玻璃幕墙设计计算书.docx

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玻璃幕墙设计计算书

大屯里综合楼工程

明框玻璃幕墙

设计计算书

设计：

校对：

审核：

批准：

中国建筑技术集团有限公司

2005年7月22日

明框玻璃幕墙设计计算书一、计算引用的规范、标准及资料1.幕墙设计规范：

《建筑幕墙》JG3035-1996《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003《金属与石材幕墙工程技术规范》JGJ133-2001《点支式玻璃幕墙工程技术规程》CECS127-2001《全玻璃幕墙工程技术规程》DBJ/CT014-2001《玻璃幕墙光学性能》GB/T18091-2000《建筑幕墙物理性能分级》GB/T15225-94《建筑幕墙空气渗透性能测试方法》GB/T15226-94《建筑幕墙风压变形性能测试方法》GB/T15227-94《建筑幕墙雨水渗透性能测试方法》GB/T15228-94《建筑幕墙保温性能测试方法》GB8484《建筑幕墙平面内变形性能检测方法》GB/T18250-2000《建筑幕墙抗震性能振动台试验方法》GB/T18575-2001《点支式玻璃幕墙支承装置》JG138-2001《吊挂式玻璃幕墙支承装置》JG139-20012.建筑设计规范：

《建筑结构荷载规范》GB50009-2001《钢结构设计规范》GB50017-2003《冷弯薄壁型钢结构设计规范》GB50018-2002《高层民用钢结构技术规程》JGJ99-98《建筑设计防火规范》GBJ16-2001《高层民用建筑设计防火规范》GB50045-2001《建筑物防雷设计规范》GB50057-2000《工程抗震术语标准》JGJ/T97-95《中国地震烈度表》GB/T17742-1999《建筑抗震设计规范》GB50011-2001《建筑抗震设防分类标准》GB50223-1995《中国地震动参数区划图》GB18306-2000《采暖通风与空气调节设计规范》GBJ19-87《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2002《混凝土结构设计规范》GB50010-2002《民用建筑热工设计规范》GB50176-93《民用建筑隔声设计规范》GBJ118-88《建筑结构可靠度设计统一标准》GB50068-2001《建筑装饰工程施工质量验收规范》GB50210-2001《建筑钢结构焊接规程》GB/T8162《钢结构防火涂料》GB14907-2002《碳钢焊条》GB/T5117-1995《低合金钢焊条》GB/T5118-1995《铝型材截面几何参数算法及计算机程序要求》YS/T437-20003.铝材规范：

《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《铝及铝合金彩色涂层板、带材》YS/T431-2000《铝塑复合板用铝带》YS/T432-2000《铝合金建筑型材》GB/T5237-2000《建筑铝型材基材》GB/T5237.1-2000《建筑铝型材阳极氧化、着色型材》GB/T5237.2-2000《建筑铝型材电泳涂漆型材》GB/T5237.3-2000《建筑铝型材粉末喷涂型材》GB/T5237.4-2000《建筑铝型材氟碳漆喷涂型材》GB/T5237.5-2000《变形铝及铝合金化学成份》GB/T3190-1996《铝及铝合金阳极氧化-阳极氧化膜的总规范》GB8013-1987《铝及铝合金轧制板材》GB/T3880-1997《建筑用铝型材、铝板氟碳涂层》JC133-20004.金属板及石材规范：

《天然花岗石荒料》JC/T204-2001《天然大理石荒料》JC/T202-2001《天然板石》GB/T18600-2001《天然花岗石建筑板材》GB/T18601-2001《天然大理石建筑板材》JC/T79-2001《干挂石材幕墙用环氧胶粘剂》JC/T887-2001《天然饰面石材术语》GB/T13890-92《建筑材料放射性核素限量》GB6566-2001《干挂天然花岗岩，建筑板材及其不锈钢配件》JC830-1998《铝塑复合板》GB/T17748-1999《建筑瓷板装饰工程技术规范》CECS101：

98《建筑装饰用微晶玻璃》JC/T872-20005.玻璃规范：

《建筑玻璃应用技术规程》JGJ113-2003《普通平板玻璃》GB4871-1995《浮法玻璃》GB11614－1999《钢化玻璃》GB/T9963-1998《幕墙用钢化玻璃与半钢化玻璃》GB/T17841-1999《建筑用安全玻璃防火玻璃》GB15763.1-2001《中空玻璃》GB/T11944-2002《夹层玻璃》GB9962-1999《镀膜玻璃第一部分阳光控制镀膜玻璃》GB/T18915.1-2002《镀膜玻璃第二部分低辐射镀膜玻璃》GB/T18915.2-2002《热反射玻璃》JC693-1998《热弯玻璃》JC/T915-20036.钢材规范：

