玻璃幕墙设计计算书.docx
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玻璃幕墙设计计算书
大屯里综合楼工程
明框玻璃幕墙
设计计算书
设计：
校对：
审核：
批准：
中国建筑技术集团有限公司
2005年7月22日
明框玻璃幕墙设计计算书
一、计算引用的规范、标准及资料
1.幕墙设计规范：
《建筑幕墙》JG3035-1996
《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003
《金属与石材幕墙工程技术规范》JGJ133-2001
《点支式玻璃幕墙工程技术规程》CECS127-2001
《全玻璃幕墙工程技术规程》DBJ/CT014-2001
《玻璃幕墙光学性能》GB/T18091-2000
《建筑幕墙物理性能分级》GB/T15225-94
《建筑幕墙空气渗透性能测试方法》GB/T15226-94
《建筑幕墙风压变形性能测试方法》GB/T15227-94
《建筑幕墙雨水渗透性能测试方法》GB/T15228-94
《建筑幕墙保温性能测试方法》GB8484
《建筑幕墙平面内变形性能检测方法》GB/T18250-2000
《建筑幕墙抗震性能振动台试验方法》GB/T18575-2001
《点支式玻璃幕墙支承装置》JG138-2001
《吊挂式玻璃幕墙支承装置》JG139-2001
2.建筑设计规范：
《建筑结构荷载规范》GB50009-2001
《钢结构设计规范》GB50017-2003
《冷弯薄壁型钢结构设计规范》GB50018-2002
《高层民用钢结构技术规程》JGJ99-98
《建筑设计防火规范》GBJ16-2001
《高层民用建筑设计防火规范》GB50045-2001
《建筑物防雷设计规范》GB50057-2000
《工程抗震术语标准》JGJ/T97-95
《中国地震烈度表》GB/T17742-1999
《建筑抗震设计规范》GB50011-2001
《建筑抗震设防分类标准》GB50223-1995
《中国地震动参数区划图》GB18306-2000
《采暖通风与空气调节设计规范》GBJ19-87
《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2002
《混凝土结构设计规范》GB50010-2002
《民用建筑热工设计规范》GB50176-93
《民用建筑隔声设计规范》GBJ118-88
《建筑结构可靠度设计统一标准》GB50068-2001
《建筑装饰工程施工质量验收规范》GB50210-2001
《建筑钢结构焊接规程》GB/T8162
《钢结构防火涂料》GB14907-2002
《碳钢焊条》GB/T5117-1995
《低合金钢焊条》GB/T5118-1995
《铝型材截面几何参数算法及计算机程序要求》YS/T437-2000
3.铝材规范：
《铝幕墙板板基》YS/T429.1-2000
《铝幕墙板氟碳喷漆铝单板》YS/T429.2-2000
《铝及铝合金彩色涂层板、带材》YS/T431-2000
《铝塑复合板用铝带》YS/T432-2000
《铝合金建筑型材》GB/T5237-2000
《建筑铝型材基材》GB/T5237.1-2000
《建筑铝型材阳极氧化、着色型材》GB/T5237.2-2000
《建筑铝型材电泳涂漆型材》GB/T5237.3-2000
《建筑铝型材粉末喷涂型材》GB/T5237.4-2000
《建筑铝型材氟碳漆喷涂型材》GB/T5237.5-2000
《变形铝及铝合金化学成份》GB/T3190-1996
《铝及铝合金阳极氧化-阳极氧化膜的总规范》GB8013-1987
《铝及铝合金轧制板材》GB/T3880-1997
《建筑用铝型材、铝板氟碳涂层》JC133-2000
4.金属板及石材规范：
《天然花岗石荒料》JC/T204-2001
《天然大理石荒料》JC/T202-2001
《天然板石》GB/T18600-2001
《天然花岗石建筑板材》GB/T18601-2001
《天然大理石建筑板材》JC/T79-2001
《干挂石材幕墙用环氧胶粘剂》JC/T887-2001
《天然饰面石材术语》GB/T13890-92
《建筑材料放射性核素限量》GB6566-2001
《干挂天然花岗岩，建筑板材及其不锈钢配件》JC830-1998
《铝塑复合板》GB/T17748-1999
《建筑瓷板装饰工程技术规范》CECS101：
98
《建筑装饰用微晶玻璃》JC/T872-2000
5.玻璃规范：
《建筑玻璃应用技术规程》JGJ113-2003
《普通平板玻璃》GB4871-1995
《浮法玻璃》GB11614－1999
《钢化玻璃》GB/T9963-1998
《幕墙用钢化玻璃与半钢化玻璃》GB/T17841-1999
《建筑用安全玻璃防火玻璃》GB15763.1-2001
