不同支承型式矩形铝单板强度计算方法的分析

杨 蓉

（北京江河幕墙股份有限公司，北京 101300）

绪论

幕墙是建筑物的外墙围护结构，铝板幕墙是目前在幕墙结构中使用较普遍的一种型式，铝板幕墙以其钢性好、重量轻、强度高、耐腐蚀性好、工艺性好、施工便捷、可回收利用等各种优良特性，在各类建筑中得到了广泛的应用。目前，铝板幕墙中铝单板及其连接件的计算方法也日趋成熟，但在实际工程应用中仍存在未解决的问题，因此给幕墙设计者的工作带来了一定的困难，文中针对铝单板的强度计算做了相关的研究分析，旨在为幕墙设计者提供参考，为研究探讨铝单板结构计算的相关问题起到抛砖引玉的作用。

1 设计计算条件

计算矩形铝单板选用工程中常用的3003铝单板，板厚取t=3 mm，参考《规范》附录B表B.0.1中铝单板边长比的范围，选取矩形铝单板边长比在0.5-1.0之间的5组数据，取计算面板尺寸分别为450×900 mm、560×900 mm、680×900 mm、790×900 mm、900×900 mm，根据该尺寸将铝单板按从小到大的尺寸分别编号为1-5，组合荷载设计值q为2.8 KN/m2，弹性模量E=70000 N/mm2，泊松比为0.33。

根据《规范》第5.4.4条的规定：沿板材四周边缘为简支边，中肋支承线为固定边，在实际工程应用中，四边支承铝单板的支承型式如下：A、四边简支；B、长边固定，三边简支；C、短边固定，三边简支；D、长对边固定，短对边简支；E、短对边固定，长对边简支；F、三边固定，短边简支；G、三边固定，长边简支；H、两临边固定，两临边简支；I、四边固定；J、长对边简支，一短边自由，一短边固定。

2 铝单板强度计算

2.1 规范计算

表2-1 铝单板最大应力值

2.2 静力手册计算

表2-2 铝单板最大应力值

2.3 ANSYS计算

采用ANSYS有限元分析软件计算矩形铝单板的强度，用SHELL63单元模拟铝单板单元，铝单板几何尺寸及荷载如上文所述。边界条件按如下方式施加约束，固定边约束UX、UY、UZ、ROTX、ROTY、ROTZ；简支边约束UZ；两对边简支时，一边约束UZ，另一边约束UX、UY、UZ（Z为垂直面板方向）。整理铝单板最大应力结果如表2-3所示。

表2-3 铝单板最大应力值

3 结果比较分析

将各种支承型式的计算数据绘制成折线图，将结果分列于两个图表中，如图3-1至3-2所示，进而对采用不同计算方法所得每组支撑型式的铝单板最大应力值进行分析。（图表中字母代表相应的支撑型式，数字1、2、3分别代表根据《规范》、《静力手册》，ANSYS有限元软件计算的铝单板最大应力值，横坐标表示铝板边长比，纵坐标表示应力值。）

图3-1 A-E支承型式铝单板最大应力值图

图3-2 F-J支承型式铝单板最大应力值图

从上图中可以看出，对于A支承型式，采用不同计算方法得到的结果相差较大，而其他九种支承型式的结果均吻合的较好。

结论

通过对比分析采用三种方法计算的矩形铝单板最大应力值，可以得出，对于文中所列出的B～J九种支承型式的各组铝单板，结果吻合较好，建议在计算矩形铝单板时，对于《规范》中未涉及的支承类型，可以参考《静力手册》或者采用ANSYS有限元分析软件进行铝单板计算，由于《静力手册》的计算结果比ANSYS计算的结果更接近《规范》，因此在设计中应优先选用《静力手册》进行铝单板的强度设计。

[1]JGJ133-2001.金属与石材幕墙工程技术规范[S].

[2]GB 50429-2007.铝合金结构设计规范[S].

[3]JGJ102-2003.玻璃幕墙工程技术规范[S].

[4]姚谏.建筑结构静力计算实用手册[Z].北京:中国建筑工业出版社，2009.

[5]王新敏.ANSYS工程结构数值分析[M].北京:人民交通出版社，2007.