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隔熱型材強(qiáng)度計(jì)算方法

來(lái)源:香港泰諾風(fēng)保泰有限公司  作者:*  日期:2013-10-14
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  摘要:本文介紹了隔熱型材的強(qiáng)度計(jì)算方法,并闡述了隔熱型材等效慣性矩及其影響因素彈性常數(shù)c值。
  關(guān)鍵詞:隔熱型材、等效慣性矩、強(qiáng)度計(jì)算、彈性常數(shù)

  【中國(guó)幕墻網(wǎng)】隔熱型材進(jìn)入我國(guó)市場(chǎng)已經(jīng)有近十年的歷史,因?yàn)?a href='../../zsk/ct.asp?id=3736' target='_blank' style='font-size:1em; border-bottom:1px dotted blue;'>隔熱型材優(yōu)越的保溫隔熱性能表現(xiàn)和隨著我國(guó)建筑節(jié)能要求的提高,使得其在我國(guó)的建筑門窗幕墻行業(yè)內(nèi)使用得越來(lái)越廣泛。在工程應(yīng)用中,設(shè)計(jì)人員除了要考慮型材的保溫隔熱性能外,還應(yīng)當(dāng)要分析和計(jì)算其結(jié)構(gòu)的安全性可可靠性。但是目前不論是設(shè)計(jì)計(jì)算軟件,還是大部分門窗幕墻公司的設(shè)計(jì)人員,要么是將隔熱型材中的隔熱材料去掉,要么是將隔熱材料直接當(dāng)成鋁合金,要么就是將隔熱材料按照材料的彈性模量的比值等效為合金等等,以這些方式來(lái)計(jì)算隔熱型材的慣性矩,并通過(guò)這樣計(jì)算出來(lái)的慣性矩來(lái)驗(yàn)算幕墻有關(guān)構(gòu)件強(qiáng)度剛度。這些處理方式都是不對(duì)的,因?yàn)樗麄兒雎粤烁魺嵝筒倪@種通過(guò)一定的工藝使得內(nèi)外腔鋁材由做為結(jié)構(gòu)件的隔熱材料連接在一起的復(fù)合型材的特性和承受荷載時(shí)特有的端部現(xiàn)象(詳細(xì)敘述請(qǐng)見(jiàn)拙作《隔熱復(fù)合型材慣性矩分析》)。

  一、隔熱型材的等效慣性矩計(jì)算方法

  按JG 175-2009《建筑用隔熱鋁合金型材》規(guī)定的隔熱型材等效慣性矩的計(jì)算公式如下(在2005版就已經(jīng)收錄了隔熱型材等效慣性矩計(jì)算方法):

  其中:

  Ief – 隔熱型材等效慣性矩;

  Is ---剛性慣性矩,按下式計(jì)算:

  v ---作用參數(shù),按下式計(jì)算:

  ? ---組合參數(shù),按下式計(jì)算:

  λ---幾何形狀參數(shù),按下式計(jì)算:

  c --- 彈性常數(shù),是在縱向抗剪試驗(yàn)中負(fù)荷—位移曲線的彈性變形范圍內(nèi)的縱向剪切力增量△F與相對(duì)應(yīng)的兩側(cè)鋁合金型材出現(xiàn)的相對(duì)位移增量△δ和試樣長(zhǎng)度l成積的比值,按下式計(jì)算:

  A1—鋁型材1區(qū)截面積(mm2);

  A2—鋁型材2區(qū)截面積(mm2);

  S1—鋁型材1區(qū)形心;

  S2—鋁型材2區(qū)形心;

  S—隔熱型材形心;

  I1—1區(qū)型材慣性矩(mm4);

  I2—2區(qū)型材慣性矩;

  α1—1區(qū)形心到隔熱型材形心距離(mm4);

  α2—2區(qū)形心到隔熱型材形心距離(mm)。

  圖1 隔熱型材截面

  式中:

  L--- 隔熱型材的承載間距,單位為毫米(mm);

  α——1區(qū)形心與2區(qū)形心間距,單位為毫米(mm);

  E —— 鋁合金的彈性模量,單位為牛頓每平方毫米(N/mm2),E=70000N/mm2;

  △F ——負(fù)荷--位移曲線上彈性變形范圍內(nèi)的縱向剪切力增量,單位為牛頓(N);

