风荷载作用下点支式玻璃幕墙“超强度”使用原因探究.pdfVIP

风荷载作用下点支式玻璃幕墙“超强度”使用原因研究 刘忠伟 (中国建筑材料科学研究院科研开发部北京100024) --本文采用有限元方法计算了点支式玻璃幕墙在风荷载作用下的应力场，并讨论了孔遗 应力特性．通过分析比较计算结果与实验结果，得到了玻璃板“超强度。使用的愿固． ‘美t词点支式玻璃幕墙，风荷截。应力，超强度，有限元 1．引言 点支式玻璃幕墙是一种新的安装方式，是在玻璃扳的角部和边部钻有圆孔．通过不锈钢扣件将 玻璃扳彼此连接并与建筑结构相连接，点支式玻璃幕墙以其独特的视觉效果越来越多的被建筑师们所 采用。玻璃幕墙所受的主要荷载是风荷载．由于点支式玻璃幕墙安装方式上的特殊性，其应力状态比 较复杂，无解析解。本文采用有限元方法计算了点支式玻璃幕墙在风荷载作用下的应力场，讨论了其 孔边的应力特性，通过分析比较计算结果与实验结果，得到了玻璃板。超强度”使用的原因。 2．基本方程和有限元列式 2，1基本方程 玻璃幕墙受风荷载作用是典型的薄板弯曲问题，其服从豹力学基本公式“1如下： 设玻璃板承受的垂直于扳面的匀布风荷载为q。．皴函数w(x．y)服从下列方程 俨铲F垃 D Ff’ y为泊桑比。 其中D=—12』(1L-v2)’称为板的弯曲刚度-F为玻璃板弹性模量’。为玻璃扳厚度， V2为拉普拉斯算符。结台相应的边界条件．从(1)式中可解出挠度函数w，根据挠度与应力的关系 可全面解出薄板的应力场。 2．2有限元列式 对于点支式玻璃幕墙，由于边界是圆孔，方程(1)不易解析求解，可采用育限元法。采用三角 形单元，如图1。设单元的广义节点位移为 f 6。}：fW掣一婴}。1(州，j，m) (2) ox oy 整个单元的位移{6}。由三个节点位移确定．即 {6 (3) J。={6，66．)1 J 相应的广义节点力为 {F。}={f。M。Mm)’(n．i，j，m) (4) 一295— 选位移函数w(x．y)为 W(x，y)。ol+o2x+口3poI】[2+a 5Xy+U6y4n7X3 +o日(x2y+xy2)+o gY3 (5) 采用面积坐标． 萨[N]{6卜 (6) 其中肼]为形函数矩阵，是面积坐标的函数。 板弯曲单元的应变一位移关系为 {x}-=[B]{6l· (7) 其中[B]矩阵可由[N】矩阵求出。 内力—位移关系式为 {M}-[O]{Xl=[D】[B]{6}．=IS]{6卜 (8) 其中CSJ=CD][B】称内力矩阵。 根据虚功原理可导出 {F}e=[K]{6)‘ (9) 其中[K]=雎别7[D】{占)函：咖．称日Ⅱ度矩阵。 当单元上受匀布法向风荷载qo作用时．等效节点荷载为 {R)e=q。J『[Ⅳ】7击协 (i0) S