ansys幕墙行业应用实例01

1.四边支撑玻璃 2.四点支撑玻璃 3.全玻 4.铝板带加强筋 5.石材 6.预埋件 7.雨棚结构 8.主横梁计算 9.单索体系 10.索杆体系 曾国旺 文本框 star 制作 ansys精品 四边支撑玻璃计算： 一、按计算过程： 玻璃分格（b×h）1260mm×3700mm,玻璃类型为隐框中空玻璃，玻璃配置为：6mmLow-e 玻璃+12A+6mm玻璃。综合考虑本工程风荷载及板块分格等因素，取东立面 A17-A18轴标 高 30.000m, 地面粗糙度为 B类,查《建筑结构荷载规范》得：阵风系数 637.1=gzb ，风压 高度变化系数： 421.1=zm 。 2、玻璃强度及挠度计算 在垂直玻璃平面的水平荷载组合作用下，最大弯曲应力计算（按四边简支板算）： 短边：a=1260mm， 长边：b=3700mm A=1.26×3.7=4.66 m2 风荷载标准值： kw =βgz×μS×μZ×w 0=1.637×2.0×1.421×0.3=1.396kN/㎡ 风荷载值: kw ww ´= g = 1 . 4×1.396=1.954 kN/㎡ 6mm厚单片玻璃自重标准值： kAk GtG ´´= 1 =1×0.006×25.6=0.154 kN/㎡ 6mm厚单片玻璃水平地震作用标准值： AkEEk Gaq maxb= /A=5.0×0.08×0.154=0.062 kN/㎡ 6mm厚单片玻璃水平地震作用设计值： q EkE qq 3.1= =1.3×0.062=0.08 kN/㎡ 中空玻璃外片玻璃分配系数： 33 3 3 2 3 1 3 1 66 61.11.1 + ´= + ´ tt t =0.55 中空玻璃内片玻璃分配系数： 33 3 3 2 3 1 3 2 66 6 + = + tt t =0.5 分配到外片玻璃上的风荷载标准值： 55.0´kk ww ＝外 =1.396×0.55=0.77 kN/㎡ 分配到外片玻璃上的风荷载设计值： 77.0´ww ＝外 =1.4×0.77=1.07 kN/㎡ 分配到外片玻璃上的荷载组合标准值： Ekkk qwS 5.0+外外＝ =0.77+0.5×0.062=0.80 kN/㎡ 分配到外片玻璃上的荷载组合设计值： EqwS 5.0+外外＝ =1.07+0.5×0.08=1.11 kN/㎡ 分配到内片玻璃上的风荷载标准值： 5.0´kk ww ＝内 =1.396×0.5=0.70 kN/㎡ 分配到内片玻璃上的风荷载设计值： 曾国旺 文本框 star 制作 ansys精品 7.0´ww ＝内 =1.4×0.7=0.98 kN/㎡ 分配到内片玻璃上的荷载组合设计值： EqwS 5.0+内内＝ =0.98+0.5×0.08=1.02 kN/㎡ a/b=0.341， 查得 弯矩系数：m =0.117 挠度系数：m =0.01209 ①中空玻璃外片玻璃强度计算： 折减系数： 4 1 4 Et aS k外=q 56.21 61072.0 12601080.0 45 43- = ´´ ´´ = 查表，得折减系数： h = 0.914 最大弯曲应力值： hs 2 1 26 t amS外 外 = 914.0 6 12601011.1117.06 2 23- ´ ´´´´ = =31.55 N/mm2 < 84 N/mm2 强度满足要求。 ②玻璃挠度计算： 中空玻璃折算厚度 3 3 2 3 195.0 ttte += mm2.76695.0 3 33 =+= 4 4 e k Et aw =q 37.18 2.71072.0 126010396.1 45 43- = ´´ ´´ = 查表，得折减系数： h =0.927 刚度系数 6 2 35 2 3 103.2 )2.01(12 2.71072.0 )-1(12 ´= - ´´ == n eEtD h m D awd kf 4 = mm0.17927.0 103.2 126010396.101209.0 6 43- =´ ´ ´´´ = < 21 60 1260 60 == a mm 挠度满足要求。 综上 6mmLow-e玻璃+12A+6mm玻璃，其强度、挠度都能满足设计要求。 二、ansys计算过程： 1．