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      明框玻璃幕墙设计计算书

      发布时间:2018-7-19 14:36:41浏览次数:10200文章出处:外幕墙设计

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        本资料:明框玻璃幕墙设计计算书由中开智慧艺型建筑有限公司提供,主要讲述了10大部分分为:明框玻璃幕墙设计计算引用的规范、标准及资料、玻璃幕墙设防、幕墙立柱计算、幕墙横梁计算、玻璃板块的选用与校核、明框玻璃幕墙连接件计算、明框玻璃幕墙埋件计算(土建预埋)、明框玻璃幕墙转接件强度计算、明框玻璃幕墙焊缝计算、明框玻璃幕墙伸缩及紧固计算。

      明框玻璃幕墙设计计算书

      一、明框玻璃幕墙设计计算引用的规范、标准及资料

      1、幕墙设计规范:

        《铝合金结构设计规范》GB50429-2007

        《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003

        《建筑瓷板装饰工程技术规程》CECS101:98

        《建筑幕墙》GB/T21086-2007

        《金属与石材幕墙工程技术规范》JGJ133-2001

        《小单元建筑幕墙》JG/T216-2007

      2、建筑设计规范:

        《地震震级的规定》GB/T17740-1999

        《钢结构设计规范》GB50017-2003

        《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010

        《高层民用建筑设计防火规范》GB50045-95(2005年版)

        《高处作业吊蓝》GB19155-2003

        《工程抗震术语标准》JGJ/T97-2010

        《工程网络计划技术规程》JGJ/T121-99

        《混凝土结构后锚固技术规程》JGJ145-2004

        《混凝土结构加固设计规范》GB50367-2006

        《混凝土结构设计规范》GB50010-2010

        《混凝土用膨胀型、扩孔型建筑锚栓》JG160-2004

        《建筑材料放射性核素限量》GB6566-2010

        《建筑防火封堵应用技术规程》CECS154:2003

        《建筑钢结构焊接技术规程》JGJ81-2002

        《建筑工程抗震设防分类标准》GB50223-2008

        《建筑结构荷载规范》GB50009-2001(2006年版、局部修订)

        《建筑结构可靠度设计统一标准》GB50068-2001

        《建筑抗震设计规范》GB50011-2010

        《建筑设计防火规范》GB50016-2006

        《建筑物防雷设计规范》GB50057-2010

        《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB50018-2002

        《民用建筑设计通则》GB50352-2005

        《擦窗机》GB19154-2003

        《钢结构焊接规范》GB50661-2011

        《钢结构工程施工规范》GB50755-2012

      3、铝材规范:

        《变形铝及铝合金化学成份》GB/T3190-2008

        《建筑用隔热铝合金型材》JG175-2011

        《建筑用铝型材、铝板氟碳涂层》JG/T133-2000

        《铝合金建筑型材第1部分基材》GB5237.1-2008

        《铝合金建筑型材第2部分阳极氧化、着色型材》GB5237.2-2008

        《铝合金建筑型材第3部分电泳涂漆型材》GB5237.3-2008

        《铝合金建筑型材第4部分粉末喷涂型材》GB5237.4-2008

        《铝合金建筑型材第5部分氟碳漆喷涂型材》GB5237.5-2008

        《铝合金建筑型材第6部分隔热型材》GB5237.6-2004

        《铝及铝合金彩色涂层板、带材》YS/T431-2000

        《一般工业用铝及铝合金板、带材》GB/T3880.1~3-2006

        《铝型材截面几何参数算法及计算机程序要求》YS/T437-2009

        《有色电泳涂漆铝合金建筑型材》YS/T459-2003

        《变形铝和铝合金牌号表示方法》GB/T16474-2011

      4、金属板及石材规范:

        《干挂饰面石材及其金属挂件》JC830.1、2-2005

        《建筑装饰用微晶玻璃》JC/T872-2000

        《建筑幕墙用瓷板》JG/T217-2007

        《建筑装饰用搪瓷钢板》JG/T234-2008

        《微晶玻璃陶瓷复合砖》JC/T994-2006

        《超薄天然石材复合板》JC/T1049-2007

        《铝幕墙板、板基》YS/T429.1-2000

        《铝幕墙板、氟碳喷漆铝单板》YS/T429.2-2000

        《建筑幕墙用铝塑复合板》GB/T17748-2008

        《建筑幕墙用陶板》JG/T324-2011

        《建筑装饰用石材蜂窝复合板》JG/T328-2011

        《建筑幕墙用氟碳铝单板制品》JG331-2011

        《纤维增强水泥外墙装饰挂板》JC/T2085-2011

        《建筑用泡沫铝板》JG/T359-2012

        《金属装饰保温板》JG/T360-2012

        《外墙保温用锚栓》JG/T366-2012

        《聚碳酸酯(PC)中空板》JG/T116-2012

        《聚碳酸酯(PC)实心板》JG/T347-2012

        《铝塑复合板用铝带》YS/T432-2000

        《天然板石》GB/T18600-2009

        《天然大理石荒料》JC/T202-2011

        《天然大理石建筑板材》GB/T19766-2005

        《天然花岗石荒料》JC/T204-2011

        《天然花岗石建筑板材》GB/T18601-2009

        《天然石材统一编号》GB/T17670-2008

        《天然饰面石材术语》GB/T13890-2008

      5、玻璃规范:

        《镀膜玻璃第1部分:阳光控制镀膜玻璃》GB/T18915.1-2002

        《镀膜玻璃第2部分:低辐射镀膜玻璃》GB/T18915.2-2002

        《防弹玻璃》GB17840-1999

        《平板玻璃》GB11614-2009

        《建筑用安全玻璃第3部分:夹层玻璃》GB15763.3-2009

        《建筑用安全玻璃第2部分:钢化玻璃》GB15763.2-2005

        《建筑用安全玻璃防火玻璃》GB15763.1-2009

        《半钢化玻璃》GB/T17841-2008

        《热弯玻璃》JC/T915-2003

        《压花玻璃》JC/T511-2002

        《中空玻璃》GB/T11944-2002

      6、钢材规范:

        《建筑结构用冷弯矩形钢管》JG/T178-2005

        《不锈钢棒》GB/T1220-2007

        《不锈钢冷加工钢棒》GB/T4226-2009

        《不锈钢冷轧钢板及钢带》GB/T3280-2007

        《不锈钢热轧钢板及钢带》GB/T4237-2007

        《不锈钢小直径无缝钢管》GB/T3090-2000

        《彩色涂层钢板和钢带》GB/T12754-2006

        《低合金钢焊条》GB/T5118-1995

        《低合金高强度结构钢》GB/T1591-2008

        《建筑幕墙用钢索压管接头》JG/T201-2007

        《耐候结构钢》GB/T4171-2008

        《高碳铬不锈钢丝》YB/T096—1997

        《合金结构钢》GB/T3077-1999

        《金属覆盖层钢铁制品热镀锌层技术要求》GB/T13912-2002

        《冷拔异形钢管》GB/T3094-2000

        《碳钢焊条》GB/T5117-1995

        《碳素结构钢》GB/T700-2006

        《碳素结构钢和低合金结构钢热轧薄钢板及钢带》GB/T912-2008

        《碳素结构钢和低合金结构钢热轧厚钢板及钢带》GB/T3274-2007

        《优质碳素结构钢》GB/T699-1999

      7、胶类及密封材料规范:

        《丙烯酸酯建筑密封膏》JC484-2006

        《幕墙玻璃接缝用密封胶》JC/T882-2001

        《彩色涂层钢板用建筑密封胶》JC/T884-2001

        《丁基橡胶防水密封胶粘带》JC/T942-2004

        《干挂石材幕墙用环氧胶粘剂》JC887-2001

        《工业用橡胶板》GB/T5574-2008

        《混凝土建筑接缝用密封胶》JC/T881-2001

        《建筑窗用弹性密封剂》JC485-2007

        《建筑密封材料试验方法》GB/T13477.1~20-2002

        《建筑用防霉密封胶》JC/T885-2001

        《建筑用硅酮结构密封胶》GB16776-2005

        《建筑用岩棉、矿渣棉绝热制品》GB/T19686-2005

        《建筑用硬质塑料隔热条》JG/T174-2005

        《建筑装饰用天然石材防护剂》JC/T973-2005

        《聚氨酯建筑密封胶》JC/T482-2003

        《聚硫建筑密封胶》JC/T483-2006

        《绝热用岩棉、矿棉及其制品》GB/T11835-2007

        《硫化橡胶或热塑性橡胶撕裂强度的测定》GB/T529-1999

        《石材用建筑密封胶》JC/T883-2001

        《橡胶袖珍硬度计压入硬度试验方法》GB/T531-1999

        《修补用天然橡胶胶粘剂》HG/T3318-2002

        《中空玻璃用弹性密封胶》JC/T486-2001

        《中空玻璃用丁基热熔密封胶》JC/T914-2003

        《建筑表面用有机硅防水剂》JC/T902-2002

        《钢结构防火涂料》GB14907-2002

      8、五金件规范:

        《封闭型沉头抽芯铆钉》GB/T12616-2004

        《封闭型平圆头抽芯铆钉》GB/T12615-2004

        《紧固件螺栓和螺钉通孔》GB/T5277-1985

        《紧固件公差螺栓、螺钉、螺柱和螺母》GB/T3103.1-2002

        《紧固件机械性能不锈钢螺母》GB/T3098.15-2000

        《紧固件机械性能不锈钢螺栓、螺钉、螺柱》GB/T3098.6-2000

        《紧固件机械性能抽芯铆钉》GB/T3098.19-2004

        《紧固件机械性能螺母、粗牙螺纹》GB/T3098.2-2000

        《紧固件机械性能螺母、细牙螺纹》GB/T3098.4-2000

        《紧固件机械性能螺栓、螺钉和螺柱》GB/T3098.1-2010

        《紧固件机械性能自攻螺钉》GB/T3098.5-2000

        《紧固件术语盲铆钉》GB/T3099.2-2004

        《螺纹紧固件应力截面积和承载面积》GB/T16823.1-1997

        《十字槽盘头螺钉》GB/T818-2000

        《铜合金铸件》GB/T13819-1992

        《锌合金压铸件》GB/T13821-2009

        《铝合金压铸件》GB/T15114-2009

        《铸件尺寸公差与机械加工余量》QB/T6414-1999

        《电动采光排烟窗》JG189-2006

      9、相关物理性能等级测试方法:

        《玻璃幕墙工程质量检验标准》JGJ/T139-2001

        《玻璃幕墙光学性能》GB/T18091-2000

        《彩色涂层钢板和钢带试验方法》GB/T13448-2006

        《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205-2001

        《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB50204-2002(2011版)

        《建筑防水材料老化试验方法》GB/T18244-2000

        《建筑幕墙气密、水密、抗风压性能检测方法》GB/T15227-2007

        《建筑幕墙抗震性能振动台试验方法》GB/T18575-2001

        《建筑幕墙平面内变形性能检测方法》GB/T18250-2000

        《建筑装饰装修工程质量验收规范》GB50210-2001

        《金属材料室温拉伸试验方法》GB/T228-2002

      10、《建筑结构静力计算手册》(第二版)

        幕墙属于外围护构件,按《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001)

        A类:指近海海面和海岛、海岸、湖岸及沙漠地区;

        B类:指田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏的乡镇和城市郊区;

        C类:指有密集建筑群的城市市区;

        D类:指有密集建筑群且房屋较高的城市市区;

        依照上面分类标准,本工程按B类地形考虑。

      二、明框玻璃幕墙防护设计计算书

      1、抗震设防

        按《建筑工程抗震设防分类标准》,建筑工程应分为以下四个抗震设防类别:

        1.特殊设防类:指使用上有特殊设施,涉及国家公共安全的重大建筑工程和地震时可能发生严重次生灾害等特别重大灾害后果,需要进行特殊设防的建筑,简称甲类;

        2.重点设防类:指地震时使用功能不能中断或需尽快恢复的生命线相关建筑,以及地震时可能导致大量人员伤亡等重大灾害后果,需要提高设防标准的建筑,简称乙类;

        3.标准设防类:指大量的除1、2、4款以外按标准要求进行设防的建筑,简称丙类;

        4.适度设防类:指使用上人员稀少且震损不致产生次生灾害,允许在一定条件下适度降低要求的建筑,简称丁类;

      在围护结构抗震设计计算中:

        1.特殊设防类,应按高于本地区抗震设防烈度提高一度的要求加强其抗震措施,同时,应按批准的地震安全性评价的结果且高于本地区抗震设防烈度的要求确定其地震作用;

        2.重点设防类,应按高于本地区抗震设防烈度一度的要求加强其抗震措施,同时,应按本地区抗震设防烈度确定其地震作用;

        3.标准设防类,应按本地区抗震设防烈度确定其抗震措施和地震作用;

        4.适度设防类,应按本地区抗震设防烈度确定其抗震措施和地震作用;

        根据国家规范《建筑抗震设计规范》GB50011-2010,雅安地区地震基本烈度为:7度,地震动峰值加速度为0.1g,由于本工程是标准设防类,因此实际抗震计算中的水平地震影响系数最大值应按本地区抗震设防烈度选取,也就是取:αmax=0.08;

      2、幕墙承受荷载计算

        风荷载标准值的计算方法:幕墙属于外围护构件,按建筑结构荷载规范(GB50009-20012006年版)计算:wk=βgzμzμs1w0……7.1.1-2[GB50009-20012006年版]

        上式中:wk:作用在幕墙上的风荷载标准值(MPa);Z:计算点标高:16m;βgz:瞬时风压的阵风系数;根据不同场地类型,按以下公式计算(高度不足5m按5m计算):βgz=K(1+2μf)

        其中K为地面粗糙度调整系数,μf为脉动系数

        A类场地:βgz=0.92×(1+2μf)其中:μf=0.387×(Z/10)-0.12

        B类场地:βgz=0.89×(1+2μf)其中:μf=0.5(Z/10)-0.16

        C类场地:βgz=0.85×(1+2μf)其中:μf=0.734(Z/10)-0.22

        D类场地:βgz=0.80×(1+2μf)其中:μf=1.2248(Z/10)-0.3

        对于B类地形,16m高度处瞬时风压的阵风系数:

        βgz=0.89×(1+2×(0.5(Z/10)-0.16))=1.7155

        μz:风压高度变化系数;

        根据不同场地类型,按以下公式计算:

        A类场地:μz=1.379×(Z/10)0.24

        当Z>300m时,取Z=300m,当Z<5m时,取Z=5m;

        B类场地:μz=(Z/10)0.32

        当Z>350m时,取Z=350m,当Z<10m时,取Z=10m;

        C类场地:μz=0.616×(Z/10)0.44

        当Z>400m时,取Z=400m,当Z<15m时,取Z=15m;

        D类场地:μz=0.318×(Z/10)0.60

        当Z>450m时,取Z=450m,当Z<30m时,取Z=30m;

        对于B类地形,16m高度处风压高度变化系数:

        μz=1.000×(Z/10)0.32=1.1623

        μs1:局部风压体型系数;

        按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001(2006年版)第7.3.3条:验算围护构件及其连接的强度时,可按下列规定采用局部风压体型系数μs1:

      一、外表面

        1.正压区按表7.3.1采用;

        2.负压区

        -对墙面,取-1.0

        -对墙角边,取-1.8

      二、内表面

        对封闭式建筑物剖面图设计,按表面风压的正负情况取-0.2或0.2。

        本计算点为体型系数人工给定:1.2。

        按JGJ102-2003第5.3.2条文说明:风荷载在建筑物表面分布是不均匀的,在檐口附近、边角部位较大。根据风洞试验结果和国外的有关资料,在上述区域风吸力系数可取-1.8,其余墙面可考虑-1.0,由于围护结构有开启的可能,所以还应考虑室内压-0.2。对无开启的结构,《建筑结构荷载规范》条文说明第7.3.3条指出“对封闭建筑物,考虑到建筑物内实际存在的个别洞口和缝隙,以及机械通风等因素,室内可能存在正负不同的气压,参照国外规范,大多取±(0.2-0.25)的压力系数,现取±0.2”。即不论有无开启扇,均要考虑内表面的局部体型系数。

        另注:上述的局部体型系数μs1(1)是适用于围护构件的从属面积A小于或等于1m2的情况,当围护构件的从属面积A大于或等于10m2时,局部风压体型系数μs1(10)可乘以折减系数0.8,当构件的从属面积小于10m2而大于1m2时,局部风压体型系数μs1(A)可按面积的对数线性插值,即:

        μs1(A)=μs1(1)+[μs1(10)-μs1(1)]logA

        在上式中:

        当A≥10m2时异形幕墙,取A=10m2;

        当A≤1m2时,取A=1m2;

        μs1(10)=0.8μs1(1)

        w0:基本风压值(MPa),根据现行<<建筑结构荷载规范>>GB50009-2001附表D.4(全国基本风压分布图)中数值采用,但不小于0.3KN/m2,按重现期50年,雅安地区取0.0003MPa;

      3、计算支撑结构时的风荷载标准值

        计算支撑结构时的构件从属面积:

        A=3.1×4.9=15.19m2

        LogA=1

        μs1(A)=μs1(1)+[μs1(10)-μs1(1)]logA

        =0.96

        μs1=0.96+0.2

        =1.16

        wk=βgzμzμs1w0

        =1.7155×1.1623×1.16×0.0003

        =0.000694MPa因为wk<0.001MPa,所以按JGJ102-2003,取wk=0.001MPa.

