玻璃幕墙计算书.docx

玻璃幕墙计算书.docx

《玻璃幕墙计算书.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《玻璃幕墙计算书.docx（43页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

玻璃幕墙计算书

德润春城花园朗悦湾小区幕墙工程明框玻璃幕墙

设计计算书

广东大潮建筑装饰工程有限公司

二〇一四年四月

目录

1基本参数1

1.1幕墙所在地区1

1.2地面粗糙度分类等级1

1.3抗震设防1

2幕墙承受荷载计算2

2.1风荷载标准值的计算方法2

2.2计算支撑结构时的风荷载标准值4

2.3计算面板材料时的风荷载标准值4

2.4垂直于幕墙平面的分布水平地震作用标准值4

2.5平行于幕墙平面的集中水平地震作用标准值4

2.6作用效应组合4

3幕墙立柱计算5

3.1立柱型材选材计算5

3.2确定材料的截面参数6

3.3选用立柱型材的截面特性8

3.4立柱的抗弯强度计算8

3.5立柱的挠度计算9

3.6立柱的抗剪计算9

4幕墙横梁计算10

4.1横梁型材选材计算10

4.2确定材料的截面参数12

4.3选用横梁型材的截面特性13

4.4幕墙横梁的抗弯强度计算14

4.5横梁的挠度计算14

4.6横梁的抗剪计算15

5玻璃板块的选用与校核16

5.1玻璃板块荷载计算16

5.2玻璃的强度计算17

5.3玻璃最大挠度校核17

6连接件计算18

6.1横梁与角码间连接18

6.2角码与立柱连接19

6.3立柱与主结构连接21

7幕墙埋件计算（粘结型化学锚栓）22

7.1荷载标准值计算22

7.2锚栓群中承受拉力最大锚栓的拉力计算23

7.3群锚受剪内力计算24

7.4锚栓钢材破坏时的受拉承载力计算24

7.5锚栓钢材受剪破坏承载力计算25

7.6拉剪复合受力承载力计算25

8幕墙转接件强度计算26

8.1受力分析26

8.2转接件的强度计算26

9幕墙焊缝计算26

9.1受力分析26

9.2焊缝特性参数计算27

9.3焊缝校核计算27

10明框玻璃幕墙伸缩及紧固计算28

10.1立柱连接伸缩缝计算28

10.2玻璃镶嵌槽紧固螺钉抗拉强度计算28

10.3玻璃边缘到边框槽底间隙计算29

明框玻璃幕墙设计计算书

11基本参数

11.1幕墙所在地区

昆明地区；

11.2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》（GB50009-2012）

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B类地形考虑。

11.3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；

在围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，昆明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；

12幕墙承受荷载计算

12.1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》（GB50009-2012）计算：

wk=βgzμs1μzw0……8.1.1-2[GB50009-2012]

上式中：

wk：

作用在幕墙上的风荷载标准值（MPa）；

z：

计算点标高：

103m；

βgz：

高度z处的阵风系数；

根据不同场地类型,按以下公式计算：

βgz=1+2gI10（z/10）-α……条文说明部分8.6.1[GB50009-2012]

