超高玻璃肋幕墙的稳定性计算.docVIP

《超高肋玻璃幕墙的稳定性分析方法》 一，前言 3 二，各种不同的研究方法比较 3 2.1 弹性力学计算方法 3 2.2．澳大利亚幕墙规范的计算方法 4 2.3．有限元分析方法 5 2.4．试验分析的方法 5 三，根据工程案例进一步分析 5 3.1 按理论公式计算的结果（玻璃肋） 5 3.2 按澳标公式计算的结果(玻璃肋) 6 3.3 按有限元分析的结果(玻璃肋) 6 3.4按理论公式计算的结果（不锈钢肋） 7 3.5按有限元分析的结果(不锈钢肋) 7 四，分析结果比较 8 五，结论 8 摘要 ：本文对超高肋玻璃幕墙中的有关稳定计算问题进行分析，并对其计算方法进行探讨。 关键字：玻璃肋 不锈钢肋 稳定性 局部屈曲 宽厚比 一，前言 自从上世纪九十年代中期国内出现全玻璃幕墙以来，全玻璃幕墙就以其独特的魅力赢得了越来越多人的肯定，也越来越受业主和建筑师的青睐。人们认识到能够亲近大自然才是真正的享受。全玻璃幕墙以简洁明快 整体通透 使建筑内外贯通 人与自然之间似乎没有了界限，人们可以充分的享受阳光，亲近自然。但是，由于目前对玻璃这种脆性材料的结构性能尚无全面详尽的理论及试验研究，尤其对于超高玻璃肋及不锈钢肋的计算，国内幕墙设计规范尚无明确的规定，实际工程中此类系统的事故也屡见不鲜，因此有必要对超高玻璃肋及不锈钢肋的一些计算问题，特别是稳定性计算进行探讨。 由于肋平面外的刚度远小于平面内刚度，对于超高肋，如果缺乏必要的侧向约束，则当荷载达到一定的临界值，就有可能发生平面外的弯曲并扭转，也即称为平面外失稳或侧向屈曲。因此，为了防止发生肋的平面外失稳，对于超高肋尚应进行整体稳定的验算。 二，各种不同的研究方法比较 目前，国内对超高肋的稳定性研究计算通常采用以下各种方法： 1，按弹性力学计算板壳应力 2，按澳标推荐的计算公式计算 3，用有限元软件进行分析 4，试验分析的方法。 以下分别对4种计算方法给以介绍。 2.1 弹性力学计算方法 对于矩形单向受压薄板，根据经典板壳力学其临界屈曲应力为： 式中，d 为肋的宽度，mm t 为肋的厚度，mm E 为肋的弹性模量，N/mm2 r 为泊松比 k 为屈曲系数 式中的屈曲系数k需根据板的支撑条件来确定。对于三边简支、一边自由的板，屈曲系数为0.425，而对于受荷边简支、非受荷边一边固定一边自由的板，屈曲系数为1.277。对于玻璃肋而言，通常与面玻璃的连接有两种形式（图 1），对 于第一种方式，玻璃面板及结构胶对于玻璃肋的嵌固作用较小，可以认为玻璃肋的 边界条件为三边简支、一边自由，即屈曲系数为0.425。对于第二种连接方式，虽 然不可认为玻璃肋与面玻璃之间是完全的固接，但可考虑面玻璃对于玻璃肋具有一定的嵌固作用，即类似于T型钢的翼缘对于腹板的嵌固作用，建议屈服系数可取1.0 因此，对于超高玻璃肋系统，应尽可能的采用图 1 中 b）的固定方式，这对于提高玻璃肋的局部临界屈曲应力有较好的作用，同时也有利于连接处的结构胶的受力。 2.2．澳大利亚幕墙规范的计算方法 澳大利亚的幕墙规范给出了多种边界条件下的玻璃肋的整体稳定验算。对于常见的玻璃肋，可认为玻璃肋的一边有连续的约束，其极限侧向屈曲弯矩可由下式求 得： 上式中， Mcr 为极限侧向屈曲弯矩 (EI ) y 为玻璃肋的绕弱轴方向的抗弯刚度 La???为玻璃肋的高度 d 为玻璃肋宽度 (GJ ) 为玻璃肋的抗扭刚度 y0 为侧向约束与中性轴的距离 yh 为荷载作用点与中性轴的距离 当承受正风压时（荷载向内）， y0与yh取异号；当承受负风压时，（荷载向yh取同号，极限侧向屈曲弯据较承受正风压时小，这也反映了弯矩的作用使玻璃肋自由边受压而产生更为不利的影响。 根据上述对公式研究分析发现 ，玻璃肋的极限侧向屈曲弯矩主要与玻璃肋的厚度和高度有关，玻璃肋的宽度对于超高玻璃肋的极限侧 向屈曲弯矩的提高作用并不明显。而玻璃肋的自重对于玻璃肋的整体稳定有一定影响，采用悬挂式玻璃肋要比落地式玻璃肋具有更高的抗侧向屈曲能力，这是由于悬挂系统中的玻璃肋的自重产生了对于抗侧向屈曲有利的拉力作用。不过与玻璃肋的厚度和高度相比，自重在其中的影响还是较小的 2.3．有限元分析方法 目前常用的有限元软件有几种，本文仅以我比较熟悉的SAP2000软件给以介绍。结构失稳是指在外力作用下结构的平衡状态开始丧失，稍用扰动变形便迅速增大，最后使结构破坏。此类结构失稳在数学处理上是求解特征值问题，故又称特征值屈曲。 SAP2000的屈曲工况用于解决第一类失稳问题，即对特征方程进行求解，来确定结构屈曲时的极限荷载和破坏形态。 2.4．试验分析的方法 按结构实际布置形式在实验室建立玻璃肋支撑幕墙，并对其施加设计荷载