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单层平面索网幕墙结构的几何非线性问题研究
摘要：本文主要探讨单层平面索网幕墙结构在受到外力作用下的几何非线性问题。首先，对幕墙结构的组成和力学特性进行了简要介绍。随后，探讨了幕墙受到外力作用时的几何非线性问题，包括受力后的垂度变形、处于非线性状态下的索杆的受力特性、以及幕墙在受到大范围力的作用下的整体形变等。最后，给出了一些常见的几何非线性问题的解决方法和相关的研究进展。
1.简介
幕墙结构是建筑工程中常见的一种外墙结构，其构件主要由支撑体、幕墙板和连接件等组成。幕墙的主要特点是由大面积、轻质的幕墙板和细长的支撑体构成，其整体重量相对较轻，外形结构美观，而且安装施工方便。幕墙结构由于其重量轻，具有较强的变形能力，所以在抗震能力方面非常有优势。
2.几何非线性问题
幕墙受到外力作用时，其受力状态和变形情况将发生非线性变化。主要表现在以下几个方面。
（1）垂度变形
幕墙的主轴受到垂直荷载作用时，支撑体会发生垂直方向的变形。由于幕墙结构的轻量化，单纯考虑刚度等理论上的计算已经不再适用。研究表明，幕墙的垂度变形具有非线性特性，计算中需要考虑杆内弯曲造成的非线性效应。同时，结构的刚度、土壤基础及各种连接件的刚度也会在幕墙受到荷载变形时发生非线性变化。
（2）索杆的受力特性
幕墙的支撑体大部分为细长的索杆，其弹性模量较小，易产生非线性变形，且处于非线性状态下的索杆其受力特性也有所差异。这些差异会影响整个幕墙结构的受力和稳定性。因此，在幕墙结构的设计和计算中，需要对索杆进行细致的受力分析。
（3）外形整体形变
幕墙结构在受到大范围外力作用时，可能会发生整体形变。由于幕墙板和支撑体之间的连接方式复杂，受力状态复杂，而且受力面积广，因此其整体形变的特性也具有非线性。
3.解决方法和研究进展
针对以上几个几何非线性问题，研究者们提出了很多解决方案和研究方法。
（1）垂度变形的解决方法
针对幕墙的垂度变形问题，研究者们提出了很多不同的解决方案。比如，通过增加支撑体的数量，提高支撑体的刚度和强度，改善幕墙的整体结构刚度和稳定性；采用较高质量和刚度的材料、合理的连接方式等，在保证整体轻量化原则下，提高幕墙的耐荷载能力和稳定性；通过结构及荷载分析手段，对不同工况下的非线性效应进行细致的计算分析，得到较为准确的垂度变形参数值等。
（2）索杆受力分析的进展
针对幕墙索杆受力问题，研究者们提出了很多不同的分析方法。比如，直接对索杆进行荷载试验，并通过试验数据进行统计分析，得出不同参数值间的关系；应用理论计算分析等方法，研究杆内应力分布特性，并通过多组实验数据进行验证；根据不同荷载工况下的分析结果，通过不同联络件的选型、杆径和坑距的设计等方式，提高支撑体的受力性能，保证整个幕墙的安全性能等。
（3）幕墙整体形变的分析方法
针对幕墙整体形变特性的研究，研究者们从建筑物结构、材料力学、力学分析、计算机模拟等方面进行了详尽的研究和探讨。通过理论分析、数值模拟、大规模力学试验等方式，得到了不同荷载工况下幕墙整体形变的规律和特性。同时，针对不同荷载工况下幕墙受力的变化特点，开发了多种结构优化设计软件，提高支撑体的稳定性和耐荷载性能等。
总结：本文简单介绍了单层平面索网幕墙结构的组成和力学特性，并从垂度变形、索杆受力特性和幕墙整体形变三个方面探讨了该类型幕墙在受到外力作用下的几何非线性问题。通过对现有研究成果的概括总结，提出了一些解决几何非线性问题的方法，往帮助工程师们更好地设计和实施单层平面索网幕墙。