U型玻璃幕墙计算书.docx
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U型玻璃幕墙计算书
北京*****大厦外装饰工程U型玻璃
强度设计计算书
设计：
校对：
审核：
批准：
*********工程有限公司
二〇一一年四月二日
目录
1计算引用的规范、标准及资料1
1.1幕墙设计规范：
1
1.2建筑设计规范：
1
1.3玻璃规范：
1
1.4钢材规范：
2
1.5胶类及密封材料规范：
2
1.6相关物理性能等级测试方法：
3
1.7《建筑结构静力计算手册》（第二版）3
1.8土建图纸：
3
2基本参数3
2.1幕墙所在地区3
2.2地面粗糙度分类等级3
2.3抗震设防4
3幕墙承受荷载计算4
3.1风荷载标准值的计算方法4
3.2计算玻璃时的风荷载标准值5
3.3垂直于幕墙平面的分布水平地震作用标准值6
3.4作用效应组合6
4U型玻璃计算6
4.1U型玻璃荷载计算7
4.2U型玻璃的抗弯强度计算8
4.3U型玻璃的挠度计算9
5附录常用材料的力学及其它物理性能10
U型玻璃设计计算书
11计算引用的规范、标准及资料
11.1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
《玻璃幕墙点支承装置》JG138-2010
《吊挂式玻璃幕墙支承装置》JG139-2001
《建筑玻璃应用技术规程》JGJ113-2009
《建筑幕墙》GB/T21086-2007
11.2建筑设计规范：
《地震震级的规定》GB/T17740-1999
《钢结构设计规范》GB50017-2003
《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2002
《高处作业吊蓝》GB19155-2003
《工程抗震术语标准》JGJ/T97-2010
《混凝土结构后锚固技术规程》JGJ145-2004
《混凝土结构设计规范》GB50010-2010
《混凝土用膨胀型、扩孔型建筑锚栓》JG160-2004
《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
《建筑工程抗震设防分类标准》GB50223-2008
《建筑工程预应力施工规程》CECS180：
2005
《建筑结构荷载规范》GB50009-2001（2006年版、局部修订）
《建筑结构可靠度设计统一标准》GB50068-2001
《建筑抗震设计规范》GB50011-2010
《建筑设计防火规范》GB50016-2006
《建筑物防雷设计规范》GB50057-2010
《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB50018-2002
11.3玻璃规范：
《镀膜玻璃第1部分：
阳光控制镀膜玻璃》GB/T18915.1-2002
《镀膜玻璃第2部分：
低辐射镀膜玻璃》GB/T18915.2-2002
《防弹玻璃》GB17840-1999
《平板玻璃》GB11614-2009
《建筑用安全玻璃第3部分：
夹层玻璃》GB15763.3-2009
《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》GB15763.1-2009
《幕墙用钢化玻璃与半钢化玻璃》GB17841-2008
《热弯玻璃》JC/T915-2003
《压花玻璃》JC/T511-2002
《中空玻璃》GB/T11944-2002
11.4钢材规范：
《建筑结构用冷弯矩形钢管》JG/T178-2005
《不锈钢棒》GB/T1220-2007
《不锈钢冷加工钢棒》GB/T4226-2009
《不锈钢冷轧钢板及钢带》GB/T3280-2007
《不锈钢热轧钢板及钢带》GB/T4237-2007
《不锈钢丝》GB/T4240-2009
《建筑用不锈钢绞线》JG/T200-2007
《不锈钢小直径无缝钢管》GB/T3090-2000
《彩色涂层钢板和钢带》GB/T12754-2006
《低合金钢焊条》GB/T5118-1995
《低合金高强度结构钢》GB/T1591-2008
《建筑幕墙用钢索压管接头》JG/T201-2007
《耐候结构钢》GB/T4171-2008
《高碳铬不锈钢丝》YB/T096—1997
《合金结构钢》GB/T3077-1999
《金属覆盖层钢铁制品热镀锌层技术要求》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/T912-2008
《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
11.5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
《彩色涂层钢板用建筑密封胶》JC/T884-2001
