3.1點支承
說明：在做四點支承分析時,因為僅約束了其中的一個節點,所以在支承點附近有比較大的應力集中現象(圖16),這與實際I程應用(玻璃開孔,孔邊環帶狀支承)時的情況不完全相符,后面對比時忽略了此部位的應力集中。
從以上的對比表中,我們可以看到該組分析中不管是橡膠墊片支承還是球鉸支承,最大應力均位于支承點附近且均大于四點支承時的跨中應力,說明這兩種支承方式下支承點附近均存在應力集中現象。前文曾提到過在面外荷載作用下,四點支承板的應力集中程度主要取決于支承點對玻璃的轉動約束程度,說明了這兩種支承方式對玻璃的角部都有較強的轉動約束作用。對于墊片支承而言,在夾具外觀不變的情況下,不難理解是由于橡膠墊片太薄或硬度太大所造成的。但是為何球鉸支承也會產生這么大的應力集中呢?實際從節點圖構造圖中便可以看出,這種支承方式在實際工程中使用時并非是單純的球鉸支承。在實際的點支承玻璃幕墻工程中,由于氣密性與水密性的要求,玻璃夾具四周均有密封墊片或硅酮密封膠存在,它們也會對玻璃起到一定的支承作用,此種情況下球鉸夾具對玻璃的支承實際上是一種“球鉸+墊片”的復合支承方式。在有限元分析所輸出的變形圖(圖27)中,我們看到了受壓一側的橡膠墊片產生了明顯的壓縮變形,很好地驗證了這一點。這樣,球鉸支承也會產生較大應力集中的現象就很容易理解了。這有點類似于撬杠(圖28)的受力特點:如果撬杠的撬點是一個鉸支座,沒有支點存在,桿可以繞撬點自由轉動,但是當有支點后,截面的桿件的話,其彎矩和應力的最大點均位于支點位置,這一特點也與玻璃面板墊片處應力集中有很大的相似性。
4.支承方式改進
4.1改進方法
前文曾提到支承點對玻璃固定點的轉動約束程度對玻I離面板的應力分布有著很大的影響,因此,要想減小玻璃角部固定點的應力集中程度,必須從減小夾具對支承點的轉動約束程度著手。對于帶球鉸的玻璃夾具支承而言,取消玻璃夾具四周的密封墊片或硅酮密封膠即可,但是對于有氣密性與水密性要求的點支承玻I離幕墻來說是不現實的,所以這種支承方式沒有太大的改善空間,本文不再贅述。但是對于采用橡膠墊片的夾具而言,卻有多種的改進方法,除了改變玻璃夾具的形狀和大小能改善夾具對玻璃的約束程度外,還有一些很便捷的方法就是改變橡膠墊片的厚度或形狀。
由于在幕墻工程中夾具的形狀氣大小并不能由幕墻設計師隨意改動(多為業主或建筑師確定),所以本文中只取后兩種方案來進行改進:方案一是將圖12的橡膠墊片的厚度由2mm更改為4mmi方案二是保持橡膠墊片2mm的厚度不變,只是將橡膠墊片改為圖14所示的形狀,為便于識別,后面稱之為“帶狀橡膠墊片支承”(圖29)。
4.4 分析對比
從以下的對比表中,我們看到改進后的兩個模型,最大應力已不再位于支承點附近而位于長邊跨中,其最大應力值與撓度值也與單純點支承的四點支承板非常接近。對于改變橡膠墊片厚度減小應力比較容易理解,不再贅述。不改變墊片厚度,只改變墊片形狀同樣可以減少夾持點應力主要是由于帶狀橡膠墊片與玻璃的接觸寬度較小,對玻璃角部的約束能力較弱所致。該組分析說明了這兩種改進方法是可行的。
5.結論
根據以上分析對比,可得出如下結論:
5.1在實際的點支承玻璃幕墻工程中,在夾具中玻璃角部兩側設置半球形墊塊(球鉸)的支承方式并非單純的球鉸支承,而是一種“球鉸+墊片”的復合支承方式,其不但不能夠有效減小玻璃面板的角部應力,反而會導致工程施工難度增加,工程造價增高。
5.2在夾具支承方式中,調整橡膠墊片的厚度和改變橡膠墊片的形狀,都會改變玻璃夾持點附近的應力和跨中撓度。當工程確有需要時,可以通過調整墊片厚度和墊形狀使玻璃面板的應力與撓度接近于與四點支承板。當達到此種效果時,幕墻設計者可以按照《玻璃幕墻工程技術規范》(JGJ102)中提供的玻璃校核公式來進行校核。
5.3在以上的分析中可以看出,雖然橡膠墊片的厚度較薄時會導致夾持部位應力增大,但玻璃的撓度卻在下降。此種支承特點為優化玻璃的受力提供了可能。從事點支承玻璃幕墻設計者都非常清楚:四點支承的玻I離面板,在撓度上的;對于一些對有限元分析不太熟練的設計人員來講,還是應該慎用。
5.4夾具對玻璃面板的約束,究竟是鉸接好,還是剛接好,還是半剛接好,國家標準與行業規范中并沒有明確給出判斷的標準。作為幕墻設計者,應本著科學嚴謹的態度,以辨證的態度來看待,究竟怎樣取舍要看具體工程的需要。如結論3中,玻I離支承點轉動約束強時J雖角部應力略有增加,但撓度卻在減小。
本文針對于目前點支承玻璃幕墻中玻璃夾具墊片對玻璃面板受力的影響做了較為全面的分析,并對目前幾種不同的支承方式做了對比。但是玻璃面板的應力與撓度還與玻I離分格`夾具大小`夾具形狀等都有關系,幕墻設計師在進行幕墻設計時,需要根據工程實際情況進分析計算,必要時還需通過實驗來進行驗證。達到限值時,玻璃的應力值往往還遠小于強度設計值,這在一定程度上會造成玻璃的浪費。設計師完全可以利用夾具支承的特點,通過調整墊片厚度,使玻璃的應力適度增加、撓度下降,從而減小玻璃厚度,達到節約成本的目的。但是此種方法是建立在有限元分析基礎之上的;對于一些對有限元分析不太熟練的設計人員來講,還是應該慎用。【完】
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