Controle de Carga Climática em Painéis de Vidro Isolados de Estruturas de Vidro

Artigo técnico

As chapas de vidro isolante de carga devido aos efeitos climáticos são claramente reguladas na norma DIN 18008. No caso da geometria da vidraça correspondente, este tipo de carga também pode ser governar para o projeto do estado limite último. O projeto de FE em toda a estrutura, com o espaço entre os painéis representado como o volume de um gás, fornece resultados exatos para a análise. No entanto, uma verificação de plausibilidade também está se tornando cada vez mais importante. Este artigo mostra várias opções de como realizar essas verificações.

Base do sistema

Uma vidraça vertical com uma altura de h = 1.600 mm e uma largura de b = 400 mm é examinada. O painel é suportado por suportes retidos em quatro lados para as cargas horizontais, bem como por suportes singulares para as cargas verticais. A vidraça isolada com vidros duplos é constituída por duas vidraças de 3,0 mm cada e um espaço entre as chapas de 16,0 mm. O efeito examinado é considerado como o caso de carga climática 'Summer' em conformidade com a norma DIN 18008-1 [1] .

Figura 01 - Sistema Estrutural

Verificação da pressão do gás resultante

A relação entre a deformação e a pressão resultante no espaço entre os painéis pode ser determinada usando a equação geral do gás.

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

Devido às deformações calculadas na análise de elementos finitos, há uma mudança no volume de gás. Se estas forem aplicadas ao sistema, os seguintes valores são obtidos:

  • Caso de carga 2, diferença de temperatura: ΔV = 645,13 cm³
  • Caso de carga 3, diferença de pressão atmosférica: ΔV = 186.99 cm³
  • Caso de carga 4, diferença de altitude local: ΔV = 704,16 cm³

Figura 02 - Estruturas deformadas

Usando o volume inicial e a mudança de temperatura, podemos agora calcular a pressão do gás resultante.
Os seguintes valores são usados:

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

Assim, os seguintes resultados são obtidos:

  • 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

Em comparação com a análise FE realizada no RFEM, isto fornece exactamente os mesmos valores.

Verificar usando carga de superfície aplicada

Ao comparar a carga aplicada em todo o sistema com um sistema de superfície, o mais difícil é converter a carga superficial a ser aplicada de acordo com a norma DIN 18008-1 ao sistema de superfície. No entanto, esses casos são documentados na literatura técnica (em [2], por exemplo), para que você sempre possa encontrar ajuda.

Com base nas dimensões da vidraça e da estrutura da camada de vidro, calcula-se o fator de vidro isolante. Assim, você pode determinar a distribuição de carga nos dois painéis.

Os seguintes parâmetros são considerados:

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

Caso de carga da diferença de temperatura
No caso de carga climática da diferença de temperatura (verão), uma mudança de temperatura de 20 ° C é aplicada. As pressões internas e externas são de 1,03 bar. Isso resulta em uma carga de q = 0,34 ∙ ΔT = 6,8 kN / m² e uma carga na única chapa de q = 6,8 ± 0,0754 = 0,513 kN / m².

Com base na carga de superfície no painel único, agora é possível executar um design "manual". No entanto, isso não é prosseguido neste artigo.

Essa carga superficial pode ser usada para determinar a relação entre a carga e a pressão de gás resultante:
p fim, em = 103,0 kN / m² + 0,513 kN / m² = 103,513 kN / m²

Caso de carga da diferença de pressão atmosférica
A diferença de pressão atmosférica é especificada por uma diferença de pressão de 0,02 bar. Isso resulta em uma carga de q = 103,0 - 101,0 = 2,0 kN / m² em todo o sistema. A carga em um único painel com as mesmas dimensões é, portanto, q = 2,0 ∙ 0,0754 = 0,151 kN / m².

A pressão do gás resultante no espaço entre os painéis também resulta da soma da pressão final e da carga aplicada na superfície:
p final, em = 101,0 kN / m² + 0,151 kN / m² = 101,151 kN / m²

Carregar caso de diferença de altitude
No caso de carga da diferença de altitude, a diferença da altitude local de 600 m é aplicada por padrão. A carga resultante é assim calculada da seguinte forma: q = 0,012 ∙ 600 = 7,2 kN / m². Este é convertido para o sistema único da seguinte forma: q = 7,2 ∙ 0,0754 = 0,543 kN / m².

Assumindo que a pressão atmosférica no local de instalação é de cerca de 7,2 kN / m² menor do que no local de produção, a pressão do gás resultante no espaço entre os painéis também pode ser calculada da seguinte forma:
p final, em = (103,0 kN / m² - 7,2 kN / m²) + 0,543 = 96,343 kN / m²

Figura 03 - Pressão do gás resultante do cálculo do RFEM

Resumo

O cálculo comparativo mostrou que os resultados do cálculo não-linear de MEF são muito semelhantes aos cálculos usando fórmulas analíticas. O procedimento descrito mostra uma verificação simples do cálculo global auxiliado por computador. Além disso, este artigo tentou esclarecer as relações entre as cargas na vidraça e as condições de pressão no espaço entre os painéis.

Usando as cargas calculadas acima, você também pode verificar as deformações e tensões. Neste caso, deve-se notar que o cálculo computacional é usualmente baseado na análise de deformação não-linear, onde as fórmulas analíticas foram desenvolvidas de acordo com a análise estática linear. Portanto, pode haver pequenas diferenças nos resultados.

Referência

[1] DIN 18008-1: 2010-12 (2010). Glass in Building - Regras de projeto e construção - Parte 1: Termos e bases gerais . Berlim: DIN Deutsches Institut für Normung e. V.
[2] Albert, A. et col. (2016). Schneider - Bautabellen für Ingenieure , (22ª edição). Colônia: Bundesanzeiger.
[3] Feldmeier, F. (2006). Klimabelastung und Lastverteilung bei Mehrscheiben-Isolierglas. Stahlbau , 75 (6), 467-478.

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