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Dipl.-Ing. (FH) Ulrich Lex
2017-01-04

Modellazione di vetri vincolati puntualmente 1

La trasparenza del materiale di vetro non dovrebbe mancare in nessun edificio. Oltre alle tipiche aree di applicazione come le finestre, questo materiale da costruzione è sempre più utilizzato per facciate, pensiline o anche come controvento di scale. Naturalmente, gli architetti spesso stabiliscono uno standard di trasparenza molto elevato sull'ancoraggio dei vetri. Ciò richiede speciali sistemi di fissaggio per il vetro in grado di accoppiare le lastre di vetro

Sfondo di progettazione

Oltre alle omologazioni tecniche generali dei singoli produttori, la verifica dei raccordi con appoggio puntuale è regolata nella DIN 18008 [1]. Questa norma tedesca specifica due modi diversi:

  • Allegato B – Verifica/validazione di modelli agli elementi finiti
  • Allegato C – Metodo semplificato

Oltre alle varie opzioni di verifica, ci sono disposizioni costruttive, in particolare per i raccordi delle piastre, che specificano la disposizione geometrica su una lastra di vetro o la formazione nell'area del bordo.

Dati iniziali utilizzati per l'analisi

Vetro di sicurezza stratificato in vetro float rinforzato termicamente 2 x 8 mm
Fissaggio puntuale PH 793 by Glassline GmbH (omologazione Z-70.2-99 [3] ), testa cilindrica Ø 52 mm, foratura Ø 25 mm
Carico di progetto qd = 4,5 kN/m²

Sistema con dimensioni
Sistema con dimensioni

Modellazione in RFEM secondo il metodo semplificato

Nel caso della verifica di una lastra di vetro secondo il metodo semplificato descritto nella DIN 18008, Appendice C [1], la lastra può essere analizzata senza i fori. I raccordi in vetro esistenti sono rappresentati da molle. La rigidezza della molla esistente è specificata nell'approvazione tecnica. Nel nostro esempio, dà il seguente risultato:

CZ,max = 1/24,372 + 1/3,015 = 2,683 N/mm
CZ,min = 1/15,386 + 1/1,592 = 1,443 N/mm
CZ,sel = 2.000 N/mm
CV;x,y = 344 N/mm

I seguenti valori dei risultati sono calcolati sulla base dei parametri menzionati.

Reazioni all'assistenza - Risultati locali
Reazioni all'assistenza - Risultati locali
Sottolinea - Risultati locali
Sottolinea - Risultati locali

Tutti i rapporti di tensione rilevanti possono ora essere calcolati utilizzando le formule e i parametri forniti dalla DIN 18008, Appendice C [1].

Componente di tensione FZ :

σFz  =  bFzd² · tref2ti2 · FZ · δZ = 15,825² · 10282 · 1.964 · 0,5 = 38,8 N/mm²
Formula 1

Componente di tensione Fres :

Fres = Fx2  Fy2 = 11²  4² = 12 NσF,res = bF,resd² · trefti · Fres · δF,res = 3,9225² · 108 · 12 · 0,5 = 0,1 N/mm²
Formula 2

Componente di tensione Mres :
A causa del vincolo esterno incernierato attorno agli assi x, y e z, non c'è momento aggiuntivo Mres.

Concentrazione delle tensioni nell'area del foro di perforazione:
σg = σg (3d) ∙ δg ∙ k = 9,6 ∙ 8/10,8 ∙ 1,6 = 11,4 N/mm²

Il valore della tensione di progetto determinante nell'area di adattamento risulta quindi dalla somma dei singoli componenti.
Ed = 38,8 + 0,1 + 11,4 = 50,3 N/mm²

Come passaggio finale, è necessario considerare il momento nella campata. In questo caso, il momento deve essere determinato su un sistema definito staticamente.

Spannungsanalyse im Feldbereich
Spannungsanalyse im Feldbereich

La tensione determinante nell'area della campata è Ed = 16,5 N/mm².

La tensione ammissibile per il vetro stratificato di sicurezza è calcolata come:

 mathrmR mathrmd = 1.1  cdot  frac mathrmf mathrmk, mathrmTVG mathrm gamma mathrmM = 1.1  cdot  frac701.5 = 51.3  mathrmN/ mathrmmm²
Formula 3
Quindi, dà il risultato del rapporto di progetto totale del vetro η = 0,98.

