玻璃幕墙设计计算书.docx

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玻璃幕墙设计计算书

玻璃幕墙设计计算书

1.设计依据:

1.1相关国家标准:

1.1.1玻璃幕墙工程技术规范（JGJ102-2003）

1.1.2建筑结构荷载规范（GB50009-2001）

1.1.3钢结构设计规范（GB50017-2003）

1.1.4混凝土结构设计规范（GB50010-2002）

1.2业主提供的相关资料:

1.2.1招标书

1.2.2建筑及结构施工图

1.2.3其它有关资料

2.幕墙材料选择:

2.1玻璃选择:

2.1.1玻璃类型:

单层

2.1.2玻璃种类:

钢化玻璃

2.1.3选用玻璃尺寸:

厚度tk=8（mm）

高度hk=3.8（m），宽度bk=1.36（m）

玻璃短边长度a=1.36（m），长边长度b=3.8（m）

玻璃短边÷长边=a/b=.358

2.1.4选用玻璃的强度设计值:

大面强度fgm=84（MPa）

侧面强度fgb=58.8（MPa）

2.1.5选用玻璃的相关物理指标:

弹性模量:

Eg=72000（MPa）

线胀系数:

α=.00001

泊松比:

ν=.2

重力密度:

γg=25.6（kN/m3）

2.2幕墙龙骨材质选择:

铝合金6063-T5

2.2.1铝型材的强度设计值:

抗拉、压强度设计值fat=85.5（MPa）

抗剪强度设计值fav=49.6（MPa）

局部承压强度设计值fac=120（MPa）

2.2.2铝型材的相关物理指标:

弹性模量:

Ea=70000（MPa）

线胀系数:

αa=.0000235

重力密度:

γa=28（kN/m3）

2.2.3铝合金立柱和横梁的挠度控制:

相对挠度:

≤1/180

3.幕墙荷载:

3.1荷载标准值:

3.1.1永久荷载标准值:

3.1.1.1玻璃自重荷载标准值:

q=t×γ/1000=.205（kPa）

gk00g

其中:

t0为玻璃片总厚度，t0=8（mm）

3.1.1.2铝框自重荷载标准值:

初估qgak=0.2×qgk0

qgak=0.2×qgk0=.041（kPa）

3.1.1.3玻璃与铝框自重荷载标准值:

qgk=qgk0+qgak=.246（kPa）

3.1.2风荷载标准值:

3.1.2.1基本风压:

w0=0.75（kPa）（50年一遇）

3.1.2.2风荷载体形系数:

μs=1.2

3.1.2.3风荷载高度系数:

μz=.74

地面粗糙度类别:

C类

距地面高度:

12（m）

3.1.2.4阵风系数:

βz=2.049

3.1.2.5结构重要性系数:

γ=1

3.1.2.6风荷载标准值:

wk=γβzμzμsw0=1.36（kPa）

3.1.3地震作用标准值:

3.1.3.1抗震设防烈度:

7

设计基本地震加速度:

0.10g

3.1.3.2地震影响系数最大值:

αmax=.08

3.1.3.3地震动力放大系数:

βe=5

3.1.3.4垂直于玻璃幕墙平面的分布水平地震作用标准值:

q=βαq=.098（kPa）

ekemaxgk

4.幕墙计算:

幕墙类型:

隐框

幕墙与水平面的夹角:

α=90°

4.1幕墙玻璃计算:

幕墙玻璃的支承条件:

四边简支

玻璃按四边简支板计算

玻璃的厚度:

t=8（mm）

4.1.1玻璃强度计算:

4.1.1.1在风荷载标准值作用下,玻璃板中部的应力:

按a/b=.358，

查得四边简支玻璃板的弯矩系数:

m=.1154

σ=6mwa2/t2=27.21（MPa）

wkk

4.1.1.2在地震作用标准值作用下,玻璃板中部的应力:

σek=6mqeka2/t2=1.96（MPa）

4.1.1.3考虑玻璃板在外荷载作用下大挠度变形的影响，玻璃板

的应力折减系数η:

由θ=（wk+0.5qek）a4/（Egt4）=16.3

查得玻璃板的应力折减系数:

η=.935

4.1.1.4玻璃板中部的组合应力:

σ=η（wψγwσwk+ψeγeσek）

=36.81（MPa）

其中:

η:

应力折减系数=.935

γ:

风荷载分项系数=1.4

w

γ:

地震作用分项系数=1.3

e

ψw:

风荷载组合值系数=1.0

ψ:

地震作用组合值系数=0.5

e

4.1.2玻璃刚度计算:

玻璃板中部的挠度:

4

u=η（μwa）/D=16.2（mm）

k

<玻璃板短边边长的1/60=22.7（mm）（满足）

其中:

