断桥隔热铝型材的强度计算方法.doc

断桥隔热铝型材的强度计算方法
文章来源：HYPERLINK"http://www.cncwe.net"\t"_blank"中国幕墙工程网整理日期：2008-09-1211:23:02

断桥隔热铝型材是一种符合节能潮流的节能建材，当它用于建筑幕墙和铝合金外窗时，除了要考虑其保温断热性能之外，还要充分考虑到其结构的安全性和可靠性。因此断桥隔热铝材用于建筑幕墙和铝门窗的结构件时，应进行强度、刚度设计计算，由于断桥隔热铝型材是由两种不同材料组合成的型材，怎么样去科学、准确地校核其强度和刚度，是一个比较复杂的问题，目前有关的国内规范并没有明确的计算方法。审图时，有的审图单位要求只取室内侧（隔热条以内）铝型材作为受力单元；而有的则同意隔热条两侧铝型材都可以作为受力单元进行计算。究竟那种意见更合理呢？大家知道，要计算构件的强度和刚度，必定要计算其截面特性，其中，主要是惯性矩及抵抗矩。本文就从计算断桥隔热铝型材截面的惯性矩及抵抗矩入手，按照材料力学中组合梁的计算原理以及JG/T175-2005《建筑用隔热铝合金型材穿条式》附录B提供的计算截面惯性矩的公式，给出两种计算不同材料组合的型材截面的惯性矩、抵抗矩方法，并对其进行分析、对比，为工程实际设计时提供参考。
一、两种计算组合型材截面惯性矩、抵抗矩的方法
方法一：按照材料力学中组合梁结构进行计算，将其中一种材料转化为另一种材料，一般将隔热条等效为铝条，变成统一的铝截面，求出等效截面的惯性矩、抵抗矩。
1、计算原则
①、断桥隔热铝型材截面的一部分是隔热条，在结合良好的加工条件下，可以认为隔热条与铝型材在变形前后保持平截面，应变ε线性分布。
②、两种材料弹性模量不同，所以在相同应变ε时，应力相差n倍，n为弹性模量之比：n=E1/E2
式中E1：铝型材的弹性模量
E2：隔热条的弹性模量
③、可以将复合截面按弹性模量比转化为单一材料的等效截面，计算出应力、挠度，隔热条部分的应力还须转化为原材料的应力。
2、求出等效铝截面
将复合截面转化为单一的铝截面，基本原则是将隔热条截面厚度缩小为原来的1/n。因为厚度的缩小对截面的特性如面积A，惯性矩I，截面抵抗矩W的影响是线性变化的，恰好与弹性模量E的变化相补偿。即te=t2/n/
式中te：隔热条等效厚度t2：隔热条的实际厚度n：铝型材与隔热条弹性模量之比
3、等效截面惯性矩及抵抗矩的计算
转化为统一的铝材等效截面后，根据材料力学的知识，或采用软件可很方便的计算出其惯性矩及抵抗矩。
方法二：按JG/T175-2005附录B提供的计算截面惯性矩的公式。
Ief=IS（1-ν）/（1-ν×C）IS=I1+I2+A1a1^2+A2a2^2ν=（A1a1^2+A2a2^2）/ISλ^2=c×a^2×l^2/（E×IS×ν×（1-ν））C=λ^2/（π^2+λ^2）Wef=Ief/Z
式中：Ief―有效惯性矩(单位为cm4)；Is―刚性惯性矩(单位为cm4)；ν―刚性惯性矩的组合参数；C―弹性结合作用参数；λ―几何形状参数；l―梁的跨度(单位为cm)；c―组合弹性值(单位为N/mm2)；E―组合弹性模量(单位为N/mm2)；A1―A1区的截面积(单位为cm2)；A2―A2区的截面积(单位为cm2)；a1―A1区形心到隔热型材形心的距离(单位为cma2―A2区形心到隔热型材形心的距离(单位为cm)；I1―A1区型材惯性矩(单位为cm4)；I2―A2区型材惯性矩(单位为cm4)。
注：因为λ取决于梁的跨度，所以有效惯性矩是跨度的函数。对于大的跨度其值则接近刚性值。