点式支承玻璃板变形性能的分析研究

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1、点式支承玻璃板变形性能的分析研究来源:中国幕墙网收集整理作者:李少甫日期:2006-11-7    摘  要:介绍了玻璃建筑技术中点式带孔玻璃变形的问题通过有限元分析计算，着重讨论孔心边距和玻璃厚度对玻璃板变形性能的影响并与试验结果进行了比较分析。    关键词:点式支承带孔玻璃变形    近几年，在深圳的地王大厦和上海大剧院等工程中成功地从国外引进了建筑点式连接技术在我国开始了建筑点式技术的研究和应用。我国自行设计、制作和安装的深圳康佳产品展销馆、深圳机场新航站楼、北京国际金融中心多棱多面的锥形采光顶和北京植物园展览温室等数十项相继完工的工程中，均

2、已采用点式玻璃连接技术。    点式玻璃建筑是一种新组合式建筑结构形式它用金属连接件和紧固件将建筑玻璃与金属(或玻璃〕支承结构连接成整体。由于点式支承玻璃与《玻璃幕墙工程技术规范》（JG102-96）中有框和隐框玻璃变形特征上有很大不同，而现有规范未能考虑点式支承玻璃的设计特点。因此有必要对点式支承玻璃变形性能及其影响因素进行研究。    1、四边简支玻璃板变形计算    由于生产工艺的限制，过去的玻璃幕墙在连接上采用四边支承方式。这样的边界条件对于玻璃板的位移控制比较有利由于边缘的约束作用会减少玻璃板中心的位移。它的计算公式:    不同厚度情况下

3、，玻璃板刚度D可见文献[1]。式中u为玻璃板跨中最大挠度;a为玻璃板短边长度;t为玻璃厚度，中空玻璃的等效厚度取1.2t，夹层玻璃等效厚度取1.25t;qk为垂直于玻璃平面方向的荷载与地震作用标准值;v为泊松比v=0.22;为跨中最大挠度系数。这个挠度计算公式是小挠度情况下〔u/t<1.0时适用〕的，在大挠度情况下、计算值大于实际挠度值、计算偏于安全。    2、点式连接玻璃板变形性能分析    目前采用较多的点式支承玻璃结构玻璃板由角点处的连接件所连接在玻璃板的四周边缘没有约束四周可以产生较大变形与规范中介绍的情况完全不一样需要对它独特的变形进行研

4、究。    目前开发的多种点支玻璃结构，对玻璃板变形影响较大的是以下两个方面:    (1)玻璃板和支承点之间的连接情况:随着生产工艺的提高，连接件由最初的单向固定件改成万向括动固定件在孔的边缘约束中释放了两个转动约束并允许玻璃板在圆孔附近有少许位移即孔边缘的平动约束也有所释放从而消除连接所产生的玻璃板薄膜效应，达到减少孔边缘集中应力的效果。球铰支承相比固定支承而言因为支承点约束减小,所以玻璃板变形增大。    (2)支承点到板边缘的距离:玻璃在荷载作用下将产生大的变形是平板点支承下的大变形问题。由于玻璃板边缘部分的反翘作用所以玻璃板中的应力和变形相

5、对减少。并且由于支承点的内移所承受的连接处的弯矩作用降低对玻璃孔边缘的应力集中现象也有所帮助。但从生产、加工的角度讲，随着玻璃孔的边距不断增大，用于沛名玻璃与支承结构连接成一个整体的金属连接件和紧固件的自重和成本会显著增大。日决一些专家认为，玻璃孔边缘至玻璃最外边最短距离应等于4倍玻璃厚度中国有些专家认为子地缘至玻璃最近边最短距离为l00mm。    所以，为了控制玻璃板的变形理论上认为采用固定连接件和大的孔心边距是较好的措施但从玻璃板的受力和工程的成本上考虑是不可行的。我们的研究工作重点在于既要瞒足玻璃板受力和工程成本的要求，又要适当控制玻璃板的变

6、形力求在两者之间寻找合适的结合点。    对于四点支承玻璃板的变形国内一些专家提出的方法中较为著名的是:单层板的厚度t取玻璃实际厚度;夹胶玻璃的等效厚度按表1取用。    点支面板的应力和挠度公式见表2。文献[3]给出4点和6点支承玻璃面板计算系数u.m。   3、点式连接玻璃变形性能的有限元分析    3.1、计算模型    我们采用较为常见的沉头式连接方式，其优点在于连接件沉入玻璃表面内，表面平整、美观也不容易积灰污染玻璃表面(见图1)。但玻璃要开锥形孔洞加工复杂而且要求玻璃厚度不小于10mm当受力不需要这么厚的玻璃时不仅增加造价，而且会加大幕墙

7、重量。连接方法中，在螺栓孔中塞入圆孔形的垫圈，螺栓通过垫圈中部的孔并在螺栓和玻璃平面接触的地方布置平垫圈，使得螺栓和玻、璃之间的外力通过垫圈得到缓冲减少应力集中。    模型单元类型为三维实体单元，形状类似正四面体，适合用于不规则网格划分。每个单元定义了10个节点，每个节点带3个自由度，包括两个位移自由度和一个转动自由度具有大变形的特性所以在有限元计算中选用。网格划分时控制单元边长在玻璃开孔处缩小控制尺寸获得较高的精确度。为方便计算我们采用1/4对称的处理方法。    计算模型中的材料包括玻璃、金属连接件和起缓冲效应的密封垫层。在处理不同材料的接触问

8、题时我们考虑材料整体一起变形接触面受力后不发生脱离这样用ANSYS它是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一