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摘要：大跨度精制鋼板肋玻璃幕墻，由于有著極高的透光性能和一般幕墻無以比擬的視覺效果，通常用于高層建筑頂部城市觀光造型、高檔售樓中心、展館等公共建筑的幕墻設(shè)計(jì)。大跨度精制鋼板（詞條“鋼板”由行業(yè)大百科提供）肋可以解決夾層玻璃（詞條“夾層玻璃”由行業(yè)大百科提供）肋作為幕墻結(jié)構(gòu)支撐成本高、易破損、穩(wěn)定性差、吊裝困難等缺陷，而逐漸被其替代。
關(guān)鍵詞：精制鋼板肋大跨度截面設(shè)計(jì)器有限元 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1 引言
大跨度精制鋼板肋玻璃幕墻，由于有著極高的透光性能和一般幕墻無以比擬的視覺效果，近年來應(yīng)用漸漸多了起來，通常用于高層建筑頂部城市觀光造型、高檔售樓中心、展館等公共建筑的幕墻設(shè)計(jì)。由于跨度較大，如果采用超長夾層玻璃肋作為幕墻結(jié)構(gòu)支撐不僅加工不易、成本非常高，且容易破損穩(wěn)定性差、吊裝也困難等缺陷，而大跨度精制鋼板肋玻璃幕墻剛好可以解決這些問題，它可以和鋼板肋橫梁或不銹鋼（詞條“不銹鋼”由行業(yè)大百科提供）玻璃夾具組成隱框玻璃幕墻（詞條“隱框玻璃幕墻”由行業(yè)大百科提供）。本列采用SAP2000進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)。
2 工程設(shè)計(jì)條件
南京某售樓中心幕墻項(xiàng)目招標(biāo)方案圖顯示：該地區(qū)建筑物類別：B類，抗震設(shè)防烈度為：7度(0.10 g);基本風(fēng)壓:0.4 KN/m2。幕墻玻璃板塊設(shè)計(jì)為對(duì)邊簡支梁力學(xué)模型。
該幕墻最高處為23.2m，局部外立面采用了大跨度精制鋼板肋結(jié)構(gòu)隱框玻璃幕墻，玻璃采用12mm+12A+12 mm雙鋼化超白LOW-E玻璃，玻璃板塊規(guī)格最大為4000 mm×2250 mm，用鋁合金（詞條“鋁合金”由行業(yè)大百科提供）附框形式，把玻璃板塊安裝在氟碳飾面處理的幕墻鋼板肋結(jié)構(gòu)體系中。
2.1風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值的計(jì)算
3 建立分析模型
大跨度鋼板肋結(jié)構(gòu)隱框玻璃幕墻招標(biāo)方案圖顯示：幕墻采用鋼板肋(T346×100×20×20)立柱與鋼板肋(T181×100×20×20)橫梁作結(jié)構(gòu)支撐，用鋁合金附框形式把中空雙鋼化玻璃，固定（詞條“固定”由行業(yè)大百科提供）安裝在氟碳飾面處理的幕墻鋼板肋結(jié)構(gòu)體系中。幕墻跨度為12000mm、設(shè)計(jì)為單跨梁力學(xué)模型、玻璃板塊高度為4000mm，寬度為2250mm，玻璃幕墻尺寸見圖-1與圖-2鋼板肋結(jié)構(gòu)玻璃幕墻CAD尺寸圖所示。
此例我們可以先定義軸網(wǎng)數(shù)據(jù)的命令方式建立模型，具體操作如下：
3.1創(chuàng)建模型
(1)初始化設(shè)置
啟動(dòng)SAP2000軟件，顯示程序界面進(jìn)行初始化設(shè)置(略)。
(2)定義軸網(wǎng)數(shù)據(jù)
軸網(wǎng)由坐標(biāo)系組成，坐標(biāo)系有兩種類型一種是笛卡爾坐標(biāo)系(直角坐標(biāo)系)，另一種是柱坐標(biāo)系。在SAP2000中，定義的第一個(gè)坐標(biāo)系被作為整體坐標(biāo)系(GLOBAL)是不能更改的，它是生成其他附加坐標(biāo)系的前提條件，通過添加附加笛卡爾坐標(biāo)系就能生成我們所需要的軸網(wǎng)系統(tǒng)。
(3)繪制模型圖
3.2定義材料參數(shù)與屬性
(1)定義鋼板肋截面
3.3建立導(dǎo)荷“虛面”與指定鋼板肋截面
完成了鋼板肋截面的定義后，如果在建模時(shí)未指定，我們可以選擇指定已建模型中的鋼板肋立柱、鋼板肋橫梁及用于導(dǎo)荷載的所建立的“虛面”(無質(zhì)量、無剛度（詞條“剛度”由行業(yè)大百科提供）)。
