05 隐框玻璃幕墙解析.docx

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05隐框玻璃幕墙解析

第五部分、隐框玻璃幕墙结构计算（转角）

第一章、荷载计算

一、基本参数

计算高度：

95.3m

计算位置：

副楼北立面隐框玻璃幕墙

幕墙最大分格：

B×H=1.250×0.95m

B：

玻璃宽度

H：

玻璃高度

设计地震烈度：

7度

地面粗糙度类别：

C类

作用荷载>>石材面板>>支撑龙骨>>连接件>>预埋件>>主体结构。

二、荷载计算

1、水平风荷载标准值计算

βgz：

阵风系数，取βgz=1.62

按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001（2006年版）表7.5.1

μS：

风荷载体型系数，取μS=-1.97

μZ：

风压高度变化系数，取μZ=1.64

按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001（2006年版）表7.2.1

W0：

作用在幕墙上的风荷载基本值0.75KN/m2

按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001（2006年版）附表D.4（按50年一遇）

WK：

作用在幕墙上的风荷载标准值

WK=βgz·μS·μZ·W0=1.62×（-1.97）×1.64×0.75=-3.925KN/m2（表示负风压）

2、水平风荷载设计值计算

rW：

风荷载分项系数，取rW=1.4

按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第5.4.2条

W：

作用在幕墙上的风荷载设计值

W=rW·WK=1.4×3.925=5.495KN/m2

3、幕墙构件重量荷载

玻璃采用6（low-e）+12A+6钢化中空玻璃

GAK：

幕墙构件自重标准值，取0.45KN/m2

GA：

幕墙构件自重设计值

GA=1.2×GAK=1.2×0.45=0.54KN/m2

4、地震作用

qEK：

垂直于幕墙平面的水平地震作用标准值（KN/m2）

qE：

垂直于幕墙平面的水平地震作用设计值（KN/m2）

βE：

动力放大系数，可取5.0

αmax：

水平地震影响系数最大值，取0.08

GAK：

幕墙构件（包括玻璃和龙骨）的重量标准值，取0.45KN/m2

qEK=

=5.0×0.08×0.45

=0.18KN/m2

qE=γE×qEK

=1.3×0.18

=0.234KN/m2

5、风荷载和水平地震作用组合计算

ψW：

风荷载的组合值系数，取ψW=1.0

按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第5.4.3条

ψE：

地震作用的组合值系数，取ψE=0.5

按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第5.4.3条

qK：

风荷载和水平地震作用组合标准值

qK=ψW·WK+ψE·qEK=1.0×3.925+0.5×0.18=4.015KN/m2

q：

风荷载和水平地震作用组合设计值

q=ψW·W+ψE·qE=1.0×5.495+0.5×0.234=5.612KN/m2

第二章、玻璃面板计算

一、计算说明

玻璃面板选用6（low-e）+12A+6钢化中空玻璃，玻璃面板的最大分格尺寸为，a=950mm，b=1250mm。

该玻璃幕墙的玻璃属于框支承体系，面板四边固定，可将其简化为四边简支的面板计算模型。

二、外片玻璃面板强度校核

校核依据：

≤fg

按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第6.1.2条

1、计算说明

根据《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第6.1.4条和第6.1.5条的规定，钢化中空玻璃的内外片玻璃承受的荷载分别为

