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提要：作為一種復(fù)合板材，鋁蜂窩復(fù)合板的結(jié)構(gòu)計(jì)算一直是個(gè)難題。本文通過(guò)理論推導(dǎo)公式后，與有限元計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，兩種計(jì)算結(jié)果基本吻合，來(lái)驗(yàn)證理論推導(dǎo)公式的可行性。
關(guān)鍵詞：鋁蜂窩復(fù)合板;計(jì)算公式
前言
鋁蜂窩板在幕墻設(shè)計(jì)中運(yùn)用較廣，如鋁蜂窩復(fù)合板、石材蜂窩鋁復(fù)合板等，但是，目前還沒有相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范明確鋁蜂窩復(fù)合面板的受力計(jì)算，一旦遇到，設(shè)計(jì)人員往往直接用蜂窩復(fù)合板的厚度代入實(shí)心板公式進(jìn)行計(jì)算，存在一定安全隱患。本文通過(guò)理論推導(dǎo)公式和有限元計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較，探討鋁蜂窩復(fù)合板的理論計(jì)算公式的可行性。
1 鋁蜂窩復(fù)合板
鋁蜂窩復(fù)合板的鋁蜂窩芯結(jié)構(gòu)為六邊形結(jié)構(gòu)，根據(jù)《建筑外墻用鋁蜂窩復(fù)合板》JG/T 334-2012《建筑裝飾用石材蜂窩復(fù)合板》JG/T 328-2011的要求，采用鋁蜂窩芯壁厚0.07mm，邊長(zhǎng)6mm的規(guī)格進(jìn)行分析，主要計(jì)算參數(shù)詳見圖1。
1.3 不同厚度鋁蜂窩復(fù)合板兩種計(jì)算方法比較
選取15~40mm厚鋁蜂窩復(fù)合板(面板厚1mm、背板厚0.7mm)，其它條件同上示例，分別采用理論公式和有限元法進(jìn)行強(qiáng)度和撓度的計(jì)算，具體計(jì)算結(jié)果匯總見表1，不同厚度復(fù)合板的強(qiáng)度和撓度計(jì)算結(jié)果詳見圖4~5的比較圖。
從強(qiáng)度和撓度的計(jì)算結(jié)果以及比較圖可以看出，不同厚度的鋁蜂窩復(fù)合板采用理論公式完全包絡(luò)有限元法，理論公式強(qiáng)度計(jì)算比有限元法大11.60~13.12%，與實(shí)際情況相符，且撓度計(jì)算很吻合。另外，按相關(guān)規(guī)范規(guī)定，撓度控制限值為L(zhǎng)/120，即1500/120=12.5mm，撓度值很小。
2 石材蜂窩鋁復(fù)合板
石材蜂窩鋁復(fù)合板的結(jié)構(gòu)形式及計(jì)算參數(shù)詳見圖6。
從強(qiáng)度和撓度的計(jì)算結(jié)果以及比較圖可以看出，不同厚度的石材蜂窩鋁復(fù)合板采用理論公式的強(qiáng)度計(jì)算曲線完全包絡(luò)有限元法曲線，而撓度曲線完全吻合。另外，按相關(guān)規(guī)范規(guī)定，撓度控制限值為L(zhǎng)/120，即1500/120=12.5mm，撓度值很小。
3 結(jié)論
根據(jù)理論公式和有限元法的計(jì)算比較，可以得出以下結(jié)論：
1) 鋁蜂窩復(fù)合板強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，理論公式應(yīng)力曲線完全包絡(luò)有限元法應(yīng)力曲線，與實(shí)際受力情況相符，同時(shí)，撓度計(jì)算很吻合，所以，可以采用理論公式對(duì)鋁蜂窩復(fù)合板進(jìn)行強(qiáng)度和撓度的計(jì)算;
2) 石材蜂窩復(fù)合板強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，理論公式應(yīng)力曲線與有限元法應(yīng)力曲線完全吻合，同樣，撓度計(jì)算也很吻合，為增加一定的安全余量，故理論應(yīng)力公式(2.7)增加安全系數(shù)K，K值為1.15。所以，可以采用理論公式對(duì)石材蜂窩復(fù)合板進(jìn)行強(qiáng)度和撓度的計(jì)算;
3) 從撓度計(jì)算結(jié)果可以看出，鋁蜂窩復(fù)合板和石材蜂窩復(fù)合板的最大撓度均遠(yuǎn)小于《人造板材幕墻工程技術(shù)規(guī)范》JGJ 336-2016中第6.5.4條長(zhǎng)邊長(zhǎng)度L/120的規(guī)定，所以，可不進(jìn)行撓度計(jì)算;
4) 鋁蜂窩復(fù)合板的面板和背板厚度不同時(shí)，不能采用板厚取大值進(jìn)行近似計(jì)算，否則計(jì)算結(jié)果相差35~40%，如需近似計(jì)算，應(yīng)偏保守設(shè)計(jì)，板厚取面板和背板中厚度的較小值;
5) 目前鋁蜂窩復(fù)合板的鋁蜂窩芯壁厚很薄，彈性模量與壁厚和邊長(zhǎng)的比值是三次冪的關(guān)系[2]，非常小，對(duì)面板的強(qiáng)度和撓度作用可完全不計(jì)，除非鋁芯壁厚按數(shù)量級(jí)進(jìn)行加厚，同時(shí)鋁芯邊長(zhǎng)還應(yīng)進(jìn)一步減小;
6) 從公式(2.5)可以看出，石材蜂窩復(fù)合板中鋁背板hf2對(duì)強(qiáng)度和撓度影響較大，而鋁面板hf1影響已忽略不計(jì)，所以，石材蜂窩復(fù)合板的鋁背板可適當(dāng)加厚，鋁背板與鋁面板厚度建議相同。
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[2]梁森、陳花玲、陳天寧、梁天錫. 蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)面內(nèi)等效彈性參數(shù)的分析研究[J].航空材料學(xué)報(bào)，2004，24(3)：29.
[3]《建筑結(jié)構(gòu)靜力計(jì)算手冊(cè)》編寫組主編. 建筑結(jié)構(gòu)靜力計(jì)算手冊(cè).北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1999.
[4]《人造板材幕墻工程技術(shù)規(guī)范》JGJ 336-2016.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2016.
作者單位：深圳市建筑門窗幕墻學(xué)會(huì)深圳
