D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1999.05.043 第21卷第5期 北京科技大学学报 Vol.21 No.5 1999年10月 Journal of University of Science and Technology Beijing 0ct.1999 点接式玻璃幕墙抗风压性能 刘忠伟 孙加林 洪彦若 北京科技大学固体电解质冶金测试技术国家专业实验室，北京100083 摘要采用有限元方法计算了点接式玻璃幕墙在风荷载作用下的应力场，并讨论了其特性， 得到了玻璃板的最大挠度计算公式.计算结果与实验结果一致、 关键词点接式玻璃幕墙：风荷载：挠度：有限元 分类号TU312.1 玻璃幕墙所受的主要荷载是风荷载，由于 (F)=f MM)(n=i,j,m) (4) 点接式玻璃幕墙安装方式上的特殊性，现有的 选位移函数u(x,y)为： 四边简支安装方式的设计方法)已不适用，目 u(x.v)=a+axx+ay+axx+axxy+asy'+ax+ 前，工程上采用有限元计算或实验验证的方法， a(xy+xy)+asy (5) 很不方便.本文采用有限元方法计算了点接式 玻璃幕墙在风荷载作用下的应力场，并得到了 玻璃板的最大挠度计算公式 1基本方程和有限元列式 1.1基本方程 玻璃幕墙受风荷载作用是典型的薄板弯曲 问题，它服从力学的如下基本公式： 图1三角形单元 设玻璃板承受的垂直于板面的匀布风荷载 采用面积坐标：=[门{6} (6) 为9o,挠度函数w(x,y)服从下列方程： 其中，[门为形函数矩阵，是面积坐标的函数.板 77w-8 (1) 弯曲单元的应变-位移关系为： 其中，02为板的弯曲刚度为玻璃板厚 {x}=[B]{6} (7) 其中[B]矩阵可由[门矩阵求出.内力-位移关系 度，E为玻璃的弹性模量，v为玻璃的泊松比.结 式为： 合相应的边界条件，从(1)式中可解出w,根据 {MW=[D]{x=iD]B{6}=[SK{8} (8) 挠度与应力的关系可全面解出薄板的应力场， 其中[S)=[D][B吲]称内力矩阵.根据虚功原理可导 1.2有限元列式 出： 点接式玻璃幕墙的边界是圆孔，方程(1)对 {F}=[K{6} (9) 其不易解析求解，可采用有限元法，文中采用三 其中[=旷〔B[D](B)dxdy,称刚度矩阵. 角形单元，如图1.设单元的广义节点位移为 a-{如8器-8}.m-m 当单元上受匀布法向风荷载9作用时，等 (2) 效节点荷载为{R=g川['drdy (10) 整个单元的位移{}由3个节点位移确定， 即：{6}={666}r (3) 2计算结果及分析 相应的广义节点力为： 2.1条件 点接式玻璃幕墙的玻璃板一般为矩形，设 1999-01-21收稿刘忠伟男，34岁.高工，博士生 其长为b,宽为a,厚度为t,有四孔、六孔和八孔第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 心 一 点 接 式玻 璃 幕 墙 抗风压 性 能 刘 忠伟 孙加 林 洪 彦若 北 京科技大学 固体 电解质冶金 测试技术 国家专业 实验 室 ， 北京 摘 要 采 用有 限元 方法 计 算 了点接式玻璃 幕墙 在风 荷载作用下 的应力场 ， 并讨论 了其特性 ， 得 到 了玻璃板 的最 大 挠度计 算 公 式 计 算结 果 与实验 结果一 致 关键 词 点接 式 玻璃 幕墙 风 荷 载 挠 度 有 限 元 分 类 号 玻璃 幕墙 所 受 的主 要 荷 载 是 风 荷 载 由于 点接式玻璃幕墙 安装方 式上 的特殊性 ， 现 有 的 四边 简支 安装 方 式 的设 计 方法 〔月 己 不 适用 目 前 ， 工 程 上 采用有 限元计算或 实验验证 的方法 ， 很 不 方 便 本 文 采用 有 限元 方法计 算 了 点 接 式 玻璃幕墙在 风 荷 载 作 用 下 的 应 力 场 ， 并 得 到 了 玻 璃 板 的最大 挠度 计 算 公 式 凡 不 呱 栋 丁 ， ， 选位 移 函 数 ， 户 为 少 尹 才 刃片仇尹十 矿 。 均出少 护 基 本方 程 和 有 限 元 列 式 基本方 程 玻璃幕墙 受 风荷载作用 是 典型 的薄板 弯 曲 问题 ， 它 服 从力 学 的如 下 基 本 公式 〕 设玻璃板 承 受 的垂 直 于 板 面 的匀 布风 荷 载 为 。 ， 挠度 函 数 ，力 服 从 下 列 方 程 甲 甲 一要 门 、 一 一 介 、 ， 一 一 ， 一 、 一 兵 甲 ， 刀 不万不产一二爪 刀 极 阴 芍 曲 四 及 ， ‘ 、 一 少 刀 狄 塌 恨 俘 度 ， 为玻璃 的 弹 性 模量 ， 为玻 璃 的 泊 松 比 结 合相 应 的边 界 条件 ， 从 式 中可 解 出 ， 根 据 挠度 与应 力 的关 系 可 全 面解 出 薄 板 的应 力场 有 限 元 列式 点接式玻璃 幕墙 的边 界 是 圆孔 ， 方程 对 其 不 易解 析 求解 ， 可采用 有 限 元法 文 中采 用 三 角形 单元 ， 如 图 设 单元 的广 义 节 点位 移 为 己 己 下 。 十 戈 一不下一 一 一不厂一 矛 口 ， 整个单 元 的位 移 升 由 即 咨 ” 疾 咨 ， ， ， 个节 点位 移确 定 ， 相 应 的广义 节 点力 为 一 收稿 刘忠伟 男 ， 岁 ， 高 工 ， 博 士 生 图 三 角形 单元 采用 面 积 坐标 〔 歼 其 中 ， 囚为形 函数矩 阵 ， 是面积坐 标的函数 板 弯 曲单 元 的应 变一位移 关 系 为 ‘ 〕 咨 ， 其 中 矩 阵可 由囚矩 阵求 出 内力一位 移 关 系 式 为 〔 」 〔 」 咨 〕 咨 其 中固 」 称 内力矩 阵 根据 虚 功 原理可 导 出 〔 咨 其 中 〔月一 仃〔别 〔 〕 ， 称 刚 度矩 阵 月 当单元 上 受匀布 法 向风荷 载 。 作用 时 ， 等 效 节 点 荷 载 为 一 方〔州‘ 计 算结 果 及 分析 条件 点接式玻璃 幕墙 的玻璃 板一 般为矩 形 ， 设 其 长 为 ， 宽为 ， 厚度 为 ， 有 四孔 、 六 孔和 八 孔 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1999．05．043