、

。

玻璃内外片均为钢化，所以根据以上的公式，可以看出在相同的条件下，内外片的玻璃承受的荷载不同，所以需要分别验算内外片的玻璃是否满足强度条件要求。

2、外片玻璃承受的水平风荷载

t1、t2、：

钢化中空玻璃内外片玻璃的厚度，取t1=6mm

WK1：

外片玻璃承受的水平风荷载标准值

=2.159KN/m2

W1：

外片玻璃承受的水平风荷载设计值

=3.022KN/m2

3、外片玻璃承受的水平地震荷载

t1、t2、钢化中空玻璃内外片玻璃的厚度，取t1=6mm

GAK：

钢化玻璃面板自重面荷载标准值

GAK=6×10-3×25.6=0.154KN/m2

αmax：

水平地震影响系数最大值，取αmax=0.08

按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第5.3.4条

βE：

动力放大系数，取βE=5.0

按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第5.3.4条

qEK1：

作用在钢化玻璃上的地震荷载标准值

qEK1=αmax·βE·GGK=0.08×5.0×0.154=0.062KN/m2

rE：

地震作用分项系数，取rE=1.3

按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第5.4.2条

qE1：

作用在外片玻璃上的地震荷载设计值

qE1=rE·qEK1=1.3×0.062=0.081KN/m2

4、外片玻璃风荷载和水平地震作用组合计算

ψW：

风荷载的组合值系数，取ψW=1.0

按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第5.4.3条

ψE：

地震作用的组合值系数，取ψE=0.5

按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第5.4.3条

qK1：

外片玻璃风荷载和水平地震作用组合标准值

qK1=ψW·WK1+ψE·qEK1=1.0×2.159+0.5×0.062=2.190KN/m2

q1：

外片玻璃风荷载和水平地震作用组合设计值

q1=ψW·W1+ψE·qE1=1.0×3.022+0.5×0.081=3.063KN/m2

5、外片玻璃的强度折减系数

θ：

参数

t：

外片玻璃厚度，取t=6mm

=19.12

η：

折减系数，取η=0.9235

由θ=19.12，查《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003表6.1.2-2得

6、外片玻璃强度校核

m：

弯矩系数，取m=0.0672

由

=

=0.76，查《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003表6.1.2-1得

σ：

外片玻璃产生的最大应力

=

=28.6N/mm2＜fg=84.0N/mm2

外片玻璃面板强度符合规范要求。

三、内片玻璃面板强度校核

校核依据：

≤fg

按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第6.1.2条

1、计算说明

根据《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第6.1.4条和第6.1.5条的规定，钢化中空玻璃的内外片玻璃承受的荷载分别为

、

。

玻璃内外片均为钢化，所以根据以上的公式，可以看出在相同的条件下，内外片的玻璃承受的荷载不同，所以需要分别验算内外片的玻璃是否满足强度条件要求。

2、内片玻璃承受的水平风荷载

t1、t2、：

钢化中空玻璃内片玻璃的厚度，取t2=6mm

WK2：

内片玻璃承受的水平风荷载标准值

=1.963KN/m2

W：

内片玻璃承受的水平风荷载设计值

=2.748KN/m2

3、内片玻璃承受的水平地震荷载

t1、t2、钢化中空玻璃内片玻璃的厚度，取t2=6mm

GAK：

钢化玻璃面板自重面荷载标准值

GAK=6×10-3×25.6=0.154KN/m2

αmax：

水平地震影响系数最大值，取αmax=0.08

按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第5.3.4条

βE：

动力放大系数，取βE=5.0

按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第5.3.4条

qEK2：

作用在钢化玻璃上的地震荷载标准值

qEK2=αmax·βE·GGK=0.08×5.0×0.154=0.062KN/m2

rE：

地震作用分项系数，取rE=1.3

按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第5.4.2条

qE2：

作用在内片玻璃上的地震荷载设计值

qE2=rE·qEK2=1.3×0.062=0.081KN/m2

4、内片玻璃风荷载和水平地震作用组合计算

ψW：

风荷载的组合值系数，取ψW=1.0

按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第5.4.3条

ψE：

地震作用的组合值系数，取ψE=0.5

按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第5.4.3条

qK2：

内片玻璃风荷载和水平地震作用组合标准值

qK2=ψW·WK2+ψE·qEK2=1.0×1.936+0.5×0.02=1.946KN/m2

q2：

内片玻璃风荷载和水平地震作用组合设计值

q2=ψW·W2+ψE·qE2=1.0×2.748+0.5×0.081=2.789KN/m2

5、内片玻璃的强度折减系数

θ：

参数

t：

内片玻璃厚度，取t=6mm

=17.0

η：

折减系数，取η=0.932

由θ=17.0，查《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003表6.1.2-2得

6、内片玻璃强度校核

m：

弯矩系数，取m=0.0672

由

=

=0.76，查《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003表6.1.2-1得

σ：

内片玻璃产生的最大应力

=

=26.3N/mm2＜fg=84.0N/mm2

内片玻璃面板强度符合规范要求。

四、玻璃面板挠度校核

校核依据：

df=

≤df,lim=

按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第6.1.4条

1、计算说明

根据《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第5.4.4条的规定，玻璃幕墙的玻璃面板的挠度，可不考虑组合效应，所以我们只需验算玻璃面板在风荷载作用下的挠度即可。