刚度验算： 中空玻璃等效厚度为 3 3 2 3 195.0 ttte += mm2.76695.0 3 33 =+= 计算依据： 尺寸：1260×3700×7.2mm 支撑条件：四边简支 材料特性：E=0.72e5 N/mm2 ν=0.2 γ=2.56e-5 N/mm3 荷载条件：按规范取风荷载标准值 kw =1.396e-3 N/mm 2 建模：（四条边 z向支撑，再在左边两角点加 x向支撑，下面两角点加 y向支撑） 扰度计算结果： 扰度最大值 DMX=16.842 < 21 60 1260 60 == a mm满足规范要求。 规范计算结果为 17 mm，与 ansys计算结果偏差不大，可以采用。 2．强度计算： 中空玻璃内外片厚度均为 6mm，因外片所受荷载大 ，只验算外片即可。 计算依据： 尺寸：1260×3700×6mm 支撑条件：四边简支 材料特性：E=0.72e5 N/mm2 ν=0.2 γ=2.56e-5 N/mm3 荷载条件：分配到外片玻璃上的荷载组合设计值 EqwS 5.0+外外＝ =1.11e-3 N/mm2 强度计算结果： 强度最大值 SMX=28.868 N/mm2<84 N/mm2满足规范要求。 规范计算结果为 31.55 N/mm2，与 ansys 计算结果偏差不大，可以采用。另外从 ansys 计算结果偏小可以看出规范计算更为保守安全。 Ansys计算四边支撑玻璃的问题思考： 1．由于计算的是中空玻璃，用 ansys 模拟中空玻璃比较复杂，针对工程应用，我是按 照规范的算法（即分别计算内片跟外片）对玻璃进行了强度计算。扰度计算也是按照规范算 法（即采用等效厚度）进行的验算。从结果对比来看，扰度值比较接近，可以认为计算正确， 没有问题；而强度值 ansys计算稍微偏小，经查规范，主要原因在于规范计算强度是先按照 小扰度理论进行计算，再考虑玻璃变形过大引起的几何非线性，引入一个折减系数对玻璃的 应力进行折减。规范明确表明其编制的折减系数表为了安全稳妥，“取了较计算结果偏安全 的数值，留有充分的余地”，故可以认为 ansys计算强度偏小一点是符合实际情况的。 2．计算时建议先计算中空玻璃的扰度，以确定是否采用大扰度理论进行计算，如果用 等效厚度计算所得的扰度大于玻璃厚度，则应改用大扰度理论进行重算，同时在强度计算时 因为是分别计算外片和内片的强度，此时的扰度并不可信（强度计算是主要目的），在刚度 计算后确定采用大扰度理论的话，此时的强度计算也应采用大扰度。如果刚度计算表明玻璃 扰度较小，可以采用小扰度理论进行，则此时建议采用小扰度理论计算内片和外片的强度（偏 于安全）。 3．夹胶玻璃的计算也可以参照以上算法。 以下是扰度计算的命令流： /PREP7 ET,1,SHELL63 R,1,7.2, , , , , , RMORE, , , , RMORE RMORE, , MPTEMP,,,,,,,, MPTEMP,1,0 MPDATA,EX,1,,0.72e5 MPDATA,PRXY,1,,0.2 RECTNG,0,1260,0,3700, CM,_Y,AREA ASEL, , , , 1 CM,_Y1,AREA CMSEL,S,_Y CMSEL,S,_Y1 AATT, 1, 1, 1, 0, CMSEL,S,_Y CMDELE,_Y CMDELE,_Y1 FLST,2,1,5,ORDE,1 FITEM,2,1 AESIZE,P51X,100, MSHAPE,0,2D MSHKEY,0 CM,_Y,AREA ASEL, , , , 1 CM,_Y1,AREA CHKMSH,'AREA' CMSEL,S,_Y AMESH,_Y1 CMDELE,_Y CMDELE,_Y1 CMDELE,_Y2 /UI,MESH,OFF FINISH /SOL ANTYPE,0 ANTYPE,0 NLGEOM,1 OUTRES,ERASE OUTRES,ALL,1 FLST,2,4,4,ORDE,2 FITEM,2,1 FITEM,2,-4 /GO DL,P51X, ,UZ, FLST,2,2,3,ORDE,2 FITEM,2,1 FITEM,2,4 /GO DK,P51X, , , ,0,UX, , , , , , FLST,2,2,3,ORDE,2 FITEM,2,1 FITEM,2,-2 /GO DK,P51X, , , ,0,UY, , , , , , FINISH GPLOT /POST1 FINISH /SOL FLST,2,1,5,ORDE,1 FITEM,2,1 /GO SFA,P51X,1,PRES,1.396e-3 SOLVE FINISH /POST1 四点支撑玻璃计算： 一、按规范计算过程： 雨篷玻璃计算： 取标高 3.75m处雨篷进行计算。