控制玻璃结构中空玻璃板的气候荷载

技术文章

This article was translated by Google Translator View original text

由于气候影响,中空玻璃的装载板在DIN 18008中有明确的规定。对于相应的板几何形状,该荷载类型也适用于极限状态设计。在整个结构上的有限元设计以及窗格之间的空间表示为气体的体积,为分析提供了精确的结果。但是,合理性检查也变得越来越重要。本文将介绍如何执行这些检查。

系统基础

研究了一个垂直的玻璃板,其高度为h = 1,600 mm,宽度为b = 400 mm。对于水平荷载要在四面由约束支座和纵向荷载支座进行支座处理。带有双层玻璃的中空玻璃板由两块边缘玻璃板组成,每块边框为3.0毫米,板之间的间距为16.0毫米。检查的作用被视为符合DIN 18008-1标准的“夏季”气候荷载工况[1]

图01 - 结构模型

检查产生的气压

在玻璃之间的空间中变形与压力之间的关系可以用常规气体方程确定。

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

由于在有限元分析中计算的变形量,气体体积会发生变化。如果将这些应用到系统中,则得到以下值:

  • 荷载工况2,温差:ΔV=645.13cm³
  • 荷载工况3,大气压差:ΔV=186.99cm³
  • 荷载工况4,局部高度差:ΔV= 704.16cm³

图02 - 变形的结构

现在我们可以使用初始体积和温度变化来计算得出的气压。
使用以下值:

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

由此得出以下结果:

  • 荷载工况2:p2 = 103.53 kN /m²
  • 荷载工况3:p2 = 101.15 kN /m²
  • 荷载工况4:p2 = 96.37 kN /m²

这与在RFEM中进行的有限元分析相比较,得出的值完全相同。

使用已应用的Surface Load检查

当将整个系统的荷载与地面系统进行比较时,最困难的事情是根据DIN 18008-1将面荷载转换为面系统。但是这些情况记录在技术文献中(例如[2]中),所以您可以随时在技术文献中找到帮助。

根据玻璃板和玻璃层结构的尺寸,计算出中空玻璃系数。因此可以在两个窗格中确定荷载分布。

考虑以下参数:

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

温度荷载工况
在温差(夏季)的气候荷载工况中,温度变化为20°C。内部和外部压力为1.03 bar。由此得出q = 0.34∙ΔT= 6.8 kN /m²的荷载,单个面上的荷载q = 6.8∙0.0754 = 0.513 kN /m²。

根据单个窗格中的面荷载,现在可以执行“手动”设计。但是本篇文章中没有进一步介绍。

该面荷载可以用来确定荷载与产生的气压之间的关系:
p end,in = 103.0 kN /m²+ 0.513 kN /m²= 103.513 kN /m²

大气压力差荷载工况
压力差为0.02 bar。由此导致整个系统的荷载q = 103.0 - 101.0 = 2.0 kN /m²。因此在单个玻璃板上尺寸相同的荷载q = 2.0∙0.0754 = 0.151 kN /m²。

玻璃板之间空间产生的气压也是由最终压力与施加的面荷载的总和产生的:
p end,in = 101.0 kN /m²+ 0.151 kN /m²= 101,151 kN /m²

高度差分荷载工况
在高度差的荷载工况中,默认使用600 m的局部高度差。计算得出的荷载如下:q = 0.012∙600 = 7.2 kN /m²。按照如下方式将其转换为单个系统:q = 7.2∙0.0754 = 0.543 kN /m²。

假设安装现场的大气压力比生产现场的大气压低7.2 kN /m²,那么在玻璃板之间的空间压力计算如下:
p end,in =(103.0 kN /m² - 7.2 kN /m²)+ 0.543 = 96.343 kN /m²

图03 - RFEM计算的气压

小结

对比计算表明,非线性有限元计算结果与使用解析公式的计算结果非常相似。描述的过程显示了全局计算机辅助计算的简单验证。本文试图阐明玻璃板上的荷载与玻璃板之间空间的压力条件之间的关系。

使用上面计算的荷载,您还可以验算变形和应力。在这种情况下应该注意的是,计算计算通常基于非线性,大变形分析,其中分析公式是根据线性静力分析得出的。因此结果可能存在细微差别。

参考

[1] DIN 18008-1:2010-12(2010) 建筑玻璃。设计和施工规范。第1部分:术语和基本规范 。柏林:DIN DeutschesInstitutfürNormunge。五
[2] Albert,A。等。 (2016) Schneider - BautabellenfürInggenieure ,(第22版)科隆:Bundesanzeiger
[3] Feldmeier,F。(2006)。 Klimabelastung und Lastverteilung bei Mehrscheiben-Isolierglas Stahlbau ,75(6),467-478

关键词

气候响应 内部荷载 中空玻璃的内部荷载 多层中空玻璃

更多信息

联系我们

Kontakt zu Dlubal

如果您有任何关于我们产品的问题或者建议,请联系我们的技术支持或者搜索我们的问题和解答 (FAQs)。

+49 9673 9203 0

(可要求接中文热线)

info@dlubal.com

RFEM 主程序 RFEM
RFEM 5.xx

主程序

结构设计与有限元­分析软件(FEA)可以用于建立 平面与空间结构模型,适用于由杆件、面、 板、墙、折板、膜、壳、实体以及接触单元等的建模与分析计算。

首个许可价格
3,540.00 USD
RFEM 玻璃结构
RF-GLASS 5.xx

附加模块

单层、组合和中空玻璃设计

首个许可价格
1,120.00 USD