铝合金四角锥形隐框玻璃采光顶的构造与设计

1、铝合金四角锥形隐框玻璃采光顶的构造与设计摘 要 玻璃采光顶又称玻璃屋顶， 主耍用干房屋采光，其品种规格不尽相同，目前其 功能也在不断增加 . 以四角锥形采光顶为对象， 介绍铝合金隐框玻璃采光顶的构造。 设计条件 选择及设计方法。关键词 铝合金 采光顶 结构 设计方法铝合金挤压型材隐框玻璃采光顶 (以下简称采光顶 ) 是伴随着铝合金挤压型材用于建筑门 窗而产生的，成为集建筑艺术、建筑技术、建筑功能为一休的新型建筑形式。本文以哈尔滨 市某建筑工程施工制造的四角锥形采光顶为例，介绍采光顶的构造与设计方法。1、采光顶的构造与要求采光顶的构造要具备以下要求 :(1) 采光顶坡面设计角度要适宜， 保证排水

2、顺畅， 内侧结露冷凝水不滴落而是沿玻璃顺流 汇集排泄。选择带有集水槽的铝合金杆件，汇集冷凝水到集水槽中排出。(2) 采用防水密封胶， 胶缝底部填以与密封胶相容的垫杆或胶带， 避免因密封胶三面粘接 导致变形时密封胶撕裂。(3) ) 锥形采光顶锥顶主受力杆件间不能直接联接，要设有专用铰接的联接件，形成锥顶 铰接的锥件。(4) 杆件长度大于10m时，要设有伸缩缝。(5) 选择采用能保证安全的玻璃。(6) 以最不利作用情况来选择材料，确定构造方案，保证其稳定性和牢固性。2、采光顶的设计与计算根据建筑物和用户的要求，要选定的设计条件为 :(1)为满足用户要求，我们专为此项工程设计和生产了满足其工程要求的

3、铝合金型材其 截面如图I所示，型材特性值列于表1表1铝合金型材特性值杆件.合金及状态評俐)杆6O63T5橫开6063T5强度设计ta； MR184294.2职而枳anJ53R.2即性扯巌系散L051.05抵抗絶/cm'48Mn选用美国产SSG-4000硅酮结构胶和scs-2000耐候胶。(3)夹层玻璃（4）采光顶设计为四角锥形，其构造与分格见图2、3。单锥边长3m,坡面与水平夹角a =30 度（根据经验18度-30度为宜），脊部杆件投影长度L=4.234低典型最大分格尺寸H*B=0.75m*0.9m,计算得到脊部杆件与水平夹角9 =22.12度，拱高？=0.866m,建筑高度为20m抗

4、震7度设防结点2结点I2图2 采光顶结构简图纺点1图3结点图2-1冋荷载的讦尊与设计% = & * 5 * S* IVO工弋中：IVK正席功麗F职俏*尸亦B 阵风巩压乗数* 2.25;L/s巩荷載体型系数* i.5;N磁筑物轟度.20 m;%推本凤JlUif 450 Pa.卡F冲彳号至U】27.6 Pa.该建篁物地竝雪压髙（& 区.积爭乂 徃大凤换发期.用鞍寒数孑钮収 U4. M荷鞍设 yj-fg : IV W_ yw, PT = 1 427一召技 1 .4= I 999 Pa_ 2.2 笹荷载的计算与逢计雷荷栽的设计偵：成卜：圧比=工/亠臥溢st書荷蔽标准債，P«X

5、o毎辛箸压値 400“ur 屋面积雪分布系数，1.25; 为承载系数.K4;i+算$导到再= 70。Pa.2-3 来光顶杆件弓虽庚计算采光顶最不利受力杆件按压弯杆件计 算，强度稳定性的正应力应满足：AMWr842 MPa式中:N为杆件截面轴力，N=-邻血BT/8血2d为水平代梁计算剪力，郃=¥(1 -8甸-25几q为脊部杆件均布荷载(由面荷载计算出),+ lV)/cosa + Sx 1.5x0,707x2;L脊部杆件投影长度，4.234 m;0脊部杆件与水平设计夹角，22©12： 计算:q = l(L2 乂 400+1 999)/cos30& + 700 x L5

