本文是一篇土木工程论文，本文考虑的幕墙组件间的相互作用包括：铝框-橡胶组件约束、橡胶组件-玻璃约束及玻璃-铝框的约束相互作用。首先建立单面板幕墙有限元模型，在此基础上建立了多面板幕墙系统模型，模拟得到的面内损伤状态包括玻璃-铝框开始接触、玻璃-铝框脱离、玻璃破裂、锚件屈服和铝框屈服。
第一章绪论
1.1课题研究的背景及意义
在当今的建筑环境中，建筑做为一个集使用功能和艺术表现的载体，已经获得社会广泛关注。许多低、中、高层建筑采用具有建筑吸引力和现代感的建筑围护结构，已成为业主们的优先选择。而玻璃幕墙又是建筑使用功能实现和艺术特质体现的最佳形式，是建筑技术发展的必然结果[1]。因此，由于其重量轻，美观和易于施工，建筑玻璃幕墙系统作为一种流行的立面选择被建筑师更广泛地使用。特别是在高层及超高层建筑上，玻璃幕墙已经成为高层建筑最重要的标志和必然选择，它几乎无法轻易被取代。在现代建筑技术发展阶段，还没有什么材料能够替代玻璃，而玻璃幕墙是建筑玻璃应用的技术手段，它经过近半个世纪的发展，进行了充分的检验，技术已经非常成熟。玻璃幕墙具有其他建筑外装形式不可比拟的技术优点。如今国内外各大都市已经成功建造了一些壮观且闪耀夺目的使用该技术的摩天大楼项目，例如北京中信大厦、迪拜哈里发塔等等都是采用此种产品的典型案例[2]，如图1-1所示。
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1.2国内外研究现状及分析
1.2.1玻璃幕墙受台风或地震影响下损伤状态研究现状
在过去的几十年中，地震和台风进一步凸显了非结构构件的高易损性。由于建筑维护结构、设备和建筑内容物等复原成本和日常活动中断，从而导致大量经济损失。此外，非结构损伤会对乘员和行人造成生命安全威胁。这些考虑证实了为结构或非结构构件生成易损伤曲线并开发低损伤系统的关键需求。研究玻璃幕墙在地震台风下的损伤状态成为了当前建筑幕墙的重要研究。
D’Amore Simone等[10]通过ABAQUS中的3D FEM和SAP 2000中的简化集总塑性模型来研究此类系统在局部相连级和整体系统级的抗震性能，以评估立面的整体平面内性能。并基于局部连接和整体立面系统行为，提出了一种新型低损伤连接体系，并对影响立面承载力的关键参数进行了参数化研究。与传统解决方案相比，实施低损伤连接细节的好处突出表现在承载能力增加。为了进一步研究所提出的低损伤细节在保持立面系统本身完整性方面的潜力，对一个装有创新PFGFS的案例建筑进行了非线性时程分析。
侯本伟等[11]研究地铁车站是城市轨道交通系统的重要组成部分，地震作用下车站内结构构件、非结构构件和设备设施等各类组件不同程度破坏均会导致地铁车站各类功能下降或丧失。现有研究缺乏地铁车站体系震后功能状态的整体评估模型，本文基于真实地铁车站地震破坏和恢复记录，明确了地铁车站体系的震后功能需求，并据此将地铁车站体系的震后功能状态划分为5个；将车站体系表示为由主体结构、乘降、供电、信号等7类子系统组成的体系，基于故障树模型表示子系统功能所需组件单元、不同子系统之间的关联关系、以及子系统对地铁车站体系震后功能的影响；通过Monte Carlo模拟随机抽样获取组件震后状态，并利用故障树分析子系统和地铁车站体系的震后功能状态。结果表明，随着地铁车站体系震后功能需求的降低，体系功能失效概率曲线中位数随之增大，最高要求的功能状态I对应的中位数是最低要求的功能状态V对应的中位数的20%。同一个组件单元，在不同的体系功能中的重要度差异可达17倍。
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第二章高层建筑风压和层间位移的选取
2.2高层建筑的风压分析
2.2.1风压取值的重要性
风是空气从气压大的地方向气压小的地方流动而形成的。气流一遇到建筑物就会形成相互作用。风速愈大，对结构产生的压力也越大，从而使结构产生大的变形和振动。围护结构如果抗风设计不当，或者产生过大的变形会使结构不能正常地工作，或者使结构产生局部破坏，甚至整体破坏。
风引起对结构作用的风荷载，是各种结构的重要设计荷载。风荷载对于高耸结构、高层房屋、桥梁、起重机、冷却塔、输电线塔、屋盖等高、细、长、大结构，常常起着主要的作用。因而，风力的研究，对工程结构，特别对上述工程结构，是设计计算中必不可少的一部分[49]。
对结构安全产生影响的是强风，风可以有一定的倾角，相对于水平一般最大可在+10°到-10°内变化。这样，结构上除水平分风力外，还存在上下作用的竖向分风力。对细长的竖向结构，竖向分风力一般只引起竖向轴力变化，对这类工程来讲并不重要，因而只有像大跨度屋盖和桥梁结构，竖向分风力应该引起我们的注意。但其值也较水平风力为小，但属于同一数量级。
