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ANSYS在金属幕墙计算中的应用问题探讨

来源:远大铝业北京二公司  作者:甘旭东  日期:2013-4-3
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  提要:本文介绍了利用ANSYS对金属幕墙面板的设计计算,详细的说明了建模过程及边界条件的设定,并与常规工程计算方法结果进行了对比分析,拓宽了金属幕墙的计算方法,填补了异型金属板及复杂边界条件计算方法,很好的解决了常规工程计算方法中难以判断的边界条件及荷载分配问题,为充分发挥金属幕墙易造型,美化装饰提供了力学理论基础。
  关键词:金属幕墙,加筋铝板,ANSYS,边界条件
 

  1.引言
  金属幕墙,是一种新型的建筑幕墙型式。金属板材的优良的加工性能,色彩的多样及良好的安全性,能完全适应各种复杂造型的设计,可以任意增加凹进和凸出的线条,而且可以加工各种型式的曲线线条,给建筑师以巨大的发挥空间,倍受建筑师的青睐,因而获得了突飞猛进的发展。

  到目前为止,金属幕墙中的铝板幕墙一直在金属幕墙中占主导地位,轻量化的材质,减少了建筑的负荷,为高层建筑提供了良好的选择条件;防水、防污、防腐蚀性能优良,保证了建筑外表面持久长新;加工、运输、安装施工等都比较容易实施,为其广泛使用提供强有力的支持;色彩的多样性及可以组合加工成不同的外观形状,拓展了建筑师的设计空间;较高的性能价格比,易于维护,使用寿命长,符合业主的要求。因此,铝板幕墙作为一种极富冲击力的建筑形式,倍受青睐。

  正是由于板的可塑性,现代幕墙建筑中,大量出现异型铝板和大分格加筋铝板,这些结构的出现,导致了铝板强度变形的不确定性,影响幕墙的美观和安全,由此必须对幕墙系统重要部位进行科学的力学计算,考虑风压、自重、地震等作用对幕墙系统的影响,对金属面板进行仔细校核,确保幕墙的安全性。

  本文应用ANSYS对较为常见的平面加筋铝板进行建模分析,并与常规工程计算方法进行比较,探讨运用ANSYS对金属幕墙进行计算的可行性,以此例为基础,为异型铝板的强度及刚度校核提供计算根据。

  2.运用工程计算方法对加筋铝板计算
  2.1工程计算方法及模型简介
  关于铝板强度及挠度的计算,采用的是《石材幕墙');callServer('金属与石材幕墙');">金属与石材幕墙工程技术规范》JGJ 133-2001中所提供的算法,也是现在最为普遍的计算方法。铝板加强筋的计算是选取《结构稳定性设计手册》中,组合元件的屈曲一章中,无限宽理想化加筋平板的计算方法进行计算。

  模型大小、边界条件、荷载均与ANSYS计算方法相对应,计算面板选用高3000mm,宽1600mm,3mm厚3003-H14材质铝板为计算模型,加强筋沿短边通长布置,间距为500mm,加筋肋采用50×50×3mm的U型折弯铝板,荷载统一选用Q=0.003N/mm2。由于ANSYS的计算模型与之相同,在本文中不予累述。

  2.2 铝板强度及挠度计算
  ①模型简介
  对于铝板的计算,整个铝板采用加强筋将铝板分成若干小区域,根据《金属与石材幕墙》JGJ 133-2001规范,简化为长1600 mm,宽500mm,对边简支,对边固定(加筋肋方向)的力学模型进行计算。

  ②铝板强度计算

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