明框玻璃幕墙立柱计算.docx
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明框玻璃幕墙立柱计算
明框玻璃幕墙
设计计算书
设计：
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批准：
玻璃幕墙设计计算书
1计算引用的规范、标准及资料
1.1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
《点支式玻璃幕墙工程技术规程》CECS127-2001
《点支式玻璃幕墙支撑装置》JG138-2001
《吊挂式玻璃幕墙支撑装置》JG139-2001
《建筑玻璃应用技术规程JGJ113-2003
《建筑幕墙》GB/T21086-2007
1.2建筑设计规范：
《钢结构设计规范》GB50017-2003
《钢结构防火涂料》GB14907-2002
《高层民用建筑钢结构技术规范》JGJ99-98
《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2002
《高层民用建筑设计防火规范》GB50045-95（2005年版）
《高处作业吊篮》GB19155-2003
《地震震级的规定》GB/17740-1999
《工程抗震术语标准》JGJ/T97-95
《建筑工程抗震设防分类标准》GB50223-2004
《建筑结构荷载规范》GB50009-2001（2006年版）
《建筑结构可靠度设计统一标准》GB50068-2001
《建筑抗震设防分类标准》GB50223-004
《建筑抗震设计规范》GB50011-2001
《公共建筑节能标准》GB50189-2005
《混凝土结构后锚固技术规程》JGJ145-2004
《混凝土结构结构设计规范》GB50010-2002
《混凝土用膨胀型、扩孔型建筑锚栓》JG160-2004
《既有居住建筑节能改造技术规程》JGJ129-2004
《建筑表面用有机硅防水剂》JC/T902-2002
《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
《建筑隔声评价标准》GB/T50121-2005
《建筑设计防火规范》GB50016-2006
《冷弯薄壁型钢结构设计规范》GB50018-2002
《民用建筑隔声设计规范》GBJ118-88
《民用建筑热工设计规范》GB50176-93
《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》JGJ134-2001
《夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准》JGJ175-2003
《民用建筑设计通则》GB50352-2005
1.3玻璃规范：
《镀膜玻璃》GB/T18915.1-2002
《防弹玻璃》GB17840-1999
《浮法玻璃》GB11614-1999
《夹层玻璃》GB/T9962-1999
《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》GB15763.1-2001
《幕墙用钢化玻璃与半钢化玻璃》GB17841-1999
《普通平板玻璃》GB4871-1995
《热弯玻璃》JC/T915-2003
《压花玻璃》JC/T511-2002
《中空玻璃》GB/T11944-2002
《着色玻璃》GB/T18701-2002
1.4铝材规范：
《变形铝及铝合金化学成份》GB/T3190-1996
《建筑用隔热铝合金型材-穿条式》JG/T175-2005
《建筑用铝型材、铝板氟碳涂层》JGJ133-2000
《铝合金建筑型材第1部分基材》GB5237.1-2004
《铝合金建筑型材第2部分阳极氧化、着色型材》GB5237.2-2004
《铝合金建筑型材第3部分电池涂漆型材》GB5237.3-2004
《铝合金建筑型材第4部分粉末喷涂型材》GB5237.4-2004
《铝合金建筑型材第5部分氟碳喷涂型材》GB5237.5-2004
《铝合金建筑型材第6部分隔热型材》GB5237.6-2004
《铝及铝合金金彩色涂层板、带材》YS/T431-2000
《一般工业用铝板及铝合金板、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/T437-2000
《有色电泳涂漆铝合金建筑型材》YS/T459-2003
1.5钢材规范：
《建筑结构用冷弯矩形钢管》JG/T178-2005
《高耐候结构钢》GB/T4171-2000
《高碳铬不锈钢丝》YB/T096-1997
《焊接结构用耐候钢》GB/T4172-2000
《合金结构钢》GB/T3077-1999
《结构用无缝钢管》JBJ102
《金属覆盖层钢铁制品热渡锌层技术要求》GB/T13912-2002
《冷拔异形钢管》GB/T3094-2000
《碳钢焊条》GB/T5117-1999
《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/T912-1989
