前言
ANSYS是大型的有限元处理软件,具有功能完备的前后处理功能,强大的图形处理能力,在核工业、铁道、石油化工、航空航天、机械制造、能源、汽车交通、国防军工、电子、土木工程、造船、生物医学、轻工、地矿、水利、日用家电等领域有着广泛的应用。ANSYS功能强大,操作简单方便,现在已成为国际最流行的有限元分析软件,也广泛应用于建筑领域,受结构师的青睐。
本文主要论述Ansys在建筑幕墙计算中的应用。
ANSYS程序提供了高质量的对CAD模型进行网格划分的功能。与普通结构计算软件相比,ANSYS不仅可以达到普通计算标准,通过网格划分功能对复杂模型进行有限元网格划分,能够使误差低于用户定义的值,从而使计算的精度(词条“精度”由行业大百科提供)超出普通结构软件的精度。
本案例针对的是ANSYS在幕墙板块、型材及连接件在幕墙中的应用。
一、异形穿孔铝板的计算
1、本案例铝板为3mm异形穿孔铝板,板块尺寸1180*2640*(0~450),强度计算荷载值q=1.4wk+0.5×1.3qEAk =0.001442MPa
挠度计算荷载qk=wk+0.5qEAk=0.001032MPa
模型采用SHELL181单元建立面板,边界条件上下边简支,左右两侧采用点支承。模型如下图所示。
2、求解结果
铝板应力云图:最大应力90.58Mpa<97 MPa
铝板挠度云图:最大挠度20.2mm<1390/60=23.2mm
二、铝合金龙骨计算
1、龙骨跨度3600mm,上下端简支,计算强度荷载值q=qw+0.5qE=2.814N/mm,挠度计算荷载值q=qw=2.7514N/mm,计算模型采用BEAM188单元建立铝合金龙骨,型材截面(词条“截面”由行业大百科提供)及参数如下图所示
型材应力云图:最大应力85.9Mpa<90MPa
型材挠度云图:最大挠度19.07mm<23mm
用其他计算方法输入相同荷载进行计算:
计算强度N/An+Mx/Wnx= =86.9MPa
型材挠度 df=5qkL4/384EIx=19.88mm,
通过计算对比,ANSYS计算与简化计算模式计算结果基本一致,
ANSYS 计算云图数据更加精准并能直观的呈现构件受力情况。
三、玻璃板块的计算
1、本案例玻璃采用15mm单层钢化玻璃,分格尺寸为1965*3960mm,
强度计算荷载值q=1.4wk+0.5×1.3qEAk =0.0022MPa
挠度计算荷载值qk=wk+0.5qEAk=0.00182MPa,约束条件为非四边框简支及点支撑,边界条件为上下、左边简支,右边采两点支承。采用SHELL181单元建立玻璃面板。
玻璃应力云图:最大应力59.6Mpa<84 MPa
玻璃挠度云图:最大挠度26.34mm<1965/60=32.7mm。
四、连接件的计算
1、构件采用125x80x8mm钢连接件,计算荷载值经过折算施加在孔壁上 计算荷载值q水平=62.0MPa,q垂直=15.8MPa采用SOLID185单元建立实体面板。
应力云图:最大应力120.24Mpa<160 MPa
挠度云图
五、小结
通过以上云图数据分析:幕墙面板单元采用SHELL181单元,龙骨采用BEAM188单元,构件采用SOLID185单元来进行模拟计算可以满足结构受力要求,可以更直观的显示各部位的受力情况,为设计师在结构设计的合理性上给予了极大的帮助,希望以此例为基础,为各类异形幕墙的面板龙骨及构件进行工程验算,既能保证工程的安全,又能节约造价成本。
参考文献
【1】 金属与石材幕墙工程技术规范JGJ102-2003.
【2】 玻璃幕墙工程技术规范JGJ 133-2001.
【3】 建筑玻璃应用技术规范JGJ 113-2015.