不同支承型式矩形鋁單板強度計算方法的分析

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結構，鋁板幕墻是目前在幕墻結構中使用較普遍的一種型式，鋁板幕墻以其鋼性好、重量輕、強度高、耐腐蝕性好、工藝性好、施工便捷、可回收利用等各種優良特性，在各類建筑中得到了廣泛的應用。目前，鋁板幕墻中鋁單板及其連接件的計算方法也日趨成熟，但在實際工程應用中仍存在未解決的問題，因此給幕墻設計者的工作帶來了一定的困難，文中針對鋁單板的強度計算做了相關的研究分析，旨在為幕墻設計者提供參考，為研究探討鋁單板結構計算的相關問題起到拋磚引玉的作用。

1 設計計算條件

計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《規范》附錄B表B.0.1中鋁單板邊長比的范圍，選取矩形鋁單板邊長比在0.5-1.0之間的5組數據，取計算面板尺寸分別為450×900 mm、560×900 mm、680×900 mm、790×900 mm、900×900 mm，根據該尺寸將鋁單板按從小到大的尺寸分別編號為1-5，組合荷載設計值q為2.8 KN/m2，彈性模量E=70000 N/mm2，泊松比為0.33。

根據《規范》第5.4.4條的規定：沿板材四周邊緣為簡支邊，中肋支承線為固定邊，在實際工程應用中，四邊支承鋁單板的支承型式如下：A、四邊簡支；B、長邊固定，三邊簡支；C、短邊固定，三邊簡支；D、長對邊固定，短對邊簡支；E、短對邊固定，長對邊簡支；F、三邊固定，短邊簡支；G、三邊固定，長邊簡支；H、兩臨邊固定，兩臨邊簡支；I、四邊固定；J、長對邊簡支，一短邊自由，一短邊固定。

2 鋁單板強度計算

2.1 規范計算

表2-1 鋁單板最大應力值

2.2 靜力手冊計算

表2-2 鋁單板最大應力值

2.3 ANSYS計算

采用ANSYS有限元分析軟件計算矩形鋁單板的強度，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；簡支邊約束UZ；兩對邊簡支時，一邊約束UZ，另一邊約束UX、UY、UZ（Z為垂直面板方向）。整理鋁單板最大應力結果如表2-3所示。

表2-3 鋁單板最大應力值

3 結果比較分析

將各種支承型式的計算數據繪制成折線圖，將結果分列于兩個圖表中，如圖3-1至3-2所示，進而對采用不同計算方法所得每組支撐型式的鋁單板最大應力值進行分析。（圖表中字母代表相應的支撐型式，數字1、2、3分別代表根據《規范》、《靜力手冊》，ANSYS有限元軟件計算的鋁單板最大應力值，橫坐標表示鋁板邊長比，縱坐標表示應力值。）

圖3-1 A-E支承型式鋁單板最大應力值圖

圖3-2 F-J支承型式鋁單板最大應力值圖

從上圖中可以看出，對于A支承型式，采用不同計算方法得到的結果相差較大，而其他九種支承型式的結果均吻合的較好。

結論

通過對比分析采用三種方法計算的矩形鋁單板最大應力值，可以得出，對于文中所列出的B～J九種支承型式的各組鋁單板，結果吻合較好，建議在計算矩形鋁單板時，對于《規范》中未涉及的支承類型，可以參考《靜力手冊》或者采用ANSYS有限元分析軟件進行鋁單板計算，由于《靜力手冊》的計算結果比ANSYS計算的結果更接近《規范》，因此在設計中應優先選用《靜力手冊》進行鋁單板的強度設計。

[1]JGJ133-2001.金屬與石材幕墻工程技術規范[S].

[2]GB 50429-2007.鋁合金結構設計規范[S].

[3]JGJ102-2003.玻璃幕墻工程技術規范[S].

[4]姚諫.建筑結構靜力計算實用手冊[Z].北京:中國建筑工業出版社，2009.

[5]王新敏.ANSYS工程結構數值分析[M].北京:人民交通出版社，2007.