我們查看旋轉(zhuǎn)圖時(shí)，程序默認(rèn)鋼板肋橫梁在鋼板肋立柱中間，還需把鋼板肋橫梁向-Y移動(dòng)(346-181)/2=82.5mm，見圖-8移動(dòng)對(duì)象所示。
點(diǎn)擊界面上工具條中的【編輯E】➩【移動(dòng)】彈出“移動(dòng)對(duì)象”對(duì)話框，輸入“增量”“Y=-82.5”點(diǎn)擊【應(yīng)用】➩【確定】完成平移。
3.4節(jié)點(diǎn)支座約束
大跨度鋼板肋玻璃幕墻，不僅要滿足幕墻規(guī)范，還應(yīng)要滿足鋼結(jié)構(gòu)相關(guān)規(guī)范。為降低溫度效應(yīng)作用而產(chǎn)生的應(yīng)力，幕墻鋼板肋立柱設(shè)計(jì)為受拉鉸接狀態(tài)。那么，立柱上端可設(shè)置為約束3個(gè)平動(dòng)自由度鉸接、立柱的下端部位設(shè)置為不約束Z軸向2個(gè)平動(dòng)自由度鉸接形式。
命令路徑：首先用鼠標(biāo)左鍵選擇模型上的第“1”～“13”號(hào)節(jié)點(diǎn)(立柱上端)，再點(diǎn)擊界面上工具條中的【指定A】下拉列表，選【節(jié)點(diǎn)】➩點(diǎn)擊【支座】彈出“指定節(jié)點(diǎn)支座”對(duì)話框，點(diǎn)擊“鉸接支座”按鈕，這樣就約束了3個(gè)平動(dòng)自由度，而旋轉(zhuǎn)的3個(gè)自由度無約束。即完成了立柱上端為鉸接約束，見圖3-17指定節(jié)點(diǎn)支座。
同樣，用鼠標(biāo)左鍵選擇模型上的第““14”～“26”號(hào)節(jié)點(diǎn)(立柱下端)，再點(diǎn)擊界面上工具條中的【指定A】下拉列表，選【節(jié)點(diǎn)】➩點(diǎn)擊【支座】彈出“指定節(jié)點(diǎn)支座”對(duì)話框，點(diǎn)擊“鉸接支座”按鈕，其中“平動(dòng)3”不勾選(可以向Z軸平移活動(dòng))，這樣就只約束了2個(gè)平動(dòng)自由度，而旋轉(zhuǎn)的3個(gè)自由度無約束。見圖3-18約束平動(dòng)1平動(dòng)2軸所示。
3.5構(gòu)件連接釋放
由于本例大跨度鋼板肋幕墻立柱承受軸力、彎矩與剪力作用，因此無須進(jìn)行桿件連接的釋放;橫梁承受彎矩與剪力作用，為增加框架體系穩(wěn)定性，一般對(duì)對(duì)桿件也不進(jìn)行連接釋放。
3.6定義荷載模式
鋼板肋玻璃幕墻所受力的主要荷載模式可定義為：恒載DL、迎風(fēng)面水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值wk、垂直幕墻面的地震荷載qEk。
命令路徑：點(diǎn)擊界面上工具條中【定義D】下拉列表，選【荷載模式】彈出“定義荷載模式”對(duì)話框，設(shè)置如下：
(1)定義恒載
在本例“定義荷載模式”對(duì)話框中，“名稱”欄輸入“DL”，“類型”欄選“Dead”，“自重乘數(shù)選”欄選“1”，“自動(dòng)側(cè)向荷載”欄為“灰”色，再點(diǎn)擊【添加荷載模式】。
(2)定義垂直幕墻面風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值
在本例“定義荷載模式”對(duì)話框中，“名稱”欄輸入“wk”為垂直幕墻面風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值，“類型”欄選“Wind”，“自重乘數(shù)選”欄選“0”，由于本例已手工計(jì)算出相應(yīng)的wk值，“自動(dòng)側(cè)向荷載”欄選“無”，再點(diǎn)擊【添加荷載模式】。
(3)定義垂直幕墻面的地震作用（詞條“地震作用”由行業(yè)大百科提供）
在本例“定義荷載模式”對(duì)話框中，“名稱”欄輸入“qEk”為垂直幕墻面的地震作用，“類型”欄選“Quake”，“自重乘數(shù)選”欄選“0”，由于本例已手工計(jì)算出相應(yīng)的qEk值，“自動(dòng)側(cè)向荷載”欄選“無”。
