隔熱型材強(qiáng)度計(jì)算方法

　　【中國(guó)幕墻網(wǎng)】隔熱型材進(jìn)入我國(guó)市場(chǎng)已經(jīng)有近十年的歷史，因?yàn)?a href='../../zsk/ct.asp?id=3736' target='_blank' style='font-size:1em; border-bottom:1px dotted blue;'>隔熱型材優(yōu)越的保溫隔熱性能表現(xiàn)和隨著我國(guó)建筑節(jié)能要求的提高，使得其在我國(guó)的建筑門窗幕墻行業(yè)內(nèi)使用得越來(lái)越廣泛。在工程應(yīng)用中，設(shè)計(jì)人員除了要考慮型材的保溫隔熱性能外，還應(yīng)當(dāng)要分析和計(jì)算其結(jié)構(gòu)的安全性可可靠性。但是目前不論是設(shè)計(jì)計(jì)算軟件，還是大部分門窗幕墻公司的設(shè)計(jì)人員，要么是將隔熱型材中的隔熱材料去掉，要么是將隔熱材料直接當(dāng)成鋁合金，要么就是將隔熱材料按照材料的彈性模量的比值等效為鋁合金等等，以這些方式來(lái)計(jì)算隔熱型材的慣性矩，并通過(guò)這樣計(jì)算出來(lái)的慣性矩來(lái)驗(yàn)算門窗幕墻有關(guān)構(gòu)件的強(qiáng)度和剛度。這些處理方式都是不對(duì)的，因?yàn)樗麄兒雎粤烁魺嵝筒倪@種通過(guò)一定的工藝使得內(nèi)外腔鋁材由做為結(jié)構(gòu)件的隔熱材料連接在一起的復(fù)合型材的特性和承受荷載時(shí)特有的端部現(xiàn)象(詳細(xì)敘述請(qǐng)見(jiàn)拙作《隔熱復(fù)合型材慣性矩分析》)。

　　一、隔熱型材的等效慣性矩計(jì)算方法

　　按JG 175-2009《建筑用隔熱鋁合金型材》規(guī)定的隔熱型材等效慣性矩的計(jì)算公式如下(在2005版就已經(jīng)收錄了隔熱型材等效慣性矩計(jì)算方法)：

　　其中:

　　Ief – 隔熱型材等效慣性矩;

　　Is ---剛性慣性矩，按下式計(jì)算：

　　v ---作用參數(shù)，按下式計(jì)算：

　　? ---組合參數(shù)，按下式計(jì)算：

　　λ---幾何形狀參數(shù)，按下式計(jì)算：

　　c --- 彈性常數(shù)，是在縱向抗剪試驗(yàn)中負(fù)荷—位移曲線的彈性變形范圍內(nèi)的縱向剪切力增量△F與相對(duì)應(yīng)的兩側(cè)鋁合金型材出現(xiàn)的相對(duì)位移增量△δ和試樣長(zhǎng)度l成積的比值，按下式計(jì)算：

　　A1—鋁型材1區(qū)截面積(mm2);

　　A2—鋁型材2區(qū)截面積(mm2);

　　S1—鋁型材1區(qū)形心;

　　S2—鋁型材2區(qū)形心;

　　S—隔熱型材形心;

　　I1—1區(qū)型材慣性矩(mm4);

　　I2—2區(qū)型材慣性矩;

　　α1—1區(qū)形心到隔熱型材形心距離(mm4);

　　α2—2區(qū)形心到隔熱型材形心距離(mm)。

　　圖1 隔熱型材截面

　　式中：

　　L--- 隔熱型材的承載間距，單位為毫米(mm);

　　α——1區(qū)形心與2區(qū)形心間距，單位為毫米(mm);

　　E —— 鋁合金的彈性模量，單位為牛頓每平方毫米(N/mm2)，E=70000N/mm2;

　　△F ——負(fù)荷--位移曲線上彈性變形范圍內(nèi)的縱向剪切力增量，單位為牛頓(N);

