玻璃幕墙设计计算书.docx
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玻璃幕墙设计计算书
玻璃幕墙设计计算书
1.设计依据:
1.1相关国家标准:
1.1.1玻璃幕墙工程技术规范（JGJ102-2003）
1.1.2建筑结构荷载规范（GB50009-2001）
1.1.3钢结构设计规范（GB50017-2003）
1.1.4混凝土结构设计规范（GB50010-2002）
1.2业主提供的相关资料:
1.2.1招标书
1.2.2建筑及结构施工图
1.2.3其它有关资料
2.幕墙材料选择:
2.1玻璃选择:
2.1.1玻璃类型:
单层
2.1.2玻璃种类:
钢化玻璃
2.1.3选用玻璃尺寸:
厚度tk=8（mm）
高度hk=3.8（m）,宽度bk=1.36（m）
玻璃短边长度a=1.36（m）,长边长度b=3.8（m）玻璃短边宁长边二a/b=.358
2.1.4选用玻璃的强度设计值:
大面强度fgm=84（MPa）
侧面强度fgb=58.8（MPa）
2.1.5选用玻璃的相关物理指标:
弹性模量:
Eg=72000（MPa）
线胀系数：
a=.00001
泊松比：
v=.2
重力密度：
丫g=25.6（kN/m3）
2.2幕墙龙骨材质选择：
铝合金6063-T5
2.2.1铝型材的强度设计值：
抗拉、压强度设计值fat=85.5（MPa）抗剪强度设计值fav=49.6（MPa）局部承压强度设计值fac=120（MPa）
2.2.2铝型材的相关物理指标：
弹性模量：
Ea=70000（MPa）线胀系数：
aa=.0000235
重力密度：
丫a=28（kN/m3）
2.2.3铝合金立柱和横梁的挠度控制：
相对挠度：
＜1/180
3.幕墙荷载:
3.1荷载标准值：
3.1.1永久荷载标准值：
3.1.1.1玻璃自重荷载标准值：
qgk0=t°xY1000=.205（kPa）其中：
to为玻璃片总厚度，t°=8（mm）
3.1.1.2铝框自重荷载标准值：
初估qgak=0.2科gko
qgak=0.2）qgko=.O41（kPa）
3.1.1.3玻璃与铝框自重荷载标准值：
qgk=qgko+qgak=.246（kPa）
3.1.2风荷载标准值：
3.121基本风压：
Wo=O.75（kPa）（50年一遇）
3.1.2.2风荷载体形系数：
卩s=1.2
3.1.2.3风荷载高度系数：
卩z=.74地面粗糙度类别：
C类距地面高度：
12（m）
3.1.2.4阵风系数：
Bz=2.049
3.1.2.5结构重要性系数：
丫=1
3.1.2.6风荷载标准值：
Wk二丫£吃虫wo=1.36（kPa）
3.1.3地震作用标准值：
3.1.3.1抗震设防烈度：
7
设计基本地震加速度：
o.1og
3.1.3.2地震影响系数最大值：
a噺二.08
3.1.3.3地震动力放大系数：
Be=5
3.1.3.4垂直于玻璃幕墙平面的分布水平地震作用标准值
qek=Beamaxqgk=.o98（kPa）
4.幕墙计算:
幕墙类型:
隐框
幕墙与水平面的夹角：
a=90°
4.1幕墙玻璃计算:
幕墙玻璃的支承条件：
四边简支玻璃按四边简支板计算玻璃的厚度：
t=8（mm）
4.1.1玻璃强度计算：
4.1.1.1在风荷载标准值作用下,玻璃板中部的应力：
按a/b=.358，
查得四边简支玻璃板的弯矩系数：
m=.1154
cwk=6mwka2/t2=27.21（MPa）
4.1.1.2在地震作用标准值作用下,玻璃板中部的应力：
22
cek=6mqeka/t=1.96（MPa）
4.1.1.3考虑玻璃板在外荷载作用下大挠度变形的影响，玻璃板
的应力折减系数n:
由0=（Wk+0.5qek）a4/（Egt4）=16.3
查得玻璃板的应力折减系数:
n=.935
4.1.1.4玻璃板中部的组合应力:
（T=nWY°Wk+Y逼k）
=36.81（MPa）其中:
n:
应力折减系数=.935
Yw:
风荷载分项系数=1.4
Y地震作用分项系数=1.3
呱：
风荷载组合值系数=1.0
%：
地震作用组合值系数=0.5
4.1.2玻璃刚度计算：
玻璃板中部的挠度：
u=n（akw4）/D=16.2（mm）