以上選項(xiàng)完成之后，如果需要修改模式可點(diǎn)擊【修改荷載模式】，然后再按【確定】按鈕就完成了整個(gè)荷載模式的定義，見圖1-13定義荷載模式。
3.7定義荷載工況
荷載工況定義了荷載模式的作用方式和結(jié)構(gòu)的響應(yīng)方式、分析方等。
命令路徑：點(diǎn)擊界面上工具條中【定義D】下拉列表，選【荷載工況】彈出“定義荷載工況”對(duì)話框，點(diǎn)擊【添加荷載工況】彈出“定義荷載工況數(shù)據(jù)”對(duì)話框，在“工況名稱”項(xiàng)中填寫恒荷載DL;在“結(jié)構(gòu)剛度”欄中選“零初始條件-無應(yīng)力狀態(tài)”;“工況類型”選“Static靜態(tài)”;“分析類型”選“線性”;在“施加荷載”欄中“荷載類型”選“Load Pattern”(荷載工況)“荷載名稱”選已輸入的恒荷載DL“比例系數(shù)”選“1”;然后再按【添加】➩【確定】按鈕，這就完成了荷載DL的荷載工況數(shù)據(jù)選定。
按上述步驟分別選填完成迎風(fēng)面水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值wk、垂直幕墻面的地震荷載qEk的荷載工況數(shù)據(jù)，若需修改數(shù)據(jù)，可以點(diǎn)擊【修改】➩再【確定】按鈕。
由于本例不必進(jìn)行抗震驗(yàn)算，可不進(jìn)行模態(tài)分析，也就無須定義質(zhì)量源，因此程序自動(dòng)生成的MODAL(模態(tài))工況，可以刪除或后續(xù)設(shè)置運(yùn)行工況時(shí)采用取消運(yùn)行模式。
3.8定義荷載組合
荷載工況組合是包括構(gòu)件節(jié)點(diǎn)在內(nèi)的所有位移、力、單元的內(nèi)力或應(yīng)力。這里的組合是不同荷載工況結(jié)果的總和或包絡(luò)。組合數(shù)量我們可以任意指定，但每個(gè)組合需要定義一個(gè)不相同的名稱，且名稱不能與荷載工況的名稱相同。一般常用的是通過基于規(guī)范定義的組合方式來進(jìn)行添加，也可以根據(jù)需要自行定義組合或選擇自動(dòng)添加默認(rèn)設(shè)計(jì)組合。
根據(jù)《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范》JGJ102-2003第“5.4.1”條，當(dāng)作用和作用效應(yīng)可按線性關(guān)系考慮時(shí)，幕墻構(gòu)件承載力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)的作用效應(yīng)組合應(yīng)按下列規(guī)定組合：
(3)添加默認(rèn)設(shè)計(jì)組合
以上組合均根據(jù)《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范》(JGJ102-2003)設(shè)定，由于本幕墻同時(shí)也為鋼框架結(jié)構(gòu)，為了便于按中國規(guī)范校核其強(qiáng)度和穩(wěn)定性、方便結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，還要按鋼框架結(jié)構(gòu)添加默認(rèn)組合。
命令路徑：點(diǎn)擊界面上工具條中【定義D】➩【荷載組合】彈出“定義荷載組合”對(duì)話框，點(diǎn)擊“添加默認(rèn)設(shè)計(jì)組合”彈出“添加默認(rèn)設(shè)計(jì)組合”對(duì)話框， 見圖7-21a添加默認(rèn)設(shè)計(jì)組合，在“結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)類型”中選擇“鋼框架設(shè)計(jì)”，再點(diǎn)擊【設(shè)置荷載組合數(shù)據(jù)】，彈出“默認(rèn)的鋼框架設(shè)計(jì)組合-chinese 2018”對(duì)話框，見圖7-21b與圖7-21c默認(rèn)鋼框架設(shè)計(jì)組合所示，分別選擇“強(qiáng)度”與“撓度”中的“備選工況”DL、wk、qEk加入到“已選工況”中，點(diǎn)擊【確定】完成了添加默認(rèn)組合為：DSTL1～DSTL19，見【實(shí)例7】中表a默認(rèn)設(shè)計(jì)組合。