      4、计算面板材料时的风荷载标准值

        计算面板材料时的构件从属面积:

        A=3.1×2.8=8.68m2

        LogA=0.939

        μs1(A)=μs1(1)+[μs1(10)-μs1(1)]logA

        =0.975

        μs1=0.975+0.2

        =1.175

        wk=βgzμzμs1w0

        =1.7155×1.1623×1.175×0.0003

        =0.000703MPa因为wk<0.001MPa,所以按JGJ102-2003,取wk=0.001MPa.

      5、垂直于幕墙平面的分布水平地震作用标准值

        qEAk=βEαmaxGk/A……5.3.4[JGJ102-2003]

        qEAk:垂直于幕墙平面的分布水平地震作用标准值(MPa);

        βE:动力放大系数,取5.0;

        αmax:水平地震影响系数最大值,取0.08;

        Gk:幕墙构件的重力荷载标准值(N);

        A:幕墙构件的面积(mm2);

      6、作用效应组合

        荷载和作用效应按下式进行组合:

        S=γGSGk+ψwγwSwk+ψEγESEk……5.4.1[JGJ102-2003]

        上式中:

        S:作用效应组合的设计值;

        SGk:重力荷载作为永久荷载产生的效应标准值;

        Swk、SEk:分别为风荷载,地震作用作为可变荷载产生的效应标准值;

        γG、γw、γE:各效应的分项系数;

        ψw、ψE:分别为风荷载,地震作用效应的组合系数。

        上面的γG、γw、γE为分项系数,按5.4.2、5.4.3、5.4.4[JGJ102-2003]规定如下:

        进行幕墙构件强度、连接件和预埋件承载力计算时:

        重力荷载:γG:1.2;

        风荷载:γw:1.4;

        地震作用:γE:1.3;

        进行挠度计算时;

        重力荷载:γG:1.0;

        风荷载:γw:1.0;

        地震作用:可不做组合考虑;

        上式中,风荷载的组合系数ψw为1.0;

        地震作用的组合系数ψE为0.5;

      三、明框玻璃幕墙设计计算书幕墙立柱计算

        基本参数:

        1:计算点标高:16m;

        2:力学模型:多跨铰接连续静定梁;

        3:立柱跨度:参见内力分析部分;

        4:立柱左分格宽:3100mm;立柱右分格宽:3100mm;

        5:立柱计算间距:B=3100mm;

        6:板块配置:中空玻璃8+8mm;

        7:立柱材质:Q235;

        8:安装方式:偏心受拉;

        本处幕墙立柱按多跨铰接连续静定梁力学模型进行设计计算,受力模型如下:



      1、立柱型材选材计算

      (1)风荷载作用的线荷载集度(按矩形分布):

        qwk:风荷载线分布最大荷载集度标准值(N/mm);

        wk:风荷载标准值(MPa);

        B:幕墙立柱计算间距(mm);

        qwk=wkB

        =0.001×3100

        =3.1N/mm

        qw:风荷载线分布最大荷载集度设计值(N/mm);

        qw=1.4qwk

        =1.4×3.1

        =4.34N/mm

      (2)水平地震作用线荷载集度(按矩形分布):

        qEAk:垂直于幕墙平面的分布水平地震作用标准值(MPa);

        βE:动力放大系数,取5.0;

        αmax:水平地震影响系数最大值,取0.08;

        Gk:幕墙构件的重力荷载标准值(N),(含面板和框架);

        A:幕墙平面面积(mm2);

        qEAk=βEαmaxGk/A……5.3.4[JGJ102-2003]

        =5×0.08×0.0005

        =0.0002MPa

        qEk:水平地震作用线荷载集度标准值(N/mm);

        B:幕墙立柱计算间距(mm);

        qEk=qEAkB

        =0.0002×3100

        =0.62N/mm

        qE:水平地震作用线荷载集度设计值(N/mm);

        qE=1.3qEk

        =1.3×0.62

        =0.806N/mm

      (3)幕墙受荷载集度组合:

        用于强度计算时,采用Sw+0.5SE设计值组合:……5.4.1[JGJ102-2003]

        q=qw+0.5qE

        =4.34+0.5×0.806

        =4.743N/mm

        用于挠度计算时,采用Sw标准值:……5.4.1[JGJ102-2003]

        qk=qwk

        =3.1N/mm

      2、选用立柱型材的截面特性

        按上一项计算结果选用型材号:钢管150×100×4

        型材的抗弯强度设计值:fs=215MPa

        型材的抗剪强度设计值:τs=125MPa

        型材弹性模量:E=206000MPa

        绕X轴惯性矩:Ix=6173100mm4

        绕Y轴惯性矩:Iy=3285500mm4

        绕X轴净截面抵抗矩:Wnx1=82310mm3

        绕X轴净截面抵抗矩:Wnx2=82310mm3

        型材净截面面积:An=1936mm2

        型材线密度:γg=0.151976N/mm

        型材截面垂直于X轴腹板的截面总宽度:t=8mm

        型材受力面对中性轴的面积矩:Sx=49360mm3

        塑性发展系数:

        对于冷弯薄壁型钢龙骨,按《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB50018-2002,取1.00;

        对于热轧型钢龙骨,按JGJ133或JGJ102规范,取1.05;

        对于铝合金龙骨,按最新《铝合金结构设计规范》GB50429-2007,取1.00;

        此处:γ=1.05

      3、立柱的内力分析

      本结构一共有4跨,各跨具体参数为:

        A1=400mm,L1=3200mm;

        A2=400mm,L2=3200mm;

        A3=400mm,L3=3500mm;

        A4=400mm,L4=4500mm;

      第1跨内力分析:

        RBi=qLi×[1-(Ai/Li)2]/2-Pi×(Ai/Li),i=1

        =4.743×3200×[1-(400/3200)2]/2-0×(400/3200)

        =7470N

        Mi=qLi2×[1-(Ai/Li)2]2/8金属幕墙设计部门,i=1

        =4.743×32002×[1-(400/3200)2]2/8

        =5882802N·mm

      第2跨内力分析:

        Pi=RBi-1,i=2

        =7470N

        RBi=qLi×[1-(Ai/Li)2]/2-Pi×(Ai/Li),i=2

        =4.743×3200×[1-(400/3200)2]/2-7470×(400/3200)

        =6536N

        Mi=qLi2×[1-(Ai/Li)2]2/8-Pi×Ai×[1-(1+(Ai/Li))2/2+Ai/Li],i=2

        =4.743×32002×[1-(400/3200)2]2/8-7470×400×[1-(1+(400/3200)2/2+400/3200]

        =4412146N·mm

        MA2=-(Pi×Ai+qAi2/2),(i=2)

        =-3367440N·mm

      第3跨内力分析:

        Pi=RBi-1,i=3

        =6536N

        RBi=qLi×[1-(Ai/Li)2]/2-Pi×(Ai/Li),i=3

        =4.743×3500×[1-(400/3500)2]/2-6536×(400/3500)

        =7445N

        Mi=qLi2×[1-(Ai/Li)2]2/8-Pi×Ai×[1-(1+(Ai/Li))2/2+Ai/Li],i=3

        =4.743×35002×[1-(400/3500)2]2/8-6536×400×[1-(1+(400/3500)2/2+400/3500]

        =5784111N·mm

        MA3=-(Pi×Ai+qAi2/2),(i=3)

        =-2993840N·mm

      第4跨内力分析:

        Pi=RBi-1,i=4

        =7445N

        RBi=qLi×[1-(Ai/Li)2]/2-Pi×(Ai/Li),i=4

        =4.743×4500×[1-(400/4500)2]/2-7445×(400/4500)

        =9926N

        Mi=qLi2×[1-(Ai/Li)2]2/8-Pi×Ai×[1-(1+(Ai/Li))2/2+Ai/Li],i=4

        =4.743×45002×[1-(400/4500)2]2/8-7445×400×[1-(1+(400/4500)2/2+400/4500]

        =10339513N·mm

        MA4=-(Pi×Ai+qAi2/2),(i=4)

        =-3357440N·mm

      幕墙立柱的抗弯强度及抗剪强度验算:

        按下面强度公式校核抗弯强度:

        f=N/An+Mx/γWnx≤fs……6.3.7[JGJ102-2003]

        上式中:

        N:立柱轴力设计值(N);

        Mx:立柱弯矩设计值(N·mm);

        An:立柱净截面面积(mm2);

        Wnx:在弯矩作用方向的净截面抵抗矩(mm3);

        γ:塑性发展系数;

        fs:型材的抗弯强度设计值,取215MPa;

        按下面强度公式校核立柱剪强度:

        τmax≤τs=125MPa(立柱的抗剪强度设计值)

      (1)第1跨立柱跨中强度验算:

        N1=1.2×0.0005×3100×(400+3200)

        =6696N

        f1=N1/An+M1/γWnx

        =6696/1936+5882802/(1.05×82310)

        =71.527MPa

        f1=71.527MPa≤215MPa

        第1跨立柱抗弯强度满足设计要求!

