● 摘要
作为新型的点支式玻璃幕墙支承形式，预应力张拉索杆结构通过柔性拉索来代替传统支承结构中的刚性构件以保持整个支承体系在各种外荷载作用下的稳定性，大大简化了传统刚性支承结构的复杂性，既保持了建筑物外观的整体美感，又满足了人们对建筑物通透性的要求，在工程中得到了广泛的应用，但其理论研究远远滞后于工程应用。本文在已有研究成果的基础上，对点支式玻璃幕墙张拉索杆支承体系的静、动力特性，以及优化设计和施工的一些问题进行了系统的分析，为该体系的进一步研究和工程应用提供一定的理论基础和参考作用。 本文首先总结了点支式玻璃幕墙张拉索杆支承体系的分类和特点，回顾了该类结构体系的研究现状，提出了本文所研究的三种张拉索杆支承体系模型，即折线式、鱼腹式自平衡和非自平衡支承体系，并针对这三种支承体系所呈现的几何非线性特征，以非线性有限元理论为基础，通过有限元软件ANSYS的非线性模块对其进行非线性静力分析，分别讨论了拉索初始预应力、结构几何参数的变化对结构位移和应力的影响，且利用幕墙风压测试设备，对两种鱼腹式非自平衡张拉索杆支承体系进行了风压实验研究，分析了拉索构件在承受不同风压变化时的拉力变化情况。 其次，对这三种张拉索杆支承体系的自振频率与振型进行了分析，通过分析，得到了各体系的自振频率、相应的振型及在不同自振频率下体系中各部分的振幅情况，并进一步讨论了初始拉索预应力、拉索截面面积、撑杆截面面积和撑杆长度这几个主要设计参数以及玻璃集中质量对各体系的自振特性的影响。 同时，本文也研究了点支式玻璃幕墙张拉索杆支承体系在脉动风和地震作用下的动力响应问题。针对具体的张拉索杆结构模型，利用ANSYS中的谱分析计算模块，通过求得的风力功率谱曲线，对其进行风速功率谱随机振动分析，求解得到了结构在风振作用下的结构响应，并通过选取两种不同的地震波记录对结构进行了地震响应时程分析，分析了地震作用对张拉索杆支承体系的影响程度。 文章最后介绍优化设计的概念和ANSYS优化设计的实现过程，提出了针对点支式玻璃幕墙张拉索杆支承体系预应力优化和结构优化的几种数学模型，并介绍了张拉索杆支承体系的施工工艺和拉索张力的监控手段。