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幕墙设计与计算

发布时间:2018-10-16 16:16:04浏览次数:11574文章出处:北京幕墙设计公司

幕墙设计与计算

(图1-1幕墙设计案例图)

  幕墙设计与计算


  1. 幕墙结构设计的一般原则

  ◆按围护结构设计,不承受主体结构的荷载和地震作用。

  ◆幕墙及其连接件应有足够的承载力、刚度和相对于主体结构的位移能力。

  ◆非抗震设计的幕墙北京金翼翔幕墙公司,在风力作用下其板材不应破碎。

  ◆抗震设计的幕墙,在常遇地震作用下板材不应产生破损;在设防烈度地震作用下经修理后幕

  墙仍可使用;在罕遇地震作用下幕墙骨架不应脱落。

  ◆构件设计应考虑重力荷载、风荷载、地震、温度和主体结构位移影响下的安全度。


  2. 幕墙结构设计方法

  2.1 结构的受力要求

  玻璃幕墙分格划分大小,直接影响到板厚和横框、竖框截面尺寸的大小,板块划分得越大,单块板面受到的总风力越大,其板厚要求更高,材料耗用量越大。在划分板块大小时,板的面积A与厚度t的关系:A∽t2 (即面积增大到2倍,厚度要增至1.4倍。边长的增大与板厚的增加成正比。幕墙划分的趋势向小面积发展,建议一般情况下,玻璃的面积不超过3m2)。

幕墙设计与计算

(图1-2玻璃幕墙设计)

  2.2 承载力表达方式

  ◆内力表达方式:S ≤R (S—外荷载和效应产生的内力设计值、R—构件截面承载力设计值)

  ◆应力表达方式:σ≤f (σ—各种荷载及作用产生应力设计值、f—材料强度设计值)

  2.3 幕墙结构安全度

  ◆采用允许应力方法,即要求σk≤〔f〕= fk/K

  (σk—外荷载产生的应力标准值,未附加任何安全系数;〔f〕—为允许应力值,强度的允许值;

  fk —为材料标准强度,由试验得到;K —结构安全系数)。

  ◆采用多系数方法,即基本表达式为(σ= K 1σk)≤(fk/K2= f)

  2.4 荷载和作用效应可按下列方式进行组合(幕墙应按各效应组合中的最不利组合进行设计):

  S=γGSG+ψWγWSW+ψEγESE+ψTγTST

  式中S—荷载和作用效应组合后的设计值;SG—重力荷载作为不变荷载产生的效应;

  SW 、SE 、ST—分别为风荷载、地震和温度作用为可变荷载和作用产生的效应;

  γG 、γW 、γE 、γT—各效应分项系数;ψW 、ψE 、ψT—风荷载、地震和温度作用效应组合系数。

  ◆进行幕墙构件、连接和锚固件承载力计算时,γG=1.2 、γW=1.4、γE=1.3、γT=1.2;

  ◆进行位移和挠度计算时,各分项系数均应按1.0采用。

  可考虑以下的典型组合:◆S = 1.2G + 1.0×1.4W + 0.6×1.3W + 0.2×1.2T

  ◆S = 1.2G + 1.0×1.4W + 0.6×1.2T + 0.2×1.3E

  ◆S = 1.2G + 1.0×1.3E + 0.6×1.4W + 0.2×1.2T

  ◆S = 1.2G + 1.0×1.3E + 0.6×1.2T + 0.2×1.4W

  ◆S = 1.2G + 1.0×1.2T + 0.6×1.4W + 0.2×1.3E

  ◆S = 1.2G + 1.0×1.2T + 0.6×1.3E + 0.2×1.4W

  G、W、E、T分别代表重力荷载、风荷载、地震作用和温度作用产生的应力或内力。

  3. 幕墙计算

  3.1 幕墙横框计算

  a.幕墙在水平方向、竖直方向的受力模型均为简支梁,受力状态为双向受弯构件。

  b.竖直方向的弯矩和挠度:

  ◆弯矩Mx=1/8 qB2(KN.m)

  式中:q——横框所受一个分格构件自重的线荷载设计值(KN./m);B——横框长(m)

