计预应力，进行几何非线性有 限元计算，得到节点位移{Δ1}，{X}0+{Δ1}即为单层平面索网幕墙的初始状态；进一步，分别对两个方向的索施加成形状态下的等效节点荷载平行于索方向的分量，几何非线性有限元分析后两个方向索上对应结点会集聚于其目标位置，即偏差小于容许值，此时耦合自由节点i在两个方向索上对应结点线自由度，即可得到单层平面索网幕墙的设计成形状态；d)计算得到现场施工指导数据，包括：索的下料长度；初始状态与设计成形状态下竖索上各结点高差值；2)现场施工控制阶段：a)做好整体放线，确定每个索支座的位置；b)按照设计要求将横竖索安装调整到位，并分别进行预应力张拉；c)在竖索上画好索夹位置标记点；d)按顺序安装索夹和玻璃；e)整体检查，局部调整，打好密封胶，将横索与索夹锁紧，完成整个单层平面索网幕墙的施工；f)结束。