2、玻璃刚度计算

t：

钢化中空玻璃的两片玻璃的等效厚度

按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第6.1.5条

t=0.95

=0.95×

=7.18mm

D：

玻璃刚度

D=

=

=2.3×106N·mm

3、玻璃的挠度折减系数

θ：

参数

t：

玻璃厚度，取t=7.18mm

=16.7

η：

折减系数，取η=0.9332

由θ=6.65，查《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003表6.1.2-2得

4、玻璃挠度校核

μ：

挠度系数，取μ=0.00651

由

=

=0.76，查《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003表6.1.3得

df：

玻璃产生的最大挠度

df=

=

=8.4mm

df=8.4mm＜df,lim=

=

=15.8mm

玻璃面板挠度符合规范要求。

五、结构胶强度计算

1、基本参数

胶的短期强度允许值f1=0.2N/mm2

胶的长期强度允许值f2=0.01N/mm2

风荷载设计值W=5.495KN/m2

水平风荷载和地震作用组合设计值q=5.612KN/m2

幕墙玻璃的重力荷载设计值qG=0.185KN/m2

玻璃的短边长度a=950mm

玻璃的长边长度b=1250mm

2、结构胶在风荷载与地震作用组合下的粘结宽度

CS1=

=

=13.33mm

3、硅酮结构密封胶的粘结厚度ts'

ts：

结构胶的粘结厚度（mm）

us：

幕墙玻璃的相对于铝合金框的位移（mm）

δ：

结构硅酮密封胶在地震作用下的变位承受能力，取0.25（厂家提供）

θ：

最大弹性层间位移角限值，取1/550

hg：

玻璃分格高度，取950mm

Us=θ·hg=1/550×950=1.727mm

ts=

=

=3.08mm

结构胶实际宽度16mm，厚度8mm。

综上，结构胶设计满足要求，可以正常使用。

第三章、半隐框玻璃幕墙立柱计算

一、计算说明

根据建筑结构特点，每根幕墙立柱简支在主体结构上,立柱高度H=3.0m，最大横向计算分格宽度B=1.25m。

二、力学模型

采用简支梁力学模型，荷载按均布线荷载计算。

水平方向和竖直方向均承受矩形荷载。

计算简图如下图：

三、荷载作用值

1、立柱所受的风荷载计算

βgz：

阵风系数，取βgz=1.61

按《建筑结构荷载规范》GB50009-2003表7.5.1

μS：

风荷载体型系数，A=B×H=1.25×3.00=3.75m2

取μS=-1.59+（-0.2）=-1.79

按《建筑结构荷载规范》GB50009-2003第7.3.3条

该体形系数分别为一个垂直于幕墙方向向外的荷载值和一个垂直于幕墙方向相里的荷载值，计算时，我们选择最不利的一种荷载进行组合，所以我们在计算时，选-1.79作为我们的计算风荷载体形系数。

