‘壹’ 幕墙横梁、立柱ANSYS计算方法
基本参数:
1:计算点标高:100m;
2:横梁跨度:B=1100mm;
3:横梁上分格高:1380mm;横梁下分格高:1380mm;
4:横梁计算间距(指横梁上下分格平均高度):H=1380mm;
5:力学模型:三角荷载简支梁;
6:板块配置:石材;
7:横梁材质:Q235;
因为B≤H,所以本处幕墙横梁按三角形荷载简支梁力学模型进行设计计算,受力模型如下:
1.横梁型材选材计算:
(1)横梁在风荷载作用下的线荷载集度(按三角形分布):
qwk:风荷载线分布最大荷载集度标准值(N/mm);
wk:风荷载标准值(MPa);
B:横梁跨度(mm);
qwk=wkB
=0.001468×1100
=1.615N/mm
qw:风荷载线分布最大荷载集度设计值(N/mm);
qw=1.4qwk
=1.4×1.615
=2.261N/mm
(2)垂直于幕墙平面的分布水平地震作用的线荷载集度(按三角形分布):
qEAk:垂直于幕墙平面的分布水平地震作用(MPa);
βE:动力放大系数,取5.0;
αmax:水平地震影响系数最大值,取0.16;
Gk:幕墙构件的重力荷载标准值(N),(主要指面板组件);
A:幕墙平面面积(mm2);
qEAk=βEαmaxGk/A ……5.3.4[JGJ102-2003]
=5.0×0.16×0.001
=0.0008MPa
qEk:横梁受水平地震作用线荷载集度标准值(N/mm);
B:横梁跨度(mm);
qEk=qEAkB
=0.0008×1100
=0.88N/mm
qE:横梁受水平地震作用线荷载集度设计值(N/mm);
qE=1.3qEk
=1.3×0.88
=1.144N/mm
(3)幕墙横梁受荷载集度组合:
用于强度计算时,采用Sw+0.5SE设计值组合:……5.4.1[JGJ102-2003]
q=qw+0.5qE
=2.261+0.5×1.144
=2.833N/mm
用于挠度计算时,采用Sw标准值:……5.4.1[JGJ102-2003]
qk=qwk
=1.615N/mm
(4)横梁在风荷载及地震组合作用下的弯矩值(按三角形分布):
My:横梁受风荷载及地震作用弯矩组合设计值(N·mm);
Mw:风荷载作用下横梁产生的弯矩(N·mm);
ME:地震作用下横梁产生的弯矩(N·mm);
B:横梁跨度(mm);
Mw=qwB2/12
ME=qEB2/12
采用Sw+0.5SE组合:
My=Mw+0.5ME
=qB2/12
=2.833×11002/12
=285660.833N·mm
(5)横梁在自重荷载作用下的弯矩值(按矩形分布):
Gk:横梁自重线荷载标准值(N/mm);
H:横梁计算间距(mm);
Gk=0.001×H
=0.001×1380
=1.38N/mm
G:横梁自重线荷载设计值(N/mm);
G=1.2Gk
=1.2×1.38
=1.656N/mm
Mx:横梁在自重荷载作用下的弯矩设计值(N·mm);
B:横梁跨度(mm);
Mx=GB2/8
=1.656×11002/8
=250470N·mm
2.确定材料的截面参数:
(1)横梁抵抗矩预选:
Wnx:绕X轴横梁净截面抵抗矩预选值(mm3);
Wny:绕Y轴横梁净截面抵抗矩预选值(mm3);
Mx:横梁在自重荷载作用下的弯矩设计值(N·mm);
My:风荷载及地震作用弯矩组合设计值(N·mm);
γ:塑性发展系数:取1.05;
fs:型材抗弯强度设计值(MPa),对Q235取215;
按下面公式计算:
Wnx=Mx/γfs
=250470/1.05/215
=1109.502mm3
Wny=My/γfs
=285660.833/1.05/215
=1265.386mm3
(2)横梁惯性矩预选:
df,lim:按规范要求,横梁的挠度限值(mm);
B:横梁跨度(mm);
B/250=1100/250=4.4mm
取:
df,lim=4.4mm
qk:风荷载作用线荷载集度标准值(N/mm);
E:型材的弹性模量(MPa),对Q235取206000MPa;
