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设计软件存在的问题的分析介绍

时间:2026-01-23 理论教育 安安 版权反馈
【摘要】:塑料型材惯性矩计算比较复杂,一般都是通过电脑CAD软件进行计算的。至今笔者未发现电脑软件设计人员注意到这个问题。笔者发现有些电脑软件计算受荷面积时,没有注意主要受力杆件在门窗中的受荷形式,使门窗主要受力杆件风压性能过剩,设计成本偏高。

(1)塑料型材惯性矩计算比较复杂,一般都是通过电脑CAD软件进行计算的。应该指出的是:一些电脑CAD软件显示的型材X轴与Y轴型材惯性矩数据恰恰是相反的。如图2-32,60平开框和型钢图。从图形分析,60平开框和型钢X轴向惯性矩均应大于Y向惯性矩。但实际图上所标的数据,X向惯性矩却小于Y向惯性矩。由于X轴方向为风压方向惯性矩,Y轴方向为自重方向惯性矩(也是型材受压弯曲应力计算时,采用的惯性矩)。如果把两者数据弄反,采用CAD软件X轴惯性矩风压计算,则致使主要受力杆件风压计算参数偏小,须增加型钢厚度重新计算,导致门窗制作成本偏高;采用CAD软件Y轴惯性矩计算型材受压弯曲应力,则会导致受压弯曲应力计算值严重偏低,无论怎样试验都达不到焊接试验标准。

(2)门窗在使用过程中,主要依靠主要受力杆件型材和钢衬两部分共同抵抗风荷载破坏。但至今笔者所见到的门窗设计软件,仅将型钢抗弯刚度,即惯性矩与弹性模量代入公式计算,完全忽视了型材抗弯刚度,致使门窗抗风压性能过剩,成本升高。

图示

图2-32 60平开框和型钢

(3)在门窗抗风压强度计算中,依照JG/T3017-1994、JG/T3018-1994塑料门窗国家标准规定:当窗为柔性镶嵌单层玻璃时,主要受力杆件许用挠度为1/130;当窗为刚性镶嵌单层玻璃时,主要受力杆件许用挠度为1/160;当窗为柔性镶嵌双层玻璃时,主要受力杆件许用挠度为1/180。2006年1月1日开始实行的JG/T180-2005、JG/T140-2005塑料门窗国家新标准规定:当外窗采用单层、夹层玻璃时,其主要受力杆件相对挠度不应大于1/120;采用中空玻璃时,其主要受力杆件相对挠度不应大于1/180等。

有些电脑软件设计人员因为GB7106《建筑外窗抗风压性能分级及检测方法》对旧标准附录A的废止,对原变形计算指标1/130~1/180由于丧失了依据而摒弃,认为抗风压检测仿真计算值也应确定为1/300。其可能不了解P1值和P3值关系。实际上按1/300计算得到的P1是风压变形检测值,P3是定级检测值。新的《性能分级及检测方法》明确规定:P3值与工程的风荷载标准值WK相对比,应大于或等于WK。门窗主要受力杆件风荷载计算值相对应的应当是P3,而不是P1。如许用挠度按1/300,将使风荷载计算值远远小于分荷载标准值。即使原电脑软件主要受力杆件单层玻璃许用挠度按1/130计算,也应按依照塑料门窗“新标准”,改为1/120为宜。

(4)建筑标准荷载计算时所取的形状系数,即与建筑物体形、尺度及风向有关的系数,指在自然风在建筑物表面上所引起的实际压力(或吸力)与来风速度压的比值,描述的是建筑物表面在稳定风压作用下的静态压力分布规律。建筑外表形状不同,对来风形成反作用力亦不同。自然风是没有固定风向的。对于建筑外墙与门窗而言,既可能承受正压作用,也可能承受负压作用。即使来风作用于一个方向,建筑一面墙与门窗承受正压,对面墙与门窗即承受负压。一般取两者最大值,即负压值。转角窗在负压状态时为凹面受力,转角部位拼接杆件与其他杆件相比,承受的外作用力远大于其他杆件,故形状系数取值较高。当门窗外表面受到负压时,封闭式建筑内表面有一个方向相同的负压(对门窗而言为负压,对室内空间而言,称之为正压),与其相叠加。《建筑结构荷载规范》GB0009-2001规定:对于建筑外墙面,取-1.0,外墙角边取-1.8,封闭式建筑内表面取-0.2。标准风荷载计算时应以外表面负风压系数加上内墙表面负压系数。墙面外门窗标准风荷载计算体型系数以-1.2为准,墙角外门窗转角杆件标准荷载的体型系数以-2.0为准,比较适宜。

还应强调:背向来风施加给转角外窗两则玻璃荷载,主要集中传递给转角杆件,对其他杆件影响不大。因此转角窗其余主要受力杆件风荷载的计算,仍以墙面门窗体形系数计算的标准荷载为准。至今笔者未发现电脑软件设计人员注意到这个问题。

(5)建筑外窗在风荷载作用下,受与外窗平面垂直横向水平力。外窗框料间构成受荷单元,可视为四边铰接的简支板。在每个受荷单元的四角各作一个45°斜线,使其与平行于长边的中线相交。这些线把受荷载单元分成四块,每块面积所承受的风荷载传递给相邻的杆件。每个杆件可近似地简化为简支板呈矩形、梯形或三角形的均布荷载,以及杆件垮中或任意点的集中荷载与杆件在悬臂梁上承受的均布矩形荷载。均布荷载完全作用在主要受力杆件上,而集中荷载只有一端作用在主要受力杆件上,另一端作用在窗框上。当主要受力杆件承受均布荷载,还承受集中荷载时,总荷载面积可分为均布荷载面积与集中荷载面积。由于受荷类型不同,两者不能相加,应分别对应受荷类型选取相应计算公式,计算其挠度、单位荷载或许用惯性矩。

