本文作者：王飛勇,花定興,張桂先,湯曉玲
1 鋁合金上橫梁插接臂或插芯臂受力計(jì)算中存在的問題
單元式幕墻鋁合金上橫梁插接臂(以下簡稱插接壁)在
幕墻十字縫處受到來自上單元幕墻
立柱的水平
集中荷載;很多單元式幕墻的上橫梁腔還采用了插芯,如下圖1(豎剖圖),插芯臂也存在和插接臂同樣的受力狀態(tài);插接臂或插芯臂實(shí)質(zhì)上是一個(gè)鋁合金懸臂板,底部嵌固,頂部承受來自鋁合金立柱的水平集中力,在現(xiàn)有的規(guī)范及相關(guān)資料中,未見到鋁合金懸臂板在頂部水平集中
荷載作用下系統(tǒng)和理論的計(jì)算方法。
在此處的連接計(jì)算中,插接臂或插芯臂的等效受荷寬度的確定是關(guān)鍵,目前很多計(jì)算人員往往憑經(jīng)驗(yàn)取一個(gè)數(shù)值,有的把左右單元插接壁和插芯臂取3O0mm作為等效受荷寬度,還有的按照插芯臂和插接壁的高度按比例擴(kuò)散取值,但國內(nèi)目前未見這方面的理論分析,規(guī)范也沒有規(guī)定;這可能會(huì)導(dǎo)致有些計(jì)算結(jié)果與實(shí)際情況有比較大的誤差,甚至是錯(cuò)誤。當(dāng)然,如果計(jì)算時(shí)采用
有限元分析軟件對(duì)此插接臂或插芯臂進(jìn)行分析,也能得到比較精確的結(jié)果,但比較費(fèi)時(shí)費(fèi)力,而且并非每個(gè)計(jì)算人員都精通有限元軟件。本文采用有限元分析軟件Ansy對(duì)不同高度和厚度的鋁合金懸臂板進(jìn)行分析,統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果,并找出存在的客觀規(guī)律,計(jì)算人員只需根據(jù)插接壁和插芯臂不同高度和厚度,查表就能得到擴(kuò)散角(見2.1定義),從而得到等效受荷寬度。
2 鋁合金懸臂板在頂部集中荷載作用下的等效寬度和擴(kuò)散角分析
采用
彈性力學(xué)知識(shí)應(yīng)能達(dá)到想要的結(jié)果,但如果t1不等于t2,或者要考慮大
撓度理論時(shí),采用彈性力學(xué)知識(shí)就特別繁瑣,為簡便起見,本文采用有限元分析軟件Ansys對(duì)α與懸臂板高度凡、厚度t1、t1的關(guān)系進(jìn)行統(tǒng)計(jì)研究分析;根據(jù)結(jié)構(gòu)知識(shí),相同高厚比的懸臂板擴(kuò)散角α是相同的,因此,本文分析時(shí),采用一定高度、不同厚度的懸臂板,求出其根部在頂部集中荷載作用下的最大
應(yīng)力σ,當(dāng)σ是已知量時(shí),就可以求出
強(qiáng)度計(jì)算的等效矩
3 鋁合金插接臂或插芯臂的計(jì)算方法
值得注意的是,相同高厚比的懸臂板在頂部荷載作用下的擴(kuò)散角是一樣的,而在同一高度h的情況下,不同厚度t的懸臂板擴(kuò)散角度也是相同的,因此,表一擴(kuò)散角具有普遍意義,即對(duì)于等厚懸臂板,如果集中荷載左右寬度均無限大,則懸臂板等效擴(kuò)散角α為49.3°。在懸臂板的擴(kuò)散角與高厚比不存在任何關(guān)系的前提下,對(duì)于不等厚懸臂板,不同厚度比t2/t1的比值顯然是擴(kuò)散角的唯一變量。因此,對(duì)于不同變
截面懸臂板,只需計(jì)算頂部厚度t1和底部厚度莎1的比值,查表二,用插值法求出擴(kuò)散角即可。
鋁合金插接臂在鋁合金立柱集中荷載作用下,集中荷載一邊的懸臂板可以看做無窮大,而另一邊則為鋁合金立柱半邊料的寬度,如下圖4,其在左邊的擴(kuò)散角為α°,在右邊因?yàn)?1比較小,可近似認(rèn)為b1全部發(fā)揮作用;插芯臂不是通長的,如下圖5,兩邊近似擴(kuò)散α°,中間尺寸為鋁合金公母立柱寬度及
膠條縫之和,可近似認(rèn)為全部受力。
當(dāng)插芯臂和上橫梁臂緊密配合并共同受到立柱的集中力時(shí),可采用
剛度分配方法分配荷載,再來分別計(jì)算插芯臂和上橫梁插接臂是否滿足要求。
4 結(jié)束語
單元式幕墻插接臂或插芯臂的計(jì)算不可忽視,如果強(qiáng)度不足,大則會(huì)引起結(jié)構(gòu)安全問題,小則會(huì)導(dǎo)致單元式幕墻的水密和
氣密性能;插接臂或插芯臂寬度的確定往往比較困惑,這直接決定了插接臂或插芯臂的厚度;因此,既要保證單元式幕墻此處連接安全可靠,又要考慮經(jīng)濟(jì)合理,作為一名幕墻
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員必須科學(xué)的進(jìn)行分析計(jì)算。
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