Oltre all'analisi generale delle tensioni eseguita qui, è possibile eseguire ulteriori verifiche per le dimensioni esatte della lastra di vetro. Per questo, puoi seguire la norma.

Conclusione

L'appendice C della norma tedesca DIN 18008 fornisce strumenti molto semplici per la progettazione di raccordi in vetro supportati da punti. Utilizzando i valori della tabella, è possibile stimare molto rapidamente il comportamento strutturale della lastra di vetro e determinare il rapporto di progetto. Un'altra opzione è specificata nell'Appendice B della norma. Questo metodo di progettazione basato su un modello agli elementi finiti sarà spiegato nella parte successiva di questo articolo.

Riferimenti

[1] DIN 18008-3. (2013). Vetro nell'edilizia - Regole di progettazione e costruzione - Parte 3: Vetrate puntuali, DIN 18008-3:2013-07.
[2] Weller, B., Engelmann, M., Nicklisch, F., & Weimar, T. Glasbau-Praxis: Konstruktion und Bemessung Band 2: Beispiele nach DIN 18008 , (3a ndr). Berlino: Beut.
[3] DIBt. (2014). Benestare tecnico generale Z-70.2-99. Berlino, 4 settembre.
Autore

Il signor Lex è responsabile dello sviluppo di prodotti per strutture in vetro e della garanzia della qualità del programma RFEM. Fornisce anche supporto tecnico per i nostri clienti.

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Immissione della struttura del livello
Sono disponibili diversi tipi di vetro e strutture a strati per le strutture in vetro utilizzate per scopi diversi. Im klassischen Fall sind diese: Floatglas, TVG (Teilvorgespanntes Glas) und ESG (Einscheibensicherheitsglas).
Struttura
La percentuale di vetro utilizzata durante la pianificazione di un edificio è in aumento. Edifici aperti e pieni di luce rappresentano l'arte moderna dell'architettura. Tuttavia, gli ingegneri specializzati devono affrontare nuove sfide durante la pianificazione. Uno di questi esempi sono le facciate in vetro alte fino al soffitto caricate da un corrimano. L'influenza di questo carico, così come il calcolo della deformazione, sono mostrati in questo articolo.
Sistema della struttura
Il caricamento delle lastre di vetrocamera a causa degli effetti climatici è chiaramente regolato nella DIN 18008. Diese Art der Belastung kann bei entsprechender Scheibengeometrie auch maßgebend für die Bemessung im Zustand der Tragfähigkeit werden. Eine FE-Bemessung am Gesamtsystem mit Abbildung des SZR als Gasvolumen liefert exakte Ergebnisse zur Analyse. Im Gegenzug gewinnt jedoch auch eine stichpunktartige Plausibilitätskontrolle immer mehr an Bedeutung. Nachfolgend werden verschiedene Optionen aufgezeigt, wie diese Kontrollen durchgeführt werden können.
Diskretisierung im Bohrlochbereich
Come accennato nella parte 1, secondo l'attuale norma DIN 18008-3, nella costruzione di vetro è consentito rappresentare punti di vincolo per componenti in vetro mediante FEM al fine di progettare lo stato limite ultimo adeguato. Le regole sono descritte nell'Appendice B della norma [1].
Screenshot
Caratteristiche del prodotto
Detaileinstellungen für Spannungen

Nel caso del calcolo globale, la rigidezza calcolata sulla base di una composizione selezionata e di una geometria di vetro, viene assegnata ad ogni superficie. Il calcolo procede quindi utilizzando la teoria della piastra. È possibile scegliere se si vuole considerare dei collegamenti a taglio di strati o no.

Se si seleziona il calcolo locale, è possibile specificare ulteriormente calcoli in 2D o in 3D. Il calcolo bidimensionale significa che il vetro monostrato o stratificato è modellato come una superficie, il cui spessore è calcolato sulla base della struttura selezionata e della geometria del vetro (utilizzando la teoria delle lastre). Come per il calcolo globale, si possono considerare o meno collegamenti a taglio degli strati.

Durante il calcolo 3D, i solidi sono utilizzati nel modello che sostituisce ogni strato della composizione. In questo modo, i risultati sono più accurati, ma il calcolo potrebbe richiedere più tempo.

È possibile modellare vetro isolante solo quando viene selezionato il calcolo locale. Lo strato di gas è sempre modellato come un elemento solido, quindi è necessario progettare singole parti di vetro isolante indipendentemente dalla struttura circostante. La legge dei gas ideali (equazione termica dello stato dei gas ideali) è considerata per il calcolo e l'analisi del terzo ordine.