＜玻璃板短边边长的1/60=22.7（mm）（满足）
其中：
n:
挠度折减系数
由0二WkO7（Egt4）=15.8,查得:
n=.937
口四边简支玻璃板的挠度系数
由a/b=.358,查得：
卩=.01189
D:
玻璃板的刚度
D=Egt3/[12（1-V）]=3200000（Nmm）
4.2硅酮结构密封胶计算：
4.2.1硅酮结构密封胶粘接宽度计算：
结构胶在风荷载或地震作用下的强度设计值：
f1=.2（MPa）结构胶在永久荷载作用下的强度设计值：
f2=.01（MPa）
4.2.1.1在风荷载和水平地震作用下，结构胶粘接宽度
cs1=（W+0.5qe）a/（2000f1）=6.7（mm）
其中：
W--风荷载设计值，W=1.4Wk=1.9（kPa）
qe--地震作用设计值，qe=1.3qek=.13（kPa）
a--玻璃板短边长度，a=1360（mm）
4.2.1.2在玻璃永久荷载作用下，结构胶粘接宽度cs2=qgab/[2000（a+b）f2]=12.5（mm）
其中:
qg--玻璃自重荷载设计值，qg=1.2qgk0=.25（kPa）
a--玻璃板短边长度，a=1360（mm）
b--玻璃板长边长度，b=3800（mm）
421.3故结构胶粘接宽度应》12.5（mm）
4.2.2硅酮结构密封胶粘接厚度计算:
ts=Us/[S（2+1間3.4（mm）
其中：
us--幕墙玻璃相对于铝框的位移，us二0h=6.91（mm）
0--楼层弹性层间位移角限值
根据主体结构的结构类型：
钢筋混凝土框架
得：
0=1/550（rad）
hk--玻璃面板高度，hk=3800（mm）
S--硅酮结构密封胶变位承受能力，S=0.125
故结构胶粘接厚度应》13.4（mm）
4.3幕墙铝合金骨架计算：
玻璃幕墙类别：
框架式
4.3.1幕墙铝合金横梁计算：
选用的铝合金型材的代号：
155
其截面的几何参数如下：
截面惯性矩：
Iax=410715（mm4）Iay=731313（mm4）
截面抵抗矩：
Wax=9779（mm3）Way=1875（mm3）
截面面积：
Aa=950（mm2）
431.1在荷载标准值作用下，横梁的内力及挠度：
431.1.1在风荷载标准值作用下，横梁的内力及挠度
按三角形分布的分布荷载计算，见附图4-1:
bk
附图4-1
线载集度：
qwk=20Wkbk/2）=1.8496（kN/m）
跨中最大弯矩：
Mwk=qwkb^/12=.29（kNm）
跨内最大剪力：
Vwk=qwkbk/4=.63（kN）
跨中最大挠度：
4
Uwk=qwkbk/（120Ealay）=1.03（mm）
4.3.1.1.2在地震作用标准值作用下，横梁的内力及挠度
按三角形分布的分布荷载计算，见附图4-1:
线载集度:
qekx=20qekbk/2）=.13328（kN/m）
跨中最大弯矩：
Mek=qekxbk2/12=.021（kNm）
跨内最大剪力：
Vek=qekxbk/4=.05（kN）
跨中最大挠度：
4
Uek=qekxbk/（12OEalay）=.O74（mm）
4.3.1.1.3在重力荷载标准值作用下，横梁的内力及挠度
玻璃与铝框自重荷载：
qgk=.246（kPa）
按受二集中荷载的简支梁计算，见附图4-2:
附图4-2
平行于幕墙平面的集中荷载：
Pgky=qgkhkbkSina/2=.636（kN）
其中：
hk--玻璃高度，hk=3.8（mm）
bk--玻璃宽度，by=1.36（mm）
Mgky二Pgkybd=.O95（kNm）
其中:
bd--玻璃垫块至横梁端部的距离，bd=0.15（m）跨内最大剪力:
Vgky=Pgky=.636（kN）
跨中最大挠度:
32
Ugky=Pgkyab（3-4a）/（24Ealax）=.75（mm）
其中：
a=bd/bk=.11
bd--玻璃垫块至横梁端部的距离，bd=0.15（m）
bk--横梁跨度，bk=1.36（m）
4.3.1.2横梁验算：
4.3.1.2.1抗剪强度验算：
横梁水平方向（x轴）的剪力组合设计值：
Vx=^/vYVwk+%YVek=.91（kN）
横梁竖直方向（y轴）的剪力组合设计值：
Vy=YVgky=.76（kN）
其中：
