幕墙点式支承玻璃建筑中金属连接件的简化设计方法（下）

　　3　支承件承载力的简化设计方法
　　3·1　支承件承载力的设计公式
　　与紧固件的研究类似,通过线性有限元分析可以计算出支承件在不同受力状态下的应力状态并且可以仅取支承件的一肢建模计算[2]。支承件肢的受力状态分为垂直于支承件平面受力、沿肢向受力和沿肢切向受力三种(图5)。
　　1)X型支承件
　　根据有限元分析,X型支承件在三种受力状态下vonMises应力最大值都出现在离端部约0·27倍肢长处,因此,当X型支承件受三种力组合作用时,应力由同一个截面(截面1)控制。X型支承件的承载力计算公式为:σ=T1h1/Wz+T2/Az+T2h2/Wz+T3h1/Wy≤σy（5）式中,T1、T2、T3、h1、h2如图5所示;Az为螺杆最大应力截面的面积;Wy、Wz为螺杆最大应力截面绕y-y轴和z-z轴的弹性抵抗矩。
　　2)H型支承件中间肢(I型支承件)有限元分析表明,当H型支承件受到垂直于支承件平面的作用力时,vonMises应力最大值出现在肢的根部(截面1),并伴随有应力集中现象,应力集中系数为2·25[2];当H型支承件受到径向力和切向力作用时,vonMises应力最大值都出现在肢的端部(截面2),并且也有应力集中现象,应力集中系数分别为1·9和1·3。根据以上分析,H型支承件在受三种力的组合作用时,最大应力可能出现在肢根部和端部,因此其承载力的计算公式如式(6):
σ1=γ1T1h1/Wz≤σy
σ2=γ2T2/Ay+γ3T3h2/Wy≤σy(6)
其中,γ1=2·25,γ2=1·9,γ3=1·3。
　　3)H型支承件边肢
　　与H型中间肢相似,当H型支承件受到垂直于支承件平面的作用力时,vonMises应力最大值出现在肢的根部(截面1),并伴随有应力集中现象,应力集中系数为2·55[2];当H型支承件受到径向力和切向力作用时,vonMises应力最大值都出现在肢的端部(截面2),并且也有应力集中现象,应力集中系数分别为5·5和1·4。根据以上分析,H型支承件在受三种力的组合作用时,最大应力可能出现在肢根部和端部,因此其承载力的计算公式如下:
σ1=γ1T1h1/Wz≤σy
σ2=γ2T2/Ay+γ3T3h2/Wy≤σy(7)
其中,γ1=2·55,γ2=5·5,γ3=1·4。
　　4)圆盘滑动型支承件
　　当圆盘滑动型支承件的一肢受到垂直于支承件平面的荷载和沿肢切向的荷载时,在其根部(截面1)达到vonMises应力最大值,同时受垂直于支承件平面荷载时,在肢与圆盘连接段(截面2)会产生应力集中,应力集中系数为1·34;当肢上受到径向荷载时,在截面2达到vonMises应力最大值,并有应力集中现象,应力集中系数为1·13。圆盘滑动型支承件的承载力计算公式为:
σ1=T1h1/Wy≤σy
σ2=γ1(T1h3/Wz+T1/A2)+γ2T2h2/Wz≤σy
σ3=T3h1/Wy≤σy
　　(8)其中,γ1=1·34,γ2=1·13。通过式(5)~式(8)可以算得各支承件在垂直于支承件平面荷载情况下屈服时的承载力,并与理论、试验和有限元分析结果[2]做一比较(表7),结果表明:由于式(5)~式(8)采用了材料强度设计值,所以算得的承载力设计值比理论、试验[5]和有限元分析结果都要小,但仍然大于典型四边双层玻璃板各支承点所承受的实际荷载(此工程中为1·8kN)。

　　3·2　支承件的简化设计方法
　　1)等比例缩小
　　支承件所受的主要荷载是垂直于支承件平面的荷载,根据式(5)~式(8)可以算出支承件在这种受力状态下屈服时的荷载值和相对于玻璃的强度储备(表8)。表8表明,支承件相对于玻璃板的强度储备都大于1,因此也可以采用等比例缩小支承件的方法来减小其屈服荷载,并减少材料用量。各支承件的缩小比例见表8。

　　2)采用铝合金材料
　　采用铝合金材料时,支承件各肢所能承受的垂直于其平面的荷载及相对于玻璃的强度储备见表9。表9表明,当采用铝合金材料时,支承件各肢与玻璃板的强度储备都小于1。为使强度储备值达到1,可以等比例增大铝合金材料支承件的尺寸。根据式(3)、式(4)和表9,

　　由计算结果可以看出:
　　1)一步张拉到位张拉次数较少,但是张拉过程中每根索需要张拉的力较大,而且由于索之间的相互影响,各索张拉的力差别较大,给施工带来不便由于各索受力不均匀,张拉过程中作用在边框的力比较大,这在实际工程中可能会损坏周围的刚性边框。分三步张拉次数较多,但是张拉过程中各横索和各竖索之间的张拉力差别较小,特别是第三次张拉,各索力比较均匀,对边框的影响也比较小。
　　2)由于本工程模型含有主次索、横索和竖索组成三个平面,横索和竖索之间的相互影响较大,张拉过程中索力变化复杂,特别是索网上部横竖索之间影响很大。对于索网下部,从计算结果可以看出,对前面索力的影响很小。

　
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