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国际上,点支式玻璃幕墙始于20世纪70年代,并以其优美的建筑效果和合理的受力性能在世界各地迅速发展。点支式玻璃幕墙引进到我国较晚,但发展迅猛。目前,我国业已完成的比较著名的点支式玻璃幕墙有上海歌剧院、北京植物园、南京国际会展中心等,并已经成为当地的标志性建筑,构成城市一道亮丽的风景线。
随着现代建筑技术的发展,使得点支式玻璃幕墙不仅要满足结构功能的要求,还要与建筑设计紧密地配合,来满足建筑的美感。因此,点支式玻璃幕墙结构形式多样化、支撑结构的轻型化成为点支式玻璃幕墙建筑发展的要求和趋势,这也为点支式玻璃幕墙结构设计提出了更高的要求。特别是点支式玻璃幕墙的抗风变形控制,是幕墙设计中的主要问题之一。目前,点支式玻璃幕墙的抗风可靠性研究还较少,主要集中在对玻璃面板的可靠性分析,对整体的变形可靠性研究迄今为止还未见有报道,因此可靠性分析对于点支式玻璃幕墙来说是一个较新的课题。建立一套完善的、科学的、系统的点支式玻璃幕墙抗风可靠性分析理论,评估其抗风可靠性,正是本文所要研究的内容。
与一般构件可靠性分析方法不同,点支式玻璃幕墙抗风可靠性分析涉及到复杂多样的支撑体系形式,使得其功能函数难以用确定的函数式表述出来,因而无法用一般方法,如一次二阶矩、二次二阶矩法来求解。本文提出应用数值模拟的方法——蒙特卡罗(MonteCarlo)法,为解决这一难题提供了一个有效可行的方法。
本文首先介绍了点支式玻璃幕墙的现状及其发展,以及存在的问题,并简要介绍了可靠性基本理论,分析了当前常用可靠性分析方法的优缺点,并较详细介绍了蒙特卡罗方法的基本原理。然后提出了基于蒙特卡罗法的点支式玻璃幕墙抗风可靠性分析方法,计算出了结构的可靠度,包括随机变量的模拟、点支式玻璃幕墙的有限元分析(矩阵位移法)、蒙特卡罗法数值模拟、数据检验、数据统计分析等内容。并将实验中分析常用的相对频率和经验分布函数的概念引入数值模拟可靠性分析中,来计算结构的可靠度。
最后,利用提出的蒙特卡罗数值方法,模拟分析了四种风荷载作用下空间桁架支撑点支式玻璃幕墙的可靠性,获得了不同风荷载作用下结构的可靠度。并与由经验分布函数计算所得到的可靠度相对比,两种方法得到的可靠度吻合得很好。
本文的研究工作由国家自然科学基金项目“点连接式玻璃幕墙退化识别及其寿命评估研究”[50478074]资助。