《丁基橡胶防水密封胶粘带》JC/T942-2004
《干挂石材幕墙用环氧胶粘剂》JC887-2001
《工业用橡胶板》GB/T5574-1994
《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
《建筑用岩棉、矿渣棉绝热制品》GB/T19686-2005
《建筑用硬质塑料隔热条》JG/T174-2005
《建筑装饰用天然石材防护剂》JC/T973-2005
《聚氨酯建筑密封胶》JC/T482-2003
《聚硫建筑密封胶》JC/T483-2006
《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
《石材用建筑密封胶》JC/T883-2001
《橡胶袖珍硬度计压入硬度试验方法》GB/T531-1999
《修补用天然橡胶胶粘剂》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
11.6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
《彩色涂层钢板和钢带试验方法》GB/T13448-2006
《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205-2001
《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB50204-2002
《建筑防水材料老化试验方法》GB/T18244-2000
《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
《建筑装饰装修工程质量验收规范》GB50210-2001
《金属材料室温拉伸试验方法》GB/T228-2002
11.7《建筑结构静力计算手册》（第二版）
11.8土建图纸：
12基本参数
12.1幕墙所在地区
北京地区；
12.2地面粗糙度分类等级
幕墙属于外围护构件，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类地形考虑。
12.3抗震设防
按《建筑工程抗震设防分类标准》，建筑工程应分为以下四个抗震设防类别：
1.特殊设防类：
指使用上有特殊设施，涉及国家公共安全的重大建筑工程和地震时可能发生严重次生灾害等特别重大灾害后果，需要进行特殊设防的建筑，简称甲类；
2.重点设防类：
指地震时使用功能不能中断或需尽快恢复的生命线相关建筑，以及地震时可能导致大量人员伤亡等重大灾害后果，需要提高设防标准的建筑，简称乙类；
3.标准设防类：
指大量的除1、2、4款以外按标准要求进行设防的建筑，简称丙类；
4.适度设防类：
指使用上人员稀少且震损不致产生次生灾害，允许在一定条件下适度降低要求的建筑，简称丁类；
在维护结构抗震设计计算中：
1.特殊设防类，应按高于本地区抗震设防烈度提高一度的要求加强其抗震措施，同时，应按批准的地震安全性评价的结果且高于本地区抗震设防烈度的要求确定其地震作用；
2.重点设防类，应按高于本地区抗震设防烈度一度的要求加强其抗震措施，同时，应按本地区抗震设防烈度确定其地震作用；
3.标准设防类，应按本地区抗震设防烈度确定其抗震措施和地震作用；
4.适度设防类，应按本地区抗震设防烈度确定其抗震措施和地震作用；
根据国家规范《建筑抗震设计规范》GB50011-2010，北京地区地震基本烈度为：
8度，地震动峰值加速度为0.2g，由于本工程是标准设防类，因此实际抗震计算中的水平地震影响系数最大值应按本地区抗震设防烈度选取，也就是取：
αmax=0.16；
13幕墙承受荷载计算
13.1风荷载标准值的计算方法
幕墙属于外围护构件，按建筑结构荷载规范（GB50009-20012006年版）计算：
wk=βgzμzμs1w0……7.1.1-2[GB50009-20012006年版]
上式中：
wk：
作用在幕墙上的风荷载标准值（MPa）；
Z：
计算点标高：
8.5m；
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（高度不足5m按5m计算）：
βgz=K（1+2μf）
其中K为地面粗糙度调整系数，μf为脉动系数
A类场地：
βgz=0.92×（1+2μf）其中：
μf=0.387×（Z/10）-0.12
B类场地：
βgz=0.89×（1+2μf）其中：
μf=0.5（Z/10）-0.16
C类场地：
βgz=0.85×（1+2μf）其中：
μf=0.734（Z/10）-0.22
D类场地：
βgz=0.80×（1+2μf）其中：
μf=1.2248（Z/10）-0.3
对于C类地形，8.5m高度处瞬时风压的阵风系数：
βgz=0.85×（1+2×（0.734（Z/10）-0.22））=2.1432
μz：