《不锈钢棒》GB/T1220-1992《不锈钢冷加工钢棒》GB/T4226《不锈钢冷扎钢板》GB/T3280《不锈钢热扎钢板》GB/T4237-92《不锈钢热扎钢带》GB/T5090《冷拔异形钢管》GB/T3094-2000《碳素结构钢》GB/T700-1988《优质碳素结构钢》GB/T699《合金结构钢》GB/T3077《不锈钢和耐热钢冷扎带钢》GB/T4239《高耐候结构钢》GB/T4171-2000《焊接结构用耐候钢》GB/T4172-2000《低合金高强度结构钢》GB/T1591-1994《碳素结构和低合金结构钢热轧薄钢板及钢带》GB/T912《碳素结构和低合金结构钢热轧厚钢板及钢带》GB/T3274《结构用无缝钢管》JBJ102《金属覆盖层钢铁制品热镀锌层技术要求》GB/T13912-19927.胶类及密封材料规范：

《混凝土接缝用密封胶》JC/T881-2001《硅酮建筑密封胶》GB/14683-2003《建筑用硅酮结构密封胶》GB16776-2003《聚硫建筑密封胶》JC483-1992《中空玻璃用弹性密封剂》JC486-2001《幕墙玻璃接缝用密封胶》JC/T882-2001《石材幕墙接缝用密封胶》JC/T883-2001《中空玻璃用丁基热熔密封胶》JC/T914-2003《彩色钢板用建筑密封胶》JC/T884-2001《工业用橡胶板》GB/T5574-1994《绝热用岩棉、矿棉及其制品》GB/T11835-98《建筑用防霉密封胶》JC/T885-2001《建筑表面用有机硅防水剂》JC/T902-2002《聚氨酯建筑密封胶》JC/T482-20038.门窗及五金件规范：

《铝合金门》GB/T8478《铝合金窗》GB/T8479-2003《建筑外窗抗风压性能分级及检测方法》GB/T7106-2002《建筑外窗气密性能分级及检测方法》GB/T7107-2002《建筑外窗水密性能分级及检测方法》GB/T7108-2002《建筑外窗空气隔声性能分级及检测方法》GB/T8485-2002《铝合金门窗工程设计、施工及验收规范》DBJ15-30-2002《建筑外窗采光性能分级及检测方法》GB/T11976-2002《地弹簧》GB/T9296《平开铝合金窗执手》GB/T9298《铝合金窗不锈钢滑撑》GB/T9300《铝合金门插销》GB/T9297《铝合金窗撑挡》GB/T9299《铝合金门窗拉手》GB/T9301《铝合金窗锁》GB/T9302《铝合金门锁》GB/T9303《闭门器》GB/T9305《推拉铝合金门窗用滑轮》GB/T9304《紧固件螺栓和螺钉》GB/T5277《十字槽盘头螺钉》GB/T818《紧固件机械性能螺栓、螺钉和螺柱》GB3098.1-2000《紧固件机械性能螺母粗牙螺纹》GB3098.2-2000《紧固件机械性能螺母细牙螺纹》GB3098.4-2000《紧固件机械性能自攻螺钉》GB3098.5-2000《紧固件机械性能不锈钢螺栓、螺钉、螺柱》GB3098.6-2000《紧固件机械性能不锈钢螺母》GB3098.15-2000《螺纹紧固件应力截面积和承载面积》GB/T16823.1-19979.《建筑结构静力计算手册》（第二版）10.土建图纸：

二、基本参数1.幕墙所在地区：

北京地区；2.地区粗糙度分类等级：

幕墙属于薄壁外围护构件，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C类地区考虑。

3.抗震烈度：

按照国家规范《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）、《中国地震动参数区划图》（GB18306-2000）规定，北京地区地震基本烈度为8度，地震动峰值加速度为0.2g，水平地震影响系数最大值为：

αmax=0.16。

三、幕墙承受荷载计算1.风荷载标准值计算：

幕墙属于薄壁外围护构件，按建筑结构荷载规范（GB50009-2001）计算：

wk=βgzμzμsw0……7.1.1-2[GB50009-2001]上式中：

wk：

作用在幕墙上的风荷载标准值（MPa）；Z：

计算点标高：

33m；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:

βgz=K（1+2μf）其中K为地区粗糙度调整系数，μf为脉动系数A类场地:

βgz=0.92×（1+2μf）其中：

μf=0.387×（Z/10）-0.12B类场地:

βgz=0.89×（1+2μf）其中：

μf=0.5（Z/10）-0.16C类场地:

βgz=0.85×（1+2μf）其中：

μf=0.734（Z/10）-0.22D类场地:

βgz=0.80×（1+2μf）其中：

μf=1.2248（Z/10）-0.3对于C类地区，33m高度处瞬时风压的阵风系数：

βgz=0.85×（1+2×（0.734（Z/10）-0.22））=1.81μz：

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C类地区，33m高度处风压高度变化系数：

μz=0.616×（Z/10）0.44=1.042μs：

风荷载体型系数，根据计算点体型位置取1.2；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，按重现期50年，北京地区取0.00045MPa；wk=βgzμzμsw0=1.81×1.042×1.2×0.00045=0.001018MPa2.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0.16；Gk：

幕墙构件的重力荷载标准值（N）；A：

幕墙构件的面积（mm2）；3.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；进行位移及挠度计算时；重力荷载：

γG：

1.0；风荷载：

γw：

1.0；地震作用：

γE：

1.0；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；四、幕墙立柱计算基本参数：

1：

计算点标高：

33m；2：

力学模型：

双跨梁；3：

立柱跨度：

L=3900mm，短跨长L1=300mm，长跨长L2=3600mm；4：

立柱左分格宽：

2100mm；立柱右分格宽：

2100mm；5：

立柱计算间距（指立柱左右分格平均宽度）：

B=2100mm；6：

板块配置：

中空玻璃6+6mm；7：

立柱材质：

6063-T5；8：

安装方式：

偏心受拉；本处幕墙立柱按双跨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=0.001018×2100=2.138N/mmqw：

风荷载线分布最大荷载集度设计值（N/mm）；qw=1.4qwk=1.4×2.138=2.993N/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0.16；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=βEαmaxG/A……5.3.4[JGJ102-2003]=5×0.16×0.0005=0.0004MPaqEk：

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=0.0004×2100=0.84N/mmqE：

水平地震作用线荷载集度设计值（N/mm）；qE=1.3qEk=1.3×0.84=1.092N/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=2.993+0.5×1.092=3.539N/mm用于挠度计算时，采用Sw+0.5SE标准值组合：

……5.4.1[JGJ102-2003]qk=qwk+0.5qEk=2.138+0.5×0.84=2.558N/mm（4）求支座反力R1及最大弯矩：

由双跨梁弯矩图可知,两支点0,2处弯矩为零,中支点弯矩最大为M1，而在均布荷载作用下,最大挠度在长跨内出现。

M1：

中支座弯矩（N·mm）；R1：

中支座反力（N）；M1=-q（L13+L23）/8L=-3.539×（3003+36003）/8/3900=-5295228.75N·mmR1=qL1/2-M1/L1+qL2/2-M1/L2=3.539×300/2-（-5295228.75/300）+3.539×3600/2-（-5295228.75/3600）=26022.709N2.确定材料的截面参数：

（1）截面的型材惯性矩要求：

k2=0k1=4M1/（qL22）=4×5295228.75/（3.539×36002）=0.462查《建筑结构静力计算手册》第二版表3-9附注说明：

x0=A/4+2R1/3cos（θ+240）其中：

A=2+k1-k2=2.462R=（（A/4）2-k1/2）3/2=0.057θ=1/3arccos（（A3-12k1A-8（1-2k1-k2））/64R）=26.499x0=A/4+2R1/3cos（θ+240）=2.462/4+2×0.0571/3cos（26.499+240）=0.568λ=x0（1-2k1+3k1x0-2x02-k1x02+x03）=0.1432代入df,lim=λqkL24/24EIxmin上式中：

df,lim：

按规范要求，立柱的挠度限值（mm）；qk：

风荷载与地震作用线荷载集度标准值组合（N/mm）；L2：

长跨长度（mm）；E：

型材的弹性模量（MPa），对6063-T5取70000MPa；Ixmin：

材料需满足的绕X轴最小惯性矩（mm4）；L/180=3900/180=21.667取：

df,lim=21.667mm代入上式:

Ixmin=λqkL24/24Edf,lim=0.1432×2.558×36004/24/70000/21.667=1690228.795mm4

（2）截面的型材抵抗矩要求：

Wnx：

立柱净截面抵抗矩预选值（mm3）；Mx：

弯矩组合设计值即M1（N·mm）；γ：

塑性发展系数：

取1.05；fa：

型材抗弯强度设计值（MPa），对6063-T5取85.5；Wnx=Mx/γfa=5295228.75/1.05/85.5=58983.333mm33.选用立柱型材的截面特性：