地面粗糙度为 B类,查《建筑结构荷载规范》 得：阵风系数 398.2=gzb ，风压高度变化系数： 740.0=zm 。 1．玻璃面板计算： 采用 10+1.52PVB+10半钢化夹胶点玻 玻璃板块尺寸:1250×2550mm 开孔边距 125mm 计算尺寸：a×b=1000mm×2300mm 风荷载计算： 体形系数： μS=-2.0 根据公式 4.1和表 4.2得 kw =βgz×μS×μZ×w 0=2.398×0.74×2.0×0.3=1.06 kN/m 2 风荷载标准值为 kw =1.06kN/m 2 风荷载设计值为 w =1.49kN/ m 2 外片玻璃: （内片与外片一样,所以只需要计算外片） 自重设计值: Gq =1.2×G 1ak ＝1.2×25.6×10＝307.2 2/ mN （一般情况） 曾国旺 文本框 star 制作 ansys精品 Gq =1.0×G 2ak ＝1.0×25.6×10＝256 2/ mN （重力荷载对结构有利时） 施工荷载标准值： sk3q =0.5 2/ mkN 施工荷载设计值： sq =1.4× 3skq ＝1.4×0.5＝0.7 2/ mkN ①自重+风荷载(向上)： S¢ =0.256-0.5×1.06＝-0.274 2/ mkN S =0.256-0.5×1.49＝-0.489 2/ mkN ②自重+施工荷载： S¢ =0.307+0.5×0.5＝0.557 2/ mkN S =0.307+0.5×0.7＝0.657 2/ mkN 由上计算可知荷载组合②自重+施工荷载为最不利荷载组合，采用此荷载组 合进行玻璃板验算： 2.玻璃强度验算： (1)玻璃强度验算 短长边之比：a/b=0.41 查表 5.1得弯矩系数：m=0.1293 折减计算系数θ计算： 65.21 10 2300557 = ´´ ´´ == - 45 46 4 4' 100.72 10 Et bS θ 可以查出其折减系数 η=0.913 则玻璃截面设计最大应力值为： 由公式（5.3）得： η t 6mSb σ 2 2 = = 2 231006 10 2300657.01293.913.0 ´´´´´ - =24.62N/mm2＜56N/mm2 外片强度满足要求(其中 56N/mm2为 5-12mm厚半钢化玻璃大面强度设计值)。 3.玻璃挠度验算： 又由短长边之比：a/b=0.43 查表 5.3知道挠度系数μ=0.01382 夹胶玻璃的计算厚度 te： mm1010ttt 3 333 3 2 3 1e 60.12=+=+= 4 4'2 eEt bS =q 18.17 60.121072.0 230010557.02 45 43- = ´´ ´´´ = 查表，得折减系数： h =0.931 刚度系数： )ν12(1 Et D 2 3 e - = = )0.2(112 100.72 2 35 -´ ´´ 60.12 =1.25 710´ 由公式（5.5）得： η D μb2S d 4' f = mm 60 2300 mm 101 010 7 43 33.3809.32 931.0 25. 230001382.557.02 =<= ´ ´ ´´´´ = - 挠度满足要求。 故该雨篷玻璃板块强度与挠度满足要求。 二、ansys计算过程： 1．刚度验算： 夹胶玻璃等效厚度为 mm1010ttt 3 333 3 2 3 1e 60.12=+=+= 计算依据： 玻璃板块尺寸:1250×2550×12.6mm 开孔边距 125mm 支撑条件：四点支撑 材料特性：E=0.72e5 N/mm2 ν=0.2 γ=2.56e-5 N/mm3 荷载条件：按规范取风荷载标准值 kw =2×0.557e-3=1.114e-3 N/mm 2 建模： 模型说明：1、对支座进行简化。