6、x 0.707 x 2 = 75.56N/cm; QS = 7S56424 -(l-8xOt25j)=4 007.5 N;H为沿口推力.H =MjJ 为沿口弯矩，A/2= -；/=0.866 m.计算得到 H二9 817*5 N.M为杆件截面弯矩=- fH、隔为水平代梁弯矩，应=4(3-8x0-25>753： 424审 °十 025X708 495 N cm;W 杆件截面抵抗矩.482cm3; r型材塑性发展系数105;计算:N=-4 007 dsin0 - 9 8】7JcosP =10 604 N;M = 7°8 495-fX86*6X98l7-5 =283 419

7、 N cm;10 60428341948.2xf.05=62.93 MPa <153384.20 MPa.强度满足要求*2.4采光项连接设计与计算本采光顶连接主要是受力杆件与主体的连接。连接方式与支点受力如图4所示。设计使用2个M16螺栓与8m准冈板制做的联接件将铝合金杆件夹持联接起来。铝合金杆件孔壁是薄 弱部分，螺栓受剪切，杆件与连接受压，支点反力q为脊杆件均布荷载，为 75.56N/cm； L=424.3cm。图4支点受力分折件孔壁是薄弱部分，螺栓受剪切杆件与连接 受压支点反力F严普,g为诗杆件均布 荷载，为 75.56 N/cm; L=4243on.计算褂到人=8015N 水平地農

8、作用力P£ = 弘殊为动力增大系数* 3;仏为地 簾垂数影响最大值J度抗震设计值«_ = 0.08; 采光顶Si 400 N/m计算得到Ff = 96 N.(1)剪力时台三阿匚廉W出 式中：N 连接点剪力之和，N;N、连接点水平方向剪力” N、= H十Pf = 9817 十 96 = 9913N;N.竝点垂助向剪力屮产F = 8 0l5 N,计算得到=12 750 M螺栓受剪能力國戶耳芋4“式中：坷剪面数值，2;必螺栓净直径* 13.8 mm;t螺栓许用剪力,nSN/mm1; 计算得到=37 374N>.抗剪切能力满足要求°(2)连接螺栓部位杆件与联接件钢壁

9、承 压荷载能力的计算Mb =吃诚式中：(JVcl聲铝材受压部位承载力；d螺栓孔直径、16.5 mm;t构件壁厚* 2 2x 3.5mm;kc构件抗压许用应力订畦=84,2 N;计算得到旳窗=18 861 NaN,铝材强度可以满足要求.比较钢材垢铝 型材的性能可知JV$b是可以满足其强度要 求的.2J选择玻璃玻璃厚度按下式计算：AJ 4 + 2 W 畀 乂 /(15<-2式中：PFa =(G + FV) + -;並COSOC%作用在玻璃面上荷载的总和，Pa; A最大玻璃面积，0.75 mxO.90 m; G玻璃重力.400N/m1;% 玻璃强度调整系数.1.6.计算得到t=4.1 mm。采

10、用厚度为5mm勺夹层玻璃可以满足要求.2.6结构胶缝的选择计算采光顶采用结构性玻璃装配方法，要进行胶缝设计计算，比较计算出的各种效应所需胶缝的宽度，选用最大值.但胶缝宽度不能小于6 mm厚度应为胶缝宽度的0.51倍，最小也 不得小于6 mm胶缝最大一般不超过12 mm该采光顶粘接胶缝宽度选择为12 mm高度值T 选择为6 mm，满足要求。计算方法如下玻璃胶缝的计算11)风荷载效应胶缝宽度的计算o _ 0.5 x S x Vkjff.试屮玻璃短边民度* 0.75 m;W1x1压设计價、1 999 Pa :亍十笄得到= 5.43 mm.(2)臼亟效应胶缝宽度HJmm)的计箕(25 600 P