按上一项计算结果选用型材号：

70/150型材的抗弯强度设计值：

85.5MPa型材的抗剪强度设计值：

τa=49.6MPa型材弹性模量：

E=70000MPa绕X轴惯性矩：

Ix=6032500mm4绕Y轴惯性矩：

Iy=754060mm4绕X轴净截面抵抗矩：

Wnx1=153940mm3绕X轴净截面抵抗矩：

Wnx2=68126mm3型材净截面面积：

An=1724.8mm2型材线密度：

γg=0.048294N/mm型材截面垂直于X轴腹板的截面总宽度：

t=7mm型材受力面对中性轴的静矩：

Sx=39600mm3塑性发展系数：

γ=1.054.立柱的抗弯强度计算：

（1）立柱轴向拉力设计值：

Nk：

立柱轴向拉力标准值（N）；qGAk：

幕墙单位面积的自重标准值（N）；A：

立柱单元的面积（mm2）；B：

幕墙立柱计算间距（mm）；L：

立柱跨度（mm）；Nk=qGAkA=qGAkBL=0.0005×2100×3900=4095NN：

立柱轴向拉力设计值（N）；N=1.2Nk=1.2×4095=4914N

（2）抗弯强度校核：

按双跨梁（受拉）立柱强度公式,应满足：

N/An+Mx/γWnx≤fa……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，取1.05；fa：

型材的抗弯强度设计值，取85.5MPa；则：

N/An+Mx/γWnx=4914/1724.8+5295228.75/1.05/68126=76.875MPa≤85.5MPa立柱抗弯强度满足要求。

5.立柱的挠度计算：

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

实际选用的型材惯性矩为：

Ix=6032500mm4预选值为：

Ixmin=1690228.795mm4所以，立柱挠度满足规范要求。

6.立柱的抗剪计算：

校核依据：

τmax≤τa=49.6MPa（立柱的抗剪强度设计值）

（1）求中支座剪力设计值：

采用Vw+0.5VE组合Vw1左=-（qL1/2-M1/L1）=-（3.539×300/2-（-5295228.75/300））=-18181.612NVw1右=qL2/2-M1/L2=3.539×3600/2-（-5295228.75/3600）=7841.097N取V=18181.612N

（2）立柱剪应力：

τmax：

立柱最大剪应力（N）；V：

立柱所受剪力（N）；Sx：

立柱型材受力面对中性轴的静矩（mm3）；Ix：

立柱型材截面惯性矩（mm4）；t：

型材截面垂直于X轴腹板的截面总宽度（mm）；τmax=VSx/Ixt=18181.612×39600/6032500/7=17.05MPa17.05MPa≤49.6MPa立柱抗剪强度满足要求!

五、幕墙横梁计算基本参数：

1：

计算点标高：

33m；2：

横梁跨度：

B=2100mm；3：

横梁上分格高：

1100mm；横梁下分格高：

1100mm；4：

横梁间距（指横梁上下分格平均高度）：

H=1100mm；5：

力学模型：

梯形荷载简支梁；6：

板块配置：

中空玻璃6+6mm；7：

横梁材质：

6063-T5；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：

幕墙横梁间距（mm）；qwk=wkH=0.001018×1100=1.12N/mmqw：

风荷载线分布最大荷载集度设计值（N/mm）；qw=1.4qwk=1.4×1.12=1.568N/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0.16；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]=5.0×0.16×0.0004=0.00032MPaqEk：

横梁受水平地震作用线荷载集度标准值（N/mm）；H：

幕墙横梁间距（mm）；qEk=qEAkH=0.00032×1100=0.352N/mmqE：

横梁受水平地震作用线荷载集度设计值（N/mm）；qE=1.3qEk=1.3×0.352=0.458N/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=1.568+0.5×0.458=1.797N/mm用于挠度计算时，采用Sw+0.5SE组合标准值：

……5.4.1[JGJ102-2003]qk=qwk+0.5qEk=1.12+0.5×0.352=1.296N/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：

幕墙横梁间距（mm）；采用Sw+0.5SE组合：

……5.4.1[JGJ102-2003]Mw=qwB2（3-（H/B）2）/24ME=qEB2（3-（H/B）2）/24My=Mw+0.5ME=qB2（3-（H/B）2）/24=1.797×21002×（3-（1100/2100）2）/24=899997.5N·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）；H：

横梁间距（mm）；Gk=0.0004×H=0.0004×1100=0.44N/mmG：

横梁自重线荷载设计值（N）；G=1.2Gk=1.2×0.44=0.528N/mmMx：

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=0.528×21002/8=291060N·mm2.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