  △δ——負(fù)荷--位移曲線上彈性變形范圍內(nèi)的縱向剪切力增量相對(duì)應(yīng)的兩側(cè)鋁合金型材的位移增量,單位為毫米(mm);

  l —— 試樣長(zhǎng)度,單位為毫米(mm)。

  二、關(guān)于彈性常數(shù)c值

  關(guān)于彈性常數(shù)c值,是在隔熱型材縱向抗剪試驗(yàn)中負(fù)荷—位移曲線的彈性變形范圍內(nèi)的縱向剪切力增量△F與相對(duì)應(yīng)的兩側(cè)鋁合金型材出現(xiàn)的相對(duì)位移增量△δ和試樣長(zhǎng)度l成積的比值。對(duì)于同樣的鋁材和隔熱材料,其決定因素是鋁材槽口開(kāi)齒的鋒利情況和型材滾壓過(guò)程的滾壓力的控制情況。當(dāng)型材槽口開(kāi)齒較差,因?yàn)辇X較鈍,難以咬進(jìn)隔熱材料(如圖2所示),所以隔熱型材的縱向抗剪力是比較小的,直接影響其彈性常數(shù)c值,這也就使得隔熱型材的等效慣性矩較小;反之隔熱型材的有效慣性矩則比較大(如圖3所示)。

  另外因?yàn)楦魺嵝筒牡目v向抗剪試驗(yàn)無(wú)論是按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 5237.6《鋁合金建筑型材 第6部分:隔熱型材》的規(guī)定,還是行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JG 175《建筑用隔熱鋁合金型材》的規(guī)定,是出廠檢驗(yàn)的必檢項(xiàng)目之一。而在做隔熱型材縱向抗剪試驗(yàn)中(如圖5)必然會(huì)得到隔熱型材的負(fù)荷—位移曲線圖(如圖6)。

  這樣我們就可以根據(jù)圖6來(lái)計(jì)算該批型材的彈性常數(shù)c值:

  從而來(lái)計(jì)算出該批隔熱型材的等效慣性矩,用于工程驗(yàn)算。

  如果是前期設(shè)計(jì)計(jì)算,設(shè)計(jì)人員可以先根據(jù)工程實(shí)際情況和已經(jīng)有大致合作意向的幾家型材廠的生產(chǎn)水平,大致的設(shè)定一個(gè)用于工程前期設(shè)計(jì)計(jì)算的彈性常數(shù)c值。后續(xù)的工程進(jìn)行中基本上都是按照此指標(biāo)來(lái)設(shè)計(jì)驗(yàn)算和驗(yàn)收型材廠的隔熱型材。

  三、隔熱型材強(qiáng)度計(jì)算案例

  在上海市浦東新區(qū)(7度設(shè)防、設(shè)計(jì)地震基本加速度0.10g).某建筑高128m,層高3.6m,分格(B*H)1.2m*1.5m,采用構(gòu)件式(明框)幕墻。

  上海市基本風(fēng)壓:W0=550N/m 2

  風(fēng)壓高度變化系數(shù):uZC=0.713(128/10)0.40=0.713(Z/10)0.40=1.977 (JGJ102、JGJ133)

  ufC=0.734(128/10)0.22=0.734(Z/10)0.22=0.4189

  瞬時(shí)風(fēng)壓陣風(fēng)系數(shù):βz=1.56 (JGJ102、JGJ133)

  風(fēng)荷載體型系數(shù):uS=0.8 (JGJ102、JGJ133)

  地震作用標(biāo)準(zhǔn)值:qEK=ΒE*αmax*GAK =5*0.08*400=160N/m2 (GB50011、JGJ133)

  風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值:WK=βzμZμSW0*1.1=1.56*0.8*1.977*550*1.1=1493N/m2

  風(fēng)荷載設(shè)計(jì)值:W=1.4 WK =1.4*1493=2090N/m2

  風(fēng)荷載線荷載設(shè)計(jì)值:qW=BW=1.2*5652=2508N/m

  地震作用設(shè)計(jì)值:qE=1.3 qEK =1.3*160=208N/m2

  地震作用線荷載設(shè)計(jì)值:qE線=BqE =1.2*208=250N/m

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