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类地形，8.5m高度处风压高度变化系数：
μz=0.616×（Z/10）0.44=0.7363
μs1：
局部风压体型系数；
按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001（2006年版）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μs1：
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，按表面风压的正负情况取-0.2或0.2。
本计算点为大面位置。
按JGJ102-2003第5.3.2条文说明：
风荷载在建筑物表面分布是不均匀的，在檐口附近、边角部位较大。
根据风洞试验结果和国外的有关资料，在上述区域风吸力系数可取-1.8，其余墙面可考虑-1.0，由于维护结构有开启的可能，所以还应考虑室内压-0.2。
对无开启的结构，《建筑结构荷载规范》条文说明第7.3.3条指出“对封闭建筑物，考虑到建筑物内实际存在的个别洞口和缝隙，以及机械通风等因素，室内可能存在正负不同的气压，参照国外规范，大多取±（0.2-0.25）的压力系数，现取±0.2”。
即不论有无开启扇，均要考虑内表面的局部体型系数。
另注：
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A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
在上式中：
当A≥10m2时，取A=10m2；
当A≤1m2时，取A=1m2；
μs1（10）=0.8μs1
（1）
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，但不小于0.3KN/m2，按重现期50年，北京地区取0.00045MPa；
13.2计算玻璃时的风荷载标准值
计算玻璃时的构件从属面积：
A=2.5×0.5=1.25m2
LogA=0.097
μs1（A）=μs1
（1）+[μs1（10）-μs1
（1）]logA
=0.981
μs1=0.981+0.2
=1.181
wk=βgzμzμs1w0
=2.1432×0.7363×1.181×0.00045
=0.000839MPa因为wk<0.001MPa,所以按JGJ102-2003，取wk=0.001MPa.
13.3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）；
13.4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；
进行挠度计算时；
重力荷载：
γG：
1.0；
风荷载：
γw：
1.0；
地震作用：
可不做组合考虑；
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；
14U型玻璃计算
基本参数：
1：
计算点标高：
8.5m；
2：
力学模型：
按简支梁形式计算；
3：
玻璃跨度：
L=2500mm；
4：
玻璃类型：
夹层玻璃；
5：
玻璃翼朝向：
室外；
6：
玻璃安装方式：
单排连接，垂直布置；
7：
玻璃材料物理性能级截面参数：
玻璃强度设计值：
30MPa；
玻璃弹性模量E：
70000MPa；
玻璃截面积A：
3420mm2；
翼板部分截面抗弯矩Wx1：
5540mm3；
板面部分截面抗弯矩Wx2：
36030mm3；
绕Y轴截面抗弯矩Wy：
36030mm3；
X轴截面惯性矩Ix：
360300mm4；
Y轴截面惯性矩Iy：
360300mm4；
（对于夹层玻璃，该处的各抗弯矩和惯性矩采用的是内片玻璃参数）
U型玻璃可以按简支梁力学模型进行设计计算，受力模型如下：
14.1U型玻璃荷载计算
（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：
U型玻璃宽度，也就是承载宽度（mm）；
qwk=wkB
=0.001×500
=0.5N/mm
qw：
风荷载线分布最大荷载集度设计值（N/mm）；
qw=1.4qwk
=1.4×0.5
=0.7N/mm
（2）水平地震作用线荷载集度（按矩形分布）：
qEk：
水平地震作用线荷载集度标准值（N/mm）；
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：
幕墙构件的面积（mm2）；
qEAk=βEαmaxGk/A……5.3.4[JGJ102-2003]
qEk=qEAkB
qEk=5.0×0.16×0.0000256×3420
=0.07N/mm
qE：
水平地震作用线荷载集度设计值（N/mm）；
qE=1.3qEk
=1.3×0.07
