幕 墙 设 计 计 算 100115.docx

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幕墙设计计算100115

售楼大厅幕墙设计计算书

目录

第一部分概述部分2

一、设计采用规范及依据2

二、建筑概况3

第二部分售楼大厅幕墙结构计算4

一、荷载计算4

二、座地式橱窗的设计计算6

三、石材幕墙计算10

四、石材幕墙竖框的设计计算13

五、石材幕墙横框设计计算19

六、石材连接计算23

七、石材幕墙焊缝设计计算27

八、铝板幕墙板面的强度和刚度计算36

九、铝板幕墙竖框的设计计算38

十、铝板幕墙横框设计计算44

十一、铝板幕墙连接计算48

十二、铝板幕墙焊缝设计计算54

第一部分概述部分

一、设计采用规范及依据

1.《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003

2.《建筑幕墙》JG3035－96

3.《金属、石材幕墙工程技术规范》JGJ133-2001

4.《建筑结构静力计算手册》（第二版）

5.《钢结构设计规范》GB50017－2003

6.《碳素结构钢》GB700－88

7.《硅酮建筑密封胶》GB/T14683-2003

8.《建筑结构荷载规范》GB50009-2001（2006年版）

9.《建筑结构抗震规范》GB50011-2001

10.《铝合金建筑型材》GB5237-2004

11.《民用建筑热工设计规范》GBJ50176

12.《浮法玻璃》GB11614－99

13.《钢化玻璃》GB/T15763.2-2005

14.《中空玻璃》GB/T11944－2002

15.《优质碳素结构钢技术条件》GB/T699－1999

16.《低合金高强度结构钢》GB1579

17.《不锈钢棒》GB1220

18.《不锈钢冷加工钢棒》GB4226

19.《铝及铝合金板材》GB3380－97

20.《不锈钢冷轧钢板》GB3280－92

21.《不锈钢热轧钢板》GB4237－92

22.《建筑用岩棉、矿渣棉绝热制品》GB/T19686-2005

23.《建筑钢结构焊接技术规程》JGJ81－2002

24.《点支式玻璃幕墙工程技术规程》CECS127－2001

二、建筑概况

场地概况：

项目用地位于成都市高新区，属城市副中心地带。

北临德赛三街，西临剑南大道中段，南侧和东侧均临规划中的市政公园。

地面粗糙度为:

B类。

基本风压：

Wo=0.3KN/m^2；

抗震级别：

按7度抗震设计

第二部分售楼大厅幕墙结构计算

一、荷载计算

⑴作用在幕墙上的风荷载标准值按下式计算：

Wk＝βgZ·μs1·μz·Wo

式中：

Wk－作用在幕墙上的风荷载标准值（KN／m2）；

βgZ－考虑瞬时风压的阵风系数，取；

μs1－局部风压体型系数，取1.2；

μz－风压高度变化系数；

Wo－基本风压，取.3KN／m2。

⑵地震作用按下式计算

Qe＝βe·αmax·G

式中：

Qe——作用于幕墙平面外水平地震作用（KN）；

G——幕墙构件的重量（KN）；

αmax——水平地震影响系数最大值，7度抗震设计取.08；

βe——动力放大系数，取5。

⑶荷载分项系数和组合系数的确定

根据《建筑结构荷载规范》（ＧＢ50009－2001）及《玻璃幕墙工程技术规范》

之精神，结合本工程的地区地理环境，建筑特点以及幕墙的受力情况，各分项系数和组合系数选择如下：

①强度计算时

分项系数组合系数

重力荷载，γg取1.2

风荷载，γw取1.4风荷载，ψw取1.0

地震作用，γe取1.3地震作用，ψe取0.5（在铝板、石材幕墙计算中取0.6）

温度作用，γt取1.2温度作用，ψt取0.2

②刚度计算时

分项系数组合系数

均按1.0采用风荷载，ψw取1.0

地震作用，ψe取0.5（在铝板、石材幕墙计算中取0.6）

温度作用，ψt取0.2

⑷荷载和作用效应按下式进行组合：

S＝γgSg＋ψwγwSw＋ψeγeSe＋ψtγtSt

式中：

S——荷载和作用效应组合后的设计值；

Sg——重力荷载作为永久荷载产生的效应；

Sw,Se,St——分别为风荷载，地震作用和温度作用作为可变荷载和

作用产生的效应；

γg,γw,γe,γt——各效应的分项系数；

ψw,ψe,ψt——分别为风荷载，地震作用和温度作用效应的组合系数。

二、座地式橱窗的设计计算

橱窗采用19mm的钢化玻璃，选取5.4米标高处为计算部位，玻璃分格高为h=5400mm,分格宽为a=1200mm，玻璃肋的截面厚度选用t肋=19mm。

玻璃强度计算：

风荷载标准值为：

Wk＝βgZ·μs1·μz·Wo

＝1.872×1.2×1×.3

＝.674≤1

所以取Wk＝1KN／m2

水平分布地震作用标准值为：

qEk＝βe·αmax·25.6·t1·10-3

＝5×.08×25.6×19·10-3

＝.194KN/m2

①风荷载作用下应力标准值按下式计算

σwk＝6·η·ψ1·Wk·a2/t2

式中:

σwk—风荷载作用下的应力标准值，（N/mm2）；

a——玻璃跨度，（mm）；

t——玻璃的厚度，（mm）；

ψ1——弯曲系数，取0.125

η——折减系数，按θ查表

θ＝（Wk＋0.5·qEk）·a4/（E·t4）

＝（1＋0.5×.194）×10-3×12004/（0.72×105×194）

＝.24

查表取η＝1

则σwk＝6·η·ψ1·Wk·a2/t2

＝6×1×.125×1×10-3×12002/192

＝2.99N/mm2

②地震作用下应力标准值按下式分别在两个单片玻璃上计算

σEk＝6·η·ψ1·qEk·a2/t2

式中:

σEk—地震作用下的应力标准值，（N/mm2）；

η——取风荷载作用下应力计算时的值

则σEk＝6·η·ψ1·qEk·a2/t2

＝6×1×.125×.194×10-3×12002/192

＝.58N/mm2

③玻璃的应力组合设计值按下式分别在两个单片玻璃上计算

σ＝ψw·γw·σwk＋ψe·γe·σEk

则σ＝ψw·γw·σwk＋ψe·γe·σEk

＝1.0×1.4×2.99＋0.5×1.3×.58

＝4.56N/mm2

所以玻璃强度满足要求。

玻璃挠度计算

风荷载标准值为

Wk＝1KN/m2

玻璃跨中最大挠度为

μ＝η·ψ2·Wk·a4／Ｄ

式中：

μ——玻璃跨中最大挠度mm

　　　ψ2——跨中最大挠度系数，取0.013

　　　a——玻璃的跨度（mm）

玻璃板的弯曲刚度

Ｄ＝Ｅt3／（12（1-ν2））

＝0.72×105×3／（12（1－0.22））

＝4.286875E+07Ｎ·mm

式中：

ν－泊松比，取ν＝0.2

Ｅ－玻璃弹性模量，取0.72×105Ｎ／mm2

t－玻璃等效厚度（mm）

θ＝Wk·a4/Et4

＝1×10-3×12004／（0.72×105×194）

＝.22

查表取η=1

则玻璃挠度为

μ＝η·ψ2·Wk·a4／Ｄ

＝1×.013×1×10-3×12004／4.286875E+07

＝.6mm<μ许＝a/60＝20mm

所以玻璃挠度满足要求。

玻璃肋的设计

玻璃肋采用单肋形式，截面高度hr按下式计算

hr＝[（3·W·a·h2）／（4·fg·t2）]0.5

＝[3×1.4×1×1200×54002／（4×50.4×19）]0.5

＝195.879mm

式中：

fg——玻璃边缘强度设计值N／mm2；

h——玻璃肋上下支点的距离m；

a——两肋之间的距离m；

W——风荷载设计值，取1.4WkN／mm2；

t2——玻璃肋厚度mm；

实际选择的玻璃肋截面高度Lb为200mm，满足使用要求。

玻璃肋在风荷载标准值作用下的挠度df根据下式计算

df＝（5·Wk·a·h4）／（32·E·t2·Lb3）

＝（5×1×1200×54004／（32×0.72×105×19×2003）

＝14.568mm

根据规范，玻璃肋挠度限值取其计算跨度的1/200，即h/200,故挠度满足使用要求。

玻璃肋处结构胶胶缝计算

平齐或突出的玻璃肋处结构胶胶缝宽度按下式计算

[t]=q·a/（2·f1）

式中：

[t]——胶缝最小宽度mm；

f1——结构硅酮密封胶短期强度设计值，取0.2N/mm2

则

[t]=q·a/（2·f1）

＝1.5261×1200／（2×0.2）

＝4.6mm

实际选择的结构胶胶缝宽度t为15mm，满足使用要求。

三、石材幕墙计算

本石材幕墙采用上下固定短槽式连接,抗折强度fgk=8N/mm2的天然花岗岩板,标高8.8米处幕墙为不利部位，该处石材最大分格为H（高）×B（宽）=800mm×800mm。

