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摘要:鋁板幕墻是幕墻工程的常用形式之一,具有輕質(zhì)高強(qiáng)、不易變形等特點(diǎn)。本文應(yīng)用有限元軟件,建立某鋁板幕墻結(jié)構(gòu)的數(shù)值計(jì)算模型,在恒荷與風(fēng)荷載共同作用下,計(jì)算了桿件的軸力、剪力及彎矩,分析表明,該結(jié)構(gòu)在恒載及風(fēng)載共同作用時(shí),桿件的各項(xiàng)承載力均能滿足要求。...

某鋁板幕墻工程鋼結(jié)構(gòu)計(jì)算分析

 

(陜西航天建筑工程公司  71000  西安)

1.引言

    鋁板幕墻是采用鋁板作為鑲板而構(gòu)成幕墻結(jié)構(gòu)的裝配組件,常用于作墻體蔽護(hù)和不采光的墻壁。在窗框墻部分使用鋁板,或在不需采光的整面墻上使用鋁板幕墻,能夠起到屏護(hù)、裝飾,美觀的效果,目前在我國(guó)很多大中型城市均有廣泛應(yīng)用,常見的形式有蜂窩鋁板、單層鋁板和復(fù)合鋁板等。

然而,在部分地區(qū),受氣候條件影響,風(fēng)荷載對(duì)鋁板幕墻結(jié)構(gòu)的影響極其顯著,因此在進(jìn)行鋁板幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析時(shí),應(yīng)重點(diǎn)就風(fēng)荷載對(duì)鋁板及鋼結(jié)構(gòu)桿件的作用效應(yīng)進(jìn)行分析。為此,本文結(jié)合某工程鋁板幕墻結(jié)構(gòu)特點(diǎn),應(yīng)用ANSYS有限元計(jì)算軟件,建立鋁板幕墻結(jié)構(gòu)的計(jì)算模型,分析其內(nèi)力特征,為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)。

2.工程概況

    鋁板幕墻結(jié)構(gòu)為2層懸挑式鋼管結(jié)構(gòu),具體尺寸如圖1所示。

1 幕墻結(jié)構(gòu)布置及尺寸

    依據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范GB 50009—20012006年版)》及《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB 50017—2003》的相關(guān)要求,結(jié)構(gòu)中鋁板及鋼材自重依據(jù)材料重度以實(shí)際計(jì)算結(jié)果輸入。

    鋁板幕墻的風(fēng)壓設(shè)計(jì)主要包含兩個(gè)方面:其一為五十年一遇瞬問(wèn)最大風(fēng)速的風(fēng)壓作用下,其主受力梁的最大撓度應(yīng)小于樓層間距的1/180,且主受力梁的最大拉應(yīng)力小于允許值;其二為鋁板在30年一遇瞬間最大風(fēng)速的風(fēng)壓力作用下,其撓度不超過(guò)樓層間距的1/300,其最大拉應(yīng)力小于鋁板允許值。當(dāng)單層鋁板或符合鋁板分割較大時(shí),需在鋁板背面設(shè)加強(qiáng)筋,加強(qiáng)筋的計(jì)算與主受力梁的風(fēng)壓設(shè)計(jì)相同。

    為此,本幕墻在計(jì)算時(shí)垂直向線性恒荷載取值2.5KN/m,水平均布荷載取值1 kN/m2,雪荷載取值0.4 kN/m2。荷載工況按永久荷載效應(yīng)控制的組合,荷載組合為,1.35+0.98。同時(shí),為安全起見,計(jì)算中將水平荷載按風(fēng)荷載考慮。

3.受力分析及其結(jié)果

    3.1 計(jì)算模型

    采用SAP2000有限元分析軟件,桿件采用beam單元,幕墻采用shell單元,建立空間有限元分析模型(如圖2所示)。鋼材采用Q235結(jié)構(gòu)鋼,其物理力學(xué)指標(biāo)如下:

    鋼材重度ρ=78kN/m3,抗拉、抗壓和抗彎強(qiáng)度f=215N/mm2,抗剪強(qiáng)度fv=125 N/mm2,彈性模量E=206×103N/mm2,剪切模量G=79×103N/mm2

 2計(jì)算模型

    3.2計(jì)算結(jié)果分析

    按荷載組合,加載計(jì)算,結(jié)果如下:

    圖3a)、(b)分別為荷載組合下鋁板幕墻軸向應(yīng)力等值線,其中水平向最大應(yīng)力為-1.95 MPa(受壓);豎向最大應(yīng)力為-2.25MPa(受壓)。因應(yīng)力值遠(yuǎn)小于鋁板材料抗壓強(qiáng)度,故幕墻板承載力符合要求。

a)水平向                           b)豎向

3 鋁板幕墻軸向應(yīng)力等值線

    圖4為鋼梁軸力圖,可以看出,水平梁最大軸力為-7.382kN(受壓),豎直梁最大軸力為-5.458kN。圖5為鋼梁彎矩圖,計(jì)算結(jié)果表明,水平梁豎向最大彎矩為8500kN-mm,豎向梁最大水平彎矩為89.48kN-mm。圖6為各桿的剪力圖形,由圖6可見,各桿件水平剪力均為零,僅在頂層橫梁上存在數(shù)向剪力,且其值較小。  

 

4 鋼梁軸力圖

 a)水平向                              b)豎向

5 鋼梁彎矩圖

a)水平向                         b)豎向

6 鋼梁剪力圖

    3.3 桿件承載力計(jì)算

    由內(nèi)力分析結(jié)果可知,水平方向橫向梁為受壓構(gòu)件,縱向梁為受彎構(gòu)件,豎向鋼梁為壓彎構(gòu)件。故對(duì)各部分構(gòu)件承載力計(jì)算如下:

    對(duì)于水平橫向梁的計(jì)算,按《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(50017-20035.1.1條,

    故水平橫向梁承載力滿足要求。

    水平縱向梁,強(qiáng)度驗(yàn)算:由《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(50017-20034.1.1條,

    因鋁板密鋪,整體穩(wěn)定和局部穩(wěn)定不需驗(yàn)算,故水平縱向梁承載力滿足要求。

    豎向梁,強(qiáng)度驗(yàn)算:由《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(50017-20034.1.1條,

    因鋁板密鋪,整體穩(wěn)定和局部穩(wěn)定不需驗(yàn)算,故豎向梁承載力滿足要求。

4.結(jié)語(yǔ)

    結(jié)合鋁板幕墻的特點(diǎn),剪力了某工程鋁板幕墻鋼結(jié)構(gòu)的有限元計(jì)算模型,考慮自重及風(fēng)荷載的共同影響,計(jì)算了結(jié)構(gòu)內(nèi)力,并依據(jù)現(xiàn)行規(guī)范的要求,對(duì)危險(xiǎn)桿件的強(qiáng)度及穩(wěn)定性進(jìn)行了驗(yàn)算。計(jì)算分析及驗(yàn)算結(jié)果表明,在設(shè)計(jì)荷載作用下,鋁板幕墻及鋼梁承載力均能滿足承載力及穩(wěn)定性要求,能夠?yàn)橄嚓P(guān)工程的設(shè)計(jì)及分析提供參考。

參考文獻(xiàn):

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(本文來(lái)源:陜西省土木建筑學(xué)會(huì)    文徑網(wǎng)絡(luò):尹維維 編輯  文徑 審核

 
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