其中A、B、C、D四类地貌类别截断高度分别为：

5m、10m、15m、30m；

A、B、C、D四类地貌类别梯度高度分别为：

300m、350m、450m、550m；

也就是：

对A类场地：

当z>300m时，取z=300m，当z<5m时，取z=5m；

对B类场地：

当z>350m时，取z=350m，当z<10m时，取z=10m；

对C类场地：

当z>450m时，取z=450m，当z<15m时，取z=15m；

对D类场地：

当z>550m时，取z=550m，当z<30m时，取z=30m；

g：

峰值因子，取2.5；

I10：

10m高名义湍流度，对应A、B、C、D地面粗糙度，可分别取0.12、0.14、0.23和0.39；

α：

地面粗糙度指数，对应A、B、C、D地面粗糙度，可分别取0.12、0.15、0.22和0.30；

对于B类地形，103m高度处的阵风系数为：

βgz=1+2×2.5×0.14×（103/10）-0.15=1.4934

μz：

风压高度变化系数；

根据不同场地类型,按《建筑结构荷载规范》条文说明部分8.2.1提供的公式计算：

A类场地：

μzA=1.284×（z/10）0.24

B类场地：

μzB=1.000×（z/10）0.30

C类场地：

μzC=0.544×（z/10）0.44

D类场地：

μzD=0.262×（z/10）0.60

公式中的截断高度和梯度高度与计算阵风系数时相同，也就是：

对A类场地：

当z>300m时，取z=300m，当z<5m时，取z=5m；

对B类场地：

当z>350m时，取z=350m，当z<10m时，取z=10m；

对C类场地：

当z>450m时，取z=450m，当z<15m时，取z=15m；

对D类场地：

当z>550m时，取z=550m，当z<30m时，取z=30m；

对于B类地形，103m高度处风压高度变化系数：

μz=1.000×（103/10）0.30=2.013

μs1：

局部风压体型系数；

按《建筑结构荷载规范》GB50009-2012第8.3.3条：

计算围护结构及其连接的风荷载时，可按下列规定采用局部体型系数μs1：

1封闭矩形平面房屋的墙面及屋面可按表8.3.3-1的规定采用；

2檐口、雨篷、遮阳板、边棱处的装饰条等突出构件，取-2.0；

3其它房屋和构筑物可按本规范第8.3.1条规定体型系数的1.25倍取值。

本计算点为墙面转角位置，按如上说明，查表得：

μs1

（1）=1.4

按《建筑结构荷载规范》GB50009-2012第8.3.4条：

计算非直接承受风荷载的围护构件风荷载时，局部体型系数可按构件的从属面积折减，折减系数按下列规定采用：

1当从属面积不大于1m2时，折减系数取1.0；

2当从属面积大于或等于25m2时，对墙面折减系数取0.8，对局部体型系数绝对值大于1.0的屋面区域折减系数取0.6，对其它屋面区域折减系数取1.0；

3当从属面积大于1m2且小于25m2时，墙面和绝对值大于1.0的屋面局部体型系数可采用对数插值，即按下式计算局部体型系数：

μs1（A）=μs1

（1）+[μs1（25）-μs1

（1）]logA/1.4……8.3.4[GB50009-2012]

其中：

μs1（25）=0.8μs1

（1）

=0.8×1.4

=1.12

计算支撑结构时的构件从属面积：

A=1.033×4.2

=4.3386m2

当A>25时取a=25，当A小于1时取A=1；

LogA=0.637

则：

μs1（A）=μs1

（1）+[μs1（25）-μs1

（1）]logA/1.4

=1.4+[1.12-1.4]×0.637/1.4

=1.273

按《建筑结构荷载规范》GB50009-2012第8.3.5条：

计算围护结构风荷载时，建筑物内部压力的局部体型系数可按下列规定采用：

1封闭式建筑物，按其外表面风压的正负情况取-0.2或0.2；

2仅一面墙有主导洞口的建筑物：

-当开洞率大于0.02且小于或等于0.10时，取0.4μs1；

-当开洞率大于0.10且小于或等于0.30时，取0.6μs1；

-当开洞率大于0.30时，取0.8μs1；

3其它情况，应按开放式建筑物的μs1取值；

注：

1：

主导洞口的开洞率是指单个主导洞口与该墙面全部面积之比；

2：

μs1应取主导洞口对应位置的值；

本计算中建筑物内部压力的局部体型系数为0.2（封闭式建筑内表面）；

因此，计算非直接承受风荷载的支撑结构时的局部风压体型系数为：

μs1=1.273+0.2

=1.473

而对直接承受风压的面板结构来说，其局部风压体型系数为：

μs1=1.4+0.2

=1.6

w0：

基本风压值（MPa），根据现行《建筑结构荷载规范》GB50009-2012附表E.5中数值采用，但不小于0.3KN/m2，按重现期50年，昆明地区取0.0003MPa；

12.2计算支撑结构时的风荷载标准值

wk=βgzμzμs1w0

=1.4934×2.013×1.473×0.0003

=0.001328MPa

12.3计算面板材料时的风荷载标准值

wk=βgzμzμs1w0

=1.4934×2.013×1.6×0.0003

=0.001443MPa

12.4垂直于幕墙平面的分布水平地震作用标准值

qEk=βEαmaxGk/A……5.3.4[JGJ102-2003]

qEk：

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）；

12.5平行于幕墙平面的集中水平地震作用标准值

PEk=βEαmaxGk……5.3.5[JGJ102-2003]

