风荷载作用下幕墙铝板内力和变形的计算

第５１卷２０１２年第４期　７月　中山大学学报（自然科学版）　ＡＣＴＡ　ＳＣＩＥＮＴＩＡＲＵＭ　ＮＡＴＵＲＡＬＩＵＭ　ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＡＴＩＳ　ＳＵＮＹＡＴＳＥＮＩ　Ｖｏ１．５ｌ　Ｎｏ．４　Ｊｕ１．　２０１２　风荷载作用下幕墙铝板内力和变形的计算　毛伙南　（中山盛兴股份有限公司，广东中山５２８４１２）　摘　要：阐述了槽型铝板和加劲肋构成的单元式幕墙的内力及变形计算。采用ＡＮＳＹＳ软件对单元板块由槽型　铝板与５条加劲肋组成的结构的内力和变形进行计算，研究了加劲肋转角处由于局部铆钉松脱由刚结点变成铰　接点后其计算模型发生改变的应力及位移计算，最后介绍实际应用。　关键词：单元式幕墙；铝板；加劲肋；内力；位移　中图分类号：ＴＵ３９５　文献标志码：Ａ　文章编号：０５２９—６５７９（２０１２）０４—００１９—０４　Ｕｎｄｅｒ　Ｗｉｎｄ　Ｌｏａｄ　Ｆｕｎｃｔｉｏｎ　ｔｈｅ　Ｃｕｒｔａｉｎ　Ｗａｌｌ　Ａｌｕｍｉｎｕｍ　Ｐｌａｔｅ　Ｉｎｔｅｒｎａｌ　Ｆｏｒｃｅ　ａｎｄ　Ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ　Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　Ｄ日　０凡０ｎ　（Ｚｈｏｎｇ　Ｓｈａｎ　Ｓｈｅｎｇ　Ｘｉｎｇ　Ｃｏ，Ｌｔｄ，Ｚｈｏｎｇｓｈａｎ　５２８４１２，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｓｕｒｖｅｙ　ｏｆ　ｕｎｉｔ　ｔｙｐｅ　ｃｕｒｔａｉｎ　ｗａｌｌ　ｉｓ　ｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ．Ｕｓｉｎｇ　ｔｈｅ　ＡＮＳＹＳ　ｓｏｆｔｗａｒｅ，ｔｈｅ　ｉｎｔｅｒｎａｌ　ｆｏｒｃｅ　ａｎｄ　ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｕｎｉｔ　ｔｙｐｅ　ｐｌａｔｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｗｈｉｃｈ　ａｒｅ　ｃｏｍｐｏｓｅｄ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔｒｏｕｇｈ　ｔｙｐｅ　ａｌｕｍｉｎｕｍ　ｐｌａｔｅ　ａｎｄ　５　ｓｔｉｆｆｅｎｉｎｇ　ｒｉｂｓ（ｐｏｒｔａｌ　ｔｙｐｅ　ｆｌａｍｅ）ａｒｅ　ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ．Ｔｈｅ　ｓｔｉｆｆｅｎｉｎｇ　ｒｉｂ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ａｌｕｍｉｎｕｍ　ｐｌａｔｅ　ｃｏｒｎｅｒ　ｐａｒｔｉａｌ　ｒｉｖｅｔ　ｌｏｏｓｅｎｓ　ｂｙ　ｔｈｅ　ｒｉｇｉｄ　ｊｏｉｎｔ　ｔｕｒｎｓ　ｔｈｅ　ｈｉｎｇｅ　ｐｏｉｎｔ　ｉｓ　ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅ　ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ　ｍｏｄｅｌ　ｉｓ　ｂｕｉｌｔ　ａｎｄ　ｉｔｓ　ｂｉｇｇｅｓｔ　ｉｎｔｅｒｎａｌ　ｆｏｒｃｅ　ａｎｄ　ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ　ａｒｅ　ｏｂｔａｉｎｅｄ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅ　ｐｒａｃｔｉｃａｌ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｉｓ　ｉｎ—　ｔｒｏｄｕｃｅｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｕｎｉｔ　ｔｙｐｅ　ｃｕｒｔａｉｎ　ｗａｌｌ；ａｌｕｍｉｎｕｍ　ｐｌａｔｅ；ｓｔｉｆｆｅｎｉｎｇ　ｒｉｂ；ｉｎｔｅｒｎａｌ　ｆｏｒｃｅ；ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ．　现代建筑的单元式幕墙设计要求美观大方，富　于立体感，外立面越来越复杂多变。造成单元板块　种类丰富多样，其中槽型、转角型单元铝板应用较　风压作用下，槽型铝板与加劲肋组成的单元式幕墙　板块结构的计算问题，同时考虑了加劲肋与铝板转　角处局部铆钉松脱造成的非正常状态下的受力与变　为广泛　】　Ｊ。