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

Artículo técnico

Los paneles de carga de vidrio aislante debido a los efectos climáticos están claramente regulados en la norma DIN 18008. En el caso de la geometría del panel correspondiente, este tipo de carga también puede regir para el diseño del estado límite último. El diseño de FE en toda la estructura con el espacio entre paneles representado como el volumen de un gas proporciona resultados exactos para el análisis. Sin embargo, una verificación de plausibilidad también es cada vez más importante. Este artículo muestra varias opciones de cómo realizar estas comprobaciones.

Base del sistema

Se examina un panel de vidrio vertical con una altura de h = 1,600 mm y un ancho de b = 400 mm. El panel está soportado por soportes restringidos en cuatro lados para las cargas horizontales, así como por soportes singulares para las cargas verticales. El panel de vidrio aislado con doble acristalamiento consta de dos paneles de borde 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' de acuerdo con 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 utilizando la ecuación general del gas.

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

Debido a las deformaciones calculadas en el análisis de elementos finitos, hay un cambio en el volumen de gas. Si estos 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 altitud local: ΔV = 704.16 cm³

Figura 02 - Estructuras deformadas

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

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

Así, 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, esto da exactamente los mismos valores.

Comprobar el uso de 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 de superficie a aplicar de acuerdo con la norma DIN 18008-1 al sistema de superficie. Sin embargo, tales casos están documentados en la literatura técnica (en [2], por ejemplo), por lo que siempre puede encontrar ayuda allí.

Sobre la base de 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:

$$ \ begin {array} {l} \ frac {\ mathrm a} {\ mathrm b} \; = \; 0.25 \\ {\ mathrm B} _ \ mathrm V \; = \; 0.07215 \\\ mathrm a ^ \ ast \; = \; 28.9 \; \ cdot \; \; \ sqrt [4] {\ frac {{\ mathrm d} _ \ mathrm {SZR} \; \ cdot \; \ mathrm d_ \ mathrm a ^ 3 \; \ cdot \; \ mathrm d_ \ mathrm i ^ 3} {\ left (\ mathrm d_ \ mathrm a ^ 3 \; + \; \ mathrm d_ \ mathrm i ^ 3 \ right) \; \ cdot \; {\ mathrm B} _ \ mathrm V}} \; = \; 213.77 \; \ mathrm {mm} \\\ mathrm \ varphi \; = \; \ frac1 {1 \; + \; \ left ({\ displaystyle \ frac {\ mathrm a} {\ mathrm a ^ \ ast}} \ right) ^ 4} \; = \; 0.0754 \ end {array} $$

Cargar caso de 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 1.03 bar. Esto da como resultado una carga de q = 0.34 ∙ ΔT = 6.8 kN / m² y una carga en el panel único de q = 6.8 ∙ 0.0754 = 0.513 kN / m².

Sobre la base de la carga de superficie en el panel único, ahora es posible realizar un diseño "manual". Sin embargo, esto no se continúa en este artículo.

Esta carga superficial se puede utilizar para determinar la relación entre la carga y la presión de gas resultante:
p final, en = 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 da como resultado una carga de q = 103.0 - 101.0 = 2.0 kN / m² en todo el sistema. La carga en un solo 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:
p final, en = 101.0 kN / m² + 0.151 kN / m² = 101.151 kN / m²

Cargar caso de diferencia de altitud
En el caso de carga de la diferencia de altitud, la diferencia de la altitud local de 600 m se aplica de forma predeterminada. La carga resultante se calcula de la siguiente manera: q = 0.012 7.2 600 = 7.2 kN / m². Esto se convierte al sistema único de la siguiente manera: q = 7.2 ∙ 0.0754 = 0.543 kN / m².

Suponiendo que la presión atmosférica en el sitio de instalación sea aproximadamente 7.2 kN / m² menos que en el sitio de producción, la presión de gas resultante en el espacio entre los paneles también se puede calcular de la siguiente manera:
p final, en = (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 FEM 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 panel de vidrio 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 deformación grande, no lineal, donde las fórmulas analíticas se desarrollaron de acuerdo con el análisis estático lineal. Por lo tanto, puede haber pequeñas diferencias en los resultados.

Referencia

[1] DIN 18008-1: 2010-12 (2010). Vidrio en construcción. Reglas de diseño y construcción. Parte 1: Términos y bases generales . Berlín: DIN Deutsches Institut für Normung e. V.
[2] Albert, A. y 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.

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