11、9;+0.75 S)sinarfx 6.9x 10-3式屮讣玻璃休积.0.75 mmx0.9 mmx0,005 mm;S附着1玻碉上的雪荷载，400 Pax 12J5；d最天玻璃块的周长.3 300 mm;一坡面与水平夹甬.3(r；计算得列 B尸iO,l3 mm.(3)温度效应作用尸月8场2)兀式中：T,结构胶粘结琢度，L温差效应结拘胶变位承受能芳工)1阳细尸厂铝型材线胀東效一，a. = 23.5 x IO 6; 玻璃线胀系数，10 x 10 *； 玻璃框格 长边尺寸,900 min; 夏乎室外屋高计算温度、40匸； 冬爭皇外星低淤度* -35 C； 铝型材吸收系数，0.75;玻璃吸收系致.0

12、.16,太阳辐射強度* JSQO W/m2;%换算系散，19 W/(m2 -K3*釆用SSG-4OOO硅他结枸胶*温差效应 结构胶变位承愛能力为0.56S;计算彳事到 巧=2.67 iiuii;5-34 mm_迓中：7；£4)地J5E裁应作用胶健鹿摩 8j(inm)的计算 足 2)T*-结构胶粘络厚度.丁 .设计角度壹位值 x玻璃高度“地羅作用下绪构胶变位承受聞5设计角度变位備玻璃高度 900 mm; 地履作用下结构胶並位承受餡力Og 壬卜其得主!J 4PH3 mm;9.66 mm.2.7采光顶防雷击设计将脊杆空腹中设40 mm x 4 mm扁钢与每根杆件联接，再与屋顶避雷设施联网以

13、达到避雷 的作用。3 结束语(1)玻璃采光顶要想真正做到多功能的要求难度很大，单凭经验，不但盲目危险，还会造成浪费，因此采光顶的制造必须进行结构设计和计算.(2)要满足不同规格、造型采光顶结构及使用功能的要求，就需要有很多种与之相配套可 供选择的不同断面几何尺寸的型材，但膜却不产生影响，得到一种多孔且导电的氧化膜，其 结构见图1(b)。在膜孔内的金属离子很容易电沉积结晶，并沿膜孔向外表面生长。若采用高 整平性能的电镀液，贝U镀层金属从膜孔中生长出表面后能与从相邻膜孔生长出的镀层金属相 连，进一步电镀便可获得光亮镀层。见图1(c) o何1阳棣氯化膜示意图雄体铝；2- PE1H层；3多孔层；4“儀

14、层2工艺流程试样装挂-除油-水洗-碱蚀-水洗-出光-水洗-二次水洗-阳极氧化-水洗-二次水洗-电镀-水洗-吹干-卸挂。上述流程的除油，诚蚀、出光工序可沿用传统的铝阳极氧化前处理工艺.水洗可用自来水, 但二次水洗必须用去离子水或蒸馏水。3阳极氧化阳极氧化条件如下：HjPO* (98%人 200 250 g/L;HJSO4 (98%),80-100g/L;SB 络合剂，1 2 g/L; 温度，25 35乜； 阴极，不锈钢或铅板； 阳极，铝件； 时间，10 15min;搅拌，空气搅拌； 电流密度，0.8 - L5A/dm电压约 20 30V.阳极氧化以HfO*为圭*这样的氧化膜 孔直径大有利于络合剂SB在膜孔内的移 动能够增加溶液电廿率降低巒电压.4结论在磷酸一硫酸溶液中加人络合剂 sB,使铝或铝合金在阳极氧化过程中得到多孔性的微孔 导电氧化膜，可在该膜上直接进行电镀一但要求电镀液为中性或弱酸性溶液，否则会破坏氧 化膜;且溶液温度不能高于70C，以防氧化膜发生水化封闭。阳极氧化10 min以上，否则氧化膜过薄，失去镶嵌作用；时间过长，氧化膜加厚，后续镀