丫g--永久荷载分项系数，丫g=1.2
Y--风荷载分项系数，丫w=1.4
Y--地震作用分项系数，丫e=1.3
%--风荷载组合值系数，®w=1.0
%--地震作用组合值系数，®e=0.5
验算：
Vy（by2ty/8+bxbytx/4）/（Iaxty）
=3.5（MPa）（满足）
其中:
bx--横梁截面水平方向宽度，
bx=73（mm）
by--横梁截面竖直方向宽度，
by=70（mm）
tx--横梁截面水平腹板厚度，
tx=3（mm）
tx--横梁截面竖直腹板厚度，
ty=3（mm）
Iax--截面绕x轴的毛截面惯性矩，Iax=410715（mm4）
横梁水平方向（x轴）:
Vx（bx2tx/8+bxbyty/4）/（Iaytx）
=2.42（MPa）其中:
bx--横梁截面水平方向宽度，bx=73（mm）by--横梁截面竖直方向宽度，by=70（mm）tx--横梁截面水平腹板厚度，tx=3（mm）tx--横梁截面竖直腹板厚度，ty=3（mm）
Iay--截面绕y轴的毛截面惯性矩，Iay=731313（mm4）
4.3.1.2.2局部稳定验算:
横梁截面水平腹板为双侧加劲部位
横梁截面水平腹板宽度bx=73（mm）横梁截面水平腹板厚度tx=3（mm）横梁截面水平腹板宽厚比bx/tx=24.33W50（满足）
横梁截面竖直腹板为双侧加劲部位:
横梁截面竖直腹板宽度by=70（mm）
横梁截面竖直腹板厚度ty=3（mm）
横梁截面竖直腹板宽厚比by/ty=23.33W50（满足）
4.3.1.2.3刚度验算:
在风荷载标准值作用下，横梁的挠度
uwk=1.03（mm）（满足）
在重力荷载标准值作用下，横梁的挠度
ugky=.75（mm）（满足）
4.3.2幕墙铝合金立柱计算:
选用的铝合金型材的代号:
155其截面的几何参数如下:
截面惯性矩:
Iax=6719438（mm4）
Iay=1445269（mm4）
截面抵抗矩:
Wax=86147（mm3）截面面积:
Aa=1927（mm2）
Way=40146（mm3）
立柱按跨度L=3.8m简支梁计算。
4.3.2.1在荷载标准值作用下,立柱的内力及挠度
4.3.2.1.1在风荷载标准值作用下,立柱的内力及挠度:
按均布荷载计算,立柱计算简图见附图4-3:
线载集度：
qwk=Wkbk=1.85（kN/m）
跨中最大弯矩：
2
Mwk=qwkL/8=3.34（kNm）
跨中最大挠度：
Uwk=5qwkL4/（384Ealax）=10.7（mm）
4.3.2.1.2在地震作用标准值作用下，立柱的内力及挠度
按均布荷载计算，见附图4-3:
线载集度:
qlek=qekbk=.13（kN/m）
跨中最大弯矩：
Mek=qlekL2/8=.23（kNm）
跨中最大挠度:
4
uek=5qlekL/（384EaIax）=.8（mm）
4.3.2.1.3在重力荷载标准值作用下,立柱的内力:
立柱的承重方式为上端悬挂。
重力荷载产生的轴力为拉力。
轴力：
Ngk二qgkbkLsina=1.27（kN）
4.3.2.2立柱验算:
4.3.2.2.1强度验算：
立柱的轴力设计值：
N二丫gNgk=1.52（kN）
立柱的弯矩组合设计值：
M=»wyMwk+ipeyMek=4.83（kNm）
其中：
丫g--永久荷载分项系数，丫g=1.2
yw--风荷载分项系数，yw=1.4
ye--地震作用分项系数，ye=1.3
pw--风荷载组合值系数，pw=1.0
pe--地震作用组合值系数，pe=0.5
验算：
N/Aa+M/（yWax）
=54.19（MPa）其中：
Aa--立柱的净截面面积，Aa=1927（mm2）
Wax--截面绕x轴的净截面抵抗矩，Wax=86147（mm3）
Y-塑性发展系数，丫=1.05
fat--型材抗弯强度设计值，fat=85.5（MPa）
43222冈【J度验算：
在风荷载标准值作用下，立柱的挠度：
uwk=10.7（mm）<跨度/180=21.11（mm）（满足）
5.连接计算：
立柱与角码的连接节点见附图5-1、5-2
附图5-1（横剖）
附图5-2（竖剖）
5.1立柱与角码的连接螺栓的计算：
5.1.1连接螺栓材质:
1Cr18Ni9Ti
螺栓直径：
d=12（mm）