  ◆挠度f=5 q kB4/384EIx

  式中:qk——横框所受一个分格自重线荷载标准值;Ix ——横框绕x轴的惯性矩。

  c.水平方向的弯矩和挠度

  ◆当B≤H时(H—分格高)其中:弯矩My=1/12 qB2 q=(1.4WK+0.6×1.3qEk)B

  挠度f= q kB4/120EIy q k =(WK+0.6qEk)B

  ◆当B>H时 其中:弯矩My=1/8 q B2 q=(1.4WK+0.6×1.3qEk)H

  挠度f= 5 q kB4/384EIy q k=(WK+0.6qEk)H

  d.横框中的最大应力设计值为 MX/VWX+MY/VWY≤fa

  式中:V——塑性发展系数,取为1.05; WX、WY——横框绕X轴、Y轴的截面抵抗矩;

  fa——型材的材料抗拉强度设计值。

  e.横框产生的挠度应不大于B/180,且不大于20mm。

  3.2 幕墙竖框的计算

  ◆ 竖框的计算主要采用下列四种简化力学模型:

  a.简支梁——竖框上端悬挂在与建筑物连接的转接件上,下端固定在下层竖框伸出的铝插芯上。(见图a)

  b.双跨梁——竖框与建筑物的固定点比简支梁模型多一个。(见图b)

  c.多跨铰接连续静定梁——底层竖框的上端悬挑于固定点之上一定长度,第二层竖框的下端通过

  铝插芯与底层竖框连接,其上端也悬挑一定长度,其余层依次同样安装。(见图c)

  d.多跨铰接连续一次超静定梁——双跨梁竖框上端带有一个悬挑端,其安装方式同多跨铰接连续静定梁。(见图d)

幕墙设计与计算

(图1-3幕墙竖框计算图)

  ◆ 计算模型选用原则:

  a.当楼面梁截面高度足够(或楼层间有辅助支撑结构)可以布置两个支点时,应优

  先采用多跨铰接连续一次超静定梁;其次采用双跨梁。

  b.当楼面梁截面高度较小(或楼层间无辅助支撑结构)只能布置一个支点时北京茅台大厦玻璃幕墙设计案例,应优先采用多跨铰接连续静定梁。此情况原则上不采用简支梁进行竖框计算,除非工程有特殊要求,方采用简支梁计算模型。

  ◆ 四种计算模型预选曲线:

  ( 一、简 支 梁 ) 省略

  ( 二、双 跨 梁 ) 省略

  ( 三、多跨铰接连续静定梁 ) 省略

  ( 四、多跨铰接连续一次超静定梁 )

  3.3 面材的应力计算

幕墙设计与计算

(图1-4大理石幕墙设计cad)

  a.玻璃在垂直于幕墙平面方向上的荷载作用下的最大应力设计值为:

  δ=6θ.q.a2/t2 (N/mm2)

  式中:q ——面荷载设计值(N/mm2);

  a ——玻璃的短边长(mm);

  t ——玻璃的计算厚度(mm),按幕墙规范的规定执行;

  θ——弯曲系数,按玻璃的边长比a/b查表(见幕墙规范)。

  b.铝复合板、铝单板、蜂窝板在垂直于幕墙平面方向上的荷载作用下的最大应力标

  准值为: δ=6m.q.a2/t2 . η (N/mm2)

  式中:q ——面荷载的标准值(N/mm2);

  a ——板分格的短边长(mm);

  t ——板的厚度(mm);

  m——弯曲系数,按板分格的边长比和边界条件查表;

  η ——考虑大挠度变形的应力折减系数,

  根据θ=Wka4/Et4或θ=qEKa4/Et4 注:查表(E为板的弹性模量)。

  c.花岗石板(四角支承式)在垂直于幕墙平面方向的荷载作用下的最大应力设计值

  为:δ=6m.q.a2/t2

  式中:t——石板厚度(mm); 其余含义同b,但m所查的表不同。

  3.4 结构胶的厚度和宽度计算

  a. 隐框、半隐框幕墙采用的结构胶宽度除应满足构造要求外,还应按下面的公式计算确定。

  ◆ 结构胶的宽度按下面两种方法计算幕墙施工图纸,取其中的较大者(但不得小于7mm)。

  第一种在风荷载作用下:CS=Wka/2000f1(mm)

  式中:Wk——风荷载标准值(KN/m2);

  a ——玻璃的短边长度(mm);

  f1 ——胶的短期强度允许值(可按0.14N/mm2)。

  第二种在玻璃自重作用下:CS=qGKab/2000(a+b)f2

  式中:qGK——玻璃单位面积重量(KN/m2);

  ab ——玻璃的短边和长边长度(mm);

  f2 ——胶的长期强度允许值(可按0.007N/mm2)。

  b. 倒挂玻璃的粘结宽度

  CS= a(Wk/ f1 + qGK/ f2)

  2000 注:式中符号同上。

  c. 结构胶的厚度按下式计算:

  ts= us/ δ√(2+δ)

  式中:us——幕墙玻璃的相对位移量(mm);

  δ——结构胶的变位承受能力(%)。

  注:①玻璃与金属框之间的粘结厚度ts不应小于6mm,且不应大于12mm。

  ②几种结构胶的变位承受能力

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  • 文章标题:幕墙设计与计算
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