将开孔处支座简化成点，均约束 xyz 三个平动方向。 不应约束转动：经查看各厂家的点式玻璃驳接头，除少部分型号（比如说用于单索幕墙的和 部分型号无孔驳接头）没采用了球铰外，大部分型号的驳接头采用的是球铰型式。球铰型式 可以释放角点处的弯矩，从而减小开孔处的局部应力。 2、对分格的说明。如果要采用大扰度计算，对玻璃的分格将会影响到计算结果，应采 用合适的分格尺寸，建议采用映射网格划分。我采用两种分格计算过这个板块，25mm的分 格尺寸计算结果较为准确，而采用 50mm的分格尺寸，计算结果相差很大。 3、对强度计算结果的选用。规范计算玻璃强度时采用的是大面强度，遵循这个原则， 在有限元计算时，支座将产生应力集中，此处的应力会比大面应力大很多，此时应选用大面 计算结果。至于支座处的应力集中，最好对支座处进行实体建模，精确模拟此处的约束和受 力状态，得到更符合实际的结果（另外支座处的玻璃强度验算应该是验算侧面强度才对）。 扰度计算结果： 采用小扰度理论计算结果： 小扰度计算所得扰度 DMX=34.088mm，大于玻璃厚度 12.60mm，应考虑变形引起的几 何非线性影响，故采用大扰度理论进行计算，结果如下： 结果：扰度计算结果为 DMX=12.579mm mm 60 2300 33.38=< ，满足规范要求。按规 范方法计算所得结果为 32.09mm，两者比较，出入较大。后面将做详细分析。 2．强度计算： 夹胶玻璃内外片厚度均为 10mm，所受荷载一样，只验算外片即可。 计算依据： 玻璃板块尺寸:1250×2550×10mm 开孔边距 125mm 支撑条件：四点简支 材料特性：E=0.72e5 N/mm2 ν=0.2 γ=2.56e-5 N/mm3 荷载条件：分配到外片玻璃上的荷载组合设计值S ＝0.657 e-3 N/mm2 强度计算结果： 按小扰度理论计算所得结果： 按大扰度计算所得结果： 结果分析：小扰度计算所得的大面强度结果为 26.641 N/mm2，大扰度计算所得的大面 强度计算结果为 15.541 N/mm2（支座应力集中处最大为 27.974 N/mm2，但此结果不做考虑）。 这里由于刚度计算时已表明，夹胶玻璃挠度以大于玻璃厚度，应考虑几何非线性的影响，采 用大扰度理论进行计算，故外片玻璃强度计算应选用大扰度计算的结果。再跟按规范方法计 算所得的强度结果相比，规范方法计算的结果为 24.62 N/mm2，两者相差较大。前面已 得出的扰度计算结果也与规范计算结果相差较大，倒底是为什么呢？请看下面的 详细分析。 先回顾一下规范方法计算四点支撑玻璃的计算方法，计算公式如下： 强度 η t 6mSb σ 2 2 = 扰度： η D μbS d 4' f = 说白了，就是框支撑玻璃的计算公式，只是计算时采用的是长边而已。其理 论基础就是，先按小扰度理论进行计算，然后为了考虑大扰度是几何非线性的影 响，乘以一个折减系数η。其实问题就是出在这里，根据前面我对框支撑玻璃的 计算分析，其按规范公式计算跟用 ansys计算结果很接近，规范计算结果稍大一 点，偏于安全。 再分析四点支撑的计算结果，我发现一个比较接近的数值，ansys 用小扰度 理论得出的计算结果跟规范算法所得的结果很接近，根据上面所提到的规范算 法，不难知道这两者为何会比较接近，规范就是用小扰度结果成折减系数η得到 最终结果，但是它的最终结果为什么又比 ansys考虑非线性影响所得结果相差很 大呢？细心的人都会想到，其实问题出在折减系数η。 找到了问题所在，那就来看一下这个折减系数η倒底出了什么问题，抑或是 我们的有限元计算有误。其实还可以对结果进行更深入的分析，把规范结果不考 虑折减，即除以η把折减消去，就发现，这个结果基本等于 ansys小扰度理论分 析结果（比它略大，规范偏安全），这说明一点，有限元计算时模型的建立是符 合实际的，只是 ansys采用了大扰度分析才导致结果与规范结果的差别。而程序 计算大扰度是考虑了位移的二阶效应，计算是不会出错的，从这点上可以得出结 论，ansys对四点支撑玻璃的计算结果可以信任。那么问题肯定是出在规范对η 的取值上面。细查了规范，η的取值可查表 6.1.2-2，注意这个表的来源在条纹 说明 6.1.2～6.1.3里面有详细的解释，此表是用于框支撑情况下针对大扰度板 在进行小扰度计算后对应力结果进行的折减，而四点支撑玻璃计算是竟然也采用 了这个表所提供的折减系数！