《中空玻璃》GB/T11944-2002
《夹层玻璃》GB9962-1999
《镀膜玻璃第一部分阳光控制镀膜玻璃》GB/T18915.1-2002
《镀膜玻璃第二部分低辐射镀膜玻璃》GB/T18915.2-2002
《热反射玻璃》JC693-1998
《热弯玻璃》JC/T915-2003
6.钢材规范：
《不锈钢棒》GB/T1220-1992
《不锈钢冷加工钢棒》GB/T4226
《不锈钢冷扎钢板》GB/T3280
《不锈钢热扎钢板》GB/T4237-92
《不锈钢热扎钢带》GB/T5090
《冷拔异形钢管》GB/T3094-2000
《碳素结构钢》GB/T700-1988
《优质碳素结构钢》GB/T699
《合金结构钢》GB/T3077
《不锈钢和耐热钢冷扎带钢》GB/T4239
《高耐候结构钢》GB/T4171-2000
《焊接结构用耐候钢》GB/T4172-2000
《低合金高强度结构钢》GB/T1591-1994
《碳素结构和低合金结构钢热轧薄钢板及钢带》GB/T912
《碳素结构和低合金结构钢热轧厚钢板及钢带》GB/T3274
《结构用无缝钢管》JBJ102
《金属覆盖层钢铁制品热镀锌层技术要求》GB/T13912-1992
7.胶类及密封材料规范：
《混凝土接缝用密封胶》JC/T881-2001
《硅酮建筑密封胶》GB/14683-2003
《建筑用硅酮结构密封胶》GB16776-2003
《聚硫建筑密封胶》JC483-1992
《中空玻璃用弹性密封剂》JC486-2001
《幕墙玻璃接缝用密封胶》JC/T882-2001
《石材幕墙接缝用密封胶》JC/T883-2001
《中空玻璃用丁基热熔密封胶》JC/T914-2003
《彩色钢板用建筑密封胶》JC/T884-2001
《工业用橡胶板》GB/T5574-1994
《绝热用岩棉、矿棉及其制品》GB/T11835-98
《建筑用防霉密封胶》JC/T885-2001
《建筑表面用有机硅防水剂》JC/T902-2002
《聚氨酯建筑密封胶》JC/T482-2003
8.门窗及五金件规范：
《铝合金门》GB/T8478
《铝合金窗》GB/T8479-2003
《建筑外窗抗风压性能分级及检测方法》GB/T7106-2002
《建筑外窗气密性能分级及检测方法》GB/T7107-2002
《建筑外窗水密性能分级及检测方法》GB/T7108-2002
《建筑外窗空气隔声性能分级及检测方法》GB/T8485-2002
《铝合金门窗工程设计、施工及验收规范》DBJ15-30-2002
《建筑外窗采光性能分级及检测方法》GB/T11976-2002
《地弹簧》GB/T9296
《平开铝合金窗执手》GB/T9298
《铝合金窗不锈钢滑撑》GB/T9300
《铝合金门插销》GB/T9297
《铝合金窗撑挡》GB/T9299
《铝合金门窗拉手》GB/T9301
《铝合金窗锁》GB/T9302
《铝合金门锁》GB/T9303
《闭门器》GB/T9305
《推拉铝合金门窗用滑轮》GB/T9304
《紧固件螺栓和螺钉》GB/T5277
《十字槽盘头螺钉》GB/T818
《紧固件机械性能螺栓、螺钉和螺柱》GB3098.1-2000
《紧固件机械性能螺母粗牙螺纹》GB3098.2-2000
《紧固件机械性能螺母细牙螺纹》GB3098.4-2000
《紧固件机械性能自攻螺钉》GB3098.5-2000
《紧固件机械性能不锈钢螺栓、螺钉、螺柱》GB3098.6-2000
《紧固件机械性能不锈钢螺母》GB3098.15-2000
《螺纹紧固件应力截面积和承载面积》GB/T16823.1-1997
9.《建筑结构静力计算手册》（第二版）
10.土建图纸：
二、基本参数
1.幕墙所在地区：
北京地区；
2.地区粗糙度分类等级：
幕墙属于薄壁外围护构件，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类地区考虑。
3.抗震烈度：
按照国家规范《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）、《中国地震动参数区划图》（GB18306-2000）规定，北京地区地震基本烈度为8度，地震动峰值加速度为0.2g，水平地震影响系数最大值为：
αmax=0.16。
三、幕墙承受荷载计算
1.风荷载标准值计算：
幕墙属于薄壁外围护构件，按建筑结构荷载规范（GB50009-2001）计算：
wk=βgzμzμsw0……7.1.1-2[GB50009-2001]
上式中：
wk：
作用在幕墙上的风荷载标准值（MPa）；
Z：
计算点标高：
33m；
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:
βgz=K（1+2μf）
其中K为地区粗糙度调整系数，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类地区，33m高度处瞬时风压的阵风系数：
