Контроль климатической нагрузки на изолированные стеклянные панели стеклянных конструкций

Техническая статья

Эта статья была переведена Google Translator Посмотреть исходный текст

Загружаемые стекла из стеклопакета благодаря климатическим воздействиям четко регулируются в стандарте DIN 18008. В случае соответствующей геометрии панели, данный тип нагрузки также может регулировать расчет предельного состояния основания. Расчет FE на всей конструкции с пространством между панелями, представленными в качестве объема газа, дает точные результаты для расчета. Тем не менее, проверка достоверности также становится все более важной. В данной статье показаны различные варианты выполнения этих проверок.

Основа системы

Рассматривается вертикальное остекление с размерами h = 1600 мм и w = 400 мм. Панель ограничена без ограничений, четырехугольной для горизонтальных нагрузок и выборочно для вертикальных нагрузок. Конструкция панели с двойным стеклопакетом состоит из двух краевых панелей 3,0 мм и пространства 16,0 мм. Рассматриваемое загружение является климатическим нагружением DIN 18008-1 «Summer» [1] .

Pисунок 01 - Structural System

Проверка результирующего давления газа

Связь между деформацией и результирующим давлением в SDR может быть описана общим уравнением газа.

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

Деформации, рассчитанные с помощью КЭ-анализа, приводят к изменению объема газа. При их оценке для системы получаются следующие значения:

  • Нагрузка 2, перепад температур: ΔV = 645,13 см³
  • Нагрузочный случай 3, Перепад атмосферного давления: ΔV = 186,99 см³
  • Нагрузка, случай 4, перепад высот: ΔV = 704,16 см³

Pисунок 02 - Deformed Structures

С помощью начального объема и изменения температуры можно рассчитать результирующее давление газа.
Со значениями

  • p1 = 103 кН/м²
  • V1 = 10 240 см³
  • T1 = 292 К.
  • T2 = 312 K (нагрузка 2)
  • T2 = T1 = 292 K (загружение 3 + 4)

Результаты для

  • Нагрузочный случай 2: p2 = 103,53 кН/м²
  • Нагрузка 3: p2 = 101,15 кН/м²
  • Нагрузочный случай 4: p2 = 96,37 кН/м²

Сравнение с FEM-анализом в RFEM приводит к точно таким же значениям.

Проверка с применением нагрузки на поверхность

Сложность сравнения приложенной нагрузки на всю систему по сравнению с наземной системой состоит в преобразовании поверхностной нагрузки, применяемой в соответствии с DIN 18008-1, к наземной системе. Однако, в литературе, например, [2] , эти корреляции задокументированы, так что вы всегда можете получить к ним доступ.

На основе размеров стеклянной панели и структуры слоев рассчитывается так называемый коэффициент стеклопакета. Таким образом, можно описать распределение нагрузки на двух панелях.

Рассматриваются следующие параметры:

$$\begin{array}{l}\frac{\mathrm a}{\mathrm b}\;=\;0,25\\{\mathrm B}_\mathrm V\;=\;0,07215\\\mathrm a^\ast\;=\;28,9\;\cdot\;\;\sqrt[4]{\frac{{\mathrm d}_\mathrm{SZR}\;\cdot\;\mathrm d_\mathrm a^3\;\cdot\;\mathrm d_\mathrm i^3}{\left(\mathrm d_\mathrm a^3\;+\;\mathrm d_\mathrm i^3\right)\;\cdot\;{\mathrm B}_\mathrm V}}\;=\;213,77\;\mathrm{mm}\\\mathrm\varphi\;=\;\frac1{1\;+\;\left({\displaystyle\frac{\mathrm a}{\mathrm a^\ast}}\right)^4}\;=\;0,0754\end{array}$$

Нагрузка, разность температур
При перепаде температур климатической нагрузки (летом) применяется изменение температуры на 20 ° C. Внутреннее и внешнее давление принимается равным 1,03 бар. В результате получается нагрузка q = 0,34 ∙ ΔT = 6,8 кН/м², а также нагрузка на отдельную панель q = 6,8 ∙ 0,0754 = 0,513 кН/м².