η:

挠度折减系数

由θ=wka4/（Egt4）=15.8,查得:

η=.937

μ:

四边简支玻璃板的挠度系数

由a/b=.358,查得:

μ=.01189

D:

玻璃板的刚度

32

D=Egt/[12×（1-ν）]=3200000（Nmm）·

4.2硅酮结构密封胶计算:

4.2.1硅酮结构密封胶粘接宽度计算:

结构胶在风荷载或地震作用下的强度设计值:

f1=.2（MPa）

结构胶在永久荷载作用下的强度设计值:

f2=.01（MPa）

4.2.1.1在风荷载和水平地震作用下，结构胶粘接宽度

cs1=（w+0.5qe）a/（2000f1）=6.7（mm）

其中:

w--风荷载设计值，w=1.4wk=1.9（kPa）

qe--地震作用设计值，qe=1.3qek=.13（kPa）

a--玻璃板短边长度，a=1360（mm）

4.2.1.2在玻璃永久荷载作用下，结构胶粘接宽度

cs2=qgab/[2000（a+b）f2]=12.5（mm）

其中:

qg--玻璃自重荷载设计值，qg=1.2qgk0=.25（kPa）

a--玻璃板短边长度，a=1360（mm）

b--玻璃板长边长度，b=3800（mm）

4.2.1.3故结构胶粘接宽度应≥12.5（mm）

4.2.2硅酮结构密封胶粘接厚度计算:

1/2

ts=us/[δ（2+δ=13）].4（mm）

其中:

us--幕墙玻璃相对于铝框的位移，us=θhk=6.91（mm）

θ--楼层弹性层间位移角限值

根据主体结构的结构类型:

钢筋混凝土框架

得:

θ=1/550（rad）

hk--玻璃面板高度，hk=3800（mm）

δ--硅酮结构密封胶变位承受能力，δ=0.125

故结构胶粘接厚度应≥13.4（mm）

4.3幕墙铝合金骨架计算

:

玻璃幕墙类别

:

框架式

4.3.1幕墙铝合金横梁计算

:

选用的铝合金型材的代号

:

155

其截面的几何参数如下

:

截面惯性矩

:

Iax=410715（mm4）

Iay=731313（mm4）

截面抵抗矩

:

Wax=9779（mm3）

Way=1875（mm3）

截面面积:

Aa=950（mm2）

4.3.1.1在荷载标准值作用下,横梁的内力及挠度:

4.3.1.1.1在风荷载标准值作用下,横梁的内力及挠度:

按三角形分布的分布荷载计算,见附图4-1:

附图4-1

线载集度:

qwk=2×（wkbk/2）=1.8496（kN/m）

跨中最大弯矩:

Mwk=qwkbk2/12=.29（kNm）·

跨内最大剪力:

Vwk=qwkbk/4=.63（kN）

跨中最大挠度:

uwk=qwkbk4/（120EaIay）=1.03（mm）

4.3.1.1.2在地震作用标准值作用下,横梁的内力及挠度:

按三角形分布的分布荷载计算,见附图4-1:

线载集度:

qekx=2×（qekbk/2）=.13328（kN/m）

跨中最大弯矩:

Mek=qekxbk2/12=.021（kNm）·

跨内最大剪力:

Vek=qekxbk/4=.05（kN）

跨中最大挠度:

uek=qekxbk4/（120EaIay）=.074（mm）

4.3.1.1.3在重力荷载标准值作用下,横梁的内力及挠度:

玻璃与铝框自重荷载:

qgk=.246（kPa）

按受二集中荷载的简支梁计算,见附图4-2:

附图4-2

平行于幕墙平面的集中荷载:

Pgky=qgkhkbksinα/2=.636（kN）

其中:

hk--玻璃高度，hk=3.8（mm）

bk--玻璃宽度，by=1.36（mm）

跨中最大弯矩:

Mgky=Pgkybd=.095（kNm）·

其中:

bd--玻璃垫块至横梁端部的距离，bd=0.15（m）

跨内最大剪力:

Vgky=Pgky=.636（kN）

跨中最大挠度:

32

ugky=Pgkyαbk（3-4α）/（24EaIax）=.75（mm）

其中:

α=bd/bk=.11

bd--玻璃垫块至横梁端部的距离，bd=0.15（m）

bk--横梁跨度，bk=1.36（m）

4.3.1.2横梁验算:

4.3.1.2.1抗剪强度验算:

横梁水平方向（x轴）的剪力组合设计值:

Vx=ψwγwVwk+ψeγeVek=.91（kN）

横梁竖直方向（y轴）的剪力组合设计值:

V=γV=.76（kN）

yggky

其中:

γg--永久荷载分项系数，γg=1.2

γ--风荷载分项系数，γ=1.4

ww

γe--地震作用分项系数，γe=1.3

ψw--风荷载组合值系数，ψw=1.0

ψe--地震作用组合值系数，ψe=0.5

验算:

横梁竖直方向（y轴）:

Vy（by2ty/8+bxbytx/4）/（Iaxty）

=3.5（MPa）

其中:

bx--横梁截面水平方向宽度，bx=73（mm）

by--横梁截面竖直方向宽度，by=70（mm）

tx--横梁截面水平腹板厚度，tx=3（mm）

tx--横梁截面竖直腹板厚度，ty=3（mm）

Iax--截面绕x轴的毛截面惯性矩，Iax=410715（mm4）

横梁水平方向（x轴）:

Vx（bx2tx/8+bxbyty/4）/（Iaytx）

=2.42（MPa）

其中:

bx--横梁截面水平方向宽度，bx=73（mm）

by--横梁截面竖直方向宽度，by=70（mm）

tx--横梁截面水平腹板厚度，tx=3（mm）

tx--横梁截面竖直腹板厚度，ty=3（mm）

Iay--截面绕y轴的毛截面惯性矩，Iay=731313（mm4）

4.3.1.2.2局部稳定验算:

横梁截面水平腹板为双侧加劲部位:

横梁截面水平腹板宽度bx=73（mm）

横梁截面水平腹板厚度tx=3（mm）

横梁截面水平腹板宽厚比bx/tx=24.33≤50（满足）

横梁截面竖直腹板为双侧加劲部位:

横梁截面竖直腹板宽度by=70（mm）

横梁截面竖直腹板厚度ty=3（mm）

横梁截面竖直腹板宽厚比by/ty=23.33≤50（满足）

4.3.1.2.3刚度验算:

在风荷载标准值作用下，横梁的挠度:

uwk=1.03（mm）

在重力荷载标准值作用下，横梁的挠度:

ugky

=.75（mm）

（满足）

4.3.2幕墙铝合金立柱计算

:

选用的铝合金型材的代号

:

155

其截面的几何参数如下

:

截面惯性矩

:

Iax=6719438（mm4）

Iay=1445269（mm4）

截面抵抗矩

:

Wax=86147（mm3）

Way=40146（mm3）

截面面积

:

Aa=1927（mm2）

立柱按跨度

L=3.8m

简支梁计算。

4.3.2.1在荷载标准值作用下,立柱的内力及挠度:

4.3.2.1.1在风荷载标准值作用下,立柱的内力及挠度:

按均布荷载计算,立柱计算简图见附图4-3:

附图4-3

线载集度:

qwk=wkbk=1.85（kN/m）

跨中最大弯矩:

Mwk=qwkL2/8=3.34（kNm）·

跨中最大挠度:

uwk=5qwkL4/（384EaIax）=10.7（mm）

4.3.2.1.2在地震作用标准值作用下,立柱的内力及挠度:

按均布荷载计算,见附图4-3:

线载集度:

qlek=qekbk=.13（kN/m）

跨中最大弯矩:

Mek=qlekL2/8=.23（kNm）·

跨中最大挠度:

uek=5qlekL4/（384EaIax）=.8（mm）

4.3.2.1.3在重力荷载标准值作用下,立柱的内力:

立柱的承重方式为上端悬挂。

重力荷载产生的轴力为拉力。

轴力:

Ngk=qgkbkLsinα=1.27（kN）

4.3.2.2立柱验算:

4.3.2.2.1强度验算:

立柱的轴力设计值:

N=γgNgk=1.52（kN）

立柱的弯矩组合设计值:

M=ψwγwMwk+ψeγeMek=4.83（kNm）·

其中:

γg--永久荷载分项系数，γg=1.2

γw--风荷载分项系数，γw=1.4

γe--地震作用分项系数，γe=1.3

ψ--风荷载组合值系数，ψ=1.0

ww

ψe--地震作用组合值系数，ψe=0.5

验算:

N/Aa+M/（γWax）

=54.19（MPa）

其中:

Aa--立柱的净截面面积，Aa=1927（mm2）

Wax--截面绕x轴的净截面抵抗矩，Wax=86147（mm3）

γ--塑性发展系数，γ=1.05

fat--型材抗弯强度设计值，fat=85.5（MPa）

4.3.2.2.2刚度验算:

在风荷载标准值作用下，立柱的挠度:

uwk=10.7（mm）<跨度/180=21.11（mm）（满足）

5.连接计算:

立柱与角码的连接节点见附图5-1、5-2。

附图5-1（横剖）

附图5-2（竖剖）

5.1立柱与角码的连接螺栓的计算:

5.1.1连接螺栓材质:

1Cr18Ni9Ti

螺栓直径:

d=12（mm）

5.1.2一个连接螺栓的设计承载力:

抗拉承载力设计值:

Ntb=14（kN）

双剪抗剪承载力设计值:

Nvb=21.4（kN）

5.1.3连接付的内力:

由重力荷载标准值作用:

垂直力:

Fgk=1.5qgk0bkL=1.59（kN）

其中:

bk--立柱间距（m）

L--立柱长度（m）

qgk0--幕墙玻璃每平方米重量（kPa）

1.5--考虑骨架的重量

由风荷载标准值作用:

水平力:

Nwk=wkbkL=7.03（kN）

由地震作用标准值作用:

水平力:

Nek=βeαmaxFgk=.64（kN）

其中:

βe、αmax意义同前。

垂直剪力设计值:

Vmax=1.2Fgk=1.91（kN）

水平剪力设计值:

Vw=1.4Nwk+0.6×1.3×Nek=10.34（kN）

5.1.4螺栓验算:

一个螺栓双剪的抗剪承载力Nvb=21.4（kN）

每一楼层有一个支座承受水平力和垂直力。

每个支座有两个螺栓。

支座可按下式验算:

单个螺栓所受的合成剪力:

Vh=（Vw2+Vmax2）1/2/2

=5.26（kN）

螺栓可靠。

5.2角码验算:

角码采用Q235钢,每支座由两个角钢角码组成。

角码长边长度b1=110（mm），短边长度b2=80（mm）

角码宽度b3=100（mm），角码壁厚tb=8（mm）

幕墙重心至埋件表面的距离hb=150（mm）

5.2.1拉应力:

σl=（Vw/2）/Aj=6.46（MPa）

其中:

Aj为一支角码的受拉截面积

Aj=b3×tb=800（mm2）

5.2.2弯曲应力:

σm=M1/Wj=10.5（MPa）

其中:

M1为一支角码承受的弯矩

M1=（Vmax/2）×hb=.14（kNm）·

M为预埋件承受的弯矩

M=2M1=.28（kNm）·

Wj为一支角码的截面抵抗矩

Wj=tbb32/6=13333（mm3）

5.2.3剪应力:

τ=（V/2）/A=1.19（MPa）

maxj

5.2.4折算应力验算:

2

2

1/2

[（σl+σm）

+3τ]

=17.08（MPa）

角码可靠。

其中:

f为选用钢材的强度设计值,对Q235钢:

f=215（MPa）

6.埋件计算:

6.1埋件编号:

01

6.2.埋件承受的作用:

剪力设计值:

V=Vmax=1.91（kN）

法向拉力设计值:

N=Vw=10.34（kN）

弯矩设计值:

M=.28（kN·m）

6.3.锚筋材料选择:

6.3.1锚筋种类:

HPB235（Q235）

6.3.2锚筋抗拉强度设计值fy=210（MPa）

6.4.混凝土强度等级选择:

6.4.1

混凝土强度等级:

C30

6.4.2

混凝土轴心抗压强度设计值

fc=14.3（MPa）

6.4.3

混凝土轴心抗拉强度设计值

ft=1.43（MPa）

6.5埋件尺寸:

6.5.1锚筋直径d=12（mm）

6.5.2锚板厚度t=10（mm）

6.5.3锚筋层数u1=2

6.5.4锚筋列数u=2

6.5.5锚筋层间距b1=100（mm）

6.5.6锚筋列间距b=100（mm）

6.6锚筋验算:

6.6.1按剪、拉、弯计算锚筋面积:

As=V/（aravfy）+N/（0.8abfy）+M/（1.3arabfyz）=101.9（mm2）

6.6.2按拉、弯计算锚筋面积:

As=N/（0.8abfy）+M/（0.4arabfyz）=117.4（mm2）

其中:

αr--锚筋层数的影响系数

锚筋层数为2时，αr=1

αv--锚筋的受剪承载力系数

α=（4-0.08d）（f×/f）1/2=.7

vcy

（当αv>0.7时，取αv=0.7）

α--锚筋的弯曲变形折减系数

b

αb=0.6+0.25t/d=.808

z--沿剪力作用方向最外层锚筋中心线之间的距离

z=100（mm）

6.6.3计算需要的锚筋总截面面积:

As=117.4（mm2）

锚筋实际总截面面积:

A

π

2×u×u=452.4（mm2）

s0=

（d/2）1

As0≥As，埋件安全。

6.7锚筋长度计算:

锚筋锚固长度不应小于:

la=α×y/f（ft）×d=282（mm）

其中:

α--锚筋的外形系数

HPB235级钢筋为光面钢筋，α=0.16

光面钢筋末端应做180°弯钩，弯后平直段长度≥36（mm）。