很明显，与有限元计算结果对比表明，太过于保守！！ 与实际情况严重不符。同理扰度计算也是乘的这个折减系数，问题是一样的。 以上分析，有限元计算结果不敢说是完全准确的，但我相信比较接近实 际情况；规范计算四点支撑玻璃的结果却可以说绝对是欠妥当的，它完全套用四 边支撑玻璃的折减系数，与实际情况相去甚远！希望国家的主管部门能重视起来， 现在点式玻璃用的越来越多，规范在这个领域却做得如此落后，如此下去，将造 成极大的浪费，拖新中国经济建设的后腿。 扰度计算命令流： /PREP7 /NOPR /PMETH,OFF,0 KEYW,PR_SET,1 KEYW,PR_STRUC,1 KEYW,PR_THERM,0 KEYW,PR_FLUID,0 KEYW,PR_ELMAG,0 KEYW,MAGNOD,0 KEYW,MAGEDG,0 KEYW,MAGHFE,0 KEYW,MAGELC,0 KEYW,PR_MULTI,0 KEYW,PR_CFD,0 /GO ET,1,SHELL63 R,1,12.6, , , , , , RMORE, , , , RMORE RMORE, , MPTEMP,,,,,,,, MPTEMP,1,0 MPDATA,EX,1,,0.72e5 MPDATA,PRXY,1,,0.2 K, ,0,0,, K, ,125,0,, K, ,1125,0,, K, ,1250,0,, K, ,0,125,, K, ,125,125,, K, ,1125,125,, K, ,1250,125,, K, ,0,2425,, K, ,125,2425,, K, ,1125,2425,, K, ,1250,2425,, K, ,0,2550,, K, ,125,2550,, K, ,1125,2550,, K, ,1250,2550,, FLST,2,4,3 FITEM,2,1 FITEM,2,2 FITEM,2,6 FITEM,2,5 A,P51X FLST,2,4,3 FITEM,2,2 FITEM,2,3 FITEM,2,7 FITEM,2,6 A,P51X FLST,2,4,3 FITEM,2,3 FITEM,2,4 FITEM,2,8 FITEM,2,7 A,P51X FLST,2,4,3 FITEM,2,5 FITEM,2,6 FITEM,2,10 FITEM,2,9 A,P51X FLST,2,4,3 FITEM,2,6 FITEM,2,7 FITEM,2,11 FITEM,2,10 A,P51X FLST,2,4,3 FITEM,2,7 FITEM,2,8 FITEM,2,12 FITEM,2,11 A,P51X FLST,2,4,3 FITEM,2,9 FITEM,2,10 FITEM,2,14 FITEM,2,13 A,P51X FLST,2,4,3 FITEM,2,10 FITEM,2,11 FITEM,2,15 FITEM,2,14 A,P51X FLST,2,4,3 FITEM,2,11 FITEM,2,12 FITEM,2,16 FITEM,2,15 A,P51X TYPE, 1 MAT, 1 REAL, 1 ESYS, 0 SECNUM, ESIZE,25,0, MSHAPE,0,2D MSHKEY,0 FLST,5,9,5,ORDE,2 FITEM,5,1 FITEM,5,-9 CM,_Y,AREA ASEL, , , ,P51X CM,_Y1,AREA CHKMSH,'AREA' CMSEL,S,_Y AMESH,_Y1 CMDELE,_Y CMDELE,_Y1 CMDELE,_Y2 /UI,MESH,OFF FINISH /SOL ANTYPE,0 ANTYPE,0 NLGEOM,1 FLST,2,4,3,ORDE,4 FITEM,2,6 FITEM,2,-7 FITEM,2,10 FITEM,2,-11 /GO DK,P51X, , , ,0,UX,UY,UZ, , , , FLST,2,9,5,ORDE,2 FITEM,2,1 FITEM,2,-9 /GO SFA,P51X,1,PRES,1.114e-3 SOLVE FINISH /POST1