3.9施加荷載
定義的荷載模式，并且在已指定的荷載模式中再定義了荷載工況下，就需要對(duì)荷載進(jìn)行指定施加。
命令路徑：用鼠標(biāo)左鍵直接點(diǎn)擊選定迎風(fēng)面(Y向)面板，點(diǎn)擊界面上工具條中【指定A】➩【面荷載】➩【導(dǎo)荷至框架的均布面荷載(殼)】彈出“指定導(dǎo)荷至框架的均布面荷載”對(duì)話框，分別施加重力荷載、風(fēng)荷載、地震荷載過程如下。
命令路徑：點(diǎn)擊界面上工具條中【顯示P】➩【對(duì)象荷載】➩【荷載模式】彈出“基于荷載模式顯示荷載”對(duì)話框，勾選“導(dǎo)荷至框架的均布荷載”“合力”，見圖7-25基于荷載模式顯示荷載及圖-12顯示施加的重力荷載 、圖-13圖顯示施15
在運(yùn)行結(jié)構(gòu)分析之前，必須對(duì)模型進(jìn)行指定剖分，一般可以用“自動(dòng)剖分點(diǎn)”選項(xiàng)。
命令路徑：首先用鼠標(biāo)左鍵將界面上模型圖形全選中，再點(diǎn)擊界面上工具條中【指定A】➩【框架】➩【自動(dòng)剖分選項(xiàng)】彈出“指定框架的自動(dòng)剖分選項(xiàng)”對(duì)話框，“剖分選項(xiàng)”選取“自動(dòng)剖分”，在“自動(dòng)剖分點(diǎn)”欄中，選取“框架的內(nèi)部節(jié)點(diǎn)”、另“最大剖分長度”，選填“500mm”(經(jīng)驗(yàn)值，根據(jù)桿件長度，也便于讀取位移值)，再點(diǎn)擊【應(yīng)用】➩【確定】，即完成了指定框架的自動(dòng)剖分。
4 結(jié)構(gòu)分析
當(dāng)模型的幾何信息、荷載信息、框架剖分(“虛面”無須剖分)等設(shè)置完成并檢查無誤后，就可以進(jìn)行分析選項(xiàng)進(jìn)行設(shè)置與運(yùn)行分析，對(duì)所建立的模型求解。
4.1自由度分析選項(xiàng)
在運(yùn)行分析之前，還需要對(duì)所建模型進(jìn)行分析選項(xiàng)設(shè)置，然后才可以有選擇行地運(yùn)行荷載工況。
命令路徑：點(diǎn)擊界面上工具條中【分析N】➩【設(shè)置分析選項(xiàng)】彈出“分析選項(xiàng)”，對(duì)話框，通過勾選“有效自由度”勾選“UX、UY、UZ、RX、RY、RZ”6個(gè)自由度，或點(diǎn)擊“快速選擇”欄中的“空間框架”圖形按鈕選取自由度，點(diǎn)擊➩【確定】按鈕完成自由度分析選項(xiàng)。
4.2運(yùn)行分析
命令路徑：點(diǎn)擊界面上工具條中【分析N】➩【運(yùn)行分析】彈出“設(shè)置分析工況”選項(xiàng)對(duì)話框，再點(diǎn)擊【運(yùn)行分析】按鈕，程序自動(dòng)進(jìn)行模型在重力恒荷載DL、荷載工況下的wk、qEk的分析與計(jì)算。另外“MODAL”可以選擇點(diǎn)擊“運(yùn)行/取消運(yùn)行”按鈕，再點(diǎn)擊➩【運(yùn)行分析】按鈕完成運(yùn)行工況分析。
(1)顯示框架最大撓度初步結(jié)果
(2)顯示框架最大應(yīng)力初步結(jié)果
命令路徑：點(diǎn)擊界面上工具條中【設(shè)計(jì)G】➩【鋼框架設(shè)計(jì)】➩【開始結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)/校核】，程序會(huì)對(duì)模型中的構(gòu)件設(shè)計(jì)類型(立柱、梁)自動(dòng)判斷、并自動(dòng)進(jìn)行了應(yīng)力計(jì)算。再按上述步驟點(diǎn)擊【顯示設(shè)計(jì)信息】，便得到所建模型的應(yīng)力比圖。用鼠標(biāo)左鍵點(diǎn)選應(yīng)力最大位置桿件，再點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵，彈出“鋼應(yīng)力檢查信息(Steel Stress Check Information)Chinese2018”對(duì)話框，鋼框架圖顯示“全部飄紅色”，應(yīng)力比高達(dá)104-105數(shù)量級(jí)。