《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
《高耐候结构钢》GB/T4171-2000
《不锈钢棒》GB/T1220-2007
《不锈钢和耐热钢冷轧钢带》GB/T4239-1991
《不锈钢冷加工钢棒》GB/T4226-1984
《不锈钢冷轧钢板及钢带》GB/T3280-2007
《不锈钢丝》GB/T4240-93
《建筑用不锈钢绞线》JG/T200-2007
1.6门窗及五金件规范：
《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》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/T3098.1-2000
《紧固件机械性能自攻螺钉》GB/T3098.5-2000
《紧固件术语盲铆钉》GB/T3099-2004
《铝合金窗》GB/T8479-2003
《铝合金门》GB/T8478-2003
《螺纹紧固件应力截面积和承载面积》GB/T16823.1-1997
《紧固件机械性能自攻螺钉》GB/T3098.5-2000
《紧固件术语盲铆钉》GB/T3099-2004
《地弹簧》QB/T3884-1999
《铝合金门插锁》QB/T3885-1999
《平开铝合金窗把手》QB/T3886-1999
《铝合金撑挡》QB/T3887-1999
《铝合金窗不锈钢滑撑》QB/T3888-1999
《铝合金门窗拉手》QB/T3889-1999
《铝合金门锁》QB/T3901-1999
《铝合金窗锁》QB/T3900-1999
《推拉铝合金门用滑轮》QB/T3902-1999
《外装门锁》QB/T2473-2000
《弹子插芯门锁》GB/T2474-2000
《叶片门锁》QB/T2475-2000
《球型门锁》QB/T2476-2000
《铜合金铸件》GB/T13819-1992
《锌合压铸件》GB/T13821-1992
《铝合金压铸件》GB/T15114-1994
《铸件尺寸公差与机械加工余量》QB/T6414-1999
《建筑门窗五金件插销》JG214-2007
《建筑门窗五金件传动机构用执手》JG124-2007
《建筑门窗五金件旋压执手》JG213-2007
《建筑门窗五金件合页（铰链）》JG125-2007
《建筑门窗五金件滑撑》JG127-2007
《铸件尺寸公差与机械加工余量》QB/T6414-1999
《建筑门窗五金件滑轮》JG129-2007
《建筑门窗五金件多点锁闭器》JG215-2007
《建筑门窗五金件撑挡》JG128-2007
《建筑门窗五金件通用要求》JG212-2007
《建筑门窗五金件单点锁闭器》JG130-2007
《建筑门窗内平开下悬五金系统》JG168-2004
《钢塑共挤门窗》JG207-2007
1.7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
《丁基橡胶防水密封胶粘带》JC/T942-2004
《工业用橡胶板》GB/T5574-1994
《彩色涂层钢板用建筑密封胶》JC/T884-2001
《干挂石材幕墙用环氧胶粘结剂》JC887-2001
《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
《聚氨酯建筑密封胶》JC/T482-2003
《修补用天然橡胶胶粘剂》HG/T3318-2002
《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
《橡胶袖珍硬度计压入硬度试验方法》GB/T531-1999
《修补用天然橡胶粘结剂》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
1.8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
《采暖居住建筑节能检验标准》JGJ132-2001
《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
《建筑外窗保温性能分级及检测方法》GB/T8484-2002
《建筑外窗采光性能分级及检测方法》GB/T11976-2002
《建筑外窗抗风压性能分级及检测方法》GB/T7106-2002
《建筑外窗空气隔声性能分级及检测方法》GB/T8485-2002
《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
《建筑装饰装修工程施工质量验收规范》GB50210-2001
1.9《实用建筑结构静力计算手册》
1.10土建图纸
2基本参数
2.1工程概况
工程名称：
工程地点：
杭州
工程标高：
10.2m
建筑物使用年限：
50年
2.2地面粗糙程度分类：
幕墙属于外围护构件，按《建筑结构荷载规范》（GB5009-2001）
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。
依据上面分类标准，本工程为C类地形
2.3抗震烈度：
由国家规范《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）知：