1.荷载的计算

风荷载标准值为

Wk＝βgZ·μs1·μz·Wo

＝1.798×1.2×1×.3

＝.647KN／m2

计算中取Wk＝1KN／m2

水平分布的地震作用标准值为

qEk＝βe·αmax·G／A

式中：

G--石板自重标准值

G=γ石·H·B·t·1.2

=28×800×800×25×10-9×1.2

=.538KN

其中：

γ石--石材密度，取28KN/m3

t--石板的厚度（mm）

A=B×H=.8×.8=.64m2

则qEk＝βe·αmax·G／A

＝5×.08×.538/.64

＝.336KN/m2

水平荷载组合设计值为

q=（1.4×Wk＋1.3×0.6×qEk）×10-3

=（1.4×1＋1.3×0.6×.336）×10-3

=.002N/mm2

2.强度计算

（1）抗弯强度验算

风荷载作用下石材应力设计值为

σwk=6×m×Wk×L2/t2

=6×.1349×1×10-3×8002/252

=.829N/mm2fg=3.72N/mm2

式中：

L--H和a的较大者

m--四角支撑板在均布荷载作用下的最大弯矩系数，根据a/H查表

fg--石材抗弯强度设计值

地震作用下石材应力设计值为

σEk=6×m×qEk×L2/t2

=6×.1349×.336×10-3×8002/252

=.278N/mm2

石材应力组合设计值为

σ=1.4×σwk＋1.3×0.6×σEk

=1.4×.829＋1.3×0.6×.278

=1.38N/mm2N/mm2≤fg=3.72N/mm2

所以石材抗拉承载力满足要求。

（2）抗剪强度验算

在风荷载和水平地震作用下，石材受到钩板传来的剪力。

则钩板在石材中产生的剪应力设计值为

τ=q·B·H·β/（n（t-c）·S）

=.002×800×800×1.32/（4×（25-6）×60）

=.37N/mm2≤fs=1.86N/mm2

式中：

β--钩板个数系数，

n--钩板个数

fs--石材抗剪强度设计值

s--钩板入孔弧长（mm）

c--槽口宽度（mm）

所以石材抗剪承载力满足要求。

（3）钩板强度验算

在风荷载和垂直于板面方向的地震作用下，钩板承受的剪应力设计值按照下式计算得：

τ=q·B·H·β/（2·n·Ap）

=.002×800×800×1.32/（2×4×4）

=52.8N/mm2≤125N/mm2

式中：

β--钩板个数系数，

n--长边上的钩板个数

Ap--钩板的截面积

所以钩板的抗剪强度满足要求。

四、石材幕墙竖框的设计计算

幕墙中的危险部位位于8.8米处,竖框采用双跨梁计算模型，竖框承担的分格宽B=.8m，层间高5.5m，短跨长.4m。

所选用竖框型材的截面特性如下：

Ix——对x轴方向的惯性矩=144.13cm4

Iy——对y轴方向的惯性矩=47.37cm4

Wx——对x轴方向的抵抗矩=28.83cm3

Wy——对y轴方向的抵抗矩=18.95cm3

A0——截面面积=1136mm2

力学模型图如下：

1）荷载计算

a.风荷载标准值的计算

Wk＝βgZ·μs1·μz·Wo

＝1.798×1.2×1×.3

＝.647KN／m2

计算中取Wk＝1KN／m2

b.y轴方向（垂直于幕墙表面）的地震作用为

qEy＝βe·αmax·G／A

式中：

qEy——作用于幕墙平面外水平分布地震作用（KN／m2）；

G——幕墙构件的重量（KN）；

A——幕墙构件的面积（m2）；

αmax—水平地震影响系数最大值，取.08；

βe——动力放大系数，取5。

其中：

G＝L×B×t×γ石×1.2

＝5.5×.8×25×28×1.2/1000

＝3.696ＫＮ

式中：

L——计算层间高m；

B——分格宽m；

t——石材厚度m；

γ石—石材的密度，取28KN／m3

A＝L×B＝5.5×.8

＝4.4m2

则qEy＝βe·αmax·G／A

＝5×.08×3.696／4.4

＝.336KN／m2

c.x轴方向（幕墙平面内）的地震作用

qEx＝βe·αmax·G/L

＝5×.08×3.696／5.5

＝.269KN/m

刚度计算：

ａ、Y轴方向挠度荷载组合如下：

qy＝1×Wk＋0.6qEy

＝1×1＋0.6×.336

＝1.202KN／m2

在矩形荷载作用下，竖框所受线荷载和作用为

q刚度y＝qy×B＝1.202×.8

＝.962KN／m

按双跨梁计算，竖框产生的挠度为：

f＝（1/24EI）·[q刚度·X4-4Rc·X3+L12·X·（4Rc-q刚度·L1）]

式中：

L1——长跨长

Rc——C点支座反力

X——到C点距离

Rcx=（1/L1）·[（q刚度y·L12）/2-（q刚度y·L13+q刚度y·L23）/8（L1+L2）]

=（1/5.1）×[（.962×5.12）/2-（.962×5.13+.962×.43）/8（5.1+.4）]

=1.884152KN

Rcy=（1/L1）·[（q刚度x·L12）/2-（q刚度x·L13+q刚度x·L23）/8（L1+L2）]

=（1/5.1）×[（.135×5.12）/2-（.135×5.13+.135×.43）/8（5.1+.4）]

=.264408KN

当f取最大值时，一阶导数f’=0时，解一元三次方程，求得X0=2.199m

［f］＝L1×1000/300＝5100／300＝17mm>15mm

则取［f］＝15mm

竖框的最大挠度fxmax为：

fxmax＝（1/24E·Ix）·[q刚度y·X04-4Rcx·X03+L12·X0·（4Rcx-q刚度y·L1）]×108

＝（1/24×206000×144.13）×[.962×2.1994-4×1.884152×2.1993+5.12×2.199×（4×1.884152-.962×5.1）]×108

＝13.024mm

fxmax=13.024mm≤[f]=15mm

b.X轴方向挠度荷载组合如下：

q刚度x＝0.5qEx

＝0.5×.269

＝.135KN／m

fymax＝（1/24E·Iy）·[q刚度x·X04-4Rcy·X03+L12·X0·（4Rcy-q刚度x·L1）]×108

＝（1/24×206000×47.37）×[.135×2.1994-4×.264408×2.1993+5.12×2.199×（4×.264408-.135×5.1）]×108

