中國幕墻網(wǎng) 2016年會論文集系列 未經(jīng)許可不得轉(zhuǎn)載 違者必究
引言
S60框架幕墻系統(tǒng)是江河創(chuàng)建集團(tuán)股份有限公司研發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)化框架幕墻(見圖1)，已在相關(guān)工程中得到了應(yīng)用和驗證，獲得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和用戶評價。在S60框架幕墻系統(tǒng)中，無論是明框玻璃幕墻還是隱框玻璃幕墻，其玻璃均通過自攻螺釘攻進(jìn)橫梁、立柱的釘槽內(nèi)來固定(見圖2)。
在實際應(yīng)用中，在負(fù)風(fēng)壓的作用下，風(fēng)荷載通過玻璃傳遞給鋁合金壓塊(或壓板)，壓塊(或壓板)將力傳遞到自拔試驗研究，將試驗數(shù)據(jù)和由規(guī)范計算所得結(jié)果進(jìn)行對比分析，得出一種合理的抗拉拔承載力計算方法，用于指導(dǎo)工程設(shè)計。
1 美國規(guī)范計算方法概述
1.1 美國幕墻緊固件規(guī)范
根據(jù)美國幕墻緊固件規(guī)范[9]的相關(guān)規(guī)定，影響自攻螺釘的抗拉拔承載力的主要因素有：型材合金的材質(zhì)、型材的抗剪強度、緊固件的規(guī)格及螺距、螺紋剝離面積、緊固件螺紋的有效受力參與長度等。此規(guī)范同時給出了滿足自攻螺釘承載力許用值的最小型材厚度的計算公式，見式(1)：
式中：t為滿足自攻螺釘承載力的最小型材厚度;Fu為自攻螺釘抗拉承載力破壞值;Fv為與自攻螺釘相連的型材極限抗剪強度;N為每英寸螺紋個數(shù);A為每圈完整螺紋的剝離面積(內(nèi)螺紋)。
若型材厚度不滿足式(1)計算所得最小厚度，自攻螺釘?shù)目估纬休d力許用值需折減。由式(1)可得出自攻螺釘?shù)目估纬休d力容許值的計算公式，見式(2)：
式中：Le為自攻螺釘受力計算長度，F(xiàn)ta為自攻螺釘抗拉拔承載力破壞值。
1.2 美國鋁（詞條“鋁”由行業(yè)大百科提供）合金設(shè)計手冊
根據(jù)美國鋁合金設(shè)計手冊[10]相關(guān)規(guī)定，自攻螺釘攻入型材底孔的抗拉拔承載力的主要因素有：型材合金的材質(zhì)、型材的拉伸屈服承載力、型材的極限抗拉承載力、自攻螺釘?shù)耐饴菁y大徑、自攻螺釘與型材咬合的完整螺紋長度。此規(guī)范給出的計算公式見式(3)：
式中：Rn為自攻螺釘抗拉拔破壞承載力(圓孔);Ks為計算系數(shù);Le為不銹鋼螺釘入槽有效深度(mm);D為螺釘公稱直徑;Fty2為型材拉伸屈服強度;Ftu2為型材拉伸極限強度;n為每英寸螺紋個數(shù)。
1.3 自攻螺釘有效參與螺紋面積計算
參考美國幕墻緊固件規(guī)范，對于S60系統(tǒng)的釘槽槽口，由于槽口非閉合，自攻螺釘攻入后，僅與型材的兩側(cè)咬合，應(yīng)對螺紋的剝離進(jìn)行折減。螺紋參與受力的面積與螺紋總面積的比值Re計算公式見式(4)：
式中：R為自攻螺釘?shù)穆菁y大徑，自攻螺釘ST5.5取5.486mm;r為自攻螺釘?shù)穆菁y小徑，自攻螺釘ST5.5取4.188mm。
綜上所述：針對S60框架幕墻系統(tǒng)，除了自攻螺釘?shù)娜氩凵疃龋渌绊懸蛩叵鄬^為固定，因此本文僅考慮自攻螺釘?shù)娜氩凵疃冗@一影響因素進(jìn)行計算分析和試驗研究。需要說明的是，美國標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于有效入槽深度的規(guī)定是從完整螺紋開始計算。因此對于S60系統(tǒng)的釘槽槽口，ST5.5的自攻螺釘有效入槽深度等于入槽深度減去5mm(5mm為第一扣完整螺紋到自攻螺釘?shù)撞康木嚯x)[11]，自攻螺釘入槽有效深度示意圖見圖3。
2 S60系統(tǒng)自攻螺釘抗拉拔承載力計算
2.1 計算方法一
參考美國幕墻緊固件規(guī)范[9]計算公式，利用式(2)及式(4)計算自攻螺釘抗拉拔承載力容許值，總安全系數(shù)為2.5，并考慮了型材的補償厚度。因此其抗拉拔承載力許用值見式(5)：
式中：Ft為自攻螺釘抗拉拔承載力許用值;Re為由式(3)計算所得面積比，自攻螺釘ST5.5取0.319;Le考慮安裝誤差取實際入槽深度減5mm;鋁合金型材為6063-T6時取Fv為130MPa;牙型為寬螺距螺紋(Spaced thread)時N 取14;A為每個螺紋的剝離面積(內(nèi)螺紋)，取12.258mm2。
2.2 計算方法二
參考美國鋁合計設(shè)計手冊[10]計算公式，利用式(3)及式(4)計算自攻螺釘抗拉拔承載力容許值，總安全系數(shù)為3.0，未考慮型材的補償厚度。因此其抗拉拔承載力許用值見式(6)：
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