应该指出:计算平开窗与推拉窗中竖扇荷载,外平开窗与内平开窗在受正风压或受负风压时,其受力杆件受荷状态是截然不同的。外平开窗受正风压或内平开窗受负压时,风荷载由中竖扇型材与框中竖挺型材共同承担,其抗风压能力较强,无需计算。外平开窗受负风压或内平开窗受正压时,传递给平开窗中竖扇型材只是其本身所在扇面积的均布荷载。推拉窗在正负风压作用下,两个竖扇相互搭接,当发生变形时,变形量基本一致,各自承受本身面积所传递的荷载。因此均应以一个扇受荷面积为基准。当两个扇宽度不一致时,应以宽度较宽的扇受荷面积为基准。

笔者发现有些电脑软件计算受荷面积时,没有注意主要受力杆件在门窗中的受荷形式,使门窗主要受力杆件风压性能过剩,设计成本偏高。

一般软件提供方法按下列程序计算:

①双梯形产生梯形均部荷载挠度;

②三三角形产生三角形均部荷载挠度;(https://www.xing528.com)

③CD、EF、GH产生局部荷载挠度;

④双梯形、三三角形、集中与任意点荷载挠度之和即为主要受力杆件总挠度。

梯形荷载与三角形荷载面积分别小于矩形荷载面积,横挺均布荷载分别以梯形荷载与三角形荷载公式计算,两个荷载计算值分别比矩形荷载值大得多,将其和作为均布荷载值,显然不符合横挺实际受荷状态。实际上既承受均布荷载又承受集中荷载杆件,例如带上亮推拉窗或平开窗中横挺上部为梯形,下部为双三角形,其均布荷载应以三者面积之和带入矩形挠度公式计算,即:

①双梯形和三三角形产生的矩形均布荷载挠度;

②集中力CD、EF、GH产生的局部荷载挠度;

③均布荷载和局部荷载挠度之和即为主要受力杆件承受的挠度。

为了统一解决梁承受集中荷载时的各种情况,包括对称荷载,避免集中荷载作用于任意点时挠度公式的复杂性、不好记忆性,L1与L2的不易分辨性,可采用梁承受任意点集中荷载时的中点挠度公式计算。具体推导过程详见《塑料异型材》2006年第五期姚春贵先生撰写的《纠错与建议》一文。

(6)型钢是增强塑料门窗强度重要杆件。一些电脑设计软件设计的型钢一律以比型材短边短10mm为基准,型钢长度比不同种类型材型钢腔短边长度短达33~50mm左右。应引起有关塑料门窗软件设计人员的重视。具体内容详见本章第六节,本节不再赘述。

(7)有些软件设计人员采用弯矩方程计算受力杆件最大挠度时,为简便计算,采取先将风载荷WK提出,采取等效套用静矩方法,先计算出最大静矩,再换算为最大弯矩。绕曲线在不同截面段变化规律不同,即曲线受连接段倾角和Y坐标的制约,曲线是分段延续的。绕曲线公式不能直接由某一区间断面的弯矩方程求解。仅依据受力简支梁某一断面的弯矩不能求出该断面区间挠度方程。推导绕曲线方程时,如果荷载分布不对称,所求得区间方程(一般为中间段)不能以终点的边界条件导出方程常数,必须逐段推导至终点,然后筛选出所需要的最大挠度所在段方程的积分常数。虽然计算是烦琐的,但截至目前还没有发现简化的途径。因此无论采用弯矩还是静矩,所得挠度方程结论都是不正确的。这种所谓的简化弯矩计算软件流入社会,后果是显而易见的。

(8)随着塑料门窗在全国普遍推广应用,塑料门窗窗型呈多样化。一些电脑软件提供的窗型和型钢断面类型偏少,如图2-33仅有以下几种窗型和型钢,显然不能满足现代建筑工程门窗窗型设计的要求。

(9)型材优化不具可操作性。型材优化下料是门窗设计软件一个十分重要的功能。一些电脑设计软件优化下料,将一根型材优化为多个窗型杆件,型材下料要不断改变型材下料尺寸,并作出标记,严重影响工作效率。正确下料方法是,一根型材可按一种窗型框扇尺寸下料,仅将尾部型材留下来,根据尺寸长短,移作其他窗型使用。应该指出的是,不同型材尾料长短应根据最小窗型而定。

图示

图2-33 电脑软件提供的窗型和型钢

(10)一些电脑软件设计人员不熟悉风压计算方面的知识,仅靠图解硬搬标准中一些计算公式。当标准印刷错误,公式参数出现偏差时,不能及时发现,以讹传讹,也会误导门窗设计人员。新颁发的JG/T180-2005与JG/T140-2005说明号《未增塑聚氯乙烯(PVC-U)塑料门窗标准》附录D建筑外窗抗风压强度、挠度计算方法中表D.2承受梯形荷载简支梁的挠度计算公式:当K值=0.1时计算公式应为QL3/70.2EI,实际印刷为QL3/76.8EI,结果将公式中常数70.2误为76.8;集中荷载作用于任意点时挠度按fmax={(P×L1×L2×(L+L2)[3×L1×(L+L2)]1/2}/(27×EIL),实际印刷为按fmax={(P×L1×L2×(L+L2)[3×L1×(L+L2)]1/3}/(27×E×I×L),结果将公式中的二次开方误为三次开方。

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