=0.091N/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
=0.7+0.5×0.091
=0.745N/mm
用于挠度计算时，采用Sw标准值：
……5.4.1[JGJ102-2003]
qk=qwk
=0.5N/mm
（4）U型玻璃在组合荷载作用下的弯矩设计值：
Mx：
弯矩组合设计值（N·mm）；
Mw：
风荷载作用下产生的弯矩设计值（N·mm）；
ME：
地震作用下产生的弯矩设计值（N·mm）；
L：
U型玻璃跨度（mm）；
采用Sw+0.5SE组合：
Mw=qwL2/8
ME=qEL2/8
Mx=Mw+0.5ME
=qL2/8
=0.745×25002/8
=582031.25N·mm
14.2U型玻璃的抗弯强度计算
按简支梁抗弯强度公式,应满足：
σ=Mx/Wnx≤fg
上式中：
Mx：
弯矩组合设计值（N·mm）；
对于单片的U型玻璃，该参数就是上面计算得到的Mx；
对于夹层的U型玻璃，参考JGJ102-2003关于夹层玻璃计算的规定，该参数为参数Mx再乘以系数1/2，2层玻璃强度相同；
Wnx：
在弯矩作用方向的净截面抵抗矩（mm3），翼板朝向室外时取面板部分的抗弯矩，翼板朝向室内时取翼板部分抗弯矩；
对于夹层玻璃，该参数采用内片玻璃参数；
fg：
玻璃的抗弯强度设计值，取30MPa；
则：
σ=Mx/Wnx
=1/2×582031.25/36030
=8.077MPa≤30MPa
U型玻璃抗弯强度能满足要求。
14.3U型玻璃的挠度计算
根据简支梁挠度计算公式，得：
df=5qkL4/384EIx
对于单片的U型玻璃，该处qk就是上面计算得到的qk；
对于夹层的U型玻璃，按等刚度分配原理，该处qk为上面计算所得参数qk再乘以系数1/2；
对于夹层玻璃，公式中的惯性矩采用内片玻璃参数；
df=5qkL4/384EIx
=5×1/2×0.5×25004/384/70000/360300
=5.042mm
而df,lim=2500/200=12.5mm
所以，U型玻璃挠度能满足规范要求。
15
附录常用材料的力学及其它物理性能
一、玻璃的强度设计值fg（MPa）
JGJ102-2003表5.2.1
种类
厚度（mm）
大面
侧面
普通玻璃
5
28.0
19.5
浮法玻璃
5~12
28.0
19.5
15~19
24.0
17.0
≥20
20.0
14.0
钢化玻璃
5~12
84.0
58.8
15~19
72.0
50.4
≥20
59.0
41.3
二、长期荷载作用下玻璃的强度设计值fg（MPa）
JGJ113-2009表4.1.9
种类
厚度（mm）
大面
侧面
平板玻璃
5~12
9
6
15~19
7
5
≥20
6
4
半钢化玻璃
5~12
28
20
15~19
24
17
≥20
20
14
半钢化玻璃
5~12
42
30
15~19
36
26
≥20
30
21
三、铝合金型材的强度设计值（MPa）
GB50429-2007表4.3.4
铝合金牌号
状态
厚度
强度设计值
（mm）
抗拉、抗压
抗剪
6061
T4
不区分
90
55
T6
不区分
200
115
6063
T5
不区分
90
55
T6
不区分
150
85
6063A
T5
≤10
135
75
T6
≤10
160
90
四、钢材的强度设计值（1-热轧钢材）fs（MPa）
JGJ102-2003表5.2.3
钢材牌号
厚度或直径d（mm）
抗拉、抗压、抗弯
抗剪
端面承压
Q235
d≤16
215
125
325
Q345
d≤16
310
180
400
五、钢材的强度设计值（2-冷弯薄壁型钢）fs（MPa）
GB50018-2002表4.2.1
钢材牌号
抗拉、抗压、抗弯
抗剪
端面承压
Q235
205
120
310
Q345
300
175
400
六、材料的弹性模量E（MPa）
JGJ102-2003表5.2.8、JGJ133-2001表5.3.9
材料
E
材料
E
玻璃
0.72×105
不锈钢绞线
1.2×105~1.5×105
铝合金、单层铝板
0.70×105
高强钢绞线
1.95×105
钢、不锈钢
2.06×105
钢丝绳
0.8×105~1.0×105
消除应力的高强钢丝
2.05×105
花岗石板
0.8×105
蜂窝铝板10mm
0.35×105
铝塑复合板4mm
0.2×105
蜂窝铝板15mm
0.27×105
铝塑复合板6mm
0.3×105
蜂窝铝板20mm
0.21×105
七、材料的泊松比υ
JGJ102-2003表5.2.9、JGJ133-2001表5.3.10、GB50429-2007表4.3.7
材料
υ
材料
υ
玻璃
0.2
钢、不锈钢
0.3
铝合金
0.3（按GB
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