Controllo del carico climatico su pannelli di vetro coibentati di strutture in vetro

Articolo tecnico

Il caricamento delle lastre di vetro isolante a causa degli effetti climatici è chiaramente regolato dalla norma DIN 18008. Nel caso della geometria del pannello corrispondente, questo tipo di carico può anche essere utilizzato per il progetto dello stato limite ultimo. Il design FE sull'intera struttura con lo spazio tra i riquadri rappresentato come il volume di un gas fornisce risultati esatti per l'analisi. Tuttavia, un controllo di plausibilità sta diventando sempre più importante. Questo articolo mostra varie opzioni su come eseguire questi controlli.

Base del sistema

Viene esaminata una lastra di vetro verticale con altezza h = 1.600 mm e larghezza di b = 400 mm. Il vetro è supportato da supporti trattenuti su quattro lati per i carichi orizzontali e da supporti singolari per i carichi verticali. Il vetro isolante con doppi vetri è costituito da due lastre di vetro di 3,0 mm ciascuna e uno spazio tra i pannelli di 16,0 mm. L'effetto esaminato è considerato come il caso di carico climatico "estivo" secondo DIN 18008-1 [1] .

Figura 01 - Sistema strutturale

Verifica della pressione del gas risultante

La relazione tra la deformazione e la pressione risultante nello spazio tra i riquadri può essere determinata utilizzando l'equazione del gas generale.

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

A causa delle deformazioni calcolate nell'analisi degli elementi finiti, vi è una variazione nel volume del gas. Se questi sono applicati al sistema, si ottengono i seguenti valori:

  • Caso di carico 2, differenza di temperatura: ΔV = 645,13 cm³
  • Caso di carico 3, differenza di pressione atmosferica: ΔV = 186,99 cm³
  • Caso di carico 4, differenza di altitudine locale: ΔV = 704,16 cm³

Figura 02 - Strutture deformate

Usando il volume iniziale e il cambio di temperatura, possiamo ora calcolare la pressione del gas risultante.
I seguenti valori sono usati:

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

Pertanto, si ottengono i seguenti risultati:

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

In confronto con l'analisi FE eseguita in RFEM, questo fornisce esattamente gli stessi valori.

Verifica l'utilizzo del carico di superficie applicato

Quando si confronta il carico applicato sull'intero sistema con un sistema di superficie, la cosa più difficile è convertire il carico superficiale da applicare secondo DIN 18008-1 al sistema di superficie. Tuttavia, tali casi sono documentati nella letteratura tecnica (in [2], ad esempio), quindi puoi sempre trovare aiuto lì.

In base alle dimensioni della lastra di vetro e della struttura di vetro, viene calcolato il fattore di vetro isolante. Pertanto, è possibile determinare la distribuzione del carico in entrambi i riquadri.

I seguenti parametri sono presi in considerazione:

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

Carica il caso della differenza di temperatura
Nel caso di carico climatico della differenza di temperatura (estate), viene applicata una variazione di temperatura di 20 ° C. Le pressioni interne ed esterne sono 1,03 bar. Ne risulta un carico di q = 0,34 ΔT = 6,8 kN / m² e un carico sul singolo riquadro di q = 6,8 ∙ 0,0754 = 0,513 kN / m².

In base al carico superficiale sul singolo riquadro, è ora possibile eseguire un progetto "manuale". Tuttavia, questo non è ulteriormente perseguito in questo articolo.

Questo carico superficiale può essere utilizzato per determinare la relazione tra il carico e la pressione del gas risultante:
p end, in = 103,0 kN / m² + 0,513 kN / m² = 103,513 kN / m²

Carica il caso della differenza di pressione atmosferica
La differenza di pressione atmosferica è specificata da una differenza di pressione di 0,02 bar. Ciò comporta un carico di q = 103.0 - 101.0 = 2.0 kN / m² sull'intero sistema. Il carico su un singolo riquadro con le stesse dimensioni è quindi q = 2,0 ∙ 0,0754 = 0,151 kN / m².

La pressione del gas risultante nello spazio tra i pannelli deriva anche dalla somma della pressione finale e del carico superficiale applicato:
p end, in = 101,0 kN / m² + 0,151 kN / m² = 101,151 kN / m²

Carica caso di differenza di altitudine
Nel caso di carico della differenza di altitudine, la differenza dell'altitudine locale di 600 m viene applicata per impostazione predefinita. Il carico risultante viene così calcolato come segue: q = 0,012 ∙ 600 = 7,2 kN / m². Questo viene convertito nel sistema singolo come segue: q = 7,2 ∙ 0,0754 = 0,543 kN / m².

Supponendo che la pressione atmosferica nel sito di installazione sia inferiore di circa 7,2 kN / m² rispetto al sito di produzione, la pressione del gas risultante nello spazio tra i pannelli può anche essere calcolata come segue:
p end, in = (103,0 kN / m² - 7,2 kN / m²) + 0,543 = 96,343 kN / m²

Figura 03 - Pressione del gas risultante dal calcolo RFEM

Sommario

Il calcolo comparativo ha mostrato che i risultati del calcolo FEM non lineare sono molto simili al calcolo utilizzando formule analitiche. La procedura descritta mostra una semplice verifica del calcolo globale assistito da computer. Inoltre, questo articolo ha cercato di chiarire le relazioni tra i carichi sul vetro e le condizioni di pressione nello spazio tra i vetri.

Utilizzando i carichi calcolati sopra, è anche possibile verificare le deformazioni e le tensioni. In questo caso, si deve notare che il calcolo computazionale si basa di solito sull'analisi di deformazioni non lineari, di grandi dimensioni, in cui le formule analitiche sono state sviluppate in base all'analisi statica lineare. Pertanto, potrebbero esserci piccole differenze nei risultati.

Riferimento

[1] DIN 18008-1: 2010-12 (2010). Glass in Building - Regole di progettazione e costruzione - Parte 1: Termini e basi generali . Berlino: DIN Deutsches Institut für Normung e. V.
[2] Albert, A. et col. (2016). Schneider - Bautabellen für Ingenieure , (22 ° edizione). Colonia: Bundesanzeiger.
[3] Feldmeier, F. (2006). Klimabelastung und Lastverteilung bei Mehrscheiben-Isolierglas. Stahlbau , 75 (6), 467-478.

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