在“顯示選擇的細(xì)節(jié)”選項(xiàng)，點(diǎn)擊【細(xì)節(jié)】，彈出“鋼應(yīng)力檢查信息(Steel Stress Check Information)Chinese2018”對(duì)話框，可以看到：程序自動(dòng)判斷豎向立柱默認(rèn)為“Column柱”、程序自動(dòng)判斷橫梁為“Beam梁”類型、建筑為高層建筑、抗震等級(jí)為“Ⅱ”級(jí)、橫梁部位顯示應(yīng)力比超限值“Stress Check Message - Capacity ratio exceeds limit”、立柱部位顯示“Stress Check Message - lo/i exceeds seismic limit (GB50011-2010 8.3.1, JGJ99-2015 7.5.2)”長細(xì)比均超建筑抗震規(guī)范及高層建筑規(guī)范限值等類型信息。
通過以上的運(yùn)行工況分析可知：已建立的幕墻模型中，鋼板肋所受應(yīng)力極大，且結(jié)構(gòu)極不穩(wěn)定!必須重新對(duì)鋼板了截面進(jìn)行設(shè)計(jì)。
由此而知，對(duì)于鋼板肋結(jié)構(gòu)幕墻來說，不僅要按幕墻相關(guān)規(guī)范，還要按《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50017等相關(guān)規(guī)范，根據(jù)強(qiáng)度和穩(wěn)定性的要求進(jìn)行校核計(jì)算。
5 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
SAP2000對(duì)鋼框架進(jìn)行了結(jié)構(gòu)分析并得到了計(jì)算初步結(jié)果后。我們可以得知，原來顧問公司給業(yè)主提供的招標(biāo)圖中，所設(shè)計(jì)的幕墻鋼板肋，無論是位移還是應(yīng)力、尤其是穩(wěn)定性，完全不符合相關(guān)規(guī)范要求，有著極大的安全隱患。因此我們還必須根據(jù)中國相應(yīng)的規(guī)范，通過交互式人機(jī)對(duì)話，對(duì)構(gòu)件進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
5.1人機(jī)交互設(shè)計(jì)
(1)鋼框架設(shè)計(jì)首選項(xiàng)
命令路徑：點(diǎn)擊界面上工具條中【設(shè)計(jì)G】➩【鋼框架設(shè)計(jì)】➩【查看修改首選項(xiàng)】彈出“鋼框架設(shè)計(jì)首選項(xiàng)Chinese2018”對(duì)話框，在“設(shè)計(jì)規(guī)范”選“Chinese2018”、“框架類型”選“無側(cè)移框架體系NMF抗彎框架Non Sway Moment Frame NMF”、“高層建筑”選“否”、“抗震等級(jí)”選“非抗震”、“梁按壓彎構(gòu)件設(shè)計(jì)”選“是”、“應(yīng)力比限值”選“1”(校核是否滿足強(qiáng)度設(shè)計(jì)值)、其他均按程序自帶系數(shù)默認(rèn)。
(2)鋼框架選擇設(shè)計(jì)組
命令路徑：點(diǎn)擊界面上工具條中【設(shè)計(jì)G】➩【鋼鋁框架設(shè)計(jì)】➩【查看修改首選項(xiàng)】彈出“選擇設(shè)計(jì)組”對(duì)話框，“對(duì)象組”添加“ALL”(分組TLZ、THL)，點(diǎn)擊【確定】，完成鋼框架選擇設(shè)計(jì)組。
(3)鋼框架選擇設(shè)計(jì)組合
命令路徑：點(diǎn)擊界面上工具條中【設(shè)計(jì)G】➩【鋼框架設(shè)計(jì)】➩【查看修改首選項(xiàng)】彈出“選擇設(shè)計(jì)組組合”對(duì)話框，“極限狀態(tài)”選“撓度”、“設(shè)計(jì)組合”添加“NDZH1”“NDZH2”，點(diǎn)擊【確定】完成選擇撓度設(shè)計(jì)計(jì)組合。