杭州地区地震基本烈度为6度，地震动峰值加速度为：
0.05g，水平地震影响系数最大值为：
αmax=0.04
3玻璃幕墙承受荷载计算
3.1玻璃幕墙承受的水平风荷载计算：
3.1.1水平风荷载标准值计算：
按现行国家标准《玻璃幕墙工程技术规范》（JGJ102-2003），玻璃幕墙风荷载标准值按下式计算，并且不小于1.0×10-3MPa
Wk=βgz.μz.μs.Wo
式中Wk——风荷载标准值（MPa）；
βgz——阵风系数；
μz——风压高度变化系数；
μs——风荷载体型系数；
Wo——基本风压（MPa）。
该幕墙工程的计算标高为：
10.2m，地面粗糙度类别为：
C类。
按现行国家标准《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001（2006版））表7.5.1由插值法可得阵风系数：
βgz=1.991。
按现行国家标准《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001（2006版））表7.2.1由插值法可得风压高度变化系数：
μz=.736。
按现行国家标准按按《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001（2006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：
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、按外表面风压的正负情况取-0.2或0.2。
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
计算面板材料时的构件从属面积：
A=a×b=5.1×1.4=7.14m2
logA=.854
由上述规定将A，logA代入公式可得：
μs1=.829
由此可得，该幕墙结构的风荷载体型系数为：
μs=μs1+0.2=1.029
按现行国家标准《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001（2006版））附表D.4（全国各城市的雪压和风压值表）可知：
杭州地区，按50年重现期，取基本风压值为：
Wo=.45×10-3MPa
由上述公式可得作用在幕墙上的风荷载标准值为：
Wk=βgz.μz.μs.Wo
=1.991×.736×1.029×.45
=.679×10-3MPa
按现行国家标准《玻璃幕墙工程技术规范》（JGJ102-2003），玻璃幕墙风荷载标准值不小于1.0×10-3MPa因此，取水平风荷载标准值为：
Wk=1.0×10-3MPa
3.1.2水平风荷载设计值计算：
作用于幕墙上的风荷载设计值为：
W=γw.Wk
γw——风荷载分项系数
按现行国家标准《玻璃幕墙工程技术规范》（JGJ102-2003）第5.4.2条取风荷载分项系数为：
1.4；
W——作用在幕墙上的风荷载设计值
因此，作用在幕墙上的风荷载设计值为：
W=1.4×1×10-3=1.4×10-3MPa
3.2垂直于玻璃平面的分布水平地震作用计算：
3.2.1垂直于玻璃平面的分布水平地震标准值计算：
按现行国家标准《玻璃幕墙工程技术规范》（JGJ102-2003）第5.3.4条，垂直于玻璃平面的分布水平地震标准值可按下式计算：
qEk=βE.αmax.Gk
式中qEk——垂直于玻璃平面的分布水平地震标准值（MPa）；
βE——动力放大系数，可取5.0；
αmax——水平地震影响系数最大值，按表5.3.4采用，本工程取值为：
.04；
Gk——玻璃幕墙构件（仅包括玻璃面板）的重力荷载标准值（kN）；
A——玻璃幕墙平面面积（m2）。
3.2.2垂直于玻璃平面的分布水平地震设计值计算：
垂直于玻璃平面的分布水平地震设计值为：
qE=γE．qEk
γE——水平地震作用分项系数；
按现行国家标准《玻璃幕墙工程技术规范》（JGJ102-2003）第5.4.2条取地震作用项系数为：
1.3；
qE——水平地震作用设计值（MPa）。
3.3作用效用组合：
幕墙构件承载力极限状态设计时，其作用效用应按下式进行组合：
S=γGSGk+ψwγwSwk+ψEγESEk
式中S——作用效应组合的设计值；
SGk——永久荷载效应标准值；
Swk——风荷载效应标准值；
SEk——地震作用效应标准值；
γG——永久荷载分项系数；
γw——风荷载分项系数；
γE——地震作用分项系数；
ψw——风荷载的组合值系数；
ψE——地震作用的组合值系数。
按现行国家标准《玻璃幕墙工程技术规范》（JGJ102-2003）第5.4.2条上式中的分项系数及组合值系数的取值分别如下：
进行幕墙构件的承载力设计时：
重力荷载分项系数：
γG=1.2；
风荷载分项系数：
γw=1.4；
地震作用分项系数：
γE=1.3；
进行挠度计算时分项系数取值：
重力荷载分项系数：
γG=1；
风荷载分项系数：
γw=1；
地震作用分项系数：
可不做组合考虑；
4幕墙立柱计算
基本参数：
1.计算点标高：
10.2m
2.力学模型：
简支梁
3.立柱跨度为：
