铝蜂窝复合板强度及挠度计算公式分析

铝蜂窝板在幕墙设计中运用较广，如铝蜂窝复合板、石材蜂窝铝复合板等，但是，目前还没有相关的标准和规范明确铝蜂窝复合面板的受力计算，一旦遇到，设计人员往往直接用蜂窝复合板的厚度代入实心板公式进行计算，存在一定安全隐患。本文通过理论推导公式和有限元计算结果进行比较，探讨铝蜂窝复合板的理论计算公式的可行性。

1 铝蜂窝复合板

铝蜂窝复合板的铝蜂窝芯结构为六边形结构，根据《建筑外墙用铝蜂窝复合板》JG/T 334-2012《建筑装饰用石材蜂窝复合板》JG/T 328-2011的要求，采用铝蜂窝芯壁厚0.07mm，边长6mm的规格进行分析，主要计算参数详见图1。

图1 铝蜂窝复合板示意图

1.3 不同厚度铝蜂窝复合板两种计算方法比较

选取15~40mm厚铝蜂窝复合板(面板厚1mm、背板厚0.7mm)，其它条件同上示例，分别采用理论公式和有限元法进行强度和挠度的计算，具体计算结果汇总见表1，不同厚度复合板的强度和挠度计算结果详见图4~5的比较图。

从强度和挠度的计算结果以及比较图可以看出，不同厚度的铝蜂窝复合板采用理论公式完全包络有限元法，理论公式强度计算比有限元法大11.60~13.12%，与实际情况相符，且挠度计算很吻合。另外，按相关规范规定，挠度控制限值为L/120，即1500/120=12.5mm，挠度值很小。

2 石材蜂窝铝复合板

石材蜂窝铝复合板的结构形式及计算参数详见图6。

从强度和挠度的计算结果以及比较图可以看出，不同厚度的石材蜂窝铝复合板采用理论公式的强度计算曲线完全包络有限元法曲线，而挠度曲线完全吻合。另外，按相关规范规定，挠度控制限值为L/120，即1500/120=12.5mm，挠度值很小。

3 结论

根据理论公式和有限元法的计算比较，可以得出以下结论：

1) 铝蜂窝复合板强度计算时，理论公式应力曲线完全包络有限元法应力曲线，与实际受力情况相符，同时，挠度计算很吻合，所以，可以采用理论公式对铝蜂窝复合板进行强度和挠度的计算；

2) 石材蜂窝复合板强度计算时，理论公式应力曲线与有限元法应力曲线完全吻合，同样，挠度计算也很吻合，为增加一定的安全余量，故理论应力公式(2.7)增加安全系数K，K值为1.15。所以，可以采用理论公式对石材蜂窝复合板进行强度和挠度的计算；

3) 从挠度计算结果可以看出，铝蜂窝复合板和石材蜂窝复合板的最大挠度均远小于《人造板材幕墙工程技术规范》JGJ 336-2016中第6.5.4条长边长度L/120的规定，所以，可不进行挠度计算；

4) 铝蜂窝复合板的面板和背板厚度不同时，不能采用板厚取大值进行近似计算，否则计算结果相差35~40%，如需近似计算，应偏保守设计，板厚取面板和背板中厚度的较小值；

5) 目前铝蜂窝复合板的铝蜂窝芯壁厚很薄，弹性模量与壁厚和边长的比值是三次幂的关系 [2] ，非常小，对面板的强度和挠度作用可完全不计，除非铝芯壁厚按数量级进行加厚，同时铝芯边长还应进一步减小；

6) 从公式(2.5)可以看出，石材蜂窝复合板中铝背板hf2对强度和挠度影响较大，而铝面板hf1影响已忽略不计，所以，石材蜂窝复合板的铝背板可适当加厚，铝背板与铝面板厚度建议相同。

[参考文献]

[1]常志德、赵才其. 蜂窝板夹芯面内弹性模量的理论分析[J].江苏建筑，2006，5：30.

[2]梁森、陈花玲、陈天宁、梁天锡. 蜂窝夹芯结构面内等效弹性参数的分析研究[J].航空材料学报，2004，24(3)：29.

[3]《建筑结构静力计算手册》编写组主编. 建筑结构静力计算手册.北京：中国建筑工业出版社，1999.

[4]《人造板材幕墙工程技术规范》JGJ 336-2016.北京：中国建筑工业出版社，2016.

作者单位：深圳市建筑门窗幕墙学会深圳

作者：曾晓武

来源：2021论文集

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