同樣，可以按上述操作，在“極限狀態(tài)”選“強(qiáng)度”;“設(shè)計(jì)組合”添加“QDZHS”、同時(shí)也可以選擇“自動(dòng)生成基于規(guī)范的設(shè)計(jì)組合”，點(diǎn)擊【確定】完成選擇強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)組合。
(4)鋼框架設(shè)計(jì)覆蓋項(xiàng)
SAP2000程序默認(rèn)設(shè)計(jì)為水平放置的構(gòu)件為“Beam梁”，忽略軸力的影響;豎直放置的構(gòu)件為“Column柱”，按框架柱類型設(shè)計(jì)。在本幕墻鋼板肋結(jié)構(gòu)模型中，程序默認(rèn)“TLZ”分組設(shè)計(jì)為“Column柱”(計(jì)算，軸力、彎矩、剪力)、默認(rèn)“THL”分組設(shè)計(jì)為“Beam梁”(計(jì)算彎矩、剪力)，那么我們按此構(gòu)件類型無需進(jìn)行修正。
另外，在鋼框架設(shè)計(jì)覆蓋項(xiàng)中，“選項(xiàng)”類別：
a.“軋制截面?”：如果型材是軋制截面是型鋼（詞條“型鋼”由行業(yè)大百科提供），選擇“是”;如果型材是焊接型鋼，選擇“否”。本例選擇“否”。
b.“翼緣焰切的焊接截面?”：如果型材翼緣是焰切邊，選擇“是”;如果型材翼緣切割是其他工藝，選擇“否”。
c.“梁按壓彎構(gòu)件設(shè)計(jì)?”：對(duì)于水平放置的構(gòu)件，一般情況下其設(shè)計(jì)類型默認(rèn)為“梁”，如果水平放置的“梁”還承載壓力時(shí)，應(yīng)選擇“是”，則按《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50017與《高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(JGJ 99)中的壓彎構(gòu)件進(jìn)行驗(yàn)算(與幕墻規(guī)范一般只按純彎構(gòu)件驗(yàn)算區(qū)別)，長細(xì)比沒有限值要求。設(shè)計(jì)覆蓋項(xiàng)中其他選項(xiàng)按默認(rèn)設(shè)置。
(5)鋼板肋框架截面設(shè)計(jì)
如果鋼板肋還是按原來的單片鋼板設(shè)計(jì)思路，會(huì)產(chǎn)生幾個(gè)問題：第一，鋼板肋還要加厚變?yōu)閷?shí)心體，導(dǎo)致重量增大;第二，單片鋼板肋不容易焊接平直;第三，單片鋼板肋穩(wěn)定性相對(duì)較差。
因此，我們經(jīng)過“SAP2000 Section Designer截面設(shè)計(jì)器”重新設(shè)計(jì)幕墻鋼板肋后，通過截面優(yōu)選，鋼板肋立柱選擇為T450×100×48×12、鋼板肋橫梁選擇為T300×100×36×12，二者均由12mm鋼板焊接組合起來的空心肋板。
�、黉摪謇逿450×100×48×1立柱設(shè)計(jì)
命令路徑：在上面模型(或重新復(fù)制)中，點(diǎn)擊界面上工具條中【定義D】下拉列表，選【截面屬性】➩【框架截面】➩【添加框架截面】彈出“添加框架截面”對(duì)話框，“截面類型”選擇“Other(其他)”，點(diǎn)擊“其他截面”欄中“SD截面”圖案，彈出“SD截面數(shù)據(jù)”對(duì)話框，見圖-15 SD截面數(shù)據(jù)在“截面名稱”中輸入T450×100×48×12顏色可任意)，“基本材料”欄中可以暫選“Q235”，“設(shè)計(jì)類型”選“通用鋼截面”，再點(diǎn)擊➩【截面設(shè)計(jì)器】彈出“SAP2000 Section Designer截面設(shè)計(jì)器”對(duì)話框，見 SAP2000 Section Designer所示。
