Control de la carga climática en paneles de vidrio aislados de estructuras de vidrio

Artículo técnico

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La carga de cristales aislantes debido a los efectos climáticos está claramente regulada en la norma DIN 18008. En el caso de la geometría del cristal correspondiente, este tipo de carga también puede ser determinante para el cálculo del estado límite final. El cálculo de FE en toda la estructura con el espacio entre los paneles representado como el volumen de un gas proporciona resultados exactos para el análisis. Sin embargo, una verificación de plausibilidad también se está volviendo cada vez más importante. Este artículo muestra varias opciones de cómo realizar estas comprobaciones.

Base del sistema

Se examina una ventana de vidrio vertical con una altura de h = 1,600 mm y una anchura de b = 400 mm. El panel está apoyado por apoyos restringidos en cuatro lados para las cargas horizontales, así como por apoyos singulares para las cargas verticales. El vidrio aislado con doble acristalamiento se compone de dos paneles de 3,0 mm cada uno y un espacio entre los paneles de 16,0 mm. El efecto examinado se considera como el caso de carga climática "Verano" conforme a DIN 18008-1 [1] .

Figura 01 - Sistema estructural

Comprobación de la presión de gas resultante

La relación entre la deformación y la presión resultante en el espacio entre los paneles se puede determinar usando la ecuación general de los gases.

$$ \ frac {{\ mathrm t} _1 \; \ cdot \; {\ mathrm V} _1} {{\ mathrm T} _1} \; = \; \ frac {{\ mathrm t} _2 \; \ cdot \\ {\ mathrm V} _2} {{mathibre T} _2} $$

Debido a las deformaciones calculadas en el análisis de elementos finitos, hay un cambio en el volumen de gas. Si se aplican al sistema, se obtienen los siguientes valores:

  • Caso de carga 2, diferencia de temperatura: ΔV = 645,13 cm³
  • Caso de carga 3, diferencia de presión atmosférica: ΔV = 186,99 cm³
  • Caso de carga 4, diferencia de altitudes local: ΔV = 704,16 cm³

Figura 02 - Estructuras deformadas

Usando el volumen inicial y el cambio de temperatura, ahora podemos calcular la presión del gas resultante.
Se utilizan los siguientes valores:

  • p1 = 103 kN / m²
  • V1 = 10,240 cm³
  • T1 = 292 K
  • T2 = 312 K (CL 2)
  • T2 = T1 = 292 K (CC 3 + LC4)

Por lo tanto, se obtienen los siguientes resultados:

  • Caso de carga 2: p2 = 103,53 kN / m²
  • Caso de carga 3: p2 = 101,15 kN / m²
  • Caso de carga 4: p2 = 96,37 kN / m²

En comparación con el análisis de FE realizado en RFEM, proporciona exactamente los mismos valores.

Comprobar utilizando la carga superficial aplicada

Al comparar la carga aplicada en todo el sistema con un sistema de superficie, lo más difícil es convertir la carga superficial que se va a aplicar según DIN 18008-1 al sistema de superficie. Sin embargo, dichos casos están documentados en la literatura técnica (en [2], por ejemplo), por lo que siempre puede encontrar ayuda allí.

En base a las dimensiones del panel de vidrio y la estructura de la capa de vidrio, se calcula el factor de vidrio aislante. Por lo tanto, puede determinar la distribución de carga en ambos paneles.

Se tienen en cuenta los siguientes parámetros:

$$ \ begin {array} {l} \ frac {\ mathrm a} {\ mathrm b} \; = \; 0.25 \\ {\ mathrm B} _ \ mathrm V \; = \; 0.07215 \\\ mathrm a ^ \ ast \; = \; 28.9 \; \ cdot \; \; \ sqrt [4] {\ frac {{\ mathrm d} _ \ mathrm {SZR} \; \ cdot \; \ mathrm d_ \ mathrm a ^ 3 \; \ cdot \; \ mathrm d_ \ mathrm i ^ 3} {\ left (\ mathrm d_ \ mathrm a ^ 3 \; + \; \ mathrm d_ \ mathrm i ^ 3 \ right) \; \ cdot \; {\ mathrm B} _ \ mathrm V}} \; = \; 213,77 \; \ mathrm {mm} \\\ mathrm \ varphi \; = \; \ frac1 {1 \; + \; \ left ({\ displaystyle \ frac {\ mathrm a} {\ mathrm a ^ \ ast}} \ right) ^ 4} \; = \; 0.0754 \ end {array} $$

