玻璃幕墙设计计算书.docx
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玻璃幕墙设计计算书
安徽省省委旧房改造工程
机
关
医
院
150系列全隐形框幕墙设计计算书
上海科胜幕墙有限公司
安徽省委危旧房改造工程机关医院
150系列全隐形框幕墙设计计算书
基本参数:
合肥地区
抗震7度设防
Ⅰ.设计依据:
《建筑结构荷载规范》GB50009-2001
《钢结构设计规范》GBJ17-88
《建筑比例应用技术规程》JGJ113-97
《建筑幕墙》JG3035-96
《建筑结构静力计算手册》（第二版）
《建筑幕墙物理性能分级》GB/T15225-94
《铝及铝合金阳极氧化,阳极氧化膜的总规范》GB8013
《铝及铝合金加工产品的化学成分》GB/T3190
《碳素结构钢》GB700-88
《硅酮建筑密封胶》GB/T14683-93
《建筑幕墙风压变形性能检测方法》GB/T15227
《建筑幕墙雨水渗漏形性能检测方法》GB/T15228
《建筑幕墙空气渗透形性能检测方法》GB/T15226
《建筑结构抗震规范》GBJ11-89
《建筑设计防火规范》GBJ16-87（修订本）
《高层民用建筑设计防火规范》GB50045
《建筑物防雷设计规范》GB50057-94
《铝合金建筑型材》GB/T5237-93
《民用建筑隔声设计规范》GBJ118-88
《民用建筑热工设计规范》GB50176-93
《采暖通风与空气调节设计规范》GBJ19-87
《优质碳素结构钢技术条件》GB699-88
《低合金高强度结构钢》GB1579
《不锈钢棒》GB1220
《不锈钢冷加工钢棒》GB4226
《聚硫建筑密封胶》JC483-92
《铝及铝合金板材》GB3380-97
《不锈钢冷轧钢板》GB3280-92
《不锈钢热轧钢板》GB4237-92
《建筑幕墙窗用弹性密封剂》JC485-92
Ⅱ.基本计算公式:
（1）.场地类别划分:
根据地面粗糙度,场地可划分为以下类别:
A类近海面,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;
安徽省委危旧房改造工程机关医院按C类地区计算风压
（2）.风荷载计算:
幕墙属于薄壁外围护构件,根据《建筑结构荷载规范》GB50009-20017.1.1采用风荷载计算公式:
Wκ=βgz×μz×μs×Wo
其中:
Wκ---作用在幕墙上的风荷载标准值（kΝ/m²）
βgz---瞬时风压的阵风系数,按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001取定根据不同场地类型,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）ˉ0.12
B类场地:
βgz=0.89*（1+2μf）其中:
μf=0.5（Z/10）ˉ0.16
C类场地:
βgz=0.85*（1+2μf）其中:
μf=0.734（Z/10）ˉ0.22
D类场地:
βgz=0.80*（1+2μf）其中:
μf=1.2248（Z/10）ˉ0.3
μz---风压高度变化系数,按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001取定,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
B类场地:
μz=（Z/10）0.32
C类场地:
μz=0.616×（Z/10）0.44
D类场地:
μz=0.318×（Z/10）0.60
本工程属于C类地区,故μz=0.616×（Z/10）0.44
μs---风荷载体型系数,按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001取为:
1.5
Wo---基本风压,按全国基本风压图,合肥地区取为0.350kN/㎡
（3）.地震作用计算:
qEAk=βE×αmax×GAk
其中:
qEAk---水平地震作用标准值
βE---动力放大系数,按5.0取定
αmax---水平地震影响系数最大值,按相应设房烈度取定:
6度:
αmax=0.04
7度:
αmax=0.08
8度:
αmax=0.16
9度:
αmax=0.32
合肥设防烈度为7度,故取αmax=0.080
Gak---幕墙构件的自重（N/㎡）
（4）.荷载组合:
结构设计时,根据构件受力特点,荷载或作用的情况和产生的应力（内力）作用方向,选用最不利的组合,荷载和效应组合设计值按下式采用:
YGSG+γKφWSW+γEΦESE+γTΦTST
各项分别为永久荷载:
重力;可变荷载:
风荷载,温度变化;偶然荷载:
地震
水平荷载标准值:
qk=Wk+0.6qEAK
水平荷载设计值:
q=1.4Wk+0.6×1.3qEAK