L=5100mm
4.立柱左分格宽度：
B1=1400mm；立柱右分格宽度：
B2=1400mm；
5.立柱的计算宽度为：
B=1400mm
6.板块配置：
玻璃的厚度为：
12mm
本处幕墙立柱的计算模型如下图所示：
立柱的模型简图——简支梁
4.1立柱荷载计算：
（1）风荷载作用的线荷载集度（按矩形分布）：
风荷载线分布最大荷载集度标准值（N/mm）
qwk=Wk.B
式中：
qwk——风荷载标准值（MPa）
B——幕墙立柱计算间距（mm），取值为：
B=1400mm
qwk=Wk.B=1×10-3×1400=1.400N/mm
风荷载线分布最大荷载集度设计值（N/mm）
qw=qwk.γw=1.400×1.4=1.960N/mm
（2）水平地震作用线荷载集度（按矩形分布）：
垂直于面板平面的分布水平地震作用标准值
按现行国家标准《玻璃幕墙工程技术规范》（JGJ102-2003）第5.3.4条，垂直于玻璃平面的分布水平地震标准值可按下式计算：
qEAk=βE.αmax.GAk
式中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，可取5.0；
αmax——水平地震影响系数最大值，按表5.3.4采用，本工程取值为：
.04；
GAk——玻璃幕墙构件（含面板和框架）的重力荷载标准值（MPa）
本工程取值为：
0.457×10-3MPa
则：
qEAk=βE.αmax.GAk=5.0×.04×.=.091×10-3MPa
水平地震作用线荷载集度标准值（N/mm）：
qEk=qEAk.B=.091×10-3×1400=0.127N/mm
水平地震作用线荷载集度设计值（N/mm）
qE=qEk.γE=0.127×1.3=0.167N/mm
（3）幕墙所受荷载线集度组合设计值：
依据相关规范及设计资料，进行幕墙构件的承载力计算时，作用于幕墙上的风荷载和地震作用的组合系数分别如下：
风荷载组合系数：
ψw=1
地震作用组合系数：
ψe=.5
幕墙所受荷载线集度组合设计值（N/mm）：
q=ψw.qw+ψe.qE=1×1.960+.5×0.167=2.043N/mm
4.2立柱的内力计算：
（1）受力最不利处立柱承受的轴向拉力设计值
N=GA.L.B
式中：
N——立柱轴向拉力设计值（N）；
GA——玻璃幕墙构件（含面板和框架）的重力荷载标准值（MPa）
GA=γG.GAk=1.2×0.457×10-3=0.549×10-3MPa
L——立柱跨度（mm）；
B——幕墙立柱计算间距（mm）；
N=GA.L.B=0.549×10-3×5100×1400=3917.29N
（2）立柱在组合荷载作用下的弯矩设计值
=.75N.mm
立柱在水平方向荷载作用下的弯矩图如下图所示：
立柱弯矩图
（3）立柱在组合荷载作用下的剪力设计值
=5209.65N
立柱在水平方向荷载作用下的剪力图如下图所示：
立柱剪力图
4.3选用的立柱材料的截面特性：
截面采用钢铝组合截面形式，所选截面特性分别如下：
所选铝材型号为6063-T5
铝材的抗弯强度设计值：
fa=85.5MPa
铝材的抗剪强度设计值：
τa=49.6MPa
铝材的弹性模量：
E=70000MPa
铝材绕X轴的惯性矩：
Ix=mm4
铝材绕Y轴的惯性矩：
Iy=.9mm4
铝材绕X轴的净截面抵抗矩：
Wnx1=49170mm3
铝材绕X轴的净截面抵抗矩：
Wnx2=49415.1mm3
铝材净截面面积：
An=1372.5mm2
铝材截面垂直于X轴腹板的截面总厚度：
t=6mm
铝材受力面对中性轴的面积矩：
Sx=33407.3mm3
所选钢材型号为Q235（d≤16）
钢材的抗弯强度设计值：
fa=215MPa
钢材的抗剪强度设计值：
τa=125MPa
钢材的弹性模量：
E1=MPa
钢材绕X轴的惯性矩：
Ix=mm4
钢材绕Y轴的惯性矩：
Iy=mm4
钢材绕X轴的净截面抵抗矩：
Wnx1=29461.2mm3
钢材绕X轴的净截面抵抗矩：
Wnx2=29461.2mm3
钢材净截面面积：
An=984mm2
钢材截面垂直于X轴腹板的截面总宽度：
t=6mm
钢材受力面对中性轴的面积矩：
Sx=18522mm3
4.4立柱的截面校核：
4.4.1立柱的荷载分配：
由于立柱截面为钢铝组合截面，按等挠度原则，将垂直于截面的荷载分别按
的比例分别分配到铝材和钢材截面上，轴向荷载对材料的抗弯强度影响较小，这里近似的平均分配，因此需分别对铝材和钢材进行截面校核。
垂直于截面的荷载分配系数分别为：
式中
k1——分配到铝材截面上的荷载比例
E1——铝材的弹性模量
I1——铝材绕X轴的惯性矩
k2——分配到钢材截面上的荷载比例
E2——钢材的弹性模量
I2——钢材绕X轴的惯性矩
（1）轴力分配值
铝材截面轴力分配值为：
N1=1958.645N
钢材截面轴力分配值为：
N2=1958.645N
（2）弯矩分配值
铝材截面弯矩分配值为：
M1=M×k1=.75×.439=.154N.mm
钢材截面弯矩分配值为：
M2=M×k2=.75×.561=.596N.mm
（3）剪力分配值
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