在实际应用中，风压的计算还需要考虑到其他因素，如风剖面、重现期、离地高度等，这些因素都会影响到结构物抗风设计的基准风压。例如，基本风压的计算涉及到从规范基本风压及其风剖面换算至大气边界层梯度高度处风速，再由该风速按工程场地处风剖面换算得出离地10 m高度处的风速。这个过程体现了风压计算的理论基础和应用[50]。风压的计算理论基于伯努利方程，该方程揭示了流体动力学的一个基本原理。
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2.3高层建筑的层间位移计算
分析地震情况下建筑的抗震相关因素，是确保建筑结构抗震性能的关键。相关研究成果显示，建筑中梁、柱、节点是建筑结构形态转变的关键因素。建筑在地震荷载作用下的层间位移能够控制建筑结构的整体形态稳定性，从而影响建筑围护结构的的抗震性能[51]。因此，研究地震作用下层间位移对建筑结构及围护结构的变形及损伤具有一定的参考意义。
在非抗震设计时，指标值应不小于主体弹性层间位移角控制值；在抗震设计时，指标值应不小于主体结构弹性层间位移角控制值的3倍。主体结构楼层最大弹性层间位移角控制值可按下表2-1规定执行：
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第三章 明框玻璃幕墙三维有限元模型 ......................... 27
3.1 引言 ....................................... 27
3.2 明框玻璃幕墙组件及其建模 ......................... 27
第四章 明框玻璃幕墙系统的三维有限元分析 ....................... 48
4.1 引言 ............................... 48
4.2 明框玻璃幕墙系统截面设计 ............................ 48
第五章 明框玻璃幕墙损伤状态对性能需求参数的依赖性曲线 ........ 62
5.1 损伤状态对性能需求参数的依赖性曲线获取方法 .................... 62
5.2 玻璃幕墙平面内性能损伤状态对性能需求参数的依赖性曲线...............63
第五章明框玻璃幕墙损伤状态对性能需求参数的依赖性曲线
5.1损伤状态对性能需求参数的依赖性曲线获取方法
开展数值模拟时，由于网格划分、单元参数选取、模拟控制参数选取等，即使对同一个工程问题，不同的数值模拟人员得到的结果也有所不同，从而设计结果也略有差异。即使设计结果相同，不同的施工队伍安装玻璃幕墙时，其精度、选材等也有差异，故地震、台风作用下，相同设计的幕墙，其损伤也有差异。为了在数值模拟上考虑这些情况，对特定工况，如特定的压紧力、玻璃厚度和玻璃-铝框间隙参数，每个参数均随机变化±10%以内，利用这些参数组开展多组模拟，得到某损伤状态（如玻璃开裂）发生时对应的层间位移（角）或面外挠度比。统计发现，各损伤状态发生时，对应的层间位移（角）和面外挠度比基本符合对数正态分布。
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第六章总结与展望
6.1总结
本文对玻璃幕墙系统在地震/台风作用下的力学行为和损伤状态对性能需求参数的依赖性曲线进行了数值模拟研究。首先通过文献调研，获得了层间位移比和风荷载的取值。通过建立幕墙各组件的有限元模型，并考虑其相互作用，对面内水平位移加载和面外压力加载下的构件损伤开展了研究，明确了各个设计参数对各种损伤的影响规律，并提出了一种损伤状态对性能需求参数的依赖性曲线获取方法，基于数值模拟得到了两种灾害下各自的损伤状态对性能需求参数的依赖性曲线，为幕墙结构的性能化设计提供了有益参考。
本文考虑的幕墙组件间的相互作用包括：铝框-橡胶组件约束、橡胶组件-玻璃约束及玻璃-铝框的约束相互作用。首先建立单面板幕墙有限元模型，在此基础上建立了多面板幕墙系统模型，模拟得到的面内损伤状态包括玻璃-铝框开始接触、玻璃-铝框脱离、玻璃破裂、锚件屈服和铝框屈服。使用位移加载，压紧力对玻璃-铝框开始接触时各组别的层间位移比影响甚微，玻璃面板的厚度影响也很小，而玻璃-铝框初始间隙的影响较大。压紧力的大小对玻璃-铝框开始接触、玻璃初裂、玻璃-铝框脱离、锚固件屈服以及铝框屈服时对应的层间位移比影响都不明显。压紧力对玻璃-铝框脱落时的面外挠度比和玻璃初裂时的面外挠度比影响较大。可以在一定程度上适当增大玻璃-铝框间隙，以减轻地震作用时玻璃幕墙的损伤。可以在一定程度上采用较小的玻璃压紧力，以减轻台风作用时玻璃幕墙的损伤。
参考文献（略）