        VB1=RB1=7470N

        τ1=VB1Sx/Ixt

        =7470×49360/6173100/8

        =7.466MPa

        τ1max=7.466MPa≤125MPa

        第1跨立柱抗剪强度满足设计要求!

      (2)第2跨后跨中弯矩最大处的强度验算:

        从以上分析可以看到,第2跨后跨中弯矩最大值为:10339513N·mm,M4为一控制截面

        N4=6696N

        f4=10339513/(1.05×82310)+6696/1936

        =123.094MPa

        f4=123.094MPa≤215MPa

        第4跨立柱抗弯强度满足设计要求!

        V4mid=Pi×(Ai/Li)=662N(i=4)

        τ4=V4midSx/Ixt

        =662×49360/6173100/8

        =0.662MPa

        τ4=0.662MPa≤125MPa

        第4跨立柱抗剪强度满足设计要求!

        fzs4=(123.0942+0.6622)0.5=123.096MPa

        fzs4≤1.1fs=236.5MPa

        第4跨立柱折算强度满足设计要求!

      (3)支座弯矩最大处的强度验算:

        从以上分析可以看到,支座弯矩最大处为:-3367440N·mm,M2A为一控制截面

        N2=6696N

        f2A=3367440/(1.05×82310)+6696/1936

        =42.422MPa

        f2A=42.422MPa≤215MPa

        第2跨立柱支座处抗弯强度满足设计要求!

        V2A1=-(Pi+q×Ai/2×(2+Ai/Li))(i=2)

        =-9485.775N

        V2A2=Pi×(Ai/Li+q×Li/2)(i=2)

        =8522.55N

        |V2A|=9485.775N

        τ2A=V2ASx/Ixt

        =9485.775×49360/6173100/8

        =9.481MPa

        τ2A=9.481MPa≤125MPa

        第2跨立柱支座处抗剪强度满足设计要求!

        fzs2A=(42.4222+9.4812)0.5=43.469MPa

        fzs2A≤1.1fs=236.5MPa

        第2跨立柱支座处折算强度满足设计要求!

      4.4幕墙立柱的挠度验算:

        计算校核依据:

        按相关规范,钢材立柱的相对挠度不应大于L/250,铝材立柱的相对挠度不应大于L/180;

        同时按[5.1.1.2]《建筑幕墙》GB/T21086-2007的规定,对于构件式玻璃幕墙或单元幕墙(其它形式幕墙或外围护结构无绝对挠度限制):

        当跨距≤4500mm时,绝对挠度不应该大于20mm;

        当跨距>4500mm时,绝对挠度不应该大于30mm;

      (1)第1跨立柱跨中挠度验算:

        df1,mid=5qkL14/384EIx×(1-2.4(a1/L1)2)

        =3.204mm

        df2,C=qka2L23/24EIx×(-1+4(a2/L2)2+3(a2/L2)3+(P2a22L2/3EIx)×(1+a2/L2)

        =-0.112mm

        df1=df1,mid+df2,C/2=3.148mm

        df1a=(L1+a2)/250

        =14.4mm

        df1b=20mm

        df1,lim=min((L1+a2)/250,20)

        =14.4mm

        df1=3.148mm≤df1,lim=14.4mm

        第1跨立柱挠度可以满足要求!

      (2)第2跨后跨中弯矩最大处的挠度验算:

        从以上分析可以看到,第2跨后跨中弯矩最大值为:10339513N·mm,M4为挠度控制截面

        df4,mid=5qkLi4/384EIx-qkAi2Li2/32EIx-PiAiLi2/16EIx

        =9.805mm(i=4)

        df5,C=qkAiLi3/24EIx×(-1+4(Ai/Li)2+3(Ai/Li)3)+(PiAi2Li/3EIx)×(1+Ai/Li)

        =0mm(i=5)

        df4=dfi,mid+df(i+1),C/2=9.805mm(i=4)

        df4,lima=L/250

        =18mm

        df4,limb=20mm

        df4,lim=min(L/250,20)

        =18mm

        df4,mid=9.805mm≤df4,lim=18mm

        立柱挠度可以满足要求!

      四、明框玻璃幕墙设计计算书幕墙横梁计算

        基本参数:

        1:计算点标高:16m;

        2:横梁跨度:B=3100mm;

        3:横梁上分格高:1700mm;横梁下分格高:2800mm;

        4:横梁计算间距:H=2250mm;

        5:力学模型:梯形荷载简支梁;

        6:板块配置:中空玻璃8+8mm;

        7:横梁材质:Q235;

        因为B>H,所以本处幕墙横梁按梯形荷载简支梁力学模型进行设计计算,受力模型如下:



      1、横梁型材选材计算

      (1)横梁在风荷载作用下的线荷载集度(按梯形分布):

        qwk:风荷载线分布最大荷载集度标准值(N/mm);

        wk:风荷载标准值(MPa);

        H:幕墙横梁计算间距(mm);

        qwk=wkH

        =0.001×2250

        =2.25N/mm

        qw:风荷载线分布最大荷载集度设计值(N/mm);

        qw=1.4qwk

        =1.4×2.25

        =3.15N/mm

      (2)垂直于幕墙平面的分布水平地震作用的线荷载集度(按梯形分布):

        qEAk:垂直于幕墙平面的分布水平地震作用(MPa);

        βE:动力放大系数,取5.0;

        αmax:水平地震影响系数最大值,取0.08;

        Gk:幕墙构件的重力荷载标准值(N),(主要指面板组件);

        A:幕墙平面面积(mm2);

        qEAk=βEαmaxGk/A……5.3.4[JGJ102-2003]

        =5.0×0.08×0.0004

        =0.00016MPa

        qEk:横梁受水平地震作用线荷载集度标准值(N/mm);

        H:幕墙横梁计算间距(mm);

        qEk=qEAkH

        =0.00016×2250

        =0.36N/mm

        qE:横梁受水平地震作用线荷载集度设计值(N/mm);

        qE=1.3qEk

        =1.3×0.36

        =0.468N/mm

      (3)幕墙横梁受荷载集度组合:

        用于强度计算时,采用Sw+0.5SE组合设计值:……5.4.1[JGJ102-2003]

        q=qw+0.5qE

        =3.15+0.5×0.468

        =3.384N/mm

        用于挠度计算时,采用Sw标准值:……5.4.1[JGJ102-2003]

        qk=qwk

        =2.25N/mm

      (4)横梁在风荷载及地震组合作用下的弯矩值(按梯形分布):

        My:横梁受风荷载及地震作用弯矩组合设计值(N·mm);

        Mw:风荷载作用下横梁产生的弯矩(N·mm);

        ME:地震作用下横梁产生的弯矩(N·mm);

        B:横梁跨度(mm);

        H:幕墙横梁计算间距(mm);

        采用Sw+0.5SE组合:……5.4.1[JGJ102-2003]

        Mw=qwB2(3-(H/B)2)/24

        ME=qEB2(3-(H/B)2)/24

        My=Mw+0.5ME

        =qB2(3-(H/B)2)/24

        =3.384×31002×(3-(2250/3100)2)/24

        =3351217.5N·mm

      (5)横梁在自重荷载作用下的弯矩值(按矩形分布):

        Gk:横梁自重线荷载标准值(N/mm);

        H1:横梁自重荷载作用高度(mm),对挂式结构取横梁下分格高,对非挂式结构取横梁上分格高;

