单元式铝板幕墙的结构分析与优化

论文摘要

随着经济与科学技术的发展,幕墙作为建筑物的维护结构,广泛应用于高档酒店、摩天大楼等的外墙维护体系,因其结构复杂,安装过程中需要高空作业,具有一定的危险性和技术难度。同时,在实际幕墙工程中,幕墙挂件的使用年限相对较短,使用一段时间后,幕墙挂件会因疲劳断裂而发生高空坠落,不仅会造成人身事故,而且也浪费材料。为了提高幕墙产品的质量及使用性能,在充分发挥其美观的艺术效果的同时,应保证幕墙的气密性、水密性,并将受载变形控制在规定的范围之内。由于幕墙表面与外界环境接触,幕墙性能在很大程度上受到风载荷与环境温度的影响,因此在幕墙的结构设计中必须综合考虑风载荷与环境温度对幕墙的作用。但到目前为止,国内外的专家与学者主要致力于分析风载荷对幕墙的影响,没有将风载荷与温度作为共同的因素来分析幕墙的变形情况。当温度与风载荷同时变化时,将引起相邻两单元板块的伸缩缝的大小剧变,从而影响幕墙的安装精度及气密性、水密性等。基于此,本文分析单元式铝板幕墙及其挂件的结构特点,应用分步建模、结构耦合技术和ANSYS结构分析平台建立了单元式铝板幕墙及其挂件的参数化几何模型,进行了其在不同载荷工况下力学特性分析研究,获得了相邻单元板块间伸缩缝的变化规律,提出施工所需较小伸缩缝的合理范围,为完善幕墙施工标准提供了依据;同时伸缩缝的减小将有利于减少密封胶条使用数量,既能延长幕墙使用寿命,同时减少环境污染,起到节能环保作用。挂件作为单元式铝板幕墙的主要承载构件,在实际幕墙工程中用量非常巨大,其体积(或质量)的减小对整个工程来说可节省很多的材料,降低施工成本,同时增强幕墙工程承接企业的竞标能力,因此本文在前述研究基础上又对其进行结构优化设计,使单个幕墙挂件体积减小了8.8%,在减小体积和减轻质量方面效果明显。综上所述,本文的研究方法和取得的研究结论应用于幕墙施工中可实现较高的经济效益,符合国家环保节能的发展方向,具有一定的应用价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 幕墙的应用历程及研究的背景和意义
• 1.2 幕墙的类型、特点及其性能要求
• 1.2.1 幕墙的分类
• 1.2.2 幕墙的特点
• 1.2.3 幕墙的性能
• 1.3 国内外幕墙技术发展、研究状况
• 1.3.1 国外发展研究状况
• 1.3.2 国内发展研究状况
• 1.4 本文主要研究内容
• 1.5 本章小结
• 第二章 单元式铝板幕墙及其挂件的结构简介和设计要求
• 2.1 单元式幕墙的安装方法及结构简介
• 2.2 单元式幕墙的特点
• 2.3 单元式铝板幕墙设计的要求
• 2.4 本章小结
• 第三章 单元式铝板幕墙及其挂件结构有限元几何建模
• 3.1 有限元法的提出
• 3.2 有限单元法的优点
• 3.3 有限元法分析的基本步骤
• 3.4 有限元分析的理论基础
• 3.5 ANSYS 有限元软件简介
• 3.6 单元式铝板幕墙及其挂件的有限元几何模型建立
• 3.6.1 单元选择及单元特性
• 3.6.2 单元式铝板幕墙的几何模型
• 3.6.3 单元式铝板幕墙的网格划分
• 3.7 本章小结
• 第四章 ANSYS 环境下单元式铝板幕墙及其挂件的结构分析
• 4.1 单元式铝板幕墙结构分析的必要性
• 4.2 单元式铝板幕墙的材料属性
• 4.3 单元式铝板幕墙的载荷
• 4.3.1 重力载荷
• 4.3.2 风载荷
• 4.3.3 温度载荷
• 4.3.4 单元式铝板幕墙的几何约束处理
• 4.4 风载荷对单元式铝板幕墙的影响
• 4.5 温度相同时，不同基本风压下的单元式铝板幕墙的伸缩缝
• 4.6 两个典型地区，南方与北方的单元式铝板幕墙的伸缩缝
• 4.7 风载荷与温度对相邻单元板块的影响
• 4.8 风载荷与温度对单元式铝板幕墙的铝板影响
• 4.9 风载荷与温度对单元式铝板幕墙的挂件的结构影响
• 4.10 本章小结
• 第五章 单元式铝板幕墙挂件部分的结构优化设计
• 5.1 结构优化设计的概念以及优点
• 5.2 ANSYS 优化设计的理论基础
• 5.3 挂件部位的优化的必要性及过程
• 5.4 挂件部位的结构优化的具体实现
• 5.4.1 建立单元式铝板幕墙挂件部位的参数化优化模型
• 5.4.2 挂件部位的优化
• 5.5 优化后的挂件所能承载的单元板块分格尺寸范围
• 5.6 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 作者简介
• 作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