点支撑玻璃系统建模 1

技术文章

由于玻璃材料的透明属性,任何建筑物都不能缺少玻璃。除了典型的应用领域,例如:窗户,这种建筑材料越来越多地用于外墙、遮阳棚,甚至用于楼梯间的填充墙。由于设计者通常对玻璃板固定设置了非常高的透明度,连接玻璃面板时就需要点支撑。

设计基础

除了由各个制造商建议的国家技术认证外,在德国标准 DIN 18008 [1] 中对点支撑进行了规定,标准中基本上有两种不同的方法:
- 附录 B - 有限元模型的验证 / 确认
- 附录 C - 简化方法

除了各种技术认证外,尤其要注意玻璃板夹的使用,还应注意建筑构造措施,如玻璃板上的几何布置或者边缘区域的结构。

分析使用的原始数据

多层热硬化浮法玻璃 2 x 8 mm
点支撑 PH 793 由公司 Glassline GmbH (许可 Z-70.2-99 [3]) 提供,圆盘形夹头 Ø 52 mm,钻孔 Ø 25 mm
设计荷载 qd = 4.5 kN/m²

图 01 - 带尺寸的模型

按照简化方法在 RFEM 在建模

根据德国规范 DIN 18008 中附录 C [1] 按照简化方法设计玻璃面板,允许不考虑它的钻孔。现有的玻璃夹可以通过弹簧在软件在代替。该弹簧的刚度在玻璃夹制造商提供的许可中作了规定。在我们的例子中,在下面列出来:

CZ,max = 1/24,372 + 1/3,015 = 2,683 N/mm
CZ,min = 1/15,386 + 1/1,592 = 1,443 N/mm
CZ,sel = 2,000 N/mm
CV;x,y = 344 N/mm

基于这些参数得出下列的结果。

图 02 - 支座反力 - 局部结果

图 03 - 应力 - 局部结果

使用规范 DIN 18008 附录 C [1] 中的公式和参数计算相关的应力。

应力组成部分 FZ:
σFz = (bFz / d²) ∙ (tref2 / ti2) ∙ FZ ∙ δZ = (15.8 / 25²) ∙ (102 / 82) ∙ 1,964 ∙ 0.5 = 38.8 N/mm²

应力组成部分 Fres:
Fres = √(Fx2 + Fy2) = √(112 + 42) = 12 N
σF,res = (bF,res / d²) ∙ (tref / ti) ∙ Fres ∙ δF,res = (3.92 / 25²) ∙ (10 / 8) ∙ 12 ∙ 0.5 = 0.1 N/mm²

应力组成部分 Mres:
由于铰支座绕 x、y 和 z,没有产生额外的弯矩 Mres。

应力集中分布在钻孔边缘区域:
σg = σg(3d) ∙ δg ∙ k = 9.6 ∙ 8 / 10.8 ∙ 1.6 = 11.4 N/mm²

点支撑区域的决定性应力设计值是各个应力组成部分的总和:
Ed = 38.8 + 0.1 + 11.4 = 50.3 N/mm²

最后还要考虑跨中弯矩,该弯矩在静定系统中确定。

Figure 04 - Stress Analysis in Span Area

在跨中区域决定性应力 Ed = 16.5 N/mm².

夹层安全玻璃的容许应力是
Rd = 1.1 ∙ (fk,HSFG / γM) = 1.1 ∙ 70 / 1.5 = 51.3 N/mm²
玻璃面板的总使用率是 η = 0.98.

这里除了作了一般应力分析,还要按照规范规定,对玻璃面板的精确尺寸进一步设计。

总结

德国规范 DIN 18008 附录 C 给出了非常简单的用于点支撑玻璃面板设计的规定,借助表格值,可以快速地进行玻璃面板的设计并确定使用率。附录 B 中给出了另一种规定,将在以后的文章中介绍相关与有限元模型的设计方法。

参考

[1] DIN 18008-3: 2013-07
[2] Weller, B., Engelmann, M., Nicklisch, F., & Weimar, T. (2013). Glasbau-Praxis: Konstruktion und Bemessung Band 2: Beispiele nach DIN 18008 (3rd ed.). Berlin: Beuth.
[3] General Technical Approval Z-70.2-99. (2014)

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