＝5.561mm

fymax=5.561mm≤[f]=15mm

所以竖框刚度满足要求

3）强度计算

强度荷载组合如下

q＝1.4×1×Wk＋1.3×0.6×qEy

＝1.4×1×1＋1.3×0.6×.336

＝1.662KN／m2

竖框所受线荷载为

q强度＝q×B＝1.662×.8

＝1.33KN／m

则：

按双跨简支梁计算，竖框所受最大弯矩为

M＝q强度·（L13＋L23）／8×L

＝1.33×（.43＋5.13）/（8×5.5）

＝4.012KN·m

竖框所受轴向拉力为N＝1.2×G＝4.435KN

竖框承载力应满足下式要求（本工程设计的竖框不承压，为只拉构件）

N／A0＋M／（γ·W）≤fa

式中：

N——竖框拉力设计值（KN）；

M——竖框弯矩设计值（KN·m）；

A0——竖框净截面面积（mm2）；

W——在弯矩作用方向的净截面抵抗矩（cm3）；

γ——塑性发展系数，取1.05；

fa——竖框材料的强度设计值，取215N／mm2。

则N／A0＋M／（γ·W）

＝103×4.435／1136＋103×4.012／（1.05×28.83）

＝136.438N／mm2

所以竖框强度满足要求

五、石材幕墙横框设计计算

石材厚度为25mm，横框材料采用Q235钢。

危险部位取8.8米标高处，横框长B=.8米，承担重力方向分格高H1=.8米，上下分格平均高H2=.8米，石材挂点距横框端部距离a为.18米。

所选用横框型材的截面特性如下：

Ix——对x轴方向的惯性矩=9.26cm4

Iy——对y轴方向的惯性矩=9.26cm4

Wx——对x轴方向的抵抗矩=2.56cm3

Wy——对y轴方向的抵抗矩=2.56cm3

Sx——对x轴方向的面积距=2.6cm3

Sy——对y轴方向的面积距=2.6cm3

1.荷载计算

①幕墙的自重面荷载标准值为

gk＝γ石·1.2·t

＝28×1.2×25×10-3

＝.84KN／m2

式中：

γ石--石材的密度，取28KN／m3

t--石材的总厚度m；

②横框所承受的风荷载标准值为

Wk＝βgZ·μs1·μz·Wo

＝1.798×1.2×1×.3

＝.647KN／m2

计算中取Wk＝1KN／m2

③地震作用标准值为

QEk=βe·αmax·gk

＝5×.08×.84

＝.336KN/m2

2.挠度计算

横框所受水平集中力标准值为:

Nyk＝（Wk＋0.6·QEk）×H2×B/2

＝（1＋0.6×.336）×.8×.8/2

＝.385KN

横框所承受的竖直集中力标准值为

Nxk＝gk×H1×B/2＝.269KN

在水平方向的挠度为

μy＝Nyk·a·B2·[3-4·（a/B）2]／24EIy

＝.385×.18×.82×[3-4×（.18/.8）2]/（24×206000×9.26×10-8）

＝.3mm

在竖直方向的挠度为

μx＝Nxk·a·B2·[3-4·（a/B）2]／24EIx

＝.269×.18×.82×[3-4×（.18/.8）2]/（24×206000×9.26×10-8）

＝.2mm

式中：

Ix--横框绕X轴的惯性矩cm4

Iy--横框绕Y轴的惯性矩cm4

E--横框的弹性模量，206000N/mm2

a--石材挂点距横框端部的距离mm

则横框的挠度为

μ＝（μx2＋μy2）0.5

＝（.22＋.32）0.5

＝.4mm

横框的挠度允许值为

[μ]=B×1/300

＝2.7mm

因μ≤[μ]，所以横框挠度满足要求。

3.抗弯承载力计算

横框所受的水平集中力设计值为:

Ny＝（1.4×Wk＋0.6×1.3×QEk）×H2×B/2

＝（1.4×1＋0.6×1.3×.336）×.8×.8/2

＝.532KN

横框所受的竖向集中力设计值为

Nx＝1.2×Nxk

＝.323KN

则横框水平方向弯矩为

Mx=Ny×a

＝.532×.18

＝.096KN·m

横框竖直方向弯矩为

My=Nx×a

＝.323×.18

＝.058KN·m

横框的抗弯承载力应满足下式，即

Mx/（γ·Wx）＋My/（γ·Wy）≤f

式中：

γ--塑性发展系数，取为1.05

Wx，Wy--分别为横框截面绕X、Y轴的截面抵抗矩，cm3；

f--型材的抗弯强度设计值，N／mm2；

则Mx/（γ·Wx）＋My/（γ·Wy）

＝[.096/（1.05×2.56）＋.058/（1.05×2.56）]×1000

＝57.3N／mm2≤f＝215N／mm2

所以横框的抗弯强度满足要求。

4.抗剪承载力计算

横框的抗剪承载力应满足下式要求

Ny×Sx／（Ix×tx）≤fv

Nx×Sy／（Iy×ty）≤fv

式中：

Sx、Sy-横梁截面绕X轴、Y轴的面积矩（cm3）;

tx、ty-横梁截面垂直于Y、X方向的腹板截面总宽度（mm）；

fv-型材抗剪强度设计值（N/mm2）

则，Ny×Sx×1000／（10×Ix×tx）

＝3.7≤fv=125N／mm2

Nx×Sy×1000／（10×Iy×ty）

＝2.3≤fv=125N／mm2

所以横框的抗剪承载力满足要求。

六、石材连接计算

8.8米高度处为幕墙的危险部位。

竖框与建筑物连接

竖框受力模式为双跨梁，计算层间高L=5.5m，短跨长L1=.4m，分格宽B=.8m,分格高H=.8m。

采用2个M12螺栓连接，每个螺栓的有效截面积A0=84.3mm2。

一个竖框所承受的重量标准值为

Gk＝γ石×t×B×L×1.1

式中:

t为石材厚度（mm）

B为分格宽度（m）

L为计算层间高（m）

γ为石材密度（28KN/m3）

　Gk＝28×.025×.8×5.5×1.1

　　＝3.388KN

一个竖框单元所受的风荷载标准值为

Ｎwk＝Wk×B×（（L13＋L23）/8L1L2＋0.5L）

　＝1×.8×（（.43＋5.13）/8×.4×5.1＋0.5×5.5）

　＝8.706ＫＮ

一个竖框单元所受的水平地震作用为

ＮEk＝βe·αmax·（Gk·B/L·B）×（（L13＋L23）/8L1L2＋0.5L）

＝5×.08×（3.388×.8/5.5×.8）×（（.43＋5.13）/8×.4×5.1＋0.5×5.5）

＝2.681KN

组合设计值为

V＝（（1.4Ｎwk＋1.3×0.6ＮEk）2＋（1.2Gk）2）0.5

＝（（1.4×8.706＋1.3×0.6×2.681）2＋（1.2×3.388）2）0.5

＝14.847KN

则最大组合剪应力τmax＝V／A

＝103×14.847／2×84.3

＝88.06N/mm2≤［τ］＝245N／mm2

所以竖框与建筑物连接螺栓满足要求。

竖框壁局部承压能力验算

竖框壁局部承压能力为：

NBc=d·t总·fBc

=12×12×325×10-3

=46.8KN

其中：

t总——型材承压壁的总厚度

d——螺栓直径

fBc——铝型材承压强度设计值

螺栓所受的剪力设计值为V＝14.847KN≤NBc＝46.8KN，所以局部承压能力满足要求。

横框与竖框连接计算

横框所受的重力标准值为

Gk＝γ石×t×B×H×1.1

式中:

t——石材厚度（mm）

γ石——石材密度