Iymin:绕Y轴最小惯性矩(mm4);
B:横梁跨度(mm);
df,lim=qkB4/120EIymin……(受风荷载与地震作用的挠度计算)
Iymin=qkB4/120Edf,lim
=1.615×11004/120/206000/4.4
=21739.128mm4
Ixmin:绕X轴最小惯性矩(mm4);
Gk:横梁自重线荷载标准值(N/mm);
df,lim=5GkB4/384EIxmin……(自重作用下产生的挠度计算)
Ixmin=5GkB4/384Edf,lim
=5×1.38×11004/384/206000/4.4
=29024.765mm4
3.选用横梁型材的截面特性:
按照上面的预选结果选取型材:
选用型材号:40/60系列
型材抗弯强度设计值:215MPa
型材抗剪强度设计值:125MPa
型材弹性模量:E=206000MPa
绕X轴惯性矩:Ix=115810mm4
绕Y轴惯性矩:Iy=123650mm4
绕X轴净截面抵抗矩:Wnx1=4100mm3
绕X轴净截面抵抗矩:Wnx2=3662mm3
绕Y轴净截面抵抗矩::Wny1=5763mm3
绕Y轴净截面抵抗矩::Wny2=6639mm3
型材净截面面积:An=449.3mm2
型材线密度:γg=0.03527N/mm
横梁与立柱连接时角片与横梁连接处横梁壁厚:t=3mm
横梁截面垂直于X轴腹板的截面总宽度:tx=5mm
横梁截面垂直于Y轴腹板的截面总宽度:ty=3mm
型材受力面对中性轴的面积矩(绕X轴):Sx=2994mm3
型材受力面对中性轴的面积矩(绕Y轴):Sy=3546mm3
塑性发展系数:γ=1.05
可以试着自定义截面。这样可以导入真实截面。但是会占用较大内存。首先在cad里,把要的截面做成面,然后导出sat文件;然后新开ansys,点file 里面有个import导入sat文件;在beam截面定义处,有个custom section,里面有write from area,可以定义截面。然后再从里面read section 就可以使用这个截面了。
‘贰’ 幕墙选用骨架和埋板还有螺栓的依据
这些都是强度计算得来的结果,根据结果来选择相应的配置。计算时要考虑一下方面:
1、风荷载标准值:
Wk=β gZ ·μSL· μZ·W0
式中:
Wk:为作用于幕墙上的风荷载标准值,(kN/m2), 且其值不应小于1.0KN/ m2。
βgZ:为需计算板件位置处高度的阵风系数,按国家现行标准《建筑结构荷载规范》GB 50009-2001(2006年版)采用,
取βgZ =1.69 (按C类地区60米高度取值)
μSL:风载荷的体型系数,按国家现行标准《建筑结构荷载规范》GB 50009-2001(2006年版)采用,
2、结构自重
3、地震作用
垂直于幕墙平面的分布水平地震作用:qEK=βE·αmax·GK /A
式中:
qEk:垂直于幕墙平面的分布水平地震作用标准值(kN/m2);
βE:地震动力放大系数,取5.0;
αmax:水平地震影响系数最大值,按7度抗震设计,取αmax=0.08;
Gk:玻璃幕墙构件(包括玻璃面板和铝框)的重力荷载标准值(kN);
A:玻璃幕墙平面面积(m2)
4.温度作用
幕墙杆件在温度变化过程中产生热胀冷缩,最大温差取80℃,故极限变化量为:
△L=L·α·△T
式中:
△L:受温度影响产生的变化量 。
L:杆件的长度,L竖=4800mm, L横=1070mm。
α:铝材线膨胀系数。α=2.35×10-5。
△T:极限温差,取△T =80℃
5、荷载和作用效应组合
1)、荷载和作用效应的分项系数:
进行幕墙构件、连接件和预埋件承载力计算时:
重力荷载 rG =1.2
风荷载 rw =1.4
地震作用 rE =1.3
进行位移和挠度计算时:
重力荷载 rG =1.0
风荷载 rw =1.0
地震作用 rE =1.0
2)、水平作用效应组合系数:
风荷载 ψw =1.0
地震作用 ψE =0.5