首先，在SAP2000 Section Designer截面設(shè)計(jì)器界面工具條中，點(diǎn)擊【選項(xiàng)O】彈出圖首選項(xiàng)與指定顯示顏色對(duì)話框，首選項(xiàng)“Dimensions( 尺寸)”中，“Background Guideline Spacing背景向?qū)Ь�間距”可以任意調(diào)整，本例為“250mm”，其他項(xiàng)也可以選擇默認(rèn);在顏色對(duì)話框中，根據(jù)個(gè)人習(xí)慣，“XY軸”可選藍(lán)色、“向?qū)Ь�”可選灰色、“局部軸”可選紅色、“背景”可選白色。
命令路徑：點(diǎn)擊截面設(shè)計(jì)器界面上工具條中【繪制R】下拉列表，選【繪結(jié)構(gòu)外形】➩【板】，用左鍵點(diǎn)擊界面上X 、Y軸坐標(biāo)原點(diǎn)，屏幕跳出“板”形截面圖，此時(shí)把鼠標(biāo)移動(dòng)到“板”形截面圖陰影部位(截面部位)點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵，彈出“Shape Properties-Plate”對(duì)話框，見圖-16a設(shè)置板屬性，輸入相關(guān)數(shù)據(jù)：“Materaial材料”選填“Q235”、“XCenter”填“18”(原點(diǎn)到右邊肋中心距)、“YCenter”填“0”“Height高”填“450”(肋高)、“Width寬”填“12”(肋板厚度)，點(diǎn)擊【OK】按鈕完成右邊肋板設(shè)置。另為便于視圖操作，可以點(diǎn)擊界面放大或縮小按鈕。
同樣操作，按圖-16b設(shè)置板屬性，可以完成左邊肋板的設(shè)置。
同樣操作，按圖-16c設(shè)置板屬性，可以完成肋立柱橫向頂肋板(100mm)的設(shè)置。
同樣操作，按圖-16d設(shè)置板屬性，可以完成豎向肋夾板（詞條“夾板”由行業(yè)大百科提供）(80mm)的設(shè)置。
同樣操作，按圖-16e設(shè)置板屬性，可以完成肋板間橫向支撐板(24mm)的設(shè)置。
最后完成鋼板肋立柱的設(shè)計(jì)，見圖-17鋼板肋立柱T450×100×48×12所示。
�、阡摪謇逿300×100×36×12橫梁設(shè)計(jì)
同樣，按上述步驟，也可以完成鋼板肋T300×100×36×12橫梁設(shè)計(jì);鋼板肋橫梁高300mm、橫梁頂肋板100mm、橫梁夾板50mm、橫梁支撐板12mm。
最后完成鋼板肋橫梁的設(shè)計(jì)，見圖-18鋼板肋橫梁T300×100×36×12所示。
我們重新指定截面后，查看圖時(shí)，程序默認(rèn)鋼板肋橫梁在鋼板肋立柱中間，因此還需把鋼板肋橫梁向-Y移動(dòng)(450-300)/2=75mm，見移動(dòng)對(duì)象設(shè)置所示。
命令路徑：點(diǎn)擊界面上工具條中的【編輯E】➩【移動(dòng)】彈出“移動(dòng)對(duì)象”對(duì)話框，輸入“增量”“Y=-75”點(diǎn)擊【應(yīng)用】➩【確定】完成平移。
5.2計(jì)算結(jié)果分析
鋼板肋幕墻經(jīng)過按《玻璃幕墻技術(shù)規(guī)范》(JGJ102)、《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50017)等規(guī)范的要求，進(jìn)行人機(jī)交互設(shè)計(jì)后，則可以得到最終比較準(zhǔn)確設(shè)計(jì)結(jié)果。
(1)人機(jī)交互后框架設(shè)計(jì)結(jié)果
命令路徑：點(diǎn)擊界面上工具條中【設(shè)計(jì)G】➩【鋼框架設(shè)計(jì)】➩【開始設(shè)計(jì)/校核】。經(jīng)程序分析計(jì)算得到在不同工況或風(fēng)荷載下最大位移與最大應(yīng)力，再用鼠標(biāo)左鍵分別選定立柱、橫梁桿件最大值位置，再點(diǎn)擊右鍵，得到下列圖示的數(shù)據(jù)。
�、亠@示鋼框架最大撓度初步結(jié)果
命令路徑：點(diǎn)擊界面上工具條中【顯示P】➩【變形圖】彈出“顯示變形圖”(或直接點(diǎn)擊界面上工具條中按鈕)對(duì)話框，在“工況/組合”名稱欄中，分別選擇已定義好了的撓度組合NDZH1和工況NDZH2下查看最大位移。另在“縮放比例”欄選擇自動(dòng)計(jì)算;在“云圖選項(xiàng)”選擇“顯示位移云圖”、“云圖分量”分別選擇UX、UY、UZ向與“Resultant(合成)”;再選擇打鉤“三次曲線”，其他默認(rèn);點(diǎn)擊【應(yīng)用】➩【確定】按鈕，經(jīng)SAP2000進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析、計(jì)算、比較得到在NDZH1組合下合成最大位移為：