        Gk=0.0004×H1

        =0.0004×1700

        =0.68N/mm

        G:横梁自重线荷载设计值(N/mm);

        G=1.2Gk

        =1.2×0.68

        =0.816N/mm

        Mx:横梁在自重荷载作用下的弯矩设计值(N·mm);

        B:横梁跨度(mm);

        Mx=GB2/8

        =0.816×31002/8

        =980220N·mm

      2、确定材料的截面参数

      (1)横梁抵抗矩预选:

        Wnx:绕X方向横梁净截面抵抗矩预选值(mm3);

        Wny:绕Y方向横梁净截面抵抗矩预选值(mm3);

        Mx:横梁在自重荷载作用下的弯矩(N·mm);

        My:风荷载及地震作用弯矩组合值(N·mm);

        γx,γy:塑性发展系数:

        对于冷弯薄壁型钢龙骨,按《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB50018-2002,取1.00;

        对于热轧型钢龙骨,按JGJ133或JGJ102规范,取1.05;

        对于铝合金龙骨,按最新《铝合金结构设计规范》GB50429-2007,均取1.00;    

        fs:型材抗弯强度设计值(MPa),对Q235取215;

        按下面公式计算:

        Wnx=Mx/γxfs

        =980220/1.05/215

        =4342.06mm3

        Wny=My/γyfs

        =3351217.5/1.05/215

        =14844.817mm3

      (2)横梁惯性矩预选:

        df1,lim:按规范要求,横梁在水平力标准值作用下的挠度限值(mm);

        df2,lim:按规范要求,横梁在自重力标准值作用下的挠度限值(mm);

        B:横梁跨度(mm);

        按相关规范,钢材横梁的相对挠度不应大于L/250,铝材横梁的相对挠度不应大于L/180;

        《建筑幕墙》GB/T21086-2007还有如下规定:

        按[5.1.1.2],对于构件式玻璃幕墙或单元幕墙(其它形式幕墙或外围护结构无绝对挠度限制):

        当跨距≤4500mm时,绝对挠度不应该大于20mm;

        当跨距>4500mm时,绝对挠度不应该大于30mm;

        按[5.1.9,b],自重标准值作用下挠度不应超过其跨度的1/500,并且不应大于3mm;

        B/250=3100/250=12.4mm

        B/500=3100/500=6.2mm

        对本例取:

        df1,lim=12.4mm

        df2,lim=3mm

        qk:风荷载作用线荷载集度标准值(N/mm);

        E:型材的弹性模量(MPa),对Q235取206000MPa;

        Iymin:绕Y轴最小惯性矩(mm4);

        B:横梁跨度(mm);

        df1,lim=qkB4(25/8-5(H/2B)2+2(H/2B)4)/240EIymin

        ……(受风荷载与地震作用的挠度计算)

        Iymin=qkB4(25/8-5(H/2B)2+2(H/2B)4)/240Edf1,lim

        =2.25×31004(25/8-5(2250/2/3100)2+2(2250/2/3100)4)/240/206000/12.4

        =847767.496mm4

        Gk:横梁自重线荷载标准值(N/mm);

        Ixmin:绕X轴最小惯性矩(mm4);

        df2,lim=5GkB4/384EIxmin……(自重作用下产生的挠度计算)

        Ixmin=5GkB4/384Edf2,lim

        =5×0.68×31004/384/206000/3

        =1323140.591mm4    

      3、选用横梁型材的截面特性

        按照上面的预选结果选取型材:

        选用型材号:钢管90×90×4

        型材抗弯强度设计值:215MPa

        型材抗剪强度设计值:125MPa

        型材弹性模量:E=206000MPa

        绕X轴惯性矩:Ix=1699800mm4

        绕Y轴惯性矩:Iy=1699800mm4

        绕X轴净截面抵抗矩:Wnx1=37770mm3

        绕X轴净截面抵抗矩:Wnx2=37770mm3

        绕Y轴净截面抵抗矩:Wny1=37770mm3

        绕Y轴净截面抵抗矩:Wny2=37770mm3

        型材净截面面积:An=1376mm2

        型材线密度:γg=0.108016N/mm

        横梁与立柱连接时角片与横梁连接处横梁壁厚:t=4mm

        横梁截面垂直于X轴腹板的截面总宽度:tx=8mm

        横梁截面垂直于Y轴腹板的截面总宽度:ty=8mm

        型材受力面对中性轴的面积矩(绕X轴):Sx=22200mm3

        型材受力面对中性轴的面积矩(绕Y轴):Sy=22200mm3

        塑性发展系数:γx=γy=1.05

      4、幕墙横梁的抗弯强度计算

        按横梁强度计算公式,应满足:

        Mx/γxWnx+My/γyWny≤fs……6.2.4[JGJ102-2003]

        上式中:

        Mx:横梁绕X轴方向(幕墙平面内方向)的弯矩设计值(N·mm);

        My:横梁绕Y轴方向(垂直于幕墙平面方向)的弯矩设计值(N·mm);    

        Wnx:横梁绕X轴方向(幕墙平面内方向)的净截面抵抗矩(mm3);

        Wny:横梁绕Y轴方向(垂直于幕墙平面方向)的净截面抵抗矩(mm3);

        γx、γy:

        对于冷弯薄壁型钢龙骨,按《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB50018-2002,取1.00;

        对于热轧型钢龙骨,按JGJ133或JGJ102规范,取1.05;

        对于铝合金龙骨,按最新《铝合金结构设计规范》GB50429-2007,均取1.00;    

        fs:型材的抗弯强度设计值,取215MPa。

        采用SG+Sw+0.5SE组合,则:

        Mx/γxWnx+My/γyWny=980220/1.05/37770+3351217.5/1.05/37770

        =109.218MPa≤215MPa

        横梁抗弯强度满足要求。

      5、横梁的挠度计算

        因为惯性矩预选是根据挠度限值计算的,所以只要选择的横梁惯性矩大于预选值,挠度就满足要求:

        实际选用的型材惯性矩为:

        Ix=1699800mm4

        Iy=1699800mm4

        预选值为:

        Ixmin=1323140.591mm4

        Iymin=847767.496mm4

        横梁挠度的实际计算值如下:

        df1=qkB4(25/8-5(H/2B)2+2(H/2B)4)/240EIy

        =2.25×31004(25/8-5(2250/2/3100)2+2(2250/2/3100)4)/240/206000/1699800

        =6.184mm

        df2=5GkB4/384EIx

        =5×0.68×31004/384/206000/1699800

        =2.335mm

        df1,lim=12.4mm

        df2,lim=3mm

        所以,横梁挠度满足规范要求。

      6、横梁的抗剪计算

        校核依据:

        τmax≤τs=125MPa(型材的抗剪强度设计值)

      (1)Vwk:风荷载作用下剪力标准值(N);

        Vwk=qwkB(1-H/2B)/2

        =2.25×3100(1-2250/2/3100)/2

        =2221.875N

      (2)Vw:风荷载作用下剪力设计值(N);

        Vw=1.4Vwk

        =1.4×2221.875

        =3110.625N

      (3)VEk:地震作用下剪力标准值(N);

        VEk=qEkB(1-H/2B)/2

        =0.36×3100(1-2250/2/3100)/2

        =355.5N

      (4)VE:地震作用下剪力设计值(N);

        VE=1.3VEk

        =1.3×355.5

        =462.15N

      (5)Vx:水平总剪力(N);

        采用Vw+0.5VE组合

        Vx=Vw+0.5VE

        =3110.625+0.5×462.15

        =3341.7N

      (6)Vy:垂直总剪力(N):

        Vy=1.2×0.0004×BH1/2

        =1.2×0.0004×3100×1700/2

        =1264.8N

      (7)横梁剪应力校核:

        τx:横梁水平方向剪应力(MPa);

        Vx:横梁水平总剪力(N);

        Sy:横梁型材受力面对中性轴的面积矩(mm3)(绕Y轴);

        Iy:横梁型材截面惯性矩(mm4);

        ty:横梁截面垂直于Y轴腹板的截面总宽度(mm);

        τx=VxSy/Iyty……6.2.5[JGJ102-2003]

        =3341.7×22200/1699800/8

        =5.455MPa

        5.455MPa≤125MPa

        τy:横梁垂直方向剪应力(N);

        Vy:横梁垂直总剪力(N);

        Sx:横梁型材受力面对中性轴的面积矩(mm3)(绕X轴);

        Ix:横梁型材截面惯性矩(mm4);

        tx:横梁截面垂直于X轴腹板的截面总宽度(mm);

        τy=VySx/Ixtx……6.2.5[JGJ102-2003]

        =1264.8×22200/1699800/8

        =2.065MPa

        2.065MPa≤125MPa

        横梁抗剪强度能满足!

