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，保证排水顺畅，内侧结露冷凝水不滴

2、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铝合金型材.其 截面如图I所示，型材特性值列

3、于表1有杆件斜杆件nnnO tLJ)横杼仲图1型材微面图表1铝合金型材特性值杆件.合金及状态惧斜)杆6O63T5摘杆6063T5强度设计值/MPa84JS4.2假胤积onJ53R.2军性发展系数131.05抵抗矩/cm*眼。n 选用美国产SSG-4000硅酮结才胶和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抗震7

4、度设防。SS点2 绪点8图2 果光质结构简图结点1图3结点图2-1 风荷凝的计算与设计正谒丁功能风压帕：%二6 S * IVO式中：IVK正带功能 下丸店做* Pit；B 昨风风压系数* 2.25;5风荷载体型系数.1安%风压指度系敷, 口工=07】丸喘-）已N趣筑枷海度.20 m;W。茎本风JKf赶“ 450 Pa.击卜算彳迁至U 427.6 Pa.费建茨：物地处里压高（& 区,积：右乂 在大风频发期.承转系数加收1.4*风,荷载设 计f直二 IV-卬I - yw, PT = 1 42工6x 1.4= I 999 Pa. 2.2 结荷载的计算与设计外荷载的设计值;式中：& =

5、 S&St西荷栽标唯值，Ph;Xo基本安比值 400冷；Ur 层面积外分布不蚁，1.25;人承较系数.K4;计算得到$ = 7U0 Pa.2.3采光顶杆伴弓虽度计舞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：式中:N为杆件截面轴力,加=一。后sin8 T/842d为水平代梁计算剪力，施=华。-8X025F;q为脊部杆件均布荷载(由面荷载计算 出),g=(G + W)/cosoc + Sn 1.5x0.707x2;L脊部杆件投影长度，4.234 m;0背部杆件与水平设计夹角，22。12；计算：q = (L2 X 400+1 999)/cos300 +700 x L5

6、x 0,707 x 2 - 75.56N/cm;QS = 7S56424 -(l-8xOt25j)=4 007.5 N;M?H为沿口推力.H=守；JMg为沿口弯矩，*;f=0.866 m 1 0计算得到 H = 9 817.5 N.M为杆件截面弯矩,M = A1§- y f，H, 怵为水平代梁弯矩，临=彝(3-8x0.25)t75尹；4243。一 g 乂。功交通 495 N cm;*tOW 杆件戳面抵抗矩.482cm3;r型材塑性发展系数.L05;计算:N=-4 007,5血8-9817.5cosg =10 604 N;M = 708 495-gx 86.6 x9 817,5 =22

7、83 419 N cm;1060428341948.2x1.05=62.93 MPa <84.20 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M16S栓与8m嘴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。件孔壁是薄弱部分，螺栓受剪切.杆件与旌接受压,支点反力冗9为脊杆件均布 4荷载，为 75.56 N/cm; L-424.3cm.计算得到广厂8015N .水平地震作用力Pe

8、= 瓦 otx，G,跳为动力增大系数，3;为地 震系数影响最大值，7度抗震设计值傀a = 0.08; 采光顶重400 N/m)计算得到产e = 96N.(1)剪力式中：N百一连接点剪力之和，N;M连接点水平方向剪力，乂 =日+岸 =9 817+96=9 913 N;M凝点垂直方向剪力.N尸F = 8O15 N.计算得到N介=12 750 N.螺拴受剪能力N； = Nj苧式中：M剪面数值，2;d。螺栓净直径，13.8 mm;t螺栓许用剪力，125N/mn?;计算得到峙=37374N>N外抗剪切能力满足要求.(2)连接螺栓部位杆件与联接件钢壁承 压荷载能力的计算M】期=立(出式中;(牺铝材受

9、压部位承载力；d"螺栓孔直径，16.5 mm;t构件壁厚，2 乂 2x35mm;kc构件抗压许用应力，设=842 N;计算得到力阳=18 861 NNE铝材强度可以满足要求.比较钢材与铝 型材的性能可知股'是可以满足其强度要 求的.X5选择玻璃玻璃厚度按下式计算：9.4 + 2% F川卬-2式中：印轼=(G + %) +3一;COSOC明一作用在玻璃面上荷载的总和. Pa;A最大玻璃面积，0.75 mx0,90 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。采用厚度为5mmi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

10、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厚度应为月$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。计算方法如下酸璃胶缝的”算Bl。)风荷载效应股维宽度(mm)的计算138玻璃短池长度. 0.75 m;风压设计值，I 999 Pa ;寸十算得到=5.43 mm.(2)臼重效应胶继宽度B式mm)的计算(25 600 尸+ 0.75 Hsinot中玻璃体枳.0.75 mmx0.9 mmx0,005 mm;色附着玻璃上的雪荷载.400

11、 Pax 125；d最大玻璃块的冏长.3300mm:j坡面与水平夹角.3(r；计算得到% 23 mm.(3)眼度效应作用产用斗h(1 2)工式中：Ty结构胶粘结厚度,温装效应结构腔变位承空能力(小.一£皿0 +勺.)Be铝型材线联赛数一，以一23.5* IO 6; 玻稿缓胀系数，10 x 10-*； 破徜框格区边尺寸，900 mm;夏季室外最高计算温度”40。冬季室外最低淞皮.-35铝型材吸收系数，0.75;玻璃吸收系数.0.16, 太阳辐射弓量度. JSOQ W/m2;拱算系数，19W/(m2K).采用S5G-4OOO硅函结构股.温差效应 结构腔变位承受能力为0.568； 计茸才寻

12、到 7 = 2.67 iiuii; B；,n 5_34 mm.4)地度效应作用股罐宽度国(mm)的计IffB*w(l 2T*式中二7；结构胶粘结厚度.设计角度变位值*玻般两度_ 地楼作用F结构腔变位承至健力设计角度娈位侑】/190,玻璃高度900 mm： 地震作用 F结构股变位承受能力0.98.j十算得至！J T = 4X3mm;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钢与每根杆件联接，再与屋顶避雷设施联网以达到避雷 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

13、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I(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，则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)。图1阳极航化腹示意图卜 选体砧；2阳层；3多孔层；4-陡层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

14、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储水。3阳极氧化阳极氧化条件如下：(98%), 200 250 g/L;(93%), 80-100 g/L;SB 络合剂，1 2 g/L;温度.25 35匕；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.0.8L5A/dm电压约20 30V.阳极氧化以HFO4为主,这样的氧化膜 孔直径大，有利于络合剂SB在膜孔内的移 动能够增加溶液电导率,降低槽电压.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，后续镀层金属