βgz=0.85×（1+2×（0.734（Z/10）-0.22））=1.81
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类地区，33m高度处风压高度变化系数：
μz=0.616×（Z/10）0.44=1.042
μs：
风荷载体型系数，根据计算点体型位置取1.2；
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，按重现期50年，北京地区取0.00045MPa；
wk=βgzμzμsw0
=1.81×1.042×1.2×0.00045
=0.001018MPa
2.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）；
3.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；
进行位移及挠度计算时；
重力荷载：
γG：
1.0；
风荷载：
γw：
1.0；
地震作用：
γE：
1.0；
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；
四、幕墙立柱计算
基本参数：
1：
计算点标高：
33m；
2：
力学模型：
双跨梁；
3：
立柱跨度：
L=3900mm，短跨长L1=300mm，长跨长L2=3600mm；
4：
立柱左分格宽：
2100mm；立柱右分格宽：
2100mm；
5：
立柱计算间距（指立柱左右分格平均宽度）：
B=2100mm；
6：
板块配置：
中空玻璃6+6mm；
7：
立柱材质：
6063-T5；
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：
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）：
q
wk：
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
=0.001018×2100
=2.138N/mm
qw：
风荷载线分布最大荷载集度设计值（N/mm）；
qw=1.4qwk
=1.4×2.138
=2.993N/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]
=5×0.16×0.0005
=0.0004MPa
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
=0.0004×2100
=0.84N/mm
qE：
水平地震作用线荷载集度设计值（N/mm）；
qE=1.3qEk
=1.3×0.84
=1.092N/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
=2.993+0.5×1.092
=3.539N/mm
用于挠度计算时，采用Sw+0.5SE标准值组合：
……5.4.1[JGJ102-2003]
qk=qwk+0.5qEk
=2.138+0.5×0.84
=2.558N/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
=-3.539×（3003+36003）/8/3900
=-5295228.75N
·mm
R1=qL1/2-M1/L1+qL2/2-M1/L2
=3.539×300/2-（-5295228.75/300）+3.539×3600/2-（-5295228.75/3600）
=26022.709N
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）
=4×5295228.75/（3.539×36002）
=0.462
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=2.462
R=（（A/4）2-k1/2）3/2=0.057
θ=1/3arccos（（A3-12k1A-8（1-2k1-k2））/64R）=26.499
x0=A/4+2R1/3cos（θ+240）
=2.462/4+2×0.0571/3cos（26.499+240）
=0.568
λ=x0（1-2k1+3k1x0-2x02-k1x02+x03）
=0.1432
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：
风荷载与地震作用线荷载集度标准值组合（N/mm）；
L2：
长跨长度（mm）；
E：
型材的弹性模量（MPa），对6063-T5取70000MPa；
Ixmin：
材料需满足的绕X轴最小惯性矩（mm4）；