其受风荷载作用较为复杂，有单向受　正风压的、也有三向受风荷载的，更有双向受正风　压、转角处立面受负风压作用的情况，其受力和变　形较为复杂，引起业内的日益关注　Ｉ９　Ｊ。同时，由　于单元板块在车间组装后运至现场吊装时，少数加　形计算，并与正常状态下的计算结果进行了比较。　１　槽型铝板与加劲肋正常状态受力与　变形计算　槽型铝板单元板块结构如图１所示，由槽型铝　板和５条加劲肋组成。槽型铝板与加劲肋（可看　作门式框架）由铆钉紧固，槽型铝板与加劲肋在　紧密接触处　、Ｙ、　方向线位移和角位移应协调一　劲肋的连接螺丝由于运输原因可能产生脱落，由于　板块内部空间狭窄，在施工现场板块内部的加劲肋　连接螺丝已难以重新补装，这样原正常状态下的计　算模型发生了改变。因此，计算模型的可靠性也越　来越引起设计人员的重视＿】　。本文讨论了在正向　致，加劲肋转折处采用连接片连接，每侧２个螺丝　固定，能承担约束力矩及约束反力，可视为刚结　收稿日期：２０１２—０２—１２　基金项目：建设部研究开发资助项目（０６一Ｋ５—２０）　作者简介：毛伙南（１９７５年生），男，高级工程师；Ｅ—ｍａｉｌ：ｍａｏｈｕｏｎａｎ＠１６３．ｃｏｎ　２２　中山大学学报（自然科学版）　第５１卷　３结论与讨论　根据上述计算模型，铝板与加劲肋在正常情况　下在铆接点处紧密接触，满足位移连续条件，加劲　肋转折处采用连接片连接，能承担约束力矩及约束　反力，槽型铝板和加劲肋之间在铆接点处变形协　调，加劲肋在转折处的３个方向的线位移及角位移　与板在转角处的线位移与角位移一致，即加劲肋限　制了板在该点的位移及转动。当板在风荷载作用下　产生变形时，由于加劲肋刚结点产生约束反力与约　束反力矩，抵消由于板变形传递的内力，使板身的　内力和变形大为减小。　而出现铝板与加劲肋在转角处紧固螺栓松脱的　情况时，加劲肋在该角点由刚结点变为铰接点，受　到风荷载作用板的变形将大为增加，板产生的内力　（包括力矩）也急剧增加，工程应用中该问题需引　起足够的重视。本文将加劲肋刚结点由于紧固螺栓　松脱转变为铰接点，其数值模拟结果反映了槽型铝　板与加劲肋构成的单元式幕墙中铝板的可能损坏成　因，为单元式幕墙的设计及施工提供了理论依据，　具有较大实用意义。本文的计算方法还可以在其他　多项幕墙工程中加以应用。　参考文献：　［１］　张芹．单元式、半单元式幕墙技术［Ｇ］．中国建筑金　属结构协会铝门窗幕墙委员会，１９９７．　［２］　ＭＡＺＺＯＬＡＮＩ　Ｆ　Ｍ．Ａｌｕｍｉｎｕｍ　ａｌｌｏｙ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ［Ｍ］．２ｎｄ　ｅｄ．Ｌｏｎｄｏｎ：Ｅ＆ＦＮ　Ｓｐｏｎ，１９９５．　［３］沈祖炎，郭小农，李元齐．铝合金结构研究现状简述　［Ｊ］．建筑结构学报，２００７，２８（６）：１００—１０９．　［４］　蔡铭，姜清海，郭金基，等．幕墙杆索结构有限分析计　算方法的研究［Ｊ］．中山大学学报：自然科学版，２００５，　４４（２）：３２—３５．　［５］　蔡铭，毛伙南，郭金基，等．幕墙支撑杆的纵横弯曲计　算和稳定性分析［Ｊ］．中山大学学报：自然科学版，　２００７，４６（２）：１６—１９．　［６］　张相庭．工程结构风荷载理论和抗风设计手册［Ｍ］．　上海：同济大学出版社，１９９０．　［７］　中华人民共和国建设部．ＧＢ　５０４２９—２００７铝合金结构　设计规范［ｓ］．北京：中国计划出版社．　［８］　楼文娟，孙炳楠，傅国宏，等．复杂体形高层建筑表面　风压分布的特征［Ｊ］．建筑结构学报，１９９５，１６（６）：　３８—４４．　［９］　陈塑寰，麻凯．板壳加筋结构的组合优化［Ｊ］．吉林　大学学报：工学版，２００８，３８（２）：３８８—３９２．　［１Ｏ］　李刚，许林，程耿东．基于ＡＮＳＹＳ软件的大型复杂　结构可靠度分析［Ｊ］．建筑结构，２００２，３２（５）：５８—　６１．　龙驭球，包世华．结构力学［Ｍ］．北京：高等教育出　版社，２００６．　［１２］　徐芝纶．弹性力学［Ｍ］．北京：人民教育出版社，　１９８２．　［１３］　刘人怀．板壳力学［Ｍ］．北京：机械工业出版社，　１９９０．　［１４］　中华人民共和国建设部．ＧＢ　５０００９—２００１（２００６年　版）建筑结构荷载规范［ｓ］．北京：中国建筑工业出　版社，２００６．　［１５］　胡红军，杨明波，张丁非．ＡＮＳＹＳ　１０．０材料工程有限　元分析实例教程［Ｍ］．北京：电子工业出版社，２００８．　［１６］　ＺＨＵ　Ｊ，ＹＯＵＮＧ　Ｂ．Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ａｌｕｍｉｎｕｍ　ａｌｌｏｙ　ｃｉｒｃｕｌａｒ　ｈｏｌｌｏｗ　ｓｅｃｔｉｏｎ　ｃｏｌｕｍｎｓ［Ｊ］．　Ｔｈｉｎ—Ｗａｌｌｅｄ　Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，２００８，４６（１２）：１４３７—１４４９．