2013-04-09 10:56:25 作者: 來源: 【大 中 小】 我要評(píng)論(0)
【 第一幕墻網(wǎng) 】
隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和人們對(duì)美的追求,玻璃幕墻在建筑的各個(gè)領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用,其結(jié)構(gòu)形式也發(fā)生著日新月異的變化。其中,由面玻璃及玻璃肋組成的全玻璃系統(tǒng)因其通透、美觀,在工程中也得到了眾多設(shè)計(jì)師和業(yè)主的青睞。但是,由于目前對(duì)玻璃這種脆性材料的結(jié)構(gòu)性能尚無全面詳盡的理論及試驗(yàn)研究,尤其對(duì)于超高玻璃肋這種幕墻類型的計(jì)算,國(guó)內(nèi)幕墻設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)其強(qiáng)度計(jì)算和穩(wěn)定性計(jì)算沒有明確規(guī)定,因此有必要對(duì)于超高玻璃肋中的一些計(jì)算問題,特別是強(qiáng)度計(jì)算和穩(wěn)定性計(jì)算進(jìn)行深入研究和探討。 1. 玻璃肋強(qiáng)度計(jì)算 玻璃肋結(jié)構(gòu)通常由面板玻璃和玻璃肋組成,玻璃肋板與面板玻璃一般垂直放置,承受面板玻璃傳來的風(fēng)荷載和地震荷載等水平荷載。根據(jù)JGJ102-2003玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范中的規(guī)定,通過驗(yàn)算玻璃肋的截面高度和玻璃肋的撓度來校核玻璃肋的強(qiáng)度。具體的詞條解釋和公式規(guī)范中有規(guī)定,本文不再羅列。 2. 玻璃肋整體穩(wěn)定性計(jì)算 由于玻璃肋的厚度較薄,玻璃肋板類似于承受單面均勻荷載的矩形薄板。玻璃肋在面內(nèi)荷載的作用下,首先發(fā)生平面內(nèi)彎曲變形。隨著載荷的增加保持平面內(nèi)彎曲的能力逐漸減小。在平面內(nèi)微小撓動(dòng)下,就有可能發(fā)生平面外彎曲并扭轉(zhuǎn),即稱為平面外失穩(wěn)或者側(cè)向屈曲。因此,為了防止發(fā)生玻璃肋的平面外失穩(wěn),對(duì)于超高玻璃肋應(yīng)進(jìn)行平面外穩(wěn)定驗(yàn)算。 玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范中建議對(duì)于“高度大于8m的玻璃肋應(yīng)考慮平面外的穩(wěn)定驗(yàn)算;高度大于12m的玻璃肋,應(yīng)進(jìn)行平面外穩(wěn)定驗(yàn)算,必要時(shí)應(yīng)采取防止側(cè)向失穩(wěn)的構(gòu)造措施”。但是規(guī)范中沒有給出穩(wěn)定性計(jì)算的具體方法,本文在這里進(jìn)行探討和驗(yàn)算。 澳大利亞的玻璃規(guī)范AS1228-2006Glassin-building給出了多種邊界條件下的玻璃肋的整體穩(wěn)定性驗(yàn)算。對(duì)于超高玻璃肋,可認(rèn)為玻璃肋的一邊有連續(xù)的約束,其極限側(cè)向屈曲彎矩可由下式求得: 其中,Mcr為極限側(cè)向屈曲彎矩,N·mm;(EI)y為玻璃肋繞弱軸方向的抗彎剛度,N·mm 2;h為玻璃肋高度,mm;hr為玻璃肋截面的高度,mm;GJ為玻璃肋的抗扭剛度,N/mm2;y0為側(cè)向約束與中性軸的距離,mm;yh為載荷作用點(diǎn)與中性軸的距離,mm。 當(dāng)承受正風(fēng)壓時(shí)(載荷向內(nèi)),yo與yh取異號(hào);當(dāng)承受負(fù)風(fēng)壓時(shí)(載荷向外),yo與yh取同號(hào),極限側(cè)向屈曲彎矩較承受正風(fēng)壓時(shí)小,這也反映了彎矩的作用使玻璃肋自由邊受壓而產(chǎn)生更為不利的影響。 根據(jù)上述公式以及采用有限元法對(duì)玻璃肋的研究分析發(fā)現(xiàn),玻璃肋的極限側(cè)向屈曲彎矩主要與玻璃肋的厚度和高度有關(guān),玻璃肋的寬度對(duì)于超高玻璃肋的極限側(cè)向屈曲彎矩的提高作用并不明顯。