金属幕墙中铝塑复合板折边受力分析

发布时间：2026-09-14

1、前言

金属幕墙是继玻璃幕墙之后而发展起来的又一种新型幕墙结构，金属幕墙经常与玻璃幕墙同时使用于同一建筑物上。通常建筑物的透光部分用玻璃幕墙，不透光部分采用金属幕墙。由于金属板材(铝塑复合板、铝单板、蜂窝铝板、夹芯保温铝板等)的优良的加工性能，色彩的多样及良好的安全性，能完全适应各种复杂造型的设计，可以任意增加凹进和凸出的线条，而且可以加工各种型式的曲线线条，因而金属幕墙作为一种极富冲击力的建筑形式，给建筑师以巨大的发挥空间，倍受青睐。大规格金属板面在工程中被广泛的采用，为保证金属板面的平整度因而需进行合理的受力计算。国内对金属幕墙中铝塑复合板折边处受力的研究较少，本文采用有限元方法，把铝塑复合板作为受力分析对象，研究折边周围的最大应力分布，为金属幕墙受力分析提出合理性建议。

2、铝塑复合板折边形式

2.1铝塑复合板

铝塑复合板是内外两层0.5mm的纯铝板中间夹层为3mm~4mm厚的聚乙烯(PE或聚氯乙烯PVC)经辊压热合而成。外用复合铝板表面的氟碳漆也是以辊涂的方式与辊压、热合一次完成的，涂层的厚度一般为20um左右，复合铝板的优点是质轻，表面光洁，平整度好，同方向无色差，并具有出色的现场加工性，为处理现场建筑误差所引起的外墙尺寸变化，减少车间加工周期和缩短安装工期提供了条件。

2.2铝塑复合板折边

铝塑复合板开槽一般可开V型槽、U型槽等，几种典型的开槽方式如图1所示。铝塑复合板的板材在裁板时要考虑到折边加放的尺寸，一般每边加放25mm左右。裁好的复合板需要四边刨槽，即切去一定宽度的内层铝板和塑料层，开槽深度必须严格控制在正面铝板后至少保留0.3mm厚的塑料芯材，以保证铝塑复合板有足够的韧性，防止折边处铝皮断裂，然后折边成90°阳角，这样板面自重和幕墙随时都会受到的正负风荷载压力均由四个0.5mm铝板承受，因此，开槽折边处是铝塑复合板面板的最薄弱环节，也是风荷载作用下最先破坏的部位。

2.3铝塑复合板折边加固。

铝塑复合板一般通过四周折边增大板的刚度，而且可以避免铝塑复合板的芯材在大气中外露。铝塑复合板的折边可按需要设置加强边框，铝塑复合板幕墙面板不宜使用铝角码作为边框，应使用铝型材作为加强边框。加强边框可采用金属方管、槽形和角形等，其应与面板可靠连结，并应有防腐措施。边框与铝塑复合板的折边的连接可使用铝铆钉，其连接应满足传力要求可靠连结。

在实际工程中，铝塑复合板的折边处的处理形式分为以下两种:①可按需要设置加强边框;②没有设置加强边框。铝塑复合板的折边处没有设置加强边框的形式受力最为不利。本文的铝塑复合板的折边处的处理形式为没有设置加强边框。

3、铝塑复合板受力研究

3.1基本承载特点

金属幕墙中金属板需承受多种荷载，其中包括自重、风荷载、雨雪荷载、地震荷载、施工荷载、温度变化、支座位移以及活荷载等。而其作用的形式可分成两类:垂直于金属板表面的作用和平行于金属板表面的作用。垂直于板表面的作用使金属板发生弯曲，统称为面外作用，亦称面外荷载;平行于板表面的作用会使金属板发生剪切破坏，统称为面内作用，也可称作面内剪力。一般情况下，对建筑幕墙起控制作用的是风荷载。幕墙面板本身必须具有足够的承载能力，避免在风荷载作用下破碎或脱落。本文主要考虑了垂直于板表面的风荷载。

3.2计算公式

3.2.1铝塑复合板固定形式

铝塑复合板的力学性能主要来源于两层铝板，铝板的厚度对其力学性能有着重要的影响。塑复合板采用4mm，面板厚度为0.5mm，铝塑复合板四周折边，采取铝角码固定，采用设置和不设置加强边框两种。铝塑复合板固定后，板材的周边均可以产生转动，所以计算时可以作为简支边考虑。

3.2.2应力计算

在垂直于铝塑复合板板块的风荷载作用下的最大弯曲应力标准值[4]可采用考虑几何非线性的有限元方法计算。也可分别按下列公式计算:

式中:

θ-参数;

σwk--风荷载作用产生的板中最大弯曲应力标准值(N/mm2);

wk--风荷载标准值(N/mm2);

I--铝塑复合板区格的计算边长(mm);

E--铝塑复合板的弹性模量(N/mm2);

m--铝塑复合板的弯矩系数;

t--铝塑复合板的厚度(mm);

η--折减系数

3.2.3挠度计算

式中:

df--风荷载标准值作用下挠度最大(mm);

wk--风荷载标准值(N/mm2);

I--铝塑复合板区格的计算边长(mm);

μ--挠度系数;

D--铝塑复合板的刚度(N·mm);

η--折减系数

3.2.4荷载计算

作用于铝塑复合板板块的荷载可按三角形或梯形分布传递到边肋上，进行边肋的计算时可按等弯矩原则化为等效均布荷载(见图2)

4、铝塑复合板有限元分析

4.1模型尺寸

标准板件采用1000mmx1600mm，板材表面均布荷载取1.0x10-3N/mm2(见图3)。

4.2模型概述

本文以太原某工程一块铝塑复合板的设计为例，采用国际著名的有限元分析软件--ANSYS建立模型，在铝塑复合板模拟时采取了一些简化，把铝角码减去，四周固定位置在折边的某一长度上，铝塑复合板采用Shell单元建模(见表1)，并在板面大范围内通过Mapped方式划分生成规则分布的单元，折边处的面板为铝板，厚度为0.5mm，折边半径为R(见图4)。

4.3无加强边框有限元分析

折边半径R=1.5mm时,标准板件采用1000mmx1600mm，板材表面均布荷载取1.0x10-3N/mm2(见图5)。

理论计算结果:铝塑复合板板面的最大弯曲应力标准值为32.61N/mm2，挠度最大值为36.54mm。有限元分析结果为:挠度最大值为61.227mm(见图6)，铝塑复合板板面的最大弯曲应力标准值为24.607N/mm2(见图7)，铝塑复合板折边处板面的最大弯曲应力标准值为437.973N/mm2(见图8)。计算结果显示:整体铝塑复合板的最大弯曲应力标准值出现在折边上即长边中点靠近铝角码固定的位置，板面中的最大穹曲应力标准值出现在板中附近位置，挠度最大值出现在板中附近位置。

折边半径R=2.0mm 时，标准板件(见图9)采用1000mmx1600mm，板材表面均布荷载取 1.0x10-3N/mm2。

理论计算结果:铝塑复合板板面的最大穹曲应力标准值为32.61N/mm2，挠度最大值为36.54mm.

有限元分析结果为:挠度最大值为60.85mm(见图10)，铝塑复合板板面的最大弯曲应力标准值为24.506N/mm2(见图11)，铝塑复合板折边处板面的最大弯曲应力标准值为452.784N/mm2 (见图12).

计算结果显示:整体铝塑复合板的最大弯曲应力标准值出现在折边上即长边中点靠近铝角码固定的位置，板面中的最大弯曲应力标准值出现在板中附近位置，挠度最大值出现在板中附近位置。

折边半径R=2.5mm时，标准板件(见图13)采用1000mmx1600mm，板材表面均布荷载取1.0x10-3N/mm2。

理论计算结果:铝塑复合板板面的最大弯曲应力标准值为32.61N/mm2，挠度最大值为36.54mm。

有限元分析结果为:挠度最大值为60.441mm(见图14)，铝塑复合板板面的最大弯曲应力标准值为24.396N/mm2(见图15)，铝塑复合板折边处板面的最大弯曲应力标准值为469.242N/mm2(见图16).

计算结果显示:整体铝塑复合板的最大弯曲应力标准值出现在折边上即长边中点靠近铝角码固定的位置，板面中的最大弯曲应力标准值出现在板中附近位置，挠度最大值出现在板中附近位置。

5结束语

5.1理论计算与有限元分析结果的比较通过两种方式计算得出的结果可以得出:铝塑复合板板面的最大弯曲应力标准值两结果的差值在25%左右，挠度最大值两结果的差值在68%左右，其差值较大与铝角码的固定数量和位置有一定关系。

5.2折边半径的比较通过有限元的三种方式计算得出的结果可以得出:挠度最大值和铝塑复合板板面的最大弯曲应力标准值变化非常小;铝塑复合板折边处板面的最大穹曲应力标准值随着折边半径R的增大而增大，其差值在3.5%左右。

通过以上对金属幕墙中铝塑复合板折边处受力分析，为金属幕墙的设计提供了参考依据。