肋駁接點(diǎn)式玻璃幕墻的有限元分析

【摘 要】我國的建筑幕墻工業(yè)從1978年開始起步，經(jīng)過近30年的發(fā)展，特別是90年代的高速發(fā)展，到21世紀(jì)初，已發(fā)展成世界第一幕墻生產(chǎn)大國和世界第一幕墻使用大國。而點(diǎn)式駁接全玻璃幕墻作為幕墻的一種，經(jīng)過二十年的發(fā)展，因其采光效果好、現(xiàn)代氣派、節(jié)省鋁型材的特點(diǎn)，越來越多的被人們接受，就其支撐體系大體可分為鋼管點(diǎn)式、拉索點(diǎn)式、拉桿點(diǎn)式、肋駁接點(diǎn)式等。筆者主要就肋駁接點(diǎn)式玻璃幕墻的受力特點(diǎn)、傳力方式，通過有限元計(jì)算方法，比較得出有限元模擬和公式計(jì)算之間的差異，提出肋駁接點(diǎn)式玻璃幕墻設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和關(guān)鍵理論，并對(duì)可行性進(jìn)行論證，以及對(duì)加工和施工中遇到的問題進(jìn)行理論分析和經(jīng)驗(yàn)總結(jié)。

【關(guān)鍵詞】肋駁接 點(diǎn)式 玻璃幕墻 有限元分析

1.有限元分析模型

1.1 分析模型

本文采用有限元軟件Ansys彈性計(jì)算功能進(jìn)行肋駁接點(diǎn)式玻璃幕墻的玻璃肋受荷性能的全過程分析。駁接抓與玻璃肋的連接處設(shè)置軟質(zhì)鋁墊圈避免剛性接觸，玻璃肋吊掛在主體結(jié)構(gòu)上，玻璃肋承受水平風(fēng)荷載、豎直向下的面玻璃自重荷載的作用和地震作用，玻璃肋的力學(xué)模型為簡支梁拉彎構(gòu)件，玻璃肋的力學(xué)簡圖如圖1所示。

玻璃肋采用該軟件的SHELL63的殼單元，實(shí)常數(shù)為玻璃肋的厚度，抗彎強(qiáng)度、彈性模量、泊松比根據(jù)玻璃的屬性選取，考慮材料的彈性使用雙線隨動(dòng)強(qiáng)化準(zhǔn)則，采用Von Mises屈服準(zhǔn)則，玻璃的應(yīng)力-應(yīng)變曲線如圖2所示。

圖1玻璃肋的力學(xué)模型 圖2玻璃的應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系曲線

1.2 單元?jiǎng)澐趾瓦吔鐥l件

本文采用四邊形自由劃分SHELL單元的網(wǎng)格劃分方法，網(wǎng)格大小選取中等疏密網(wǎng)格，用鋼材填充肋玻璃空以減小SHELL單元的應(yīng)力集中，上端支點(diǎn)采用水平方向和豎直方向的雙方向約束，下端支點(diǎn)只采用豎直方向的單方向約束，以達(dá)到玻璃肋掛接在主體結(jié)構(gòu)上的目的，水平風(fēng)荷載和豎直向下的面玻璃自重荷載以集中荷載的形式施加載SHELL63單元上，玻璃肋的自重荷載通過程序自動(dòng)運(yùn)算。

1.3 線性求解

將集中荷載施加在肋駁接空的關(guān)鍵點(diǎn)上，進(jìn)行求解，進(jìn)入后處理器查看位移和應(yīng)力結(jié)果，包括玻璃肋對(duì)主體結(jié)構(gòu)的反力。

2.計(jì)算機(jī)模擬結(jié)果與計(jì)算結(jié)果的對(duì)比

注：B為玻璃肋寬度；t為玻璃肋厚度；L為玻璃肋跨度；f為玻璃肋的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；N為水平集中荷載；V為豎直集中荷載；E為玻璃的彈性模量；γ為玻璃的泊松比；ρ為玻璃的容重；A為玻璃肋的截面積；I為玻璃肋的慣性矩；W為玻璃肋的抵抗矩；Dm為玻璃肋跨中位移模擬值；De為玻璃肋跨中位移計(jì)算值；fm為玻璃肋強(qiáng)度模擬值；fe為玻璃肋強(qiáng)度計(jì)算值。

3.計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬結(jié)果

構(gòu)件應(yīng)力云圖

4.結(jié)論

本文主要從計(jì)算機(jī)模擬方面對(duì)肋駁接點(diǎn)式玻璃幕墻的玻璃肋進(jìn)行研究，通過計(jì)算機(jī)模擬肋駁接點(diǎn)式玻璃幕墻的玻璃肋，對(duì)比計(jì)算機(jī)模擬值與計(jì)算值之間的差別，得出如下結(jié)論：

1）通過計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬，計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬值與計(jì)算值之比（ 和 ）的誤差均在±5%以內(nèi)，可見計(jì)算機(jī)模擬值與計(jì)算值總體吻合較一致。計(jì)算機(jī)模擬玻璃肋的結(jié)果與計(jì)算值結(jié)果存在一定誤差，是與SHELL單元模型的有限元網(wǎng)格劃分疏密有關(guān)。

2）建議在實(shí)際工程中玻璃肋的玻璃孔處設(shè)置軟質(zhì)鋁墊圈避免剛性接觸。

3）建議在實(shí)際工程中的玻璃肋與主體結(jié)構(gòu)的連接處，要做成鉸接節(jié)點(diǎn)，采用簡支梁計(jì)算模型以免玻璃肋端部產(chǎn)生較大彎矩發(fā)生破壞。

【參考文獻(xiàn)】

[1]《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范》JGJ102-2003；

[2]《建筑玻璃應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》JGJ113-2009；

[3]《建筑結(jié)構(gòu)靜力計(jì)算手冊(cè)（第二版）》；

[4]《堅(jiān)朗點(diǎn)支式幕墻配件典型產(chǎn)品目錄》2010年版；