Исходя из нагрузки на поверхность на одной панели, теперь можно выполнить «ручное» проектирование. Однако, здесь это не рассматривается.

При такой нагрузке на поверхность можно также описать соотношение между нагрузкой и результирующим давлением газа:
p end, in = 103,0 кН/м² + 0,513 кН/м² = 103,513 кН/м²

Нагрузочный случай Перепад атмосферного давления
Перепад атмосферного давления описывается перепадом давления 0,02 бар. Это приводит к нагрузке q = 103,0 - 101,0 = 2,0 кН/м² на всю систему. Таким образом, нагрузка на отдельную панель одинаковых размеров q = 2,0 ∙ 0,0754 = 0,151 кН/м².

Результирующее давление газа в SDR также получается из суммы конечного давления и приложенной нагрузки на поверхность:
p end, in = 101,0 кН/м² + 0,151 кН/м² = 101,151 кН/м²

Нагрузка на разность высот
В случае разницы нагрузок по высоте, по умолчанию предполагается разность 600 м. Полученная нагрузка рассчитывается следующим образом: q = 0,012 ∙ 600 = 7,2 кН/м². Преобразование в единую систему происходит как обычно: q = 7,2 ∙ 0,0754 = 0,543 кН/м².

Исходя из предположения, что давление воздуха в месте установки на 7,2 кН/м² ниже, чем на производственной площадке, можно рассчитать полученное давление газа в SDR:
p end, in = (103,0 кН/м² - 7,2 кН/м²) + 0,543 = 96,343 кН/м²

Pисунок 03 - Gas Pressure Resulting from RFEM Calculation

Резюме

Сравнительный расчет показал, что результаты нелинейного расчета МКЭ очень похожи на аналитические формулы. Описанная процедура показывает, каким образом можно легко проверить общий расчет с помощью компьютера. Кроме того, была сделана попытка уточнить корреляции между нагрузками на шкив и условиями давления в SDR.

Используя рассчитанные выше нагрузки, можно также проверить деформации и напряжения в дальнейшем расчете. Следует отметить, что компьютерный расчет обычно является нелинейным в соответствии с теорией III. Аналитические формулы были построены линейно в соответствии с анализом первого порядка. Поэтому следует ожидать небольших различий в результатах.

Литература

[1]DIN 18008-1: 2010-12
[2]Альберт А. (Ред.): Schneider - Строительные столы для инженеров, 22. Издание. Кельн: Федеральный вестник, 2016
[3] Фельдмейер, F.: Климатическая нагрузка и распределение нагрузки в многослойном стеклопакете, Stahlbau 75, стр. 467 - 478. Berlin: Ernst & Sohn, 2006

Ключевые слова

Климатическая нагрузка Внутренняя нагрузка Внутренняя нагрузка стеклопакета Многослойное изолирующее стекло

Ссылки

Контакты

Свяжитесь с Dlubal

У вас есть какие-либо вопросы или необходим совет?
Свяжитесь с нами через бесплатную поддержку по электронной почте, в чате или на форуме или найдите различные предлагаемые решения и полезные советы на страницах часто задаваемых вопросов.

+49 9673 9203 0

info@dlubal.com

RFEM Основная программа
RFEM 5.xx

Основная программа

Программное обеспечение для расчета конструкций методом конечных элементов (МКЭ) плоских и пространственных конструктивных систем, состоящих из плит, стен, оболочек, стержней (балок), тел и контактных элементов

Цена первой лицензии
3 540,00 USD
RFEM Стеклянные конструкции
RF-GLASS 5.xx

Дополнительный модуль

Расчет однослойного, ламинированного и многослойного стекла

Цена первой лицензии
1 120,00 USD