建筑玻璃幕墻結(jié)構(gòu)-第四章 玻璃面板的設(shè)計(jì)與計(jì)算.ppt

第四章玻璃面板的設(shè)計(jì)與計(jì)算 worse 4 1玻璃面板的計(jì)算理論 4 2單片玻璃的計(jì)算 4 3中空玻璃的計(jì)算 4 4夾層玻璃的計(jì)算 本章主要內(nèi)容 4 1玻璃面板的計(jì)算理論 4 2單片玻璃的計(jì)算 4 3中空玻璃的計(jì)算 4 4夾層玻璃的計(jì)算 worse 小變形理論 一階線性分析 荷載 位移關(guān)系為線性關(guān)系規(guī)則形狀和邊界 解析解 表格或有限元方法 不規(guī)則形狀或邊界 有限元方法 4 1玻璃面板計(jì)算理論 1 小變形理論 2 大變形理論 大變形理論 考慮薄板彎曲后中面拉應(yīng)力對(duì)剛度貢獻(xiàn)的幾何非線性理論 精確計(jì)算方法 有限單元法 但考慮合適的邊界條件 近似設(shè)計(jì)方法 線性公式 非線性折減系數(shù) 邊界約束條件對(duì)大變形分析結(jié)果非常敏感 現(xiàn)行規(guī)范所取的非線性折減系數(shù)是偏于安全的 接近1 0 折減率小 4 1玻璃面板的計(jì)算理論 4 2單片玻璃的計(jì)算 4 3中空玻璃的計(jì)算 4 4夾層玻璃的計(jì)算 worse 1 窗框玻璃 四邊簡支玻璃 計(jì)算 4 2單片玻璃計(jì)算 1 基本原則 計(jì)算模型 四邊支承板計(jì)算理論 幾何非線性理論 尺寸大 厚度小 面外大變形使中面產(chǎn)生拉力場(chǎng)計(jì)算方法 線性理論近似公式 非線性影響系數(shù)計(jì)算內(nèi)容 應(yīng)力 撓度 a 面板短邊長 m 彎矩系數(shù) 根據(jù)a b查表 b 面板長邊長 h 折減系數(shù) 根據(jù)參數(shù)q查表 其中 4 2單片玻璃計(jì)算 2 規(guī)范方法 應(yīng)力校核 q q h h 構(gòu)造厚度要求 單片玻璃厚度應(yīng) 6mm 夾層玻璃的單片厚度宜 5mm 夾層玻璃和中空玻璃的單片玻璃厚度相差 3mm 4 2單片玻璃計(jì)算 撓度校核 df 玻璃在風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值或永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值作用下產(chǎn)生的最大撓度 m 撓度系數(shù) 按a b查表得到 wk 風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值 N mm2 D 玻璃面板剛度 D Et3 12 1 u2 u 泊松比 取0 2 3 數(shù)值分析與研究 邊界一 四個(gè)邊界在X Y Z三個(gè)方向上均施加位移約束 邊界二 短邊界在X Z方向上施加平動(dòng)約束 長邊在Y Z方向上施加平動(dòng)約束 容許邊界產(chǎn)生垂直于邊長方向的面內(nèi)位移 玻璃面板尺寸為1200mm 1500mm 8mm 如下圖所示 4 2單片玻璃計(jì)算 3 數(shù)值分析與研究 續(xù) 玻璃面板 小變形理論 兩個(gè)不同邊界條件的非線性有限元方法 規(guī)范公式計(jì)算所得結(jié)果 邊界條件差異對(duì)非線性計(jì)算結(jié)果的影響較大 新規(guī)范計(jì)算結(jié)果與邊界二的非線性分析結(jié)果較吻合 且偏于安全 4 2單片玻璃計(jì)算 worse 2 點(diǎn)支式玻璃 四點(diǎn)支承玻璃 計(jì)算 1 基本原則 4 2單片玻璃計(jì)算 計(jì)算模型 四點(diǎn)支承板 中部應(yīng)力準(zhǔn)確 孔洞應(yīng)力 計(jì)算理論 幾何非線性理論 尺寸大 厚度小 面外大變形使中面產(chǎn)生拉力場(chǎng)計(jì)算方法 線性理論近似公式 非線性影響系數(shù)計(jì)算內(nèi)容 應(yīng)力 撓度 worse 撓度校核 4 2單片玻璃計(jì)算 應(yīng)力校核 2 規(guī)范方法 玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范 JGJ102 2003 m 彎矩系數(shù) 按a b查表 a b 玻璃面板短邊 長邊 worse 構(gòu)造要求四邊形玻璃面板可采用四點(diǎn)支承 有依據(jù)時(shí)也可采用六點(diǎn)支承 三角形玻璃面板可采用三點(diǎn)支承 玻璃面板支承孔邊與板邊距離宜 70mm 浮頭式連接的幕墻玻璃厚度應(yīng) 6mm 沉頭式連接的幕墻玻璃厚度應(yīng) 8mm 玻璃之間的空隙應(yīng) 10mm 且采用硅酮建筑密封膠嵌縫 支承孔周邊應(yīng)可靠密封 采用中空玻璃時(shí) 支承孔周邊應(yīng)多道密封 4 2單片玻璃計(jì)算 4 數(shù)值分析與研究 取尺寸為1200mm 1500mm 8mm的點(diǎn)支承玻璃板進(jìn)行數(shù)值分析 