      五、明框玻璃幕墙设计计算书玻璃板块的选用与校核

        基本参数:

        1:计算点标高:16m;

        2:玻璃板尺寸:宽×高=B×H=3100mm×2800mm;

        3:玻璃配置:中空玻璃,外片钢化玻璃8mm,内片浮法玻璃8mm;

        模型简图为:



      1、玻璃板块荷载计算:

      (1)外片玻璃荷载计算:

        t1:外片玻璃厚度(mm);

        t2:内片玻璃厚度(mm);

        wk:作用在板块上的风荷载标准值(MPa);

        GAk1:外片玻璃单位面积自重标准值(仅指玻璃)(MPa);

        qEAk1:外片玻璃地震作用标准值(MPa);

        γg1:外片玻璃的体积密度(N/mm3);

        wk1:分配到外片上的风荷载作用标准值(MPa);

        qk1:分配到外片玻璃上的荷载组合标准值(MPa);

        q1:分配到外片玻璃上的荷载组合设计值(MPa);

        GAk1=γg1t1

        =0.0000256×8

        =0.000205MPa

        qEAk1=βEαmaxGAk1

        =5×0.08×0.000205

        =0.000082MPa

        wk1=1.1wkt13/(t13+t23)

        =1.1×0.001×83/(83+83)

        =0.00055MPa

        qk1=wk1+0.5qEAk1

        =0.00055+0.5×0.000082

        =0.000591MPa

        q1=1.4wk1+0.5×1.3qEAk1

        =1.4×0.00055+0.5×1.3×0.000082

        =0.000823MPa

      (2)内片玻璃荷载计算:

        t1:外片玻璃厚度(mm);

        t2:内片玻璃厚度(mm);

        wk:作用在板块上的风荷载标准值(MPa);

        GAk2:内片玻璃单位面积自重标准值(仅指玻璃)(MPa)

        qEAk2:内片玻璃地震作用标准值(MPa)

        γg2:内片玻璃的体积密度(N/mm3);

        wk2:分配到内片上的风荷载作用标准值(MPa);

        qk2:分配到内片玻璃上的荷载组合标准值(MPa);

        q2:分配到内片玻璃上的荷载组合设计值(MPa);

        GAk2=γg2t2

        =0.0000256×8

        =0.000205MPa

        qEAk2=βEαmaxGAk2

        =5×0.08×0.000205

        =0.000082MPa

        wk2=wkt23/(t13+t23)

        =0.001×83/(83+83)

        =0.0005MPa

        qk2=wk2+0.5qEAk2

        =0.0005+0.5×0.000082

        =0.000541MPa

        q2=1.4wk2+0.5×1.3qEAk2

        =1.4×0.0005+0.5×1.3×0.000082

        =0.000753MPa

      (3)玻璃板块整体荷载组合计算:

        用于强度计算时,采用Sw+0.5SE设计值组合:……5.4.1[JGJ102-2003]

        q=1.4wk+0.5×1.3(qEAk1+qEAk2)

        =1.4×0.001+0.5×1.3×(0.000082+0.000082)

        =0.001507MPa

        用于挠度计算时,采用Sw标准值:……5.4.1[JGJ102-2003]

        wk=0.001MPa

      2、玻璃的强度计算:

        校核依据:σ≤[fg]

      (1)外片校核:

        θ1:外片玻璃的计算参数;

        η1:外片玻璃的折减系数;

        qk1:作用在外片玻璃上的荷载组合标准值(MPa);

        a:分格短边长度(mm);

        E:玻璃的弹性模量(MPa);

        t1:外片玻璃厚度(mm);

        θ1=qk1a4/Et14……6.1.2-3[JGJ102-2003]

        =0.000591×28004/72000/84

        =123.176

        按系数θ1,查表6.1.2-2[JGJ102-2003],η1=0.646;

        σ1:外片玻璃在组合荷载作用下的板中最大应力设计值(MPa);

        q1:作用在板块外片玻璃上的荷载组合设计值(MPa);

        a:玻璃短边边长(mm);

        b:玻璃长边边长(mm);

        t1:外片玻璃厚度(mm);

        m1:外片玻璃弯矩系数,按边长比a/b查表6.1.2-1[JGJ102-2003]得m1=0.0525;

        σ1=6m1q1a2η1/t12……6.1.2[JGJ102-2003]

        =6×0.0525×0.000823×28002×0.646/82

        =20.515MPa

        20.515MPa≤fg1=84MPa(钢化玻璃)

        外片玻璃的强度满足要求!

      (2)内片校核:

        θ2:内片玻璃的计算参数;

        η2:内片玻璃的折减系数;

        qk2:作用在内片玻璃上的荷载组合标准值(MPa);

        a:分格短边长度(mm);

        E:玻璃的弹性模量(MPa);

        t2:内片玻璃厚度(mm);

        θ2=qk2a4/Et24……6.1.2-3[JGJ102-2003]

        =0.000541×28004/72000/84

        =112.755

        按系数θ2,查表6.1.2-2[JGJ102-2003],η2=0.661

        σ2:内片玻璃在组合荷载作用下的板中最大应力设计值(MPa);

        q2:作用在板块内片玻璃上的荷载组合设计值(MPa);

        a:玻璃短边边长(mm);

        b:玻璃长边边长(mm);

        t2:内片玻璃厚度(mm);

        m2:内片玻璃弯矩系数,按边长比a/b查表6.1.2-1[JGJ102-2003]得m2=0.0525;

        σ2=6m2q2a2η2/t22……6.1.2[JGJ102-2003]

        =6×0.0525×0.000753×28002×0.661/82

        =19.206MPa

        19.206MPa≤fg2=28MPa(浮法玻璃)

        内片玻璃的强度满足要求!

        玻璃最大挠度校核:

        校核依据:

        df=ημwka4/D≤df,lim……6.1.3-2[JGJ102-2003]

        上面公式中:

        df:玻璃板挠度计算值(mm);

        η:玻璃挠度的折减系数;

        μ:玻璃挠度系数,按边长比a/b查表6.1.3[JGJ102-2003]得μ=0.00493;

        wk:风荷载标准值(MPa)

        a:玻璃板块短边尺寸(mm);

        D:玻璃的弯曲刚度(N·mm);

        df,lim:许用挠度,取短边长的1/60,为46.667mm;

        其中:

        D=Ete3/(12(1-υ2))……6.1.3-1[JGJ102-2003]

        上式中:

        E:玻璃的弹性模量(MPa);

        te:玻璃的等效厚度(mm);

        υ:玻璃材料泊松比,为0.2;

        te=0.95×(t13+t23)1/3……6.1.5-3[JGJ102-2003]

        =0.95×(83+83)1/3

        =9.575mm

        D=Ete3/(12(1-υ2))

        =72000×9.5753/(12×(1-0.22))

        =5486512.402N·mm

        θ:玻璃板块的计算参数;

        θ=wka4/Ete4……6.1.2-3[JGJ102-2003]

        =0.001×28004/72000/9.5754

        =101.565

        按参数θ,查表6.1.2-2[JGJ102-2003],η=0.678

        df=ημwka4/D

        =0.678×0.00493×0.001×28004/5486512.402

        =37.447mm

        37.447mm≤df,lim=46.667mm(中空玻璃)

        玻璃挠度能满足要求!

