不同支承型式矩形鋁單板強(qiáng)度計(jì)算方法的分析

楊 蓉

（北京江河幕墻股份有限公司，北京 101300）

緒論

幕墻是建筑物的外墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)，鋁板幕墻是目前在幕墻結(jié)構(gòu)中使用較普遍的一種型式，鋁板幕墻以其鋼性好、重量輕、強(qiáng)度高、耐腐蝕性好、工藝性好、施工便捷、可回收利用等各種優(yōu)良特性，在各類建筑中得到了廣泛的應(yīng)用。目前，鋁板幕墻中鋁單板及其連接件的計(jì)算方法也日趨成熟，但在實(shí)際工程應(yīng)用中仍存在未解決的問題，因此給幕墻設(shè)計(jì)者的工作帶來了一定的困難，文中針對(duì)鋁單板的強(qiáng)度計(jì)算做了相關(guān)的研究分析，旨在為幕墻設(shè)計(jì)者提供參考，為研究探討鋁單板結(jié)構(gòu)計(jì)算的相關(guān)問題起到拋磚引玉的作用。

1 設(shè)計(jì)計(jì)算條件

計(jì)算矩形鋁單板選用工程中常用的3003鋁單板，板厚取t=3 mm，參考《規(guī)范》附錄B表B.0.1中鋁單板邊長(zhǎng)比的范圍，選取矩形鋁單板邊長(zhǎng)比在0.5-1.0之間的5組數(shù)據(jù)，取計(jì)算面板尺寸分別為450×900 mm、560×900 mm、680×900 mm、790×900 mm、900×900 mm，根據(jù)該尺寸將鋁單板按從小到大的尺寸分別編號(hào)為1-5，組合荷載設(shè)計(jì)值q為2.8 KN/m2，彈性模量E=70000 N/mm2，泊松比為0.33。

根據(jù)《規(guī)范》第5.4.4條的規(guī)定：沿板材四周邊緣為簡(jiǎn)支邊，中肋支承線為固定邊，在實(shí)際工程應(yīng)用中，四邊支承鋁單板的支承型式如下：A、四邊簡(jiǎn)支；B、長(zhǎng)邊固定，三邊簡(jiǎn)支；C、短邊固定，三邊簡(jiǎn)支；D、長(zhǎng)對(duì)邊固定，短對(duì)邊簡(jiǎn)支；E、短對(duì)邊固定，長(zhǎng)對(duì)邊簡(jiǎn)支；F、三邊固定，短邊簡(jiǎn)支；G、三邊固定，長(zhǎng)邊簡(jiǎn)支；H、兩臨邊固定，兩臨邊簡(jiǎn)支；I、四邊固定；J、長(zhǎng)對(duì)邊簡(jiǎn)支，一短邊自由，一短邊固定。

2 鋁單板強(qiáng)度計(jì)算

2.1 規(guī)范計(jì)算

表2-1 鋁單板最大應(yīng)力值

2.2 靜力手冊(cè)計(jì)算

表2-2 鋁單板最大應(yīng)力值

2.3 ANSYS計(jì)算

采用ANSYS有限元分析軟件計(jì)算矩形鋁單板的強(qiáng)度，用SHELL63單元模擬鋁單板單元，鋁單板幾何尺寸及荷載如上文所述。邊界條件按如下方式施加約束，固定邊約束UX、UY、UZ、ROTX、ROTY、ROTZ；簡(jiǎn)支邊約束UZ；兩對(duì)邊簡(jiǎn)支時(shí)，一邊約束UZ，另一邊約束UX、UY、UZ（Z為垂直面板方向）。整理鋁單板最大應(yīng)力結(jié)果如表2-3所示。

表2-3 鋁單板最大應(yīng)力值

3 結(jié)果比較分析

將各種支承型式的計(jì)算數(shù)據(jù)繪制成折線圖，將結(jié)果分列于兩個(gè)圖表中，如圖3-1至3-2所示，進(jìn)而對(duì)采用不同計(jì)算方法所得每組支撐型式的鋁單板最大應(yīng)力值進(jìn)行分析。（圖表中字母代表相應(yīng)的支撐型式，數(shù)字1、2、3分別代表根據(jù)《規(guī)范》、《靜力手冊(cè)》，ANSYS有限元軟件計(jì)算的鋁單板最大應(yīng)力值，橫坐標(biāo)表示鋁板邊長(zhǎng)比，縱坐標(biāo)表示應(yīng)力值。）

圖3-1 A-E支承型式鋁單板最大應(yīng)力值圖

圖3-2 F-J支承型式鋁單板最大應(yīng)力值圖

從上圖中可以看出，對(duì)于A支承型式，采用不同計(jì)算方法得到的結(jié)果相差較大，而其他九種支承型式的結(jié)果均吻合的較好。

結(jié)論

通過對(duì)比分析采用三種方法計(jì)算的矩形鋁單板最大應(yīng)力值，可以得出，對(duì)于文中所列出的B～J九種支承型式的各組鋁單板，結(jié)果吻合較好，建議在計(jì)算矩形鋁單板時(shí)，對(duì)于《規(guī)范》中未涉及的支承類型，可以參考《靜力手冊(cè)》或者采用ANSYS有限元分析軟件進(jìn)行鋁單板計(jì)算，由于《靜力手冊(cè)》的計(jì)算結(jié)果比ANSYS計(jì)算的結(jié)果更接近《規(guī)范》，因此在設(shè)計(jì)中應(yīng)優(yōu)先選用《靜力手冊(cè)》進(jìn)行鋁單板的強(qiáng)度設(shè)計(jì)。

[1]JGJ133-2001.金屬與石材幕墻工程技術(shù)規(guī)范[S].

[2]GB 50429-2007.鋁合金結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3]JGJ102-2003.玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范[S].

[4]姚諫.建筑結(jié)構(gòu)靜力計(jì)算實(shí)用手冊(cè)[Z].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2009.

[5]王新敏.ANSYS工程結(jié)構(gòu)數(shù)值分析[M].北京:人民交通出版社，2007.