Kontrola obciążenia klimatycznego na izolowanych szybach konstrukcji szklanych

Artykuł o tematyce technicznej

Artykuł został przetłumaczony przez Google Translator Podgląd oryginalnego tekstu

Szyby obciążeniowe szyb zespolonych ze względu na wpływ warunków atmosferycznych są wyraźnie określone w normie DIN 18008. W przypadku geometrii odpowiedniej geometrii ten typ obciążenia może również decydować o ostatecznym obliczeniu stanu granicznego. Obliczenia metodą ES na całej konstrukcji z odstępem pomiędzy taflami przedstawionymi jako objętość gazu zapewniają dokładne wyniki analizy. Ważna jest również kontrola poprawności. W tym artykule opisano różne opcje przeprowadzania tych kontroli.

Podstawy systemu

Badana jest pionowa tafla szkła o wysokości h = 1.600 mm i szerokości b = 400 mm. Szyba oparta jest na czterech wspornikach z ograniczonym podparciem dla obciążeń poziomych oraz dla podpór pojedynczych dla obciążeń pionowych. Izolowana tafla szklana z podwójnymi szybami składa się z dwóch tafli krawędziowych o grubości 3,0 mm każda oraz odstępu między szybami 16,0 mm. Badany efekt jest rozpatrywany jako "Letnie" obciążenie klimatyczne zgodnie z DIN 18008-1 [1] .

Rysunek 01 - Układ konstrukcyjny

Sprawdzenie wynikowego ciśnienia gazu

Zależność pomiędzy odkształceniem a wynikającym z tego ciśnieniem w przestrzeni międzyszybowej może zostać określona przy użyciu ogólnego równania gazowego.

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

Ze względu na odkształcenia obliczone w analizie metodą elementów skończonych następuje zmiana objętości gazu. Jeżeli zostaną one zastosowane do układu, uzyskane zostaną następujące wartości:

  • Przypadek obciążenia 2, różnica temperatur: ΔV = 645.13 cm³
  • Przypadek obciążenia 3, różnica ciśnień atmosferycznych: ΔV = 186,99 cm³
  • Przypadek obciążenia 4, lokalna różnica wysokości: ΔV = 704,16 cm³

Rysunek 02 - Struktury zdeformowane

Przy użyciu początkowej objętości i zmiany temperatury możemy teraz obliczyć powstające ciśnienie gazu.
Używane są następujące wartości:

  • p1 = 103 kN / m²
  • V1 = 10 240 cm³
  • T1 = 292 K
  • T2 = 312 K (PO 2)
  • T2 = T1 = 292 K (PO3 + PO4)

W ten sposób uzyskuje się następujące wyniki:

  • Przypadek obciążenia 2: p2 = 103,53 kN / m²
  • Przypadek obciążenia 3: p2 = 101,15 kN / m²
  • Przypadek obciążenia 4: p2 = 96,37 kN / m²

W porównaniu z analizą ES przeprowadzoną w programie RFEM daje to dokładnie takie same wartości.

Sprawdzenie przy użyciu zastosowanego obciążenia powierzchniowego

Podczas porównywania przyłożonego obciążenia z całym układem powierzchniowym najtrudniej jest przekształcić obciążenie powierzchniowe przykładane zgodnie z DIN 18008-1 w układ nawierzchniowy. Przypadki takie są jednak udokumentowane w literaturze technicznej (na przykład w [2]), dlatego zawsze można uzyskać pomoc.

W oparciu o wymiary tafli szklanej i szklanej konstrukcji warstwowej obliczany jest współczynnik izolacyjności szklanej. W ten sposób można określić rozkład obciążenia w obu oknach.

Uwzględniane są następujące parametry:

$$ \ begin {array} {l} \ frac {\ mathrm a} {\ mathrm b} \; = \; 0.25 \\ {\ mathrm B} _ \ mathrm V \; = \; 0.07215 \\\ mathrm a ^ \ ast \; = \; 28,9 \; \ cdot \; \; sqrt [4] {\ frac {{\ mathrm d} _ \ mathrm {SZR} \; \ cdot \; \ mathrm d_ \ mathrm a ^ 3 \; \ cdot \; \ mathrm d_ \ mathrm i ^ 3} {\ left (\ mathrm d_ \ mathrm a ^ 3 \; + \; \ mathrm d_ \ mathrm i ^ 3 \ right) \; \ cdot \; {\ mathrm B} _ \ mathrm V}} \; = \; 213.77 \; \ mathrm {mm} \\\ mathrm \ varphi \; = \; \ frac1 {1 \; + \; \ left ({\ displaystyle \ frac {\ mathrm a} {\ mathrm a ^ \ ast}} \ right) ^ 4} \; = \; 0.0754 \ end {array} $$

Przypadek obciążenia różnicą temperatur
W przypadku obciążenia klimatycznego różnicy temperatur (lato) stosowana jest zmiana temperatury o 20 ° C. Wewnętrzne i zewnętrzne ciśnienie wynosi 1,03 bara. Skutkuje to obciążeniem q = 0,34 ∙ ΔT = 6,8 kN / m² oraz obciążeniem pojedynczej szyby q = 6,8 ∙ 0,0754 = 0,513 kN / m².