PEk：

平行于幕墙平面的集中水平地震作用标准值（N）；

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）；

按照JGJ102规范5.4节条文说明部分的规定，对于竖向幕墙和与水平面夹角大于75度、小于90度的斜玻璃幕墙，可不考虑竖向地震作用效应的计算和组合。

12.6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；

13幕墙立柱计算

基本参数：

1：

计算点标高：

103m；

2：

力学模型：

双跨梁；

3：

立柱跨度：

L=4200mm；

其中短跨长L1=450mm；

长跨长L2=3750mm；

4：

立柱左分格宽：

1033mm；

立柱右分格宽：

1033mm；

5：

立柱计算间距：

B=1033mm；

6：

板块配置：

单片玻璃6mm；

7：

立柱材质：

6063-T6；

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：

13.1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）；

wk：

风荷载标准值（MPa）；

B：

幕墙立柱计算间距（mm）；

qwk=wkB

=0.001328×1033

=1.372N/mm

qw：

风荷载线分布最大荷载集度设计值（N/mm）；

qw=1.4qwk

=1.4×1.372

=1.921N/mm

（2）水平地震作用线荷载集度（按矩形分布）：

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：

幕墙平面面积（mm2）；

qEAk=βEαmaxG/A……5.3.4[JGJ102-2003]

=5×0.16×0.0004

=0.00032MPa

qEk：

水平地震作用线荷载集度标准值（N/mm）；

B：

幕墙立柱计算间距（mm）；

qEk=qEAkB

=0.00032×1033

=0.331N/mm

qE：

水平地震作用线荷载集度设计值（N/mm）；

qE=1.3qEk

=1.3×0.331

=0.43N/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

=1.921+0.5×0.43

=2.136N/mm

用于挠度计算时，采用Sw标准值：

……5.4.1[JGJ102-2003]

qk=qwk

=1.372N/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

=-2.136×（4503+37503）/8/4200

=-3358192.5N·mm

R1=qL1/2-M1/L1+qL2/2-M1/L2

=2.136×450/2-（-3358192.5/450）+2.136×3750/2-（-3358192.5/3750）

=12843.768N

13.2确定材料的截面参数

（1）截面的型材惯性矩要求：

k2=0

k1=4M1/（qL22）

=4×3358192.5/（2.136×37502）

=0.447

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=2.447

R=（（A/4）2-k1/2）3/2=0.059

θ=1/3arccos（（A3-12k1A-8（1-2k1-k2））/64R）=26.557

x0=A/4+2R1/3cos（θ+240）

=2.447/4+2×0.0591/3cos（26.557+240）

=0.565

λ=x0（1-2k1+3k1x0-2x02-k1x02+x03）

=0.1485

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：

风荷载线荷载集度标准值（N/mm）；

L2：

长跨长度（mm）；

E：

型材的弹性模量（MPa），对6063-T6取70000MPa；

Ixmin：

材料需满足的绕X轴最小惯性矩（mm4）；

L2/180=3750/180=20.833

按[5.1.1.2]《建筑幕墙》GB/T21086-2007的规定，对于构件式玻璃幕墙或单元幕墙（其它形式幕墙或外围护结构无绝对挠度限制）：

当跨距≤4500mm时，绝对挠度不应该大于20mm；

当跨距＞4500mm时，绝对挠度不应该大于30mm；

对本例取：

df,lim=20mm

代入上式：

Ixmin=λqkL24/24Edf,lim

=0.1485×1.372×37504/24/70000/20

=1199130.249mm4

（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·mm）；

γ：

塑性发展系数：

对于冷弯薄壁型钢龙骨，按《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB50018-2002，取1.00；