      六、明框玻璃幕墙连接件计算

        基本参数:

        1:计算点标高:16m;

        2:立柱计算间距:B1=3100;

        3:横梁计算分格尺寸:宽×高=B×H=3100mm×2250mm;

        4:幕墙立柱跨度:L=4900mm;

        5:板块配置:中空玻璃;

        6:龙骨材质:立柱为:Q235;横梁为:Q235;

        7:立柱与主体连接钢角码壁厚:8mm;

        8:立柱与主体连接螺栓公称直径:12mm;

        9:立柱与横梁连接处铝角码厚度:5mm;

        10:横梁与角码连接螺栓公称直径:5mm;

        11:立柱与角码连接螺栓公称直径:5mm;

        12:立柱受力模型:多跨铰接连续静定梁;

        13:连接形式:螺栓连接;

        因为B>H,所以本处幕墙横梁按梯形荷载模型进行设计计算:

      1、横梁与角码间连接

      (1)风荷载作用下横梁剪力设计值(按梯形分布):

        Vw=1.4wkHB(1-H/2B)/2

        =1.4×0.001×2250×3100×(1-2250/2/3100)/2

        =3110.625N

      (2)地震作用下横梁剪力标准值(按梯形分布):

        VEk=βEαmaxGk/A×HB(1-H/2B)/2

        =5.0×0.08×0.0004×2250×3100×(1-2250/2/3100)/2

        =355.5N

      (3)地震作用下横梁剪力设计值:

        VE=1.3VEk

        =1.3×355.5

        =462.15N

      (4)连接部位总剪力N1:

        采用Sw+0.5SE组合:

        N1=Vw+0.5VE

        =3110.625+0.5×462.15

        =3341.7N

      (5)连接螺栓计算:

        Nv1b:螺栓受剪承载能力设计值(N);

        nv1:剪切面数:取1;

        d:螺栓杆直径:5mm;

        fv1b:螺栓连接的抗剪强度设计值,对奥氏体不锈钢(A50)取175MPa;

        Nv1b=nv1πd2fv1b/4

        =1×3.14×52×175/4

        =3434.375N

        Nnum1:螺栓个数:

        Nnum1=N1/Nv1b

        =3341.7/3434.375

        =0.973个实际取2个

      (6)连接部位横梁型材壁抗承压能力计算:

        Nc1:连接部位幕墙横梁型材壁抗承压能力设计值(N);

        Nnum1:横梁与角码连接螺栓数量:2个;

        d:螺栓公称直径:5mm;

        t1:连接部位横梁壁厚:4mm;

        fc1:型材抗压强度设计值,对Q235取305MPa;

        Nc1=Nnum1dt1fc1

        =2×5×4×305

        =12200N

        12200N≥3341.7N

        强度可以满足!

      2、角码与立柱连接

      (1)自重荷载计算:

        N2k:自重荷载标准值(N);

        B:横梁宽度(mm);

        Hg:横梁受自重荷载分格高(mm);

        N2k=0.0004×B×Hg/2

        =0.0004×3100×1700/2

        =1054N

        N2:自重荷载(N):

        N2=1.2×N2k

        =1.2×1054

        =1264.8N

      (2)连接处组合荷载N:

        采用SG+Sw+0.5SE

        N=(N12+N22)1/2

        =(3341.72+1264.82)0.5

        =3573.049N

      (3)连接处螺栓强度计算:

        Nv2b:螺栓受剪承载能力设计值(N);

        nv2:剪切面数:取1;

        d:螺栓杆直径:5mm;

        fv2b:螺栓连接的抗剪强度设计值,对普通碳钢(C级)取140MPa;

        Nv2b=nv2πd2fv2b/4

        =1×3.14×52×140/4

        =2747.5N

        Nnum2:螺栓个数:

        Nnum2=N/Nv2b

        =3573.049/2747.5

        =1.3个实际取2个

      (4)连接部位立柱型材壁抗承压能力计算:

        Nc2:连接部位幕墙立柱型材壁抗承压能力设计值(N);

        Nnum2:连接处螺栓个数;

        d:螺栓公称直径:5mm;

        t2:连接部位立柱壁厚:4mm;

        fc2:型材的承压强度设计值,对Q235取305MPa;

        Nc2=Nnum2dt2fc2

        =2×5×4×305

        =12200N

        12200N≥3573.049N

        强度可以满足!

      (5)连接部位铝角码壁抗承压能力计算:

        Nc3:连接部位幕墙铝角码壁抗承压能力设计值(N);

        Nnum2:连接处螺栓个数;

        d:螺栓公称直径:5mm;

        t3:角码壁厚:5mm;

        fc3:型材的承压强度设计值,对6063-T5取185MPa;

        Nc3=Nnum2dt3fc3

        =2×5×5×185

        =9250N

        9250N≥3573.049N

        强度可以满足!

      3、立柱与主结构连接

      (1)连接处水平剪切总力计算:

        对多跨铰接连续静定梁,支座反力最大值即为立柱连接处最大水平剪切总力,由软件逐跨受力分析后自动计算得到。

        N1:连接处水平剪切总力(N);

        N1=20760.048N

      (2)连接处重力总力:

        NGk:连接处自重总值标准值(N);

        B1:立柱计算间距(mm);

        L:立柱跨度(mm);

        NGk=0.0005×B1L

        =0.0005×3100×4900

        =7595N

        NG:连接处自重总值设计值(N):

        NG=1.2NGk

        =1.2×7595

        =9114N

      (3)连接处总剪力:

        N:连接处总剪力(N):

        N=(N12+NG2)0.5

        =(20760.0482+91142)0.5

        =22672.551N

      (4)螺栓承载力计算:

        Nv3b:螺栓受剪承载能力设计值(N);

        nv3:剪切面数:取2;

        d:螺栓杆直径:12mm;

        fv3b:螺栓连接的抗剪强度设计值,对奥氏体不锈钢(A50)取175MPa;

        Nv3b=nv3πd2fv3b/4

        =2×3.14×122×175/4

        =39564N

        Nnum3:螺栓个数:

        Nnum3=N/Nv3b

        =22672.551/39564

        =0.573个实际取2个

        (5)立柱型材壁抗承压能力计算:

        Nc4:立柱型材壁抗承压能力(N);

        nv3:剪切面数:取2;

        Nnum3:连接处螺栓个数;

        d:螺栓公称直径:12mm;

        t2:连接部位立柱壁厚:4mm;

        fc4:型材的承压强度设计值,对Q235取305MPa;

        Nc4=nv3×Nnum3dt2fc4

        =2×2×12×4×305

        =58560N

        58560N≥22672.551N

        强度可以满足要求!

      (6)钢角码型材壁抗承压能力计算:

        Nc5:钢角码型材壁抗承压能力(N);

        nv4:剪切面数:取2;

        Nnum3:连接处螺栓个数;

        d:连接螺栓公称直径:12mm;

        t4:幕墙钢角码壁厚:8mm;

        fc5:钢角码的抗压强度设计值,对Q235取305MPa;

        Nc5=nv4×Nnum3dt4fc5

        =2×2×12×8×305

        =117120N

        117120N≥22672.551N

        强度可以满足要求!

      七、明框玻璃幕墙埋件计算(土建预埋)

        基本参数:

        1:计算点标高:16m;

        3:幕墙立柱跨度:L=4900mm;

        3:立柱计算间距:B=3100mm;

        4:立柱力学模型:多跨铰接连续梁;

        5:埋件位置:侧埋;

        6:板块配置:中空玻璃;

        7:混凝土强度等级:C25;

      1、荷载及受力分析计算

      (1)连接处水平总力计算:

        对多跨铰接连续梁,支座反力最大值即为立柱连接处最大水平剪切总力。

        N:连接处水平总力(N);

        N=20760.048N

      (2)立柱单元自重荷载标准值:

        Gk=0.0005×BL

        =0.0005×3100×4900

        =7595N

      (3)校核处埋件受力分析:

        V:剪力(N);

        N:轴向拉力(N),等于中支座反力R1;

        e0:剪力作用点到埋件距离,即立柱螺栓连接处到埋件面距离(mm);

        V=1.2Gk

        =1.2×7595

        =9114N

        N=20760.048N

        M=e0×V

        =150×9114

        =1367100N·mm

      2、埋件计算

        校核依据,同时满足以下两个条件:

        a:AS≥V/aravfy+N/0.8abfy+M/1.3arabfyzC.0.1-1[JGJ102-2003]

        b:AS≥N/0.8abfy+M/0.4arabfyzC.0.1-2[JGJ102-2003]

        其中:

        AS:锚筋的总截面面积(mm2);

        V:剪力设计值(N);

        ar:钢筋层数影响系数,二层取1.0,三层取0.9,四层取0.85;

        av:钢筋受剪承载力系数,不大于0.7;

        fy:锚筋抗拉强度设计值(MPa),按[GB50010]选取,但不大于300MPa;

        N:法向拉力设计值(N);

        ab:锚板弯曲变形折减系数;

        M:弯矩设计值(N·mm);

        z:沿剪力作用方向最外层锚筋中心线之间的距离(mm);

        另外:

        d:锚筋直径(mm);

        t:锚板厚度(mm);

        fc:混凝土轴心抗压强度设计值(MPa),按[GB50010]选取;

        av=(4.0-0.08d)×(fc/fy)0.5C.0.1-5[JGJ102-2003]

        =(4.0-0.08×12)×(11.9/210)0.5

        =0.724因为av>0.7,所以取0.7

        ab=0.6+0.25t/dC.0.1-6[JGJ102-2003]

