中國(guó)幕墻網(wǎng) 2016年會(huì)論文集系列 未經(jīng)許可不得轉(zhuǎn)載 違者必究
引言
S60框架幕墻系統(tǒng)是江河創(chuàng)建集團(tuán)股份有限公司研發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)化框架幕墻(見(jiàn)圖1)，已在相關(guān)工程中得到了應(yīng)用和驗(yàn)證，獲得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和用戶評(píng)價(jià)。在S60框架幕墻系統(tǒng)中，無(wú)論是明框玻璃幕墻還是隱框玻璃幕墻，其玻璃均通過(guò)自攻螺釘攻進(jìn)橫梁、立柱的釘槽內(nèi)來(lái)固定(見(jiàn)圖2)。
在實(shí)際應(yīng)用中，在負(fù)風(fēng)壓的作用下，風(fēng)荷載通過(guò)玻璃傳遞給鋁合金壓塊(或壓板)，壓塊(或壓板)將力傳遞到自拔試驗(yàn)研究，將試驗(yàn)數(shù)據(jù)和由規(guī)范計(jì)算所得結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，得出一種合理的抗拉拔承載力計(jì)算方法，用于指導(dǎo)工程設(shè)計(jì)。
1 美國(guó)規(guī)范計(jì)算方法概述
1.1 美國(guó)幕墻緊固件規(guī)范
根據(jù)美國(guó)幕墻緊固件規(guī)范[9]的相關(guān)規(guī)定，影響自攻螺釘的抗拉拔承載力的主要因素有：型材合金的材質(zhì)、型材的抗剪強(qiáng)度、緊固件的規(guī)格及螺距、螺紋剝離面積、緊固件螺紋的有效受力參與長(zhǎng)度等。此規(guī)范同時(shí)給出了滿足自攻螺釘承載力許用值的最小型材厚度的計(jì)算公式，見(jiàn)式(1)：
式中：t為滿足自攻螺釘承載力的最小型材厚度;Fu為自攻螺釘抗拉承載力破壞值;Fv為與自攻螺釘相連的型材極限抗剪強(qiáng)度;N為每英寸螺紋個(gè)數(shù);A為每圈完整螺紋的剝離面積(內(nèi)螺紋)。
若型材厚度不滿足式(1)計(jì)算所得最小厚度，自攻螺釘?shù)目估纬休d力許用值需折減。由式(1)可得出自攻螺釘?shù)目估纬休d力容許值的計(jì)算公式，見(jiàn)式(2)：
式中：Le為自攻螺釘受力計(jì)算長(zhǎng)度，F(xiàn)ta為自攻螺釘抗拉拔承載力破壞值。
1.2 美國(guó)鋁（詞條“鋁”由行業(yè)大百科提供）合金設(shè)計(jì)手冊(cè)
根據(jù)美國(guó)鋁合金設(shè)計(jì)手冊(cè)[10]相關(guān)規(guī)定，自攻螺釘攻入型材底孔的抗拉拔承載力的主要因素有：型材合金的材質(zhì)、型材的拉伸屈服承載力、型材的極限抗拉承載力、自攻螺釘?shù)耐饴菁y大徑、自攻螺釘與型材咬合的完整螺紋長(zhǎng)度。此規(guī)范給出的計(jì)算公式見(jiàn)式(3)：
式中：Rn為自攻螺釘抗拉拔破壞承載力(圓孔);Ks為計(jì)算系數(shù);Le為不銹鋼螺釘入槽有效深度(mm);D為螺釘公稱直徑;Fty2為型材拉伸屈服強(qiáng)度;Ftu2為型材拉伸極限強(qiáng)度;n為每英寸螺紋個(gè)數(shù)。
1.3 自攻螺釘有效參與螺紋面積計(jì)算
參考美國(guó)幕墻緊固件規(guī)范，對(duì)于S60系統(tǒng)的釘槽槽口，由于槽口非閉合，自攻螺釘攻入后，僅與型材的兩側(cè)咬合，應(yīng)對(duì)螺紋的剝離進(jìn)行折減。螺紋參與受力的面積與螺紋總面積的比值Re計(jì)算公式見(jiàn)式(4)：
式中：R為自攻螺釘?shù)穆菁y大徑，自攻螺釘ST5.5取5.486mm;r為自攻螺釘?shù)穆菁y小徑，自攻螺釘ST5.5取4.188mm。
綜上所述：針對(duì)S60框架幕墻系統(tǒng)，除了自攻螺釘?shù)娜氩凵疃龋渌绊懸蛩叵鄬?duì)較為固定，因此本文僅考慮自攻螺釘?shù)娜氩凵疃冗@一影響因素進(jìn)行計(jì)算分析和試驗(yàn)研究。需要說(shuō)明的是，美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于有效入槽深度的規(guī)定是從完整螺紋開(kāi)始計(jì)算。因此對(duì)于S60系統(tǒng)的釘槽槽口，ST5.5的自攻螺釘有效入槽深度等于入槽深度減去5mm(5mm為第一扣完整螺紋到自攻螺釘?shù)撞康木嚯x)[11]，自攻螺釘入槽有效深度示意圖見(jiàn)圖3。
2 S60系統(tǒng)自攻螺釘抗拉拔承載力計(jì)算
2.1 計(jì)算方法一
參考美國(guó)幕墻緊固件規(guī)范[9]計(jì)算公式，利用式(2)及式(4)計(jì)算自攻螺釘抗拉拔承載力容許值，總安全系數(shù)為2.5，并考慮了型材的補(bǔ)償厚度。因此其抗拉拔承載力許用值見(jiàn)式(5)：
式中：Ft為自攻螺釘抗拉拔承載力許用值;Re為由式(3)計(jì)算所得面積比，自攻螺釘ST5.5取0.319;Le考慮安裝誤差取實(shí)際入槽深度減5mm;鋁合金型材為6063-T6時(shí)取Fv為130MPa;牙型為寬螺距螺紋(Spaced thread)時(shí)N 取14;A為每個(gè)螺紋的剝離面積(內(nèi)螺紋)，取12.258mm2。
2.2 計(jì)算方法二
參考美國(guó)鋁合計(jì)設(shè)計(jì)手冊(cè)[10]計(jì)算公式，利用式(3)及式(4)計(jì)算自攻螺釘抗拉拔承載力容許值，總安全系數(shù)為3.0，未考慮型材的補(bǔ)償厚度。因此其抗拉拔承載力許用值見(jiàn)式(6)：
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