3)、组合形式: S1 = rG G+ψw rw Wk +ψE rEqE
根据工程的以上这些因素,然后计算各个位置受力杆件及埋板和螺栓的需求强度。根据计算的需求强度来选择相应的配置材料就可以了。各材料的参数,杆件和埋板需要计算。选择一个强度满足的就可以。螺栓是厂家提供的,选择一下就可以了。
因为没有你要求的工程数据,我随便例举一个,供你参考:
幕墙竖向杆件的计算
1、竖向杆件型材的截面特性
LD31 RCS铝型材强度设计值:
受拉、受压 fa=85.5N/mm2
受 剪 fa=49.6N/mm2
铝型材弹性模量 : E=7.0×104N/mm2
X轴的惯性矩:IX=794.88 cm4
X轴的抵抗矩:WX=74.62 cm3
型材截面积: A=15.35 cm2
塑性发展系数:r=1.05
2、竖向杆件竖直方向的荷载
立柱自重荷载: PG=0.52×10-3×4800×2200=5491.2N
3、竖向杆件水平方向的线荷载
风荷载的线荷载: qw(立柱)=1.022×10-3×2200=2.248 N/mm
水平地震作用线荷载: qE水=0.21×2200=0.462N/mm
4、幕墙竖向杆件的强度计算
1)、竖向杆件承受弯曲应力校核:
校核依据: s=≤fa=85.5N/mm2 (拉弯构件)
式中:
s:竖向杆件计算强度
A:竖向杆件型材截面积,A=15.35cm2;
M:竖向杆件弯矩;
WX竖向杆件截面抵抗矩, WX= 1865.5px3;
塑性发展系数:r=1.05
B:竖向杆件计算分格宽,B= 2200 mm
N:竖向杆件竖直方向拉力设计值
N=1.2×PG=1.2×5491.2
=6589.4 N
竖向杆件水平方向线荷载设计值
qy=1.4×qw +0.5×1.3×qE水
=1.4×2.248+0.5×1.3×0.462
= 3.448 N/mm
竖向杆件按双跨梁计算:
My=mqyl2
弯矩系数:m=0.07718。
My=mqyl2
=0.07718×3.448×48002
= 6131327.4N·mm
s=≤fa=85.5N/mm2
=6589.4÷1535 + 6131327.4÷(1.05×74.62×103)
=82.55≤fa=85.5N/mm2
竖向杆件弯曲强度满足使用要求
5、幕墙竖向杆件挠度计算:
μmax=μ
df,lim=
μmax:为竖向杆件最大挠度值。
df,lim:最大挠度系数,μ=3.2056×10-3。
q:风荷载的线载荷效应组合值, qw=2.248 N/mm
1:为竖向杆件两支点间距,l=4800mm
μmax=μ
=3.2056×10-3×2.248×48004÷(7×104×794.88×104)
=6.87 mm
6.87 mm ≤=26.7mm
竖向杆件刚度满足要求
以上这些都满足的情况。竖向杆件可选择。
其他的同理。
希望可以帮到你。
‘叁’ 石材幕墙和玻璃幕墙的构件的重力荷载标准值Gk怎么算有什么公式吗
石材重力密度和玻璃一样都是25.6. 你用根据厚度算出每平米重力荷载标准值多少,25.6XA,A是厚度,单位是N。 其它构件铝材27;刚才78.5,你可以同样计算下,合到每平米石材或者玻璃里面。
若计算结构,那么就考虑玻璃幕墙的自重就好了,其他的按照建筑结构算法,按我的理解应该主要验算地震吧。
计算玻璃的重量,加上20-30%就是大概幕墙的重量(为了安全和留有余量考虑您可以再多加点,如果您对幕墙了解不是很多的话)。玻璃密度2.56.
另外,补充下,幕墙往往是上部受重力的,也就是挂在上层梁上的。
可用于幕墙的建设石材的要求:
1、一般建筑对于幕墙可供选择的石材是硬度和稳定性很高的。由于众多石材的特殊性,大多数幕墙的设计采用花岗岩、安山岩和玄武岩。
2、幕墙采用的石材吸水率(吸水率是指石材在标准大气压力下吸水的能力)一般不能超过百分之八(8%)。同样的石材的吸水率也是不相同的,需要专门用仪器来测量。
3、初步选出了可用于制造幕墙的石材,在制造过程中所使用的幕墙石材处理工艺也是一个很大的问题。不能马虎了,一般来说有以下3种石材处理工艺: