【專家檔案】
專家姓名：花定興
技術(shù)職稱：高級(jí)工程師及教授
技術(shù)職務(wù)：＊
專長(zhǎng)：大型空間建筑幕墻復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)、索結(jié)構(gòu)的方案設(shè)計(jì)、復(fù)雜的幕墻結(jié)構(gòu)與主體建筑結(jié)構(gòu)的力學(xué)關(guān)系原理分析。
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《建筑結(jié)構(gòu)
可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》中“
極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式”－節(jié)對(duì)于每一種組合均注明:“
荷載效應(yīng)的
基本組合僅適用于
荷載效應(yīng)與荷載為線性關(guān)系的情況”，《
建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》條文說(shuō)明3.2中也說(shuō)明:“必須注意，規(guī)范給出的表達(dá)式都是以荷載與荷載效應(yīng)有線性關(guān)系為前提，對(duì)于明顯不符合該條件的情況，應(yīng)在各本
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范中對(duì)此作出相應(yīng)的補(bǔ)充規(guī)定。”《
玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范》 JGJ 102一2003
作用效應(yīng)組合基本延續(xù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》的表達(dá)式，并投有注明僅適用于荷載與荷載效應(yīng)成線性關(guān)系的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致一些幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員誤解。實(shí)際上，現(xiàn)在幕墻結(jié)構(gòu)體系中的單向單索或單層
平面索網(wǎng)(以下統(tǒng)稱單索)結(jié)構(gòu)正是荷載與荷載效應(yīng)不成線性關(guān)系的結(jié)構(gòu)，因此，(建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》和《
玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范》的效應(yīng)組合并不適用于單索結(jié)構(gòu)體系，也沒(méi)有給出單獨(dú)的計(jì)算方法。
隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，業(yè)主和建筑師對(duì)美觀的要求越來(lái)越高，單索結(jié)構(gòu)體系由于
其通透性、簡(jiǎn)潔性得到了越來(lái)越普遍的應(yīng)用，特別是在一些機(jī)場(chǎng)、科技館之類的
公共建筑，如廣州白云機(jī)場(chǎng)二期擴(kuò)建工程、昆明機(jī)場(chǎng)主航站樓、長(zhǎng)春科技館等等，都采用了大面積的單索結(jié)構(gòu)幕墻，單索結(jié)構(gòu)應(yīng)用越來(lái)越廣泛了。由于單索結(jié)構(gòu)幾何
非線性的特點(diǎn)，單索結(jié)構(gòu)在初始狀態(tài)下
剛度為零，只有當(dāng)
變形后才具有剛度，而且，隨著荷載的增加，結(jié)構(gòu)變形越大，抵抗荷載的能力越強(qiáng)，也即剛度越大，因此，單索結(jié)構(gòu)是典型的幾何非線性結(jié)構(gòu)，明顯不滿足“荷載與荷載效應(yīng)成線性關(guān)系”的條件。由于沒(méi)有相關(guān)規(guī)范對(duì)單索計(jì)算方法作出規(guī)定，這就導(dǎo)致了不管是業(yè)主、
招標(biāo)代理單位、設(shè)計(jì)院、幕墻顧問(wèn)公司，還是幕墻設(shè)計(jì)和施工單位，在單索等大變形結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算中存在一定的誤區(qū)。
2.目前單索結(jié)構(gòu)計(jì)算理論的誤區(qū)
按照《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》的極限狀態(tài)表達(dá)式，均是荷載產(chǎn)生的效應(yīng)進(jìn)行疊加組合，在小變形結(jié)構(gòu)中，結(jié)構(gòu)是線
彈性的，因此，各荷載的效應(yīng)是可以進(jìn)行疊加的;但是在大變形結(jié)構(gòu)中，荷載和荷載效應(yīng)是非線性的，那么荷載效應(yīng)就不能進(jìn)行疊加;因此，計(jì)算像單索這種大變形結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)該采用
荷載組合而不是效應(yīng)組合，這是大變形結(jié)構(gòu)與小變形結(jié)構(gòu)一個(gè)重大的不同之處，也是《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》“
荷載效應(yīng)組合”在概念上不符合大變形結(jié)構(gòu)的地方。這一點(diǎn)在實(shí)際應(yīng)用中反而歪打正著，這是因?yàn)椋谀粔π袠I(yè)中，為了計(jì)算上的方便，
幕墻結(jié)構(gòu)計(jì)算人員都是普遍采用荷載組合而不是效應(yīng)組合。計(jì)算
撓度時(shí)，大家采用荷載
標(biāo)準(zhǔn)值組合，計(jì)算拉力時(shí)，大家采用
荷載設(shè)計(jì)值組合。我們肯定了在單索等大變形結(jié)構(gòu)中采用荷載組合而不是效應(yīng)組合的正確性，現(xiàn)在主要探討的是:對(duì)于單索這種幾何非線性結(jié)構(gòu)，計(jì)算撓度采用荷載標(biāo)準(zhǔn)值組合，計(jì)算結(jié)構(gòu)的拉力時(shí)，能采用荷載設(shè)計(jì)值組合嗎?采用荷載設(shè)計(jì)值組合來(lái)計(jì)算能保證單索的最小總安全系數(shù)K=2.5嗎?實(shí)際上大多數(shù)幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員都是采用荷載設(shè)計(jì)值組合計(jì)算單索，即計(jì)算荷載設(shè)計(jì)值時(shí)，先考慮一個(gè)荷載
分項(xiàng)系數(shù)，譬如
風(fēng)荷載分項(xiàng)系數(shù)取1.4，選用材料的時(shí)候再按照J(rèn)GJ 102一2003的要求取用1.8的安全系數(shù)，這樣似乎滿足了K=1.4x1.8=2.52的要求;其實(shí)，按照荷載設(shè)計(jì)值組合，荷載放大1.4倍，由于單索結(jié)構(gòu)的幾何非線性，其拉力并沒(méi)有放大1.4倍;而且，單索結(jié)構(gòu)中，預(yù)拉力在單索最終拉力中占的比重很大，一般為最終拉力的60%以上(可以用下節(jié)推導(dǎo)的表達(dá)式證明)，幕墻結(jié)構(gòu)計(jì)算中預(yù)拉力往往不取分項(xiàng)系數(shù)或取不足1.4的分項(xiàng)系數(shù)，這就進(jìn)一步的導(dǎo)致總安全系數(shù)降低的情況。這是目前單索結(jié)構(gòu)計(jì)算中普遍存在的問(wèn)題，希望引起大家的重視。
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