μZ：

风压高度变化系数，取μZ=1.66

按《建筑结构荷载规范》GB50009-2003表7.2.1

W0：

作用在幕墙上的风荷载基本值0.75KN/m2

按《建筑结构荷载规范》GB50009-2003附表D.4（按50年一遇）

WK：

作用在幕墙上的风荷载标准值

WK=βgz·μS·μZ·W0=1.61×（-1.79）×1.66×0.75=-3.588KN/m2（表示负风压）

2、水平风荷载设计值计算

rW：

风荷载分项系数，取rW=1.4

按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第5.4.2条

W：

作用在幕墙上的风荷载设计值

W=rW·WK=1.4×3.588=5.023KN/m2

3、风荷载和水平地震作用组合标准值计算

ψW：

风荷载的组合值系数，取ψW=1.0

按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第5.4.3条

ψE：

地震作用的组合值系数，取ψE=0.5

按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第5.4.3条

qK=ψW·WK+ψE·qEK=1.0×3.588+0.5×0.18=3.678KN/m2

4、风荷载和水平地震作用组合设计值计算

q=ψW·W+ψE·qE=1.0×5.023+0.5×0.234=5.140KN/m2

1、立柱承受的竖直方向面荷载

标准值GGK=0.45KN/m2

设计值GG=0.54KN/m2

2、立柱承受的水平方向面荷载（按龙骨从属面积计算）

标准值qK=3.678KN/m2

设计值q=5.140KN/m2

3、立柱承受的水平线荷载

标准值q线k=qK×B=3.678×1.25=4.598KN/m

设计值q线=q×B=5.140×1.25=6.425KN/m

4、立柱所受的弯矩

M=1/8×q线×H2=0.125×6.425×32=7.228KN·m

5、受力最不利处立柱承受的偏心拉力设计值（立柱中心处）

N=GG×B×H=0.54×1.25×3.0=2.025KN

四、立柱截面参数

立柱截面积A0=1345.8529mm2

X轴惯性矩IX=5358709.3704mm4

X轴抵抗矩WX=53300.7391mm3

Y轴抵抗矩Wy=25816.0094mm3

塑性发展系数γ=1.05

五、立柱强度校核

校核依据

≤fa=150N/mm2

按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第6.3.10条

=

=137.1N/mm2＜fa=150N/mm2

立柱强度满足设计要求。

六、立柱挠度校核

由水平风荷载下引起的挠度

线荷载标准值

W线K=WK·B=3.588×1.25=4.485KN/m

水平风荷载下立柱的挠度

u=

=

=12.6mm

u=12.6mm＜H/180=3000/180=16.7mm＜20mm

立柱挠度满足设计要求。

根据以上计算，立柱的各个构件均符合规范要求，满足设计要求，达到使用功能，可以正常使用。

第四章、隐框玻璃幕墙横梁计算

一、计算说明

横梁选用（6063-T5）铝型材，根据建筑结构特点，每根幕墙横梁简支在立柱上，双向受力，属于双弯构件，须对横梁进行强度和挠度校核，横梁的计算长度B=1250mm。

