玻璃幕墙设计计算书Word下载.docx
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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×
μf=0.5(Z/10)-0.16C类场地:
βgz=0.85×
μf=0.734(Z/10)-0.22D类场地:
βgz=0.80×
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:
(1+2×
(0.734(Z/10)-0.22))=1.81μz:
风压高度变化系数;
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:
(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;
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:
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:
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);
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:
幕墙构件的重力荷载标准值(N),(含面板和框架);
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);
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·
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);
立柱单元的面积(mm2);
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);
立柱弯矩设计值(N·
An:
立柱净截面面积(mm2);
在弯矩作用方向的净截面抵抗矩(mm3);
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:
横梁跨度:
横梁上分格高:
1100mm;
横梁下分格高:
横梁间距(指横梁上下分格平均高度):
H=1100mm;
梯形荷载简支梁;
横梁材质:
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):
H:
幕墙横梁间距(mm);
qwk=wkH=0.001018×
1100=1.12N/mmqw:
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):
垂直于幕墙平面的分布水平地震作用(MPa);
幕墙构件的重力荷载标准值(N),(主要指面板组件);
qEAk=βEαmaxGk/A……5.3.4[JGJ102-2003]=5.0×
0.0004=0.00032MPaqEk:
横梁受水平地震作用线荷载集度标准值(N/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);
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·
Mw:
风荷载作用下横梁产生的弯矩(N·
ME:
地震作用下横梁产生的弯矩(N·
横梁跨度(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):
横梁自重线荷载标准值(N);
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·
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:
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