单元式上横梁插接臂或插芯臂在立柱水平集中荷载作用下的计算方法研究

　　本文作者：王飞勇,花定兴,张桂先,汤晓玲
　　1 铝合金上横梁插接臂或插芯臂受力计算中存在的问题
　　单元式幕墙铝合金上横梁插接臂(以下简称插接壁)在幕墙十字缝处受到来自上单元幕墙立柱的水平集中荷载;很多单元式幕墙的上横梁腔还采用了插芯,如下图1(竖剖图),插芯臂也存在和插接臂同样的受力状态;插接臂或插芯臂实质上是一个铝合金悬臂板,底部嵌固,顶部承受来自铝合金立柱的水平集中力,在现有的规范及相关资料中,未见到铝合金悬臂板在顶部水平集中荷载作用下系统和理论的计算方法。

　　在此处的连接计算中,插接臂或插芯臂的等效受荷宽度的确定是关键,目前很多计算人员往往凭经验取一个数值,有的把左右单元插接壁和插芯臂取3O0mm作为等效受荷宽度,还有的按照插芯臂和插接壁的高度按比例扩散取值,但国内目前未见这方面的理论分析,规范也没有规定;这可能会导致有些计算结果与实际情况有比较大的误差,甚至是错误。当然,如果计算时采用有限元分析软件对此插接臂或插芯臂进行分析,也能得到比较精确的结果,但比较费时费力,而且并非每个计算人员都精通有限元软件。本文采用有限元分析软件Ansy对不同高度和厚度的铝合金悬臂板进行分析,统计分析结果,并找出存在的客观规律,计算人员只需根据插接壁和插芯臂不同高度和厚度,查表就能得到扩散角(见2.1定义),从而得到等效受荷宽度。

　　2 铝合金悬臂板在顶部集中荷载作用下的等效宽度和扩散角分析

　　采用弹性力学知识应能达到想要的结果,但如果t1不等于t2,或者要考虑大挠度理论时,采用弹性力学知识就特别繁琐,为简便起见,本文采用有限元分析软件Ansys对α与悬臂板高度凡、厚度t1、t1的关系进行统计研究分析;根据结构知识,相同高厚比的悬臂板扩散角α是相同的,因此,本文分析时,采用一定高度、不同厚度的悬臂板,求出其根部在顶部集中荷载作用下的最大应力σ,当σ是已知量时,就可以求出强度计算的等效矩

　　3 铝合金插接臂或插芯臂的计算方法
　　值得注意的是,相同高厚比的悬臂板在顶部荷载作用下的扩散角是一样的,而在同一高度h的情况下,不同厚度t的悬臂板扩散角度也是相同的,因此,表一扩散角具有普遍意义,即对于等厚悬臂板,如果集中荷载左右宽度均无限大,则悬臂板等效扩散角α为49.3°。在悬臂板的扩散角与高厚比不存在任何关系的前提下,对于不等厚悬臂板,不同厚度比t2/t1的比值显然是扩散角的唯一变量。因此,对于不同变截面悬臂板,只需计算顶部厚度t1和底部厚度莎1的比值,查表二,用插值法求出扩散角即可。

　　铝合金插接臂在铝合金立柱集中荷载作用下,集中荷载一边的悬臂板可以看做无穷大,而另一边则为铝合金立柱半边料的宽度,如下图4,其在左边的扩散角为α°,在右边因为31比较小,可近似认为b1全部发挥作用;插芯臂不是通长的,如下图5,两边近似扩散α°,中间尺寸为铝合金公母立柱宽度及胶条缝之和,可近似认为全部受力。

　　当插芯臂和上横梁臂紧密配合并共同受到立柱的集中力时,可采用刚度分配方法分配荷载,再来分别计算插芯臂和上横梁插接臂是否满足要求。

4 结束语
　　单元式幕墙插接臂或插芯臂的计算不可忽视,如果强度不足,大则会引起结构安全问题,小则会导致单元式幕墙的水密和气密性能;插接臂或插芯臂宽度的确定往往比较困惑,这直接决定了插接臂或插芯臂的厚度;因此,既要保证单元式幕墙此处连接安全可靠,又要考虑经济合理,作为一名幕墙结构设计人员必须科学的进行分析计算。

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