该横梁承受竖直方向荷载高度h=950mm，。

承受水平方向梯形荷载，荷载高度h1=475mm，承受水平方向梯形荷载，荷载高度h2=325mm，横梁受力形式及计算简图如下。

二、荷载计算

1、横梁承受的竖直方向面荷载

标准值GGK=0.45KN/m2

设计值GG=0.54KN/m2

2、横梁承受的水平方向面荷载

标准值qK=3.678KN/m2

设计值q=5.140KN/m2

3、横梁承受的竖向方向作用力

P1=0.54×0.95×1.25/2=0.32KN

4、横梁承受的水平方向线荷载

标准值qK线1=qK·h1=3.678×0.475=1.747KN/m

qK线2=qK·h1=3.678×0.325=1.195KN/m

设计值q线1=q·h1=5.140×0.475=2.442KN/m

q线2=q·h1=5.140×0.325=1.671KN/m

5、横梁承受的竖直方向最大弯矩和剪力

=0.32×0.3125=0.10KN·m

=0.32KN

6、横梁承受的水平方向最大弯矩和剪力

=

+

=

+

=0.678KN·m

+

=1.719KN

三、横梁截面参数

横梁截面积A=713.5075mm2

中性轴惯性矩IX=237756.5898mm4

X轴抵抗矩WX=5899.8687mm3

Y轴抵抗矩WY=12838.2651mm3

中性轴惯性矩IY=505522.8301mm4

塑性发展系数υ=1.05

四、横梁抗弯强度校核

校核依据：

≤fa

按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第6.2.4条

=

=65.4N/mm2＜fa=90N/mm2

横梁抗弯强度符合规范要求。

五、横梁抗剪强度校核

校核依据：

≤fav

按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第6.2.5条

1、竖直方向剪应力

t：

横梁壁厚，取t=3mm

τX：

横梁承受的竖直荷载产生的剪应力

τX=

=

=2.4N/mm2＜fav=55N/mm2

2、水平方向剪应力

t：

横梁壁厚，取t=3mm

τY：

横梁承受的水平荷载产生的剪应力

τY=

=

=9.9N/mm2＜fav=55N/mm2

3、横梁承受的最大剪应力

Vmax=

=

=10.2N/mm2＜fav=55N/mm2

横梁抗剪强度满足设计要求。

六、横梁挠度校核

校核依据：

df≤df,lim=

按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第6.2.7条

1、竖直方向的挠度计算

F1=0.54×0.95×1.25/2=0.32KN

=1.1mm＜df,lim=

=

=6.9mm且不大于3mm

2、水平方向线荷载计算`

风荷载标准值

WK=3.588KN/m2

水平方向线荷载标准值

WK线1=WK·h1=3.588×0.475=1.704KN/m

WK线2=WK·h2=3.588×0.325=1.166KN/m

3、水平方向的挠度计算

df，Y：

水平方向梯形荷载产生的挠度

μy=

＋

=2.08mm

df，Y=2.08mm＜df,lim=

=

=6.9mm

横梁刚度符合规范要求。

根据以上计算，横梁的各个构件均符合规范要求，满足设计要求，达到使用功能，可以正常使用。

七、横梁竖直方向扭转屈曲校核

1、杆件的扭转屈曲校

在荷载设计值作用下，根据计算得出杆件的最大扭矩为T=（0.54×0.95×1.25）×0.0755=0.05KN·m

＝12.8N/mm2＜55N/mm2

杆件侧向扭转屈曲满足设计要求

第五章、幕墙连接计算

一、横梁与立柱的连接计算

1、计算说明

该半隐框幕墙所有的横梁与立柱通过2个M6对穿螺栓连接，对穿螺栓承受来自水平方向的荷载和竖直方向上的荷载。

此时我们需要对连接部位的螺栓的抗剪强度、立柱的局部承压能力和钢角码的局部承压能力进行验算。

1、荷载计算

作用在连接部位的水平方向剪力

VY=5.140×1.25×（0.475+0.325）/2=2.570KN

作用在连接部位的水平方向剪力

V2=0.54×0.95×1.25/2=0.32KN

横梁端部所承受的最大剪力

V=

=

=2.590KN

2、横梁与立柱连接螺栓的校核

M6螺栓

公称面积：

A1=28.3mm2

有效面积：

A2=20.1mm2

nV：

剪切面，取nV=1

NVb：

每个螺栓的抗剪承载力：

NVb=nV·A1·fV=1×28.3×245=6933.5N＞V=2590/2=1295N

M6不锈钢螺栓满足设计要求。

3、铝合金角码局部承压能力

NCb：

铝合金角码局部承压能力

NCb=d·t·fab=6.0×4×120=2880N＞V=2590/2=1295N

铝合金角码局部承压能力满足设计要求。

二、铝合金托片计算

一、计算说明

铝合金托片（6063-T6）在工作中传递荷载，自身也受到荷载作用，如不能有效的承担这些荷载，就会影响幕墙的正常使用，所以下面我们对铝合金压板进行验算。

二、铝合金托片计算

1、计算说明

铝合金托片承受玻璃面板传来的竖向荷载根据其受力形式，取100mm的计算长度，可将其看成一个在端部受集中力的悬臂梁，悬臂梁根部受力最不利，同时承受最大剪力和弯矩。

力臂长L=23mm。

由于压板自重较轻，故不考虑自重影响。

铝合金压板厚t=4mm。

2、荷载计算

（1）铝合金托片承受竖直方向集中力

标准值FK=（6+6）×25.6×10-3×0.95×1.25/2=0.18KN

设计值F=1.2×0.18=0.216KN

（2）铝合金托片受到的最大弯矩和剪力

弯矩M=F·L=216×23=4968N·mm

剪力V=F=216N

3、铝合金托片截面参数

4、铝合金托片抗弯强度校核

校核依据：

≤fa=150N/mm2

=

=18.6N/mm2＜fa=150.0N/mm2

铝合金托片抗弯强度满足设计要求。

5、铝合金托片抗剪强度校核

校核依据：

τmax≤fav=85N/mm2

=0.54N/mm2＜85N/mm2

铝合金托片抗剪强度满足设计要求。

6、铝合金托片挠度校核

校核依据：

df≤df,lim=

df=

=

=0.02mm＜df,lim=

=

=0.26mm

铝合金托片挠度满足设计要求。

第六章、幕墙预埋件计算

一、立柱连接螺栓强度计算

使用2个M12不锈钢螺栓连接立柱与埋件支撑件，M12螺栓图示与截面参数如下：

公称面积：

A1=113.1mm2

有效面积：

A2=84.3mm2

竖向荷载作用在每个螺栓上的剪力：

V1=1/2×N=1/2×2.025=1.013KN

水平荷载作用在每个螺栓上的剪力：

V2=（1/2×q×B×H）/2=（1/2×5.14×1.25×3.0）/2=4.819KN

每个螺栓承受的最大剪力

V=

=

=4.924KN

作用在每个螺栓上的最大剪应力：

=

=21.8N/mm2＜245N/mm2

立柱承受的最大挤压应力：

立柱的壁厚，取t=2.5mm

=

=82.1N/mm2＜161N/mm2

L125×80×8钢角码连接件承受的最大挤压应力：

钢角码的壁厚，取t=8mm

=

=51.3N/mm2＜305N/mm2

所以使用2个M12不锈钢螺栓满足设计要求。

二、M16不锈钢螺栓强度计算

使用2个M16不锈钢螺栓连接预埋件与主体结构，M