現(xiàn)代建筑的單元式幕墻設(shè)計要求美觀大方，富于立體感，外立面越來越復雜多變。造成單元板塊種類豐富多樣，其中槽型、轉(zhuǎn)角型單元鋁板應用較為廣泛[1-3]。其受風荷載作用較為復雜，有單向受正風壓的、也有三向受風荷載的，更有雙向受正風壓、轉(zhuǎn)角處立面受負風壓作用的情況，其受力和變形較為復雜，引起業(yè)內(nèi)的日益關(guān)注[4-7]。同時，由于單元板塊在車間組裝后運至現(xiàn)場吊裝時，少數(shù)加勁肋的連接螺絲由于運輸原因可能產(chǎn)生脫落，由于板塊內(nèi)部空間狹窄，在施工現(xiàn)場板塊內(nèi)部的加勁肋連接螺絲已難以重新補裝，這樣原正常狀態(tài)下的計算模型發(fā)生了改變。因此，計算模型的可靠性也也越來越引起設(shè)計人員的重視[8]。本文討論了在正向風壓作用下，槽型鋁板與加勁肋組成的單元式幕墻板塊結(jié)構(gòu)的計算問題，同時考慮了加勁肋與鋁板轉(zhuǎn)角處局部鉚釘松脫造成的非正常狀態(tài)下的受力與變形計算，并與正常狀態(tài)下的計算結(jié)果進行了比較。

　　1.槽型鋁板與加勁肋正常狀態(tài)受力與變形計算

　　槽型鋁板單元板塊結(jié)構(gòu)如圖1所示，由槽型鋁板和5條加勁肋組成。槽型鋁板與加勁肋(可看作門式框架)由鉚釘緊固，槽型鋁板與加勁肋在緊密接觸處x、y、z方向線位移和角位移應協(xié)調(diào)一致，加勁肋轉(zhuǎn)折處采用連接片連接，每側(cè)2個螺絲固定，能承擔約束力矩及約束反力，可視為剛結(jié)點[9-10]。一般情況下，在風荷載作用下的槽型鋁板與加勁肋的內(nèi)力與變形計算均簡化為平面問題且各自獨立計算。為更好地模擬槽型鋁板和加勁肋之間的空間協(xié)調(diào)變形及承載能力，槽型鋁板可視為空間殼體結(jié)構(gòu)[11]，加勁肋視為空間梁，二者協(xié)同承擔荷載。

　　圖1 槽型鋁板單元板塊結(jié)構(gòu)示意圖

　　本文采用ANSYS軟件建立計算模型[12-14]，鋁板板身采用三維殼單元(SHELL63)，該單元為4節(jié)點，可定義厚度。加勁肋采用三維梁單元(BEAM4)，該單元由兩個或三個節(jié)點定義，可定義截面積與截面慣性矩、截面寬和高。鋁板與加勁肋形成的整體兩側(cè)受風面均受到均布風荷載作用，其約束條件為對兩側(cè)面的邊緣進行鉸接約束。

　　(1)模型及計算分析：

　　整體計算模型選取坐標如圖2所示，從中可以看出槽型鋁板及加勁肋各位置及在整體坐標X、Y、Z三向所處的方位。對整體模型進行單元網(wǎng)格劃分后，如圖3所示。

　　圖2 整體模型構(gòu)成示意圖

　　圖3 網(wǎng)格劃分完后的整體模型

　　本文以澳門威尼斯人酒店T6B標段單元式幕墻為例，添加約束并在兩個側(cè)面施加同向的4.43KPa均布面荷載，計算求解該荷載作用下的槽型鋁板及加勁肋的位移及應力如下：

　　圖4 X方向節(jié)點位移

　　沿風向(即X方向)的最大位移為0.204313mm，也是整體模型最大變形。最大撓度的位置出現(xiàn)鋁板兩側(cè)面加勁肋之間的中部位置。

　　選擇所有鋁板板體的單元作為研究對象，板體模型的三向單元應力分布情況如圖5、6、7所示：

圖5 板體X方向的單元應力分布圖

　　X方向的最大應力為3.461MPa，發(fā)生在板體兩個邊緣角點的附近位置，該區(qū)域附近及中板與側(cè)板相交邊界的應力水平較高。

　　圖6 板體Y方向的單元應力分布圖

　　Y方向的最大應力為7.062MPa，最大應力發(fā)生在加勁肋支撐端所對應的板體的中部位置，該區(qū)域附近的應力水平較高。

　　圖7 板體Z方向的單元應力分布圖

　　Z方向的最大應力為7.308MPa，發(fā)生在每塊鋁板兩側(cè)板的中部區(qū)域。

　　計算結(jié)果表明：槽型鋁板及加勁肋所組成的單元式幕墻結(jié)構(gòu)的變形及應力均符合設(shè)計要求。

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