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ANSYS在金屬幕墻計算中的應用問題探討

來源:遠大鋁業北京二公司  作者:甘旭東  日期:2013-4-3
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  提要:本文介紹了利用ANSYS對金屬幕墻面板的設計計算,詳細的說明了建模過程及邊界條件的設定,并與常規工程計算方法結果進行了對比分析,拓寬了金屬幕墻的計算方法,填補了異型金屬板及復雜邊界條件計算方法,很好的解決了常規工程計算方法中難以判斷的邊界條件及荷載分配問題,為充分發揮金屬幕墻易造型,美化裝飾提供了力學理論基礎。
  關鍵詞:金屬幕墻,加筋鋁板,ANSYS,邊界條件
 

  1.引言
  金屬幕墻,是一種新型的建筑幕墻型式。金屬板材的優良的加工性能,色彩的多樣及良好的安全性,能完全適應各種復雜造型的設計,可以任意增加凹進和凸出的線條,而且可以加工各種型式的曲線線條,給建筑師以巨大的發揮空間,倍受建筑師的青睞,因而獲得了突飛猛進的發展。

  到目前為止,金屬幕墻中的鋁板幕墻一直在金屬幕墻中占主導地位,輕量化的材質,減少了建筑的負荷,為高層建筑提供了良好的選擇條件;防水、防污、防腐蝕性能優良,保證了建筑外表面持久長新;加工、運輸、安裝施工等都比較容易實施,為其廣泛使用提供強有力的支持;色彩的多樣性及可以組合加工成不同的外觀形狀,拓展了建筑師的設計空間;較高的性能價格比,易于維護,使用壽命長,符合業主的要求。因此,鋁板幕墻作為一種極富沖擊力的建筑形式,倍受青睞。

  正是由于板的可塑性,現代幕墻建筑中,大量出現異型鋁板和大分格加筋鋁板,這些結構的出現,導致了鋁板強度、變形的不確定性,影響幕墻的美觀和安全,由此必須對幕墻系統重要部位進行科學的力學計算,考慮風壓、自重、地震等作用對幕墻系統的影響,對金屬面板進行仔細校核,確保幕墻的安全性。

  本文應用ANSYS對較為常見的平面加筋鋁板進行建模分析,并與常規工程計算方法進行比較,探討運用ANSYS對金屬幕墻進行計算的可行性,以此例為基礎,為異型鋁板的強度及剛度校核提供計算根據。

  2.運用工程計算方法對加筋鋁板計算
  2.1工程計算方法及模型簡介
  關于鋁板強度及撓度的計算,采用的是《石材幕墻');callServer('金屬與石材幕墻');">金屬與石材幕墻工程技術規范》JGJ 133-2001中所提供的算法,也是現在最為普遍的計算方法。鋁板加強筋的計算是選取《結構穩定性設計手冊》中,組合元件的屈曲一章中,無限寬理想化加筋平板的計算方法進行計算。

  模型大小、邊界條件、荷載均與ANSYS計算方法相對應,計算面板選用高3000mm,寬1600mm,3mm厚3003-H14材質鋁板為計算模型,加強筋沿短邊通長布置,間距為500mm,加筋肋采用50×50×3mm的U型折彎鋁板,荷載統一選用Q=0.003N/mm2。由于ANSYS的計算模型與之相同,在本文中不予累述。

  2.2 鋁板強度及撓度計算
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  對于鋁板的計算,整個鋁板采用加強筋將鋁板分成若干小區域,根據《金屬與石材幕墻》JGJ 133-2001規范,簡化為長1600 mm,寬500mm,對邊簡支,對邊固定(加筋肋方向)的力學模型進行計算。

  ②鋁板強度計算

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