肋駁接點式玻璃幕墻的有限元分析

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

【關鍵詞】肋駁接 點式 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彈性計算功能進行肋駁接點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置軟質鋁墊圈避免剛性接觸，玻璃肋吊掛在主體結構上，玻璃肋承受水平風荷載、豎直向下的面玻璃自重荷載的作用和地震作用，玻璃肋的力學模型為簡支梁拉彎構件，玻璃肋的力學簡圖如圖1所示。

玻璃肋采用該軟件的SHELL63的殼單元，實常數為玻璃肋的厚度，抗彎強度、彈性模量、泊松比根據玻璃的屬性選取，考慮材料的彈性使用雙線隨動強化準則，采用Von Mises屈服準則，玻璃的應力-應變曲線如圖2所示。

圖1玻璃肋的力學模型 圖2玻璃的應力—應變關系曲線

1.2 單元劃分和邊界條件

本文采用四邊形自由劃分SHELL單元的網格劃分方法，網格大小選取中等疏密網格，用鋼材填充肋玻璃空以減小SHELL單元的應力集中，上端支點采用水平方向和豎直方向的雙方向約束，下端支點只采用豎直方向的單方向約束，以達到玻璃肋掛接在主體結構上的目的，水平風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運算。

1.3 線性求解

將集中荷載施加在肋駁接空的關鍵點上，進行求解，進入后處理器查看位移和應力結果，包括玻璃肋對主體結構的反力。

2.計算機模擬結果與計算結果的對比

注：B為玻璃肋寬度；t為玻璃肋厚度；L為玻璃肋跨度；f為玻璃肋的抗拉強度設計值；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算值；fm為玻璃肋強度模擬值；fe為玻璃肋強度計算值。

3.計算機數值模擬結果

構件應力云圖

4.結論

本文主要從計算機模擬方面對肋駁接點式玻璃幕墻的玻璃肋進行研究，通過計算機模擬肋駁接點式玻璃幕墻的玻璃肋，對比計算機模擬值與計算值之間的差別，得出如下結論：

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

2）建議在實際工程中玻璃肋的玻璃孔處設置軟質鋁墊圈避免剛性接觸。

3）建議在實際工程中的玻璃肋與主體結構的連接處，要做成鉸接節點，采用簡支梁計算模型以免玻璃肋端部產生較大彎矩發生破壞。

【參考文獻】

[1]《玻璃幕墻工程技術規范》JGJ102-2003；

[2]《建筑玻璃應用技術規程》JGJ113-2009；

[3]《建筑結構靜力計算手冊（第二版）》；

[4]《堅朗點支式幕墻配件典型產品目錄》2010年版；