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叠合式vs组合式,组合截面如何计算?

发布时间:2022-4-3 0:00:01浏览次数:10578文章出处:西安幕墙设计口碑

组合截面是门窗幕墙杆件结构设计中常见增强形式之一,可分为叠合式和组合式,二者有何区别,该如何计算?本期进行探讨,不妥之处敬请指正!

1、引言 近年来,建筑师越来越追求外立面大分格、细线条设计,导致门窗幕墙杆件跨度越来越大,强度和刚度可能难以满足要求而需要增强。 杆件常见增强形式有加大型材截面、型材腔内增加钢芯、型材外增加加强型材等。 在铝合金型材腔内增加钢方管是常见增强形式,见图1。

根据组合方式,组合构件又分为叠合式和组合式两种,见图2和图3。



叠合式截面两种型材间不加连接,从构造上保证二者同时受力。除钢铝组合构件外,单元幕墙插接式公母料型材也是这种形式,见图4。

组合式截面两种型材间用物理或化学方法紧密相连。将铝合金型材和钢型材用螺钉连接幕墙胶条使用规范,就属于组合式截面,见图5。

两种截面组合方式、受力表现和计算方法不同,下面分别予以介绍。  2、叠合式截面计算 叠合式截面两种型材间不加连接,杆件弯曲时接触面产生错动,不符合平截面假定,两种型材应分别计算。 叠合式截面承受荷载时,两种型材沿自截面中和轴产生挠曲且挠度相等,因而所承受荷载与刚度成正比。

式中:Ea——铝合金型材弹性模量;Es——钢型材弹性模量;Iax——铝合金型材截面惯性矩;Isx——钢型材截面惯性矩;qs——铝合金型材分配的荷载;qa——钢型材分配的荷载。
单元幕墙插接式公母料,通常均为铝合金型材,弹性模量相同,因而所承受荷载与截面惯性矩成正比。 叠合式构件荷载按刚度分配后,分别计算即可。  3、组合式截面计算 组合式截面两种型材结合处设置抗剪连接件,变形时杆件相对错动受到约束成都中航幕墙,保持在同一平面内,符合平截面假定。 二者沿同一中和轴产生挠曲,而非沿各自截面中和轴产生挠曲,应按相当截面计算。
注:两种材料组合梁可变换为同一材料均质梁计算,变换后同一材料截面称为相当截面。见参考文献1。 铝合金和钢材力学性能不同国际展览中心I期,不能是截面几何图形简单组合,需考虑弹性模量差异。 这里需引入参数——弹性模量比,铝合金和钢材弹性模量比为:

式中:αE——弹性模量比;Ea——铝合金型材弹性模量;Es——钢型材弹性模量。 杆件强度和刚度计算需要截面面积、惯性矩和抵抗矩参数,计算模型示意见图6。

相当截面参数推导过程较复杂,这里直接给出结论。
(1)相当截面面积计算
相当截面面积计算时,先读取各自截面积,再按弹性模量比计算:

(2)相当截面惯性矩计算
相当截面惯性矩计算时,先以组合截面中和轴读取两个截面惯性矩,再按弹性模量比计算:

(3)相当截面抵抗矩计算
相当截面抵抗矩计算时,以相当截面惯性矩除以中和轴到截面边缘最大距离计算:

计算得到相当截面面积、惯性矩和抵抗矩,再按照同一材料均质截面计算。

4、注意事项
相同荷载作用下,组合式截面比叠合式截面更经济,但要保证抗剪键施工质量。
一些地方标准给出了叠合截面计算方法,如上海、江苏、浙江等,其中铝合金型材荷载分配时给出了1.05倍调整系数。

叠合截面为满足变形协调一致假定应紧密接触,然而钢铝为不同金属材料,直接接触会产生电化学腐蚀,因此需要设置绝缘垫片。

由于钢铝热膨胀系数不同,温度发生变化时抗剪连接件要承受较大温度应力,因此组合式截面在环境温度变化较大场合应慎用。


 5、结论
组合截面是门窗幕墙杆件结构设计中常见增强形式之一,可分为叠合式和组合式。
叠合式截面两种型材间不加连接,利用构造保证二者同时受力;组合式截面两种型材间用物理或化学方法紧密相连。
叠合式截面弯曲时接触面产生错动,不符合平截面假定,两种型材应分别计算,所承受荷载与各自刚度成正比。
组合式截面符合平截面假定,沿同一中和轴产生挠曲,应按相当截面计算。
组合截面使用时,应注意施工质量、地标中铝合金型材荷载调整系数、双金属腐蚀、应用场合环境温度变化等问题。
实际工程中,也可使用叠合式截面计算原理计算钢铝组合式截面,结果偏于保守。


(文章来源:建筑幕墙公众号)

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