荷载和作用效应组合的分项系数,按以下规定采用:
对永久荷载采用标准值作为代表值,其分项系数满足:
a.当其效应对结构不利时:
对由可变荷载效应控制的组合,取1.2;对有永久荷载效应效应控制的组合取1.35
b.当其效应对结构有利时:
一般情况取1.0;对结构倾覆,滑移或是漂浮验算,取0.9
可变荷载根据设计要求选代表值,其分项系数一般情况取1.4
一.风荷载计算
1.标高为10.200处风荷载计算
.风荷载标准值计算:
Wk:
作用在幕墙上的风荷载标准值（kN/㎡）
Βgz:
10.200m高处阵风系数（按C类区计算）:
μf=0.734×（Z/10）-0.22=0.731
βgz=0.85×（1+2μf）=2.092
μz:
10.200m高处风压高度变化系数（按C类区计算）:
（GB50009-2001）
μz=0.616×（Z/10）0.44=0.621
风荷载体型系数μs=1.50
Wk=Βgz×μz×μs×Wo
=2.092×0.621×1.5×0.350
=0.683kN/㎡
因为Wk<1.0kN/㎡,取Wk=1.000kN/㎡
.风荷载设计值:
W:
风荷载设计值:
kN/㎡
rw:
风荷载作用效应的分项系数:
1.4
按《建筑结构荷载规范》GB50009-20013.2.5规定采用
W=rw×Wk=1.4×1.000=1.400kN/㎡
二.玻璃的选用与校核
玻璃的选用与校核:
（第一处）
本处选用玻璃种类为:
钢化玻璃
1.玻璃面积
B:
该处玻璃幕墙分格宽:
1.800m
H:
该处玻璃幕墙分格高:
0.988m
A:
该处玻璃幕墙面积:
A=B×H
=1.800×0.988
=1.778㎡
2.玻璃厚度选取:
Wk:
风荷载标准值:
1.400kN/㎡
A:
玻璃板块面积:
1.778㎡
K3:
玻璃种类调整系数:
3.000
试算:
C=Wk×A×10/3/K3
=1.000×1.778×10/3/3.000
=1.975
T=2×（1+C）0.5-2
=2×（1+1.975）0.5-2
=1.450mm
玻璃选取厚度为:
6.0mm
3.该处玻璃板块自重:
GAK:
玻璃板块平均自重（不包括铝框架）:
t:
玻璃板块厚度:
6.0mm
玻璃的体积密度为:
25.6（kN/M³）
GAK=25.6×t/1000
=25.6×6.0/1000
=0.154kN/㎡
4.该处垂直于玻璃平面的分布水平地震作用:
αmax:
水平地震影响系数最大值:
0.080
qEAk:
垂直于玻璃平面的分布水平地震作用（kN/㎡）
qEAk=5×αmax×GAK
=5×0.080×0.154
=0.061kN/㎡
rE:
地震作用分项系数:
1.3
qEA:
垂直于玻璃平面的分布水平地震作用设计值（kN/㎡）
qEA=rE×qEAK
=1.3×qEAK
=1.3×0.061
=0.080kN/㎡
5.玻璃的强度计算:
校核对依据:
α≤fg=84.000
q:
玻璃所受组合荷载:
a:
玻璃短边边长:
0.988m
b:
玻璃长边边长:
1.800m
t:
玻璃厚度:
6.0mm
Ψ:
玻璃版面跨中弯曲系数,按边长比a/b查表5.4.1得:
0.095
αw:
玻璃所受应力:
采用Sw+0.6SE组合:
q=W+0.6×qEA
=1.400+0.6×0.080
=1.448kN/㎡
αw=6×Ψ×q×a²×1000t²
=6×0.095×1.448×0.988²×1000/6.0²
=22.285N/㎜²
22.285N/㎜²≤fg=84.000N/㎜²
玻璃的强度满足
6.玻璃温度应力计算:
校核依据:
αw≤[α]=58.800N/㎜²
在年温差变化下,玻璃边缘与边框间挤压在玻璃中产生的挤压温度应力为:
E:
玻璃的弹性模量:
0.72×105N/㎜²
αt:
玻璃的线膨胀系数:
1.0×10-5
△T:
年温度的变化差:
61.600℃
C:
玻璃边缘至边框距离,取5mm
d:
施工偏差,可取:
3mm,按5.4.3选用
b:
玻璃长边边长:
1.800m
在年温差变化下,玻璃边缘与边框间挤压在玻璃中产生的温度应力为:
αt1=E（αt×△T-（2c-dc）/b/1000）
=0.72×△T-72×（2×5-3）/b
=0.72×61.600-72×（2×5-3）/1.800
=-235.648N/㎜²
计算值为负,挤压应力取为零.
0.000N/㎜²＜58.800N/㎜²
玻璃边缘与边框间挤压温度应力可以满足要求
.玻璃中央与边缘温度差产生的温度应力:
μ1:
阴影系数:
按《玻璃幕墙工程技术规范》
JGJ102-96表5.4.4-1得1.000
μ2:
窗帘系数:
按《玻璃幕墙工程技术规范》
JGJ102-96表5.4.4-2得1.000
μ3:
玻璃面积系数:
按《玻璃幕墙工程技术规范》
JGJ102-96表5.4.4