垂直于板的均布荷載為0 005MPa 彈性模量E為72000MPa 泊松比為0 2 考慮如下兩種邊界條件 邊界一 四點(diǎn)在X Y Z三個(gè)方向上均施加位移約束 邊界二 點(diǎn)1在X Y Z三個(gè)方向上均施加位移約束 點(diǎn)2在Y Z方向施加平動(dòng)約束 點(diǎn)3只在Z方向施加平動(dòng)約束 點(diǎn)4在X Z方向施加平動(dòng)約束 容許玻璃面板產(chǎn)生面內(nèi)位移 4 2單片玻璃計(jì)算 四個(gè)支承點(diǎn)處位移全被約束后 點(diǎn)支式玻璃面板展現(xiàn)了明顯的幾何非線性效應(yīng) 支承點(diǎn)容許玻璃產(chǎn)生面內(nèi)變形時(shí) 玻璃面板的幾何非線性效應(yīng)不太明顯 目前廣泛使用的點(diǎn)支爪件和連接件介于邊界一和邊界二之間 4 2單片玻璃計(jì)算 4 1玻璃面板的計(jì)算理論 4 2單片玻璃的計(jì)算 4 3中空玻璃的計(jì)算 4 4夾層玻璃的計(jì)算 worse 1 基本原則 4 3中空玻璃計(jì)算 中空玻璃的設(shè)計(jì)計(jì)算公式是建立在空氣不可壓縮的假定基礎(chǔ)上推導(dǎo)而得的 即上下兩片的撓度相等 2 規(guī)范設(shè)計(jì)方法 1 計(jì)算理論JGJ102規(guī)程 中空玻璃的應(yīng)力和位移計(jì)算公式是根據(jù)兩個(gè)玻璃片獨(dú)立承受各自荷載 變形相等的假定推導(dǎo)而得的 由此得到的玻璃應(yīng)力分布圖如圖所示 worse 必須注意 位移可以按照和 和或和進(jìn)行計(jì)算 所得結(jié)果一致 面板應(yīng)力必須按照和 和分別進(jìn)行計(jì)算 對(duì)應(yīng)于圖 a 的應(yīng)力圖形 不能按照和進(jìn)行應(yīng)力計(jì)算 對(duì)應(yīng)于圖 b 所示的應(yīng)力分布 2 強(qiáng)度計(jì)算JGJ102規(guī)程 驗(yàn)算強(qiáng)度時(shí)按照各片玻璃本身的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值進(jìn)行較核 但每片玻璃所受的荷載要按照剛度進(jìn)行分配 直接承受荷載作用的單片玻璃所受荷載乘以1 1 4 3中空玻璃計(jì)算 worse 3 剛度計(jì)算JGJ102規(guī)程 中空玻璃在計(jì)算剛度時(shí)要使用等效厚度進(jìn)行計(jì)算 考慮到直接承受荷載的玻璃撓度大于按兩片玻璃等撓度原則計(jì)算的撓度值 所以中空玻璃的等效厚度考慮折減系數(shù)0 95 按照下式計(jì)算 說明 中空玻璃的兩片玻璃之間有氣體 直接承受荷載的正面玻璃的撓度一般略大于間接承受荷載的背面玻璃的撓度 分配的荷載相應(yīng)也應(yīng)該略大一些 為了保證安全和簡化設(shè)計(jì) 將正面玻璃分配的荷載加大10 為直接承受荷載的玻璃 為不直接承受荷載的玻璃 4 3中空玻璃計(jì)算 worse 4 規(guī)范 有限元和實(shí)驗(yàn)的比較 中空玻璃在均布荷載作用下的位移值 mm 4 3中空玻璃計(jì)算 4 規(guī)范 有限元和實(shí)驗(yàn)的比較 續(xù) 中空玻璃在均布荷載作用下的應(yīng)力值 4 3中空玻璃計(jì)算 4 1玻璃面板的計(jì)算理論 4 2單片玻璃的計(jì)算 4 3中空玻璃的計(jì)算 4 4夾層玻璃的計(jì)算 worse 1 基本原則 4 4夾層玻璃計(jì)算 如果采用夾層玻璃作為受彎單元 不可避免的問題是如何決定夾層玻璃的力學(xué)分析模型 夾層玻璃可能的分析模型有三個(gè) 整體截面模型 復(fù)合截面模型 分離截面模型 如圖所示 worse 夾層玻璃的工作性能取決于其內(nèi)夾層的抗剪剛度 抗剪剛度無窮大時(shí) 夾層玻璃等同整體截面 抗剪剛度為零時(shí) 夾層玻璃等同于簡單疊置的分離截面 試驗(yàn)表明 荷載作用時(shí)間 環(huán)境溫度等對(duì)內(nèi)夾層的抗剪剛度有極大的影響 4 4夾層玻璃計(jì)算 worse 2 規(guī)范設(shè)計(jì)方法 1 計(jì)算理論對(duì)于夾層玻璃偏于安全地取分離截面模型驗(yàn)算強(qiáng)度和剛度 假定在荷載作用下兩片玻璃的撓度相等 每片玻璃按彎曲剛度分配荷載 2 強(qiáng)度計(jì)算 4 4夾層玻璃計(jì)算 分別驗(yàn)算兩片玻璃的強(qiáng)度 worse 3 剛度計(jì)算可取一片玻璃計(jì)算玻璃的撓度 也可按等效厚度計(jì)算夾層玻璃的撓度 撓度計(jì)算公式同單片玻璃 4 4夾層玻璃計(jì)算 例題 四點(diǎn)支承中空玻璃題目 面板厚度 12mm 12A 10mm t1 12mm t2 10mm面板尺寸 2160mmx1535mm邊長b 2160 2x110 1940mm a 1535 2x110 1315mma b 1315 1940 0 7 查表m 0 138