建筑幕墙金属面板内力分析

建筑幕墙金属面板内力分析的探讨现在很多建筑幕墙采用单层铝板、复合铝板、不锈钢板作为面板。这些面板根据尺寸大小可以是单块四边简支(不加肋)板或加肋板。由于这些面板是建筑物的围护结构的组成部份，除按建筑需要选用色彩、造型外，还要按围护构件进行内力分析和强度校核。对整块金属成型板进行内力分析可用有限元等方法进行，也可根据规范列出的数表进行内力计算。用数表进行计算时，有些企业和技术人员还不能掌握计算要领，特别要指出三菱化成株式会社ALPOLIC板附录所列表11-1表面应力计算公式和计算实例，很多不知情单位大量引用，有些培训教材中也将它列入，以致有些单位在投标中，由于用ALPOLIC板的计算公式和计算方法计算而被判为计算错误，影响中标，现在对ALPOLIC板附录的计算公式与计算方法作一些分析，并提出对规范（《建筑结构静力计算手册》）所列数表应用的个人见解。经查ALPOLIC板附录的数表与机械工程手册（第二版）第一卷第5篇第8章P5-192~5-196表5.8-3矩形板的应力与变形计公式是一样的。表5.8-3中四边简支板的系数β是用来计算四边简支钢板（ν=0.30）的。也就是说这个数表不能用来计算四边简支单层铝板（ν=0.33）和四边简支复合铝板（ν=0.25）。还必需指出这个数表是用弹性薄板小挠度理论编制的，其计算结果随挠度与板厚之比加大，当板的挠度大于板厚一半以后，计算结果就产生显著的误差。ALPOLIC板资料对加肋板的计算介绍，完全背离了数表编制的初衷，金属成型板加肋后，肋将整块板划分成不同支承条件的区格，这些区格仍是整块的组成部分，整块板没有分离。在查表计算时为了利用现有数表查取固端弯矩系数，将这些不同支承条件的区格取计算简图。怎样来确定由肋所形成的板区格的计算简图，赵西安教授提出的赵氏定理（JGJ133第5.4.4条）规定：1、沿板材四周边缘：简支边；2、中肋支承线：固定边。常用的加肋板有四种：A．加一根横（竖）肋，这时肋两侧区格都可取三边简支（位于周边）、一边固定（位于中肋支承线）计算简图。这种区格，板中均有X、Y两个方向的跨中弯矩，中肋支承线支座处有支座弯矩，支座弯矩起控制作用，因些只需验算支座弯矩效应，如果两区格等跨，就可用查出的固端弯矩系数平衡后等到的支座弯矩系数求支座弯矩，如果不等跨就要先分别求出固端弯矩再平衡求出支座弯矩。B．加两根横（竖）肋，两根肋将板划分为三个区格，其中两端两个区格取三边简支（位于周边）、一边固定（位于中肋支承线）计算简图，当中一个区格取两对边简支（位于周边）、两对边固定（位于中肋支承线）计算简图。三个区格，板跨中均有X、Y两个方向弯矩，中肋支承线支座处有支座弯矩，支座弯矩起控制作用，因此只需验算支座弯矩效应，如果三个区格等跨，就可用查出的相邻两跨固端弯矩系数平衡后等到的支座弯矩系数求支座弯矩；如果不等跨就要先分别求出固端弯矩再平衡求出支座弯矩。下面以用弯矩分配法求三跨梁支座弯矩的过程，来说明怎样查取固端弯矩系数，以及用弯矩分配法求出的支座弯矩。C．十字形加肋，两根互相垂直的肋将板划分为四个区格，四个区格都可取两邻边简支（位于周边）、两邻边固定（位于中肋支承线）计算简图。四个区格，板跨中均有X、Y两个方向的弯矩，每个区格两边中肋支承线支承处均有支座弯矩，两支座弯距中有一个大值，起控制作用，验算时查取相邻两跨固端弯矩系数进行平衡，求出支座弯矩系数，取其中一个大值进行验算；如果不等跨就要先分别求出固端弯矩再平衡求出支座弯矩。D．井字形加肋，两根竖肋和两根横肋交义将板划分的9个区格，四角四个区格取两邻简支（位于周边）、两邻边固定（位于中肋支承线）计算简图；位于每边中部的区格取一边简支（位于周边）、三边固定（位于中肋支承线）计算简图；当中一个区格取四边固定（四边位于中肋支承线）计算简图。验算取两邻边固定、两邻简支区格与一边简支、三边固定区格共同支座处的支座弯矩或一边简支、三边固定区格与四边固定区格共同支座处的支座弯矩，在12个支座弯矩中一个大值为控制截面。验算时查取相邻两跨固端弯矩系数进行平衡，求出支座弯矩系数，取12个支座弯矩系数中一个大值进行验算；如果不等跨就要先分别求出固端弯矩再平衡求出支座弯矩。从以上分析可以看出，划分区格仅为取计算简图，用来查取座固端弯矩系数。查出肋两侧相邻区格的固端弯矩系数后，当等跨时，对固端弯矩系数进行平衡，求出支座弯矩系数后计算支座弯矩；当不等跨时可近似用固端弯矩系数求出各区格板固端弯矩，平衡后即为支座弯矩。还要指出上述不同区格的划分仅为各种不支承条件区格的计算简图，它是一块整板的组成部份。如果为一个单块板只能是四边简支板，ALPOLIC板所谓“四边固定板”仅是井字加肋板当中一区格计算简图，表中所列系数只是这块板的固端弯矩系数，它要和相邻的三边固定、一边简支区格（两邻边固定，两邻简支区格）的固端弯矩系数平衡后求出支座弯矩系数，再进行支座弯矩计算。还要指出ALPOLIC板资料中所称一边固定，三边自由板，典型情况是隐框幕墙结构装配组件在转角处，在附框一侧用玻璃挑出的悬臂部份的计算简图。我们对金属板的计算要用结构力学原理去理解，正确运用《建筑结构静力手册》（规范数表引自该手册）规定的计算原则和方法进行计算才能得出正确的结果，如果随便按自己从文字上的理解去进行计算，就会出现错误。《建筑结构静力计算手册》数表是用弹性薄板小挠度理论编制的，在用《建筑结构静力计算手册》数表计算时，要区分小挠度板与大挠度板，当计算大挠度板时，还要对计算结果进行折减，才能得出与实际效应相近的结果。