【关键词】：幕墙钢结构、共同作用、计算模型、刚度

　　1 引言 

　　2 论述

　　一、上部结构计算内力失真：因上部结构支座落在下部结构构件上，因为下部主体结构会在上部支座荷载(以及其自身荷载)作用下会产生变形，所以该支座并非上部钢架结构计算模型所采用的刚性不动支座，而实际上为一弹性支座，上部结构的内力是按照刚度分配的，因为现有软件无法考虑支座弹性刚度问题，故上部结构计算内力失真(类似主体结构不考虑和地基共同作用时出现的问题，这也是本文将重点讨论的问题)。

　　三、风荷载及地震作用计算严重失真：因为风荷载和地震作用的计算同结构的自振周期有关，同一结构分析成两个结构分别计算，各自得到自己的自振周期，而整体结构的自振周期是要大于这两者分别计算的自振周期(幕墙结构同主体为串联形式时)，所以若只考虑部分结构计算的周期,会在在计算出现的风载荷偏小，地震作用亦失真严重等问题(关于幕墙钢结构的荷载与作用问题将在幕墙钢结构概念设计丛谈系列五中专文讨论，敬请期待)。

　　关于以上问题常用的解决方案：由于同一结构分拆成两个结构分别计算带来的上述问题，最合理的解决方案是把结构不再分拆，结构整体计算。但鉴于目前的设计工作机制和软件能力问题，无法圆满解决。本人在长期实际工程实践中常采用以下的解决方案来解决此问题(主要思想是尽量使计算模型同结构实际受力情况一致,或者尽可能是减少结构计算的失真程度)：

　　二、若无法设计为静定体系，则可以通过以下方法处理尽量减少支座的变形作用对内力的影响(或者让支座的变形一致)。

　　2、屋顶刚架传递水平荷载的支座尽量放在剪力墙、核心筒的层标高上，这类水平刚度较大的位置上，减少支座水平变形。而尽量避免放在立柱的层中间位置以及屋顶悬臂柱的顶端这类水平刚度较差的部位。

　　4、提高上部结构的整体刚度，可以上部结构的底层做一下钢结构的加强层，尽量使支座变形一致，这样使得内力的重分布在此加强层内完成，避免或减少除加强层以外的上部结构因支座变形不一致而产生的内力重分布。

　　6、若实在无法避免把上部结构的支座放在下部结构的长梁跨中，屋顶悬臂柱顶，或者混凝土柱的层间等刚度较弱，抗变形能力较差的构件上，则可以把这类下部结构的结构构件建入上部刚架结构模型进行计算。以将混凝土构件的变形考虑在内,使上部结构的内力计算值与实际值符合.同时将约束点约束到梁柱节点处等抗变形能力较强的位置，或者柱的反弯点等内力相对简单位置。

　　一、计算风荷载风振系数所使用到的结构自振周期，使用上部层顶钢架结构，下部主体结构自振周期某种形式的叠加后的总体结构自振周期值来计算风荷载，减少风荷失真度。

　　3 案例分析

E－02　壳球型采光顶拱壳刚架详图

E－03　不考虑下部结构刚度的计算模型

E－04　部分考虑下部结构刚度的计算模型

　　另外，由于钢壳体支撑在主体混凝土结构上的环梁，除了上部钢结构球壳形采光顶传下来的荷载为，尚且有主体结构作用在其上的恒活荷载。但考虑到钢结构施工时，主体肯定已经施工完成，至少主体混凝土结构已经施工完成。主体结构荷载在环梁上产生的变形在球壳形采光顶钢结构吊装前变形已经完成，此部分恒载作用产生的变形因素因为球壳钢结构施工时的调整因素而不会对上层钢壳体其产生内力重分布，故此因素不予考虑。现在可在混凝土结构上施工因裙房屋面防水，保温，找平的铺装层材料恒荷载和上人屋面活荷载。根据现场情况，作用围护统一把环向以外三米进行简化处理来考虑，所以统一在环梁上施加6KN/M的恒载和活载作为原结构荷载。表中考虑了三米宽屋顶恒活荷载因素的为模型三，模型图同图E－04。模型一，模型二及模型三在相关球壳采光顶及屋面恒活荷载作用下的钢壳拱脚内力Fz（设计值，单位:KN）如下表E－01：

　　以上论述中尚未考虑到的因素有以下几点:

　　二、统一考虑的三米宽度的屋面铺装层恒活荷载是否合适，显然上部结构荷形成的的内力亦会对梁的刚度问题进行二次调整，此时长梁所承受的荷载明显会小于短梁所承受的，所以其变形要比承受均一恒活线荷载时的变形要小一些，故此因素同上条因素一样，对于减少因混凝土梁竖向刚度差引起的钢柱脚沉降差，最终引起的钢柱脚内力差是有利的。

　　四、本例仅考虑了计算模型问题，尚未考虑风荷载和地震作用如本文前部所述分体建模型计算所引起来的问题。

　　以上分析是建立在原设计工程实际案例的基础上进行的，现在为了直观显示混凝土边梁的刚度对支座内力的影响，改变混凝土环型边梁350X920变为250X600，而其它荷载条件均不作任何变化。同时相对应表一的模型二和模型二分别变为模型四和模型五：计算结果如下：

　　一、建立在原主体混凝土结构上的二级次结构(幕墙结构)的支座反力和仅决定于上部结构的总组合内力，并不因支座刚度的变化而变化（五个模型中支座A到支座K的总反力中均为660~670KN左右）。

　　三、支座反力具体大小除了取决于本支座的刚度外，尚且取决于相临支座的刚度，本支座刚度越强，而相临支座刚度越弱，则本支座反力增加(相对于不考虑支座刚度的模型一情况)越多。同样本支座刚度越弱，而相临支座刚度越强，则本支座反力减少(相对于不考虑支座刚度的模型一情况)越多。总体来讲，主要取决于支座彼此间的刚度比以及决定内力重分布程度的支座距离(线刚度比)。

　　4 结论

　　一、幕墙钢结构的支座刚度是一个在幕墙钢结构进行设计时不可忽略和必须考虑的重要问题。否则将使结构内力高度失真，而使结构存在严重安全隐患。

      文章转载自《幕墙世界weekly》

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