Caso de carga de la diferencia de temperatura
En el caso de carga climática de la diferencia de temperatura (verano), se aplica un cambio de temperatura de 20 ° C. Las presiones internas y externas son de 1,03 bar. Esto resulta en una carga de q = 0,34 ∙ ΔT = 6,8 kN / m² y una carga en el panel simple de q = 6,8 ∙ 0,0754 = 0,513 kN / m².

En base a la carga superficial en el panel simple, ahora es posible realizar un cálculo "manual". Sin embargo, esto no se sigue en este artículo.

Esta carga superficial se puede usar para determinar la relación entre la carga y la presión del gas resultante:
fin de página , in = 103.0 kN / m² + 0.513 kN / m² = 103.513 kN / m²

Caso de carga de la diferencia de presión atmosférica
La diferencia de presión atmosférica se especifica mediante una diferencia de presión de 0,02 bar. Esto resulta en una carga de q = 103,0 - 101,0 = 2,0 kN / m² en todo el sistema. La carga en un único panel con las mismas dimensiones es, por lo tanto, q = 2,0 ∙ 0,0754 = 0,151 kN / m².

La presión de gas resultante en el espacio entre los paneles también resulta de la suma de la presión final y la carga superficial aplicada:
fin de página , in = 101.0 kN / m² + 0.151 kN / m² = 101.151 kN / m²

Caso de carga de la diferencia de altitud
En el caso de carga de la diferencia de altitud, la diferencia de la altitud local de 600 m se aplica por defecto. La carga resultante se calcula así como sigue: q = 0,012 ∙ 600 = 7,2 kN / m². Esto se convierte al sistema simple como sigue: q = 7,2 ∙ 0,0754 = 0,543 kN / m².

Suponiendo que la presión atmosférica en el lugar de instalación es aproximadamente 7,2 kN / m² menor que en el lugar de producción, la presión de gas resultante en el espacio entre las losas también se puede calcular como sigue:
fin de página , in = (103,0 kN / m² - 7,2 kN / m²) + 0,543 = 96,343 kN / m²

Figura 03 - Presión de gas resultante del cálculo de RFEM

Resumen

El cálculo comparativo ha demostrado que los resultados del cálculo no lineal de MEF son muy similares al cálculo utilizando fórmulas analíticas. El procedimiento descrito muestra una verificación simple del cálculo global asistido por computadora. Además, este artículo trató de aclarar las relaciones entre las cargas en el cristal y las condiciones de presión en el espacio entre los paneles.

Usando las cargas calculadas anteriormente, también puede verificar las deformaciones y tensiones. En este caso, se debe tener en cuenta que el cálculo computacional se basa generalmente en el análisis de deformaciones grandes no lineales donde las fórmulas analíticas se desarrollaron según el análisis estático lineal. Por lo tanto, puede haber pequeñas diferencias en los resultados.

Referencia

[1] DIN 18008-1: 2010-12 (2010). Vidrio en el edificio - Normas de cálculo y construcción - Parte 1: Términos y bases generales . Berlín: DIN Deutsches Institut für Normung e. V.
[2] Albert, A. et col. (2016). Schneider - Bautabellen für Ingenieure , (22ª edición). Colonia: Bundesanzeiger.
[3] Feldmeier, F. (2006). Klimabelastung und Lastverteilung bei Mehrscheiben-Isolierglas. Stahlbau , 75 (6), 467-478.

Palabras clave

Carga climática Cargas internas Carga interior de vidrio aislante Vidrio aislante multicapa

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