單元式上橫梁插接臂或插芯臂在立柱水平集中荷載作用下的計算方法研究

　　本文作者：王飛勇,花定興,張桂先,湯曉玲
　　1 鋁合金上橫梁插接臂或插芯臂受力計算中存在的問題
　　單元式幕墻鋁合金上橫梁插接臂(以下簡稱插接壁)在幕墻十字縫處受到來自上單元幕墻立柱的水平集中荷載;很多單元式幕墻的上橫梁腔還采用了插芯,如下圖1(豎剖圖),插芯臂也存在和插接臂同樣的受力狀態;插接臂或插芯臂實質上是一個鋁合金懸臂板,底部嵌固,頂部承受來自鋁合金立柱的水平集中力,在現有的規范及相關資料中,未見到鋁合金懸臂板在頂部水平集中荷載作用下系統和理論的計算方法。

　　在此處的連接計算中,插接臂或插芯臂的等效受荷寬度的確定是關鍵,目前很多計算人員往往憑經驗取一個數值,有的把左右單元插接壁和插芯臂取3O0mm作為等效受荷寬度,還有的按照插芯臂和插接壁的高度按比例擴散取值,但國內目前未見這方面的理論分析,規范也沒有規定;這可能會導致有些計算結果與實際情況有比較大的誤差,甚至是錯誤。當然,如果計算時采用有限元分析軟件對此插接臂或插芯臂進行分析,也能得到比較精確的結果,但比較費時費力,而且并非每個計算人員都精通有限元軟件。本文采用有限元分析軟件Ansy對不同高度和厚度的鋁合金懸臂板進行分析,統計分析結果,并找出存在的客觀規律,計算人員只需根據插接壁和插芯臂不同高度和厚度,查表就能得到擴散角(見2.1定義),從而得到等效受荷寬度。

　　2 鋁合金懸臂板在頂部集中荷載作用下的等效寬度和擴散角分析

　　采用彈性力學知識應能達到想要的結果,但如果t1不等于t2,或者要考慮大撓度理論時,采用彈性力學知識就特別繁瑣,為簡便起見,本文采用有限元分析軟件Ansys對α與懸臂板高度凡、厚度t1、t1的關系進行統計研究分析;根據結構知識,相同高厚比的懸臂板擴散角α是相同的,因此,本文分析時,采用一定高度、不同厚度的懸臂板,求出其根部在頂部集中荷載作用下的最大應力σ,當σ是已知量時,就可以求出強度計算的等效矩

　　3 鋁合金插接臂或插芯臂的計算方法
　　值得注意的是,相同高厚比的懸臂板在頂部荷載作用下的擴散角是一樣的,而在同一高度h的情況下,不同厚度t的懸臂板擴散角度也是相同的,因此,表一擴散角具有普遍意義,即對于等厚懸臂板,如果集中荷載左右寬度均無限大,則懸臂板等效擴散角α為49.3°。在懸臂板的擴散角與高厚比不存在任何關系的前提下,對于不等厚懸臂板,不同厚度比t2/t1的比值顯然是擴散角的唯一變量。因此,對于不同變截面懸臂板,只需計算頂部厚度t1和底部厚度莎1的比值,查表二,用插值法求出擴散角即可。

　　鋁合金插接臂在鋁合金立柱集中荷載作用下,集中荷載一邊的懸臂板可以看做無窮大,而另一邊則為鋁合金立柱半邊料的寬度,如下圖4,其在左邊的擴散角為α°,在右邊因為31比較小,可近似認為b1全部發揮作用;插芯臂不是通長的,如下圖5,兩邊近似擴散α°,中間尺寸為鋁合金公母立柱寬度及膠條縫之和,可近似認為全部受力。

　　當插芯臂和上橫梁臂緊密配合并共同受到立柱的集中力時,可采用剛度分配方法分配荷載,再來分別計算插芯臂和上橫梁插接臂是否滿足要求。

4 結束語
　　單元式幕墻插接臂或插芯臂的計算不可忽視,如果強度不足,大則會引起結構安全問題,小則會導致單元式幕墻的水密和氣密性能;插接臂或插芯臂寬度的確定往往比較困惑,這直接決定了插接臂或插芯臂的厚度;因此,既要保證單元式幕墻此處連接安全可靠,又要考慮經濟合理,作為一名幕墻結構設計人員必須科學的進行分析計算。

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