有关断热铝型材的强度计算.doc

技 术 单 文件编号 共8页 第1页 有关断热铝型材的强度计算 断热铝型材是一种符合节能潮流的节能建材，当它用于建筑幕墙和铝合金外窗之时，除了要考虑其保温隔热性能之外，还要充分考虑到其结构的安全性和可靠性。 因此建议断热铝材用于建筑幕墙和铝门窗的结构件时，应进行强度设计计算，铝材应计算弯曲最大拉应力，隔热塑料应计算最大弯曲拉应力和最大弯曲剪应力。铝材和隔热塑料的分离面还应计算最大拉应力和最大剪应力。 断热铝型材从力学角度看：是两种不同材料复合而成的组合梁，有关复合梁的计算详见下列步骤：（摘自技术单J25-9832） 确定中性轴的位置： 中性轴到组合框截面底边的距离为Y=（EsAsYs+EaAaYa）/（EaAa+EsAs） Ys——钢内框形心到组合框截面底边的距离； Ya——钢外框形心到组合框截面底边的距离； Es——钢材的弹性模量，210000N/mm2；Ea——铝材的弹性模量，70000N/mm2； Aa——铝框的截面面积；As——钢框的截面面积。 钢框、铝框关于中性轴的惯性距： Is=IOs+As（Ys-Y）2 Ia=IOa+Aa（Ya-Y）2 IOs——钢框对自身形心轴的惯性矩；IOa——铝框对自身形心轴的惯性矩。 挠度计算（简支梁）： f=5qL4/384（EaIa+EsIs） q——简支梁的均布荷载标准值； L——简支梁的跨度。 强度计算（简支梁） 钢框强度校核MEsYs/r（EsIs+EaIa）+NEs/（EaAa+EsAs）≤fs 铝框强度校核MEaYa/r（EsIs+EaIa）+NEa/（EaAa+EsAs）≤fa M——简支梁的弯矩设计值；N——竖框所受的拉力设计值； r——塑性发展系数，取1.05；Ya——铝框外边缘到中性轴的距离； Ys——钢框外边缘到中性轴的距离；fa、fs——分别为铝材和钢材的强度设计值。 5．在进行断热条强度计算时，f断热条的取值方法见附页。 上述公式的等效参数计算已编制到《远大标准化软件》其“计算等效参数”部分。 为使每位设计员更全面掌握断热铝型材的强度计算原则，本技术单特将铝门窗幕墙委员会专家组专家龙文志撰写的“断热铝型材的强度计算”一文（详见附页---共7页）附其后，供大家参考使用。 发送： 转送：各公司设计部、技术部 存档：研究所 编 制 校 对 审 核 批 准 断热铝型材的强度计算 一、前言 建筑节能是世界性的潮流，也是中国持续发展的需要。铝材与隔热塑料复合的断热建筑铝型材（以下简称断热铝材）的传热系统比普通建筑铝型材（以下简称普通铝材）低，是一种符合节能潮流的节能建材，当它用于建筑幕墙和铝合金外窗之时，除了要考虑其保温隔热性能之外，还要充分考虑到其结构的安全性和可靠性。从力学角度看：普通铝材是各相同性材料的弯曲梁，断热铝材是两种不同材料复合而成的组合梁，两者的力学分析不完全相同，有鉴于此，本文试图对断热铝材的强度计算进行探讨。 二、组合梁的力争分析 两种材料复合而成的短形组合梁（图一a）弯曲时，如果铝材与塑料接合处联结牢固，不发生相对滑动和分离，铝材和塑料将一起变形，按照材料力学弯曲理论的平面假设，应变将沿截面高度连续线性变化（图一b），当两种材料的弹性模量相同时，同一截面的弯曲正应力沿高度呈连续分布（图一c），当两种材料的弹性模量不同时，同一截面的弯曲正应力沿高度不连续分布（图一d），两者虽然都呈线性变化，但分布直线斜率不同，在铝材和塑料的结合处，应力发生突变。因而隔热铝材的强度计算可分为两部分：（1）化作整体梁的强度计算，（2）铝材和隔热塑料分离面的强度计算。 图 一 三、整体梁的强度计算 当组合梁作为整体梁进行强度计算时，为方便起见，工程上采用“当量截面法”，这种方法是在不改变各种材料截面形心位置的前提下，将一种材料的面积扩大（或缩小）n倍，化作为完全为另一种材料截面的整体梁，这个截面积为当量截面。如图二a隔热型材组合截面中，将铝材的面积扩大n倍，化作为单一塑料截面的整体梁，为了保持铝材原截面形心位置不变，必须将铝材的宽度对称地扩大n倍，如图二b所示。这里n是两种材料弹性模量之比： 即：n= E铝/ E塑 E铝——铝材弹性模量，根据JGJ102规范，E铝=70000N/㎜2 E塑——隔热塑料弹性模量，根据ISO527标准，PA66GF25隔热塑料在干燥状态下：E塑≥2900N/㎜2 化成单一材料的整体梁以后，即可直接用梁的平面弯曲公式进行应力计算。 即：σ=MZ/JY 图 二 上式中的JY为当