5.1.2—个连接螺栓的设计承载力：
抗拉承载力设计值：
Ntb=14（kN）
双剪抗剪承载力设计值：
Nvb=21.4（kN）
5.1.3连接付的内力：
由重力荷载标准值作用：
垂直力：
Fgk=1.5qgkobkL=1.59（kN）
其中:
bk--立柱间距（m）
L--立柱长度（m）
qgk0--幕墙玻璃每平方米重量（kPa）
1.5--考虑骨架的重量由风荷载标准值作用:
水平力:
Nwk=wkbkL=7.03（kN）由地震作用标准值作用:
水平力:
Nek=3eamaxFgk=.64（kN）
其中:
Be、amax意义同前。
垂直剪力设计值:
Vmax=1.2Fgk=1.91（kN）
水平剪力设计值:
Vw=1.4Nwk+0.6X.3JNek=10.34（kN）
5.1.4螺栓验算:
一个螺栓双剪的抗剪承载力Nvb=21.4（kN）每一楼层有一个支座承受水平力和垂直力。
每个支座有两个螺栓。
支座可按下式验算:
单个螺栓所受的合成剪力:
Vh=（Vw2+Vmax2）1/2/2
=5.26（kN）螺栓可靠。
5.2角码验算:
角码采用Q235钢,每支座由两个角钢角码组成。
角码长边长度bi=110（mm）,短边长度b2=80（mm）角码宽度b3=100（mm）,角码壁厚tb=8（mm）
幕墙重心至埋件表面的距离hb=150（mm）
5.2.1拉应力:
（r=（Vw/2）/Aj=6.46（MPa）
其中:
Aj为一支角码的受拉截面积
Aj=b3Mb=800（mm?
）
5.2.2弯曲应力:
cm=Mi/Wj=10.5（MPa）
其中:
M1为一支角码承受的弯矩
Mi=（Vmax/2）hb=.14（kNm）
M为预埋件承受的弯矩
M=2Mi=.28（kNm）
Wj为一支角码的截面抵抗矩
Wj=tbb32/6=13333（mm3）
5.2.3剪应力:
t=（Vax/2）/Aj=1.19（MPa）
5.2.4折算应力验算:
[（i（+om）2+3T]1/2
=17.08（MPa）其中：
f为选用钢材的强度设计值，对Q235钢:
f=215（MPa）
6.埋件计算:
6.1埋件编号:
01
6.2.埋件承受的作用:
剪力设计值:
V=Vmax=1.91（kN）法向拉力设计值:
N=Vw=10.34（kN）
弯矩设计值：
M=.28（kN•m）
6.3.锚筋材料选择:
6.3.1锚筋种类:
HPB235（Q235）
6.3.2锚筋抗拉强度设计值fy=210（MPa）
6.4.混凝土强度等级选择:
6.4.1混凝土强度等级:
C30
6.4.2混凝土轴心抗压强度设计值fc=14.3（MPa）
6.4.3混凝土轴心抗拉强度设计值ft=1.43（MPa）
6.5埋件尺寸:
6.5.1锚筋直径d=12（mm）
6.5.2锚板厚度t=10（mm）
6.5.3锚筋层数u1=2
6.5.4锚筋列数u=2
6.5.5锚筋层间距b1=100（mm）
6.5.6锚筋列间距b=100（mm）
6.6锚筋验算:
6.6.1按剪、拉、弯计算锚筋面积:
As=V/（aravfy）+N/（0.8abfy）+M/（1.3arabfyz）=101.9（mm2）
6.6.2按拉、弯计算锚筋面积:
As=N/（0.8abfy）+M/（0.4arabfyz）=117.4（mm2）其中:
a锚筋层数的影响系数
锚筋层数为2时，ar=1
a锚筋的受剪承载力系数
a=（4-0.08d）（fc/fy）1/2=.7
（当av>0.7时，取av=0.7）
a--锚筋的弯曲变形折减系数
a=0.6+0.25t/d=.808
z--沿剪力作用方向最外层锚筋中心线之间的距离z=100（mm）
6.6.3计算需要的锚筋总截面面积:
As=117.4（mm2）
锚筋实际总截面面积:
Aso=n（d/2）>UiXj=452.4（mm2）
Aso>As，埋件安全。
6.7锚筋长度计算:
锚筋锚固长度不应小于:
la=aXy/ft）>d=282（mm）
其中：
a--锚筋的外形系数
HPB235级钢筋为光面钢筋，a=0.16
36（mm）。
光面钢筋末端应做180°弯钩，弯后平直段长度》
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