而玻璃肋的自重對(duì)于玻璃肋的整體穩(wěn)定有一定影響,采用懸掛式玻璃肋要比落地式玻璃肋具有更高的抗側(cè)向屈曲能力,這是由于懸掛系統(tǒng)中的玻璃肋的自重產(chǎn)生了對(duì)于抗側(cè)向屈曲有利的拉力作用。不過,與玻璃肋的厚度和高度相比,自重在其中的影響還是較小的。 上面的計(jì)算方法是采用規(guī)范中的公式手算屈曲載荷,在設(shè)計(jì)過程中還可以采用有限元計(jì)算軟件ANSYS結(jié)構(gòu)屈曲分析的方法計(jì)算屈曲載荷。ANSYS提供兩種分析結(jié)構(gòu)屈曲的技術(shù):非線性屈曲分析和特征值屈曲分析(線性屈曲分析)。 在本文中采用特征值屈曲分析的方法。在計(jì)算中,如果施加一個(gè)單位荷載,求解得到的特征值就表示臨界荷載,當(dāng)施加非單位荷載時(shí),求解得到的特征值乘以施加的載荷就得到臨界載荷。 特征值的提取方法ANSYS主要提供了兩種,子空間方法(subspace)和蘭索斯分塊方法(BlockLanczos),它們都是使用完全矩陣。在本文中采用了蘭索斯分塊方法(BlockLanczos),提取第一階模態(tài)進(jìn)行分析。 3. 工程實(shí)例 北京某工程采用玻璃肋幕墻,幕墻規(guī)格為15m×10.8m,計(jì)算高度為11m。采用平齊式連接方式,吊掛玻璃系統(tǒng)。 在某工程中,玻璃面板的分格為2.221m×2.1m,玻璃肋的高度為9.9m,截面寬度為0.6m,采用TP12+1.52PVB+TP12的鋼化夾膠玻璃,承受水平風(fēng)荷載和地震荷載作用。 經(jīng)過計(jì)算,水平荷載的標(biāo)準(zhǔn)值為: 水平荷載的設(shè)計(jì)值為: 玻璃肋的截面高度: 玻璃肋撓度計(jì)算: 玻璃肋的截面寬度和撓度計(jì)算均符合設(shè)計(jì)要求。 根據(jù)JGJ102-2003玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范7.3.7條:高度大于8m的玻璃肋宜考慮平面外的穩(wěn)定驗(yàn)算,采用有限元軟件ANSYS進(jìn)行玻璃肋的穩(wěn)定計(jì)算,計(jì)算時(shí)考慮玻璃肋前端的玻璃對(duì)其提供的側(cè)向支撐作用。 玻璃肋板的有限元計(jì)算模型如圖1所示。 施加單位荷載,經(jīng)過計(jì)算,玻璃肋一階屈曲模態(tài)變形圖如圖2所示。 經(jīng)過穩(wěn)定性計(jì)算,得到第一階屈曲模態(tài)特征值為:12.075,由于施加的荷載為單位荷載,所以SET項(xiàng)第一階的屈曲系數(shù)12.075即為最小的屈曲載荷。即玻璃肋發(fā)生平面外失穩(wěn)的臨界荷載為12.075N/mm,本工程中玻璃肋受到的荷載為:5.84kN/m<19.495kN/m,則此超高玻璃肋的整體穩(wěn)定性滿足設(shè)計(jì)要求。 4. 結(jié)語 1)目前國(guó)內(nèi)對(duì)于玻璃肋的穩(wěn)定性的設(shè)計(jì)及計(jì)算的理論還比較少,在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)可以參考板殼理論和國(guó)外的一些規(guī)范。 2)玻璃肋的自重對(duì)于其穩(wěn)定性有一定的影響,但影響作用較小。玻璃肋的厚度及高度對(duì)于玻璃肋的整體穩(wěn)定有較大影響。 3)可以通過有限元軟件ANSYS進(jìn)行屈曲特征值分析,得到玻璃肋的屈曲荷載。這種方法簡(jiǎn)便直觀,準(zhǔn)確性高。 參考文獻(xiàn): [1]JGJ102-2003,玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范[S]. [2]彭曉彤,顧強(qiáng),趙永生.剖分T型鋼壓桿腹板局部屈曲及高厚比限值[J].建筑結(jié)構(gòu),2005,35(2):34-36. [3]AS1228-2006,Glassinbuilding[S]. [4]AndrewKwokWaiSo,SiuLaiChan.1996. |
會(huì)時(shí)間:2020年10月29日-11月01
展會(huì)地點(diǎn):北京·中國(guó)國(guó)際展覽中心(新館)