1.1 Dati generali

Nel modulo aggiuntivo, selezionare le superfici da progettare (ad esempio, utilizzando la funzione Seleziona). La geometria della lastra di vetro, così come i carichi, è importata dal modello RFEM.

Quindi, è necessario decidere se il calcolo deve essere eseguito senza l'influenza della struttura circostante (calcolo locale) o tenendo conto di questa influenza (calcolo globale). Se si seleziona il calcolo locale, ogni superficie selezionata per il progetto viene staccata dal modello e calcolata separatamente.

Il calcolo globale considera l'intera struttura, comprese le lastre di vetro inserite. Tutti i dati sulla composizione del vetro e le proprietà del vetro dei singoli strati devono essere definiti nelle finestre di input di RF-GLASS. È possibile selezionare strati di tipo vetro, lamina e gas. Il materiale desiderato può essere importato direttamente dalla libreria, che contiene un gran numero di materiali.

Tutti i parametri dei singoli strati, compresi i loro spessori, sono modificabili. Inoltre, è possibile creare una serie di composizioni in RF-GLASS, che consentono di progettare diversi tipi di vetro insieme.

Per le vetrate isolanti, è possibile considerare i carichi esterni e i carichi dovuti alla temperatura, alla pressione atmosferica e alle variazioni di altitudine per l'analisi. Il modulo calcola automaticamente questi carichi sulla base dei parametri del carico climatico. Se si seleziona il tipo di calcolo locale, è necessario definire i vincoli esterni delle linee, i vincoli esterni dei nodi e le aste al contorno delle superfici in RF-GLASS. Questi vincoli esterni e aste sono considerati solo in RF-GLASS e non hanno alcuna influenza sul modello creato in RFEM.

Risultati nel grafico di RFEM - Tensioni

Dopo il calcolo, i risultati vengono visualizzati in finestre di risultati chiaramente organizzate. In questo modo, si può facilmente trovare il massimo rapporto tensionale. Anche il diagramma secondo la composizione degli spessori viene riportato nelle finestre.

Inoltre, RF-GLASS visualizza un elenco delle parti e, per il vetro isolante, la pressione del gas. Nel modello RFEM è possibile visualizzare i risultati con grafici.

Sia le tabelle di input che le tabelle dei risultati di RF-GLASS, compresi i grafici, possono essere aggiunte alla relazione di calcolo di RFEM. Inoltre, è possibile esportare tutte le tabelle in MS Excel.

Modulo aggiuntivo RF-GLASS per RFEM | Analisi e progettazione di superfici vetrate
  • Progettazione di vetri monostrato o stratificati e vetri isolanti a strato di gas
  • progetto di vetri curvi
  • Opzione per selezionare il calcolo locale senza considerare l'influenza di una struttura circostante o il calcolo globale rispetto all'influenza di un'intera struttura
  • Calcolo delle tensioni limite secondo DIN 18008:2010-12 o TRLV:2006-08
  • Assegnazione dei carichi alle classi di durata del carico
  • Ampia libreria di materiali che include tutti i comuni tipi di vetro, lamine e gas in conformità con le norme DIN 18008:2010-12, E DIN EN 13474 e la normativa TRLV:2006-08
  • Considerazione facoltativa dell'accoppiamento a taglio degli strati
  • Considerazione dei carichi climatici
  • Calcolo secondo l'analisi statica lineare o analisi non lineare secondo l'analisi a grandi spostamenti. analisi
  • Analisi delle tensioni, verifica allo stato limite ultimo, verifica allo stato limite di esercizio
  • Rappresentazione grafica di tutti i risultati in RFEM
  • Possibilità di filtrare i risultati e le scale di colori nelle tabelle dei risultati
  • Esportazione diretta dei dati in MS Excel o OpenOffice.org Calc
Domande frequenti (FAQ)
Ci sono programmi o moduli aggiuntivi sviluppati appositamente per le strutture in vetro?
Quando si calcola una lastra di vetro con RFEM, non vengono visualizzate le tensioni. Liegt ein Fehler vor?
Perché la creazione guidata di carichi di aste da carichi superficiali" produce carichi puntuali non necessari?
Voglio creare una mesh mappata per una piastra forata circolare. È possibile generare una mesh di questo tipo in RFEM?
È possibile progettare una lastra di vetro sferica in RF‑GLASS?
È possibile analizzare le lastre di vetro isolante senza carico climatico a scopo di verifica?
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