        =0.6+0.25×8/12

        =0.767

        AS=nπd2/4

        =6×3.14×122/4

        =678.24mm2

        V/aravfy+N/0.8abfy+M/1.3arabfyz

        =9114/0.9/0.7/210+20760.048/0.8/0.767/210+1367100/1.3/0.9/0.767/210/110

        =295.948mm2≤AS=678.24mm2

        N/0.8abfy+M/0.4arabfyz

        =20760.048/0.8/0.767/210+1367100/0.4/0.9/0.767/210/110

        =375.444mm2≤AS=678.24mm2

        所以,预埋件锚筋总截面积可以满足承载力要求。

      3、锚板总面积校核

        A:锚板总面积(mm2);

        fc:混凝土轴心抗压强度设计值(MPa),按[GB50010]选取;

        0.5fcA=0.5×11.9×60000

        =357000N

        N=20760.048N≤0.5fcA

        埋板面积满足要求。

      4、锚筋长度计算

        计算依据:

        la=1.1×α×(fy/ft)×dC.0.5[JGJ102-2003]

        在上面的公式中:

        la:受拉钢筋的锚固长度(mm);

        ft:混凝土轴心抗拉强度设计值(MPa),按[GB50010]选取,当混凝土强度高于C40时,按C40取值;

        fy:锚筋抗拉强度设计值(MPa),按[GB50010]选取;

        d:锚筋公称直径(mm);

        α:锚筋的外型系数,光圆筋取0.16,带肋筋取0.14;

        la=1.1×α×(fy/ft)×d

        =1.1×0.14×(210/1.27)×12

        =305.575mm

        如果锚筋的拉应力设计值小于钢筋抗拉强度设计值,按规范C.0.5第3条规定,锚固长度可适当减小,以不小于15倍锚固钢筋直径为宜,实际选用的锚筋长度为250mm;

        所以,可以满足要求!

      八、明框玻璃幕墙转接件强度计算

        基本参数:

        1:转接件断面面积:A=960mm2;

        2:转接件断面抵抗矩:W=19200mm3;

      1、受力分析

        转接件的受力情况根据前面埋件的计算结果,有:

        V:剪力(N)

        N:轴向拉力(N)

        M:弯矩(N·mm)

        V=9114N

        N=20760.048N

        M=1367100N·mm

      2、转接件的强度计算

        校核依据:

        σ=N/A/2+M/γW/2≤f

        上式中:

        σ:转接件的抗弯强度(MPa);

        f:转接件抗弯强度设计值,为215MPa;

        N:转接件所受轴向拉力(N);

        M:转接件所受弯矩(N·mm);

        γ:塑性发展系数,取1.05;

        W:转接件断面抵抗矩(mm3);

        σ=N/A/2+M/γW/2

        =20760.048/960/2+1367100/1.05/19200/2

        =44.719MPa≤f=215MPa

        转接件强度可以满足要求。

      九、明框玻璃幕墙焊缝计算

        基本参数:

        1:焊缝形式:L型角焊;

        2:其它参数同埋件部分;

      1、受力分析

        焊缝实际受力情况同转接件计算部分:

        V:剪力(N)

        N:轴向拉力(N)

        M:弯矩(N·mm)

        V=9114N

        N=20760.048N

        M=1367100N·mm

      2、焊缝特性参数计算

      (1)焊缝有效厚度:

        he:焊缝有效厚度(mm);

        hf:焊角高度(mm);

        he=0.7hf

        =0.7×6

        =4.2mm

      (2)焊缝总面积:

        A:焊缝总面积(mm2);

        Lv:竖向焊缝长度(mm);

        Lh:横向焊缝长度(mm);

        he:焊缝有效厚度(mm);

        A=he((Lv-2hf)+(Lh-2hf))

        =4.2×((150-2×6)+(50-2×6))

        =739.2mm2

      (3)焊缝截面抵抗矩及惯性矩计算:

        I:截面惯性矩(mm4);

        he:焊缝有效厚度(mm);

        Lv:竖向焊缝长度(mm);

        Lh:横向焊缝长度(mm);

        W:截面抵抗距(mm3);

        d:三角焊缝中性轴位置(水平焊缝到中性轴距离)(mm);

        d=0.5×((Lv-2hf)Lv+(Lh-2hf)He)/(Lv+Lh-4hf)

        =59.26mm

        I=He(Lv-2hf)3/12+(Lh-2hf)He3/12+He(Lv-2hf)(Lv/2-d)2+(Lh-2hf)He(d-He/2)2

        =1585109.911mm4

        W=I/(Lv-hf-d)

        =1585109.911/(150-6-59.26)

        =18705.569mm3

      3、焊缝校核计算

        校核依据:

        双转接件时:((σf/βf)2+τf2)0.5/2≤ffw7.1.3-3[GB50017-2003]

        单转接件时:((σf/βf)2+τf2)0.5≤ffw7.1.3-3[GB50017-2003]

        上式中:

        σf:按焊缝有效截面计算,垂直于焊缝长度方向的应力(MPa);

        βf:正面角焊缝的强度设计值增大系数,取1.22;

        τf:按焊缝有效截面计算,沿焊缝长度方向的剪应力(MPa);

        ffw:角焊缝的强度设计值(MPa);

        ((σf/βf)2+τf2)0.5/2

        =((N/1.22A+M/1.22W)2+(V/A)2)0.5/2

        =((20760.048/1.22/739.2+1367100/1.22/18705.569)2+(9114/739.2)2)0.5/2

        =41.919MPa

        41.919MPa≤ffw=160MPa,

        焊缝可以满足要求。

      十、明框玻璃幕墙伸缩及紧固计算

        基本参数:

        1:计算点标高:16m;

        2:玻璃分格尺寸:宽×高=B×H=3100mm×2800mm;

        3:幕墙类型:明框玻璃幕墙

        4:年温温差:80℃;

      1、立柱连接伸缩缝计算

        为了适应幕墙温度变形以及施工调整的需要,立柱上下段通过插芯套装,留有一段空隙--伸缩缝d,d值按下式计算:

        d≥αΔtL+d1+d2

        上式中:

        d:伸缩缝计算值(mm);

        α:立柱材料的线膨胀系数,取1.2×10-5;

        △t:温度变化,取80℃;

        L:立柱跨度(mm);

        d1:施工误差,取3mm;

        d2:考虑其它作用的预留量,取2mm;

        d=αΔtL+d1+d2

        =0.000012×80×4900+3+2

        =9.704mm

        实际伸缩空隙d取20mm,满足要求。.

      2、玻璃镶嵌槽紧固螺钉抗拉强度计算

      (1)板块承受水平总拉力计算:

        N:板块承受水平总拉力(N);

        B:分格宽度(mm);

        H:分格高度(mm);

        q:板块水平荷载设计值(MPa);

        q=1.4wk+0.5×1.3×qEAk

        =1.4×0.001+0.5×1.3×0.000164

        =0.002MPa

        N=qBH

        =0.002×3100×2800

        =17360N

      (2)紧固螺钉抗拉强度计算:

        ftb:螺栓连接的抗拉强度设计值,对奥氏体不锈钢(A50)取200MPa;

        de:螺栓有效直径:4.249467mm;

        Ntb:螺栓抗拉承载能力设计值(N);

        Ntb=πde2ftb/4

        =3.14×4.2494672×200/4

        =2835.101N

        Nnum:周边紧固螺栓个数:

        Nnum=1.25×N/Ntb

        =1.25×17360/2835.101

        =7.654个

        实际取38个,满足要求。。

      3、玻璃边缘到边框槽底间隙计算

        ulim:由主体结构层间位移引起的分格框的变形限值(mm);

        H:矩形玻璃板块竖向边长(mm);

        B:矩形玻璃板块横向边长(mm);

        c1:玻璃与左、右边框的平均间隙,另考虑1.5mm施工偏差;

        c2:玻璃与上、下边框的平均间隙,另考虑1.5mm施工偏差;

        2c1(1+H/B×c2/c1)……4.3.12[JGJ102-2003]

        =2×10.5×(1+2800/3100×10.5/10.5)

        =39.968mm

        按表20[GB/T21086-2007],有ulim=15.273;

        另对于单玻璃应满足2c1≥10mm,2c2≥10mm

        对中空及夹层玻璃2c1≥10mm,2c2≥12mm。

        所以,本计算中玻璃边缘到边框槽底间隙满足要求。,
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      • 文章标题:明框玻璃幕墙设计计算书
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