L/180=3900/180=21.667
取：
df,lim=21.667mm
代入上式:
Ixmin=λqkL24/24Edf,lim
=0.1432×2.558×36004/24/70000/21.667
=1690228.795mm4
（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：
取1.05；
fa：
型材抗弯强度设计值（MPa），对6063-T5取85.5；
Wnx=Mx/γfa
=5295228.75/1.05/85.5
=58983.333mm3
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：
70/150
型材的抗弯强度设计值：
85.5MPa
型材的抗剪强度设计值：
τa=49.6MPa
型材弹性模量：
E=70000MPa
绕X轴惯性矩：
Ix=6032500mm4
绕Y轴惯性矩：
Iy=754060mm4
绕X轴净截面抵抗矩：
Wnx1=153940mm3
绕X轴净截面抵抗矩：
Wnx2=68126mm3
型材净截面面积：
An=1724.8mm2
型材线密度：
γg=0.048294N/mm
型材截面垂直于X轴腹板的截面总宽度：
t=7mm
型材受力面对中性轴的静矩：
Sx=39600mm3
塑性发展系数：
γ=1.05
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（N）；
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
=0.0005×2100×3900
=4095N
N：
立柱轴向拉力设计值（N）；
N=1.2Nk
=1.2×4095
=4914N
（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，取1.05；
fa：
型材的抗弯强度设计值，取85.5MPa；
则：
N/An+Mx/γWnx=4914/1724.8+5295228.75/1.05/68126
=76.875MPa≤85.5MPa
立柱抗弯强度满足要求。
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：
I
x=6032500mm4
预选值为：
Ixmin=1690228.795mm4
所以，立柱挠度满足规范要求。
6.立柱的抗剪计算：
校核依据：
τmax≤τa=49.6MPa（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）
=-（3.539×300/2-（-5295228.75/300））
=-18181.612N
Vw1右=qL2/2-M1/L2
=3.539×3600/2-（-5295228.75/3600）
=7841.097N
取V=18181.612N
（2）立柱剪应力：
τmax：
立柱最大剪应力（N）；
V：
立柱所受剪力（N）；
Sx：
立柱型材受力面对中性轴的静矩（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
=18181.612×39600/6032500/7
=17.05MPa
17.05MPa≤49.6MPa
立柱抗剪强度满足要求!
五、幕墙横梁计算
基本参数：
1：
计算点标高：
33m；
2：
横梁跨度：
B=2100mm；
3：
横梁上分格高：
1100mm；横梁下分格高：
1100mm；
4：
横梁间距（指横梁上下分格平均高度）：
H=1100mm；
5：
力学模型：
梯形荷载简支梁；
6：
板块配置：
中空玻璃6+6mm；
7：
横梁材质：
6063-T5；
因为B>H，所以本处幕墙横梁按梯形荷载简支梁力学模型进行设计计算，受力模型如下：
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（按梯形分布）：
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）；
H：
幕墙横梁间距（mm）；
qwk=wkH
=0.001018×1100
=1.12N/mm
qw：
风荷载线分布最大荷载集度设计值（N/mm）；
qw=1.4qwk
=1.4×1.12
=1.568N/mm
（2）垂直于幕墙平面的分布水平地震作用的线荷载集度（按梯形分布）：
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]
=5.0×0.16×0.0004
=0.00032MPa
qEk：
横梁受水平地震作用线荷载集度标准值（N/mm）；
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