�、陲@示鋼框架最大應(yīng)力初步結(jié)果
命令路徑：點(diǎn)擊界面上工具條中【設(shè)計(jì)G】➩【鋼框架設(shè)計(jì)】➩【開始結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)/校核】，程序會(huì)對(duì)模型中的構(gòu)件設(shè)計(jì)類型(立柱、梁)自動(dòng)判斷、并自動(dòng)進(jìn)行了應(yīng)力計(jì)算。再按上述步驟點(diǎn)擊【顯示設(shè)計(jì)信息】，便得到所建模型的應(yīng)力比圖。鋼框架圖顯示橫梁部位應(yīng)力超標(biāo)。其中橫梁“35”～“40”節(jié)點(diǎn)之間的“42”桿件，應(yīng)力比高達(dá)1.503;左右外圍立柱應(yīng)力比為0.468，但長細(xì)比超標(biāo);見圖-20鋼板肋框架應(yīng)力圖所示。
(2)人機(jī)交互后鋼框架模型修正
為了不再增加材料截面，我們可以嘗修正模型約束形式的方式，即：縮小跨度，把框架桿件受力距離變短。如把左右邊鋼板肋立柱中部各增加二個(gè)，不約束Z向的鉸接點(diǎn)，這樣可以起到穩(wěn)定立柱、減少應(yīng)力的作用。
(3)人機(jī)交互后鋼框架最終設(shè)計(jì)結(jié)果
當(dāng)完成了鋼板肋框架截面的最后修正后，再次運(yùn)行SAP2000如下：
命令路徑：點(diǎn)擊界面上工具條中【分析N】➩【運(yùn)行分析】，再點(diǎn)擊界面上工具條中【設(shè)計(jì)G】➩【鋼框架設(shè)計(jì)】➩【開始結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)/校核】;再點(diǎn)擊界面上工具條中【設(shè)計(jì)G】➩【鋼框架設(shè)計(jì)】➩【顯示設(shè)計(jì)信息】查看構(gòu)件應(yīng)力信息。全部完成了結(jié)構(gòu)模型的位移與應(yīng)力的最后運(yùn)算結(jié)果。
①鋼板肋框架最大撓度
命令路徑：點(diǎn)擊界面上工具條中【顯示P】➩【變形圖】彈出“顯示變形圖”(或直接點(diǎn)擊界面上工具條中按鈕)對(duì)話框，選項(xiàng)設(shè)置不變，點(diǎn)擊【應(yīng)用】➩【確定】按鈕，得到在不同工況或風(fēng)荷載下最大位移數(shù)據(jù)為：
6 結(jié)語
大跨度精制鋼板肋玻璃幕墻，無論是位移還是應(yīng)力、尤其是穩(wěn)定性，不僅要符合幕墻相關(guān)規(guī)范、還要同時(shí)滿足鋼結(jié)構(gòu)的相關(guān)規(guī)范要求。
由于精制鋼具有優(yōu)越的抗拉強(qiáng)度、彈性模量、沖擊韌性、冷彎性能、可焊性、冷熱加工性能等特性。因此完全能夠滿足大跨度幕墻結(jié)構(gòu)的基本受力需求，廣泛應(yīng)用于高層建筑頂部城市觀光造型、高檔售樓中心、展館等公共建筑的幕墻設(shè)計(jì)等裝飾領(lǐng)域，同時(shí)實(shí)現(xiàn)建筑外觀的藝術(shù)之美感，并逐漸取代了大跨度夾層玻璃肋作為幕墻結(jié)構(gòu)支撐成本高、易破損、穩(wěn)定性差、吊裝困難等缺陷。
參考文獻(xiàn)：
[1].《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范》 (JGJ102-2003)
[2].《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》 (GB50009-2012)
[3].《SAP2000在建筑異形幕墻工程的設(shè)計(jì)實(shí)例解析》(屈 錚 編著 中南大學(xué)出版社)
作者單位：港湘建設(shè)有限公司
