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

Articolo tecnico

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Il caricamento di lastre di vetro isolante a causa degli effetti climatici è chiaramente regolato nella DIN 18008. Nel caso della geometria della lastra corrispondente, questo tipo di carico può essere utilizzato anche per il progetto definitivo dello stato limite. Il progetto FE su tutta la 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.

Sistema di base

Si esaminerà un vetro verticale con un'altezza di h = 1.600 mm e una larghezza di b = 400 mm. La lastra è sostenuta da supporti vincolati 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 generale dei gas.

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

A causa degli spostamenti generalizzati calcolati nell'analisi agli elementi finiti, si verifica un cambiamento 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 cambiamento di temperatura, ora possiamo calcolare la pressione del gas risultante.
Si utilizzano i seguenti valori:

  • p1 = 103 kN / m²
  • V1 = 10.240 cm³
  • T1 = 292 K
  • T2 = 312 K (LC 2)
  • T2 = T1 = 292 K (LC 3 + LC4)

Così, 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 di superficie da applicare secondo DIN 18008-1 al sistema di superficie. Tuttavia, tali casi sono documentati nella letteratura tecnica (in [2], ad esempio, quindi è sempre possibile trovare aiuto.

In base alle dimensioni della lastra di vetro e della struttura a strati di vetro, si calcola il fattore di vetro isolante. Quindi, è possibile determinare la distribuzione del carico in entrambi i riquadri.

Si considerano i seguenti parametri:

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

Caso di carico della differenza di temperatura
Nel caso del carico climatico della differenza di temperatura (estate), si applica un cambiamento 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 della superficie sul singolo riquadro, è ora possibile eseguire un progetto "manuale". Tuttavia, questo non è ulteriormente perseguito in questo articolo.

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

Caso di carico della differenza di pressione atmosferica
La differenza di pressione atmosferica è specificata da una differenza di pressione di 0,02 bar. Il risultato è un carico di q = 103,0 - 101,0 = 2,0 kN / m² sull'intero sistema. Quindi, il carico su un singolo pannello con le stesse dimensioni è q = 2,0 ∙ 0,0754 = 0,151 kN / m².

La pressione del gas risultante nello spazio tra i pannelli risulta anche dalla somma della pressione finale e del carico della superficie applicata:
Fine p , in = 101,0 kN / m² + 0,151 kN / m² = 101,151 kN / m²

Caso di carico della differenza di altitudine
Nel caso di carico della differenza di altitudine, la differenza dell'altitudine locale di 600 m sarà applicata per impostazione predefinita. Il carico risultante sarà 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 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 di RFEM

Riepilogo

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 computerizzato. 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 gli spostamenti generalizzati e le tensioni. In questo caso, si noti che il calcolo computazionale si basa generalmente sull'analisi di grandi deformazioni non lineari, in cui le formule analitiche sono state sviluppate secondo l'analisi statica lineare. Pertanto, potrebbero esserci piccole differenze nei risultati.

Riferimento

[1] DIN 18008-1: 2010-12 (2010). Glass in Building - Norme 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 , (22a edizione). Colonia: Bundesanzeiger.
[3] Feldmeier, F. (2006). Klimabelastung und Lastverteilung bei Mehrscheiben-Isolierglas. Stahlbau , 75 (6), 467-478.

Parole chiave

Carico climatico Carico interno Carico interno del vetro isolante Vetro isolante multistrato

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