　　　　对于热轧型钢龙骨，按JGJ133或JGJ102规范,取1.05；

对于铝合金龙骨，按最新《铝合金结构设计规范》GB50429-2007，取1.00；

fa：

型材抗弯强度设计值（MPa），对6063-T6取150；

Wnx=Mx/γfa

=3358192.5/1.00/150

=22387.95mm3

13.3选用立柱型材的截面特性

按上一项计算结果选用型材号：

Q1501

型材的抗弯强度设计值：

150MPa

型材的抗剪强度设计值：

τa=85MPa

型材弹性模量：

E=70000MPa

绕X轴惯性矩：

Ix=2379430mm4

绕Y轴惯性矩：

Iy=511610mm4

绕X轴净截面抵抗矩：

Wnx1=32503mm3

绕X轴净截面抵抗矩：

Wnx2=34588mm3

型材净截面面积：

An=1004.167mm2

型材线密度：

γg=0.027113N/mm

型材截面垂直于X轴腹板的截面总宽度：

t=5mm

型材受力面对中性轴的面积矩：

Sx=21925mm3

塑性发展系数：

γ=1.00

13.4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（MPa）；

A：

立柱单元的面积（mm2）；

B：

幕墙立柱计算间距（mm）；

L：

立柱跨度（mm）；

Nk=qGAkA

=qGAkBL

=0.0004×1033×4200

=1735.44N

N：

立柱轴向拉力设计值（N）；

N=1.2Nk

=1.2×1735.44

=2082.528N

（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）；

Mx：

立柱弯矩设计值（N·mm）；

An：

立柱净截面面积（mm2）；

Wnx：

在弯矩作用方向的净截面抵抗矩（mm3）；

γ：

塑性发展系数：

对于冷弯薄壁型钢龙骨，按《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB50018-2002，取1.00；

　　　　对于热轧型钢龙骨，按JGJ133或JGJ102规范,取1.05；

对于铝合金龙骨，按最新《铝合金结构设计规范》GB50429-2007，取1.00；

fa：

型材的抗弯强度设计值，取150MPa；

则：

N/An+Mx/γWnx=2082.528/1004.167+3358192.5/1.00/32503

=105.393MPa≤150MPa

立柱抗弯强度满足要求。

13.5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=2379430mm4

预选值为：

Ixmin=1199130.249mm4

实际挠度计算值为：

df=λqkL24/24EIx

=0.1485×1.372×37504/24/70000/2379430

=10.079mm

而df,lim=20mm

所以，立柱挠度满足规范要求。

13.6立柱的抗剪计算

校核依据：

τmax≤τa=85MPa（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）

=-（2.136×450/2-（-3358192.5/450））

=-7943.25N

Vw1右=qL2/2-M1/L2

=2.136×3750/2-（-3358192.5/3750）

=4900.518N

取V=7943.25N

（2）立柱剪应力：

τmax：

立柱最大剪应力（MPa）；

V：

立柱所受剪力（N）；

Sx：

立柱型材受力面对中性轴的面积矩（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

=7943.25×21925/2379430/5

=14.638MPa

14.638MPa≤85MPa

立柱抗剪强度满足要求!

14幕墙横梁计算

基本参数：

1：

计算点标高：

103m；

2：

横梁跨度：

B=1033mm；

3：

横梁上分格高：

1250mm；

横梁下分格高：

1330mm；

4：

横梁计算间距：

H=1290mm；

5：

力学模型：

三角荷载简支梁；

6：

板块配置：

单片玻璃6mm；

7：

横梁材质：

6063-T5；

因为B≤H，所以本处幕墙横梁按三角形荷载简支梁力学模型进行设计计算，受力模型如下：

14.1横梁型材选材计算

（1）横梁在风荷载作用下的线荷载集度（按三角形分布）：

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：

横梁跨度（mm）；

qwk=wkB

=0.001328×1033

=1.372N/mm

qw：

风荷载线分布最大荷载集度设计值（N/mm）；

qw=1.4qwk

=1.4×1.372

=1.921N/mm

（2）垂直于幕墙平面的分布水平地震作用的线荷载集度（按三角形分布）：

qEAk：

垂直于幕墙平面的分布水平地震作用（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），（主要指面板组件）；

A：

幕墙平面面积（mm2）；

qEAk=βEαmaxGk/A……5.3.4[JGJ102-2003]

=5.0×0.16×0.0003

=0.00024MPa

qEk：

横梁受水平地震作用线荷载集度标准值（N/mm）；

B：

横梁跨度（mm）；

qEk=qEAkB

=0.00024×1033

=0.248N/mm

qE：

横梁受水平地震作用线荷载集度设计值（N/mm）；