Na podstawie obciążenia powierzchniowego na pojedynczym panelu można teraz wykonać obliczenia "ręczne". W tym artykule nie ma jednak dalszego zastosowania.

Obciążenie powierzchniowe można wykorzystać do wyznaczenia zależności między obciążeniem a ciśnieniem gazu wynikowego:
p koniec, w = 103,0 kN / m² + 0,513 kN / m² = 103,513 kN / m²

Przypadku obciążenia atmosferycznego różnicy ciśnienia
Różnica ciśnień atmosferycznych jest określana jako różnica ciśnień 0,02 bara. Skutkuje to obciążeniem q = 103,0 - 101,0 = 2,0 kN / m² na cały układ. Obciążenie pojedynczej szyby o takich samych wymiarach wynosi zatem q = 2,0 ∙ 0,0754 = 0,151 kN / m².

Wynikające z tego ciśnienie gazu w przestrzeni pomiędzy szybami wynika także z sumy ciśnienia końcowego i przyłożonego obciążenia powierzchniowego.
p koniec, w = 101,0 kN / m² + 0.151 kN / m² = 101.151 kN / m²

Przypadek obciążenia różnicą wysokości
W przypadku obciążenia różnicą wysokości domyślnie stosowana jest różnica lokalnej wysokości 600 m. Obliczone obciążenie obliczane jest w następujący sposób: q = 0,012 ∙ 600 = 7,2 kN / m². Wartość ta przeliczana jest na układ pojedynczy w następujący sposób: q = 7,2 ∙ 0,0754 = 0,543 kN / m².

Zakładając, że ciśnienie atmosferyczne w miejscu instalacji jest o około 7,2 kN / m² mniejsze niż w miejscu produkcji, powstające w ten sposób ciśnienie gazu w przestrzeni pomiędzy szybami można obliczyć w następujący sposób:
p koniec, w = (103,0 kN / m² - 7,2 kN / m²) + 0,543 = 96,343 kN / m²

Rysunek 03 - Ciśnienie gazu wynikłe z obliczeń w programie RFEM

Podsumowanie

Obliczenia porównawcze wykazały, że wyniki nieliniowego obliczenia MES są bardzo podobne do obliczeń przy użyciu wzorów analitycznych. Opisana procedura przedstawia prostą weryfikację globalnych obliczeń wspomaganych komputerowo. Ponadto w artykule podjęto próbę wyjaśnienia zależności pomiędzy obciążeniami tafli szklanej a warunkami ciśnienia w przestrzeni pomiędzy szybami.

Na podstawie obliczonych powyżej obciążeń można również zweryfikować odkształcenia i naprężenia. W tym przypadku należy zauważyć, że obliczenia obliczeniowe są zazwyczaj oparte na nieliniowej analizie dużych deformacji, w której wzory analityczne opracowano zgodnie z liniową analizą statyczną. Z tego względu wyniki mogą być niewielkie.

Odniesienie

[1] DIN 18008-1: 2010-12 (2010). Glass in Building - Zasady projektowania i konstrukcji - Część 1: Warunki ogólne . Berlin: DIN Deutsches Institut für Normung e. V.
[2] Albert, A. et col. (2016). Schneider - Bautabellen für Ingenieure , (wydanie 22). Kolonia: Bundesanzeiger.
[3] Feldmeier, F. (2006). Klimabelastung und Lastverteilung bei Mehrscheiben-Isolierglas. Stahlbau , 75 (6), 467-478.

Słowa kluczowe

Obciążenie klimatyczne Obciążenie wewnętrzne Obciążenie wewnętrzne szkła izolacyjnego Wielowarstwowe szkło izolacyjne

Linki

Kontakt

Kontakt do Dlubal

Mają Państwo pytania lub potrzebują porady?
Zapraszamy do bezpłatnego kontaktu z nami drogą mailową, poprzez czat lub forum lub odwiedzenia naszej strony z FAQ z użytecznymi wskazówkami i rozwiązaniami.

+48 (32) 782 46 26

+48 730 358 225

info@dlubal.pl

RFEM Program główny
RFEM 5.xx

Program główny

Oprogramowanie do obliczeń płaskich i przestrzennych układów konstrukcyjnych, obejmujących płyty, ściany, powłoki, pręty (belki), bryły i elementy kontaktowe, z wykorzystaniem Metody Elementów Skończonych (MES)

Cena pierwszej licencji
3 540,00 USD
RFEM Konstrukcje szklane
RF-GLASS 5.xx

Moduł dodatkowy

Wymiarowanie pojedynczych, laminowanych i zespolonych tafli szklanych

Cena pierwszej licencji
1 120,00 USD