　　△δ——負(fù)荷--位移曲線上彈性變形范圍內(nèi)的縱向剪切力增量相對(duì)應(yīng)的兩側(cè)鋁合金型材的位移增量，單位為毫米(mm);

　　l —— 試樣長(zhǎng)度，單位為毫米(mm)。

　　二、關(guān)于彈性常數(shù)c值

　　關(guān)于彈性常數(shù)c值，是在隔熱型材縱向抗剪試驗(yàn)中負(fù)荷—位移曲線的彈性變形范圍內(nèi)的縱向剪切力增量△F與相對(duì)應(yīng)的兩側(cè)鋁合金型材出現(xiàn)的相對(duì)位移增量△δ和試樣長(zhǎng)度l成積的比值。對(duì)于同樣的鋁材和隔熱材料，其決定因素是鋁材槽口開(kāi)齒的鋒利情況和型材滾壓過(guò)程的滾壓力的控制情況。當(dāng)型材槽口開(kāi)齒較差，因?yàn)辇X較鈍，難以咬進(jìn)隔熱材料(如圖2所示)，所以隔熱型材的縱向抗剪力是比較小的，直接影響其彈性常數(shù)c值，這也就使得隔熱型材的等效慣性矩較小;反之隔熱型材的有效慣性矩則比較大(如圖3所示)。

　　另外因?yàn)楦魺嵝筒牡目v向抗剪試驗(yàn)無(wú)論是按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 5237.6《鋁合金建筑型材 第6部分：隔熱型材》的規(guī)定，還是行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JG 175《建筑用隔熱鋁合金型材》的規(guī)定，是出廠檢驗(yàn)的必檢項(xiàng)目之一。而在做隔熱型材縱向抗剪試驗(yàn)中(如圖5)必然會(huì)得到隔熱型材的負(fù)荷—位移曲線圖(如圖6)。

　　這樣我們就可以根據(jù)圖6來(lái)計(jì)算該批型材的彈性常數(shù)c值：

　　從而來(lái)計(jì)算出該批隔熱型材的等效慣性矩，用于工程驗(yàn)算。

　　如果是前期設(shè)計(jì)計(jì)算，設(shè)計(jì)人員可以先根據(jù)工程實(shí)際情況和已經(jīng)有大致合作意向的幾家型材廠的生產(chǎn)水平，大致的設(shè)定一個(gè)用于工程前期設(shè)計(jì)計(jì)算的彈性常數(shù)c值。后續(xù)的工程進(jìn)行中基本上都是按照此指標(biāo)來(lái)設(shè)計(jì)驗(yàn)算和驗(yàn)收型材廠的隔熱型材。

　　三、隔熱型材強(qiáng)度計(jì)算案例

　　在上海市浦東新區(qū)(7度設(shè)防、設(shè)計(jì)地震基本加速度0.10g).某建筑高128m，層高3.6m，分格(B*H)1.2m*1.5m，采用構(gòu)件式(明框)幕墻。

　　上海市基本風(fēng)壓：W0=550N/m ²

　　風(fēng)壓高度變化系數(shù)：uZC=0.713(128/10)0.40=0.713(Z/10)0.40=1.977 (JGJ102、JGJ133)

　　ufC=0.734(128/10)0.22=0.734(Z/10)0.22=0.4189

　　瞬時(shí)風(fēng)壓陣風(fēng)系數(shù)：βz=1.56 (JGJ102、JGJ133)

　　風(fēng)荷載體型系數(shù)：uS=0.8 (JGJ102、JGJ133)

　　地震作用標(biāo)準(zhǔn)值：qEK=ΒE*αmax*GAK =5*0.08*400=160N/m2 (GB50011、JGJ133)

　　風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值：WK=βzμZμSW0*1.1=1.56*0.8*1.977*550*1.1=1493N/m2

　　風(fēng)荷載設(shè)計(jì)值：W=1.4 WK =1.4*1493=2090N/m2

　　風(fēng)荷載線荷載設(shè)計(jì)值：qW=BW=1.2*5652=2508N/m

　　地震作用設(shè)計(jì)值：qE=1.3 qEK =1.3*160=208N/m2

　　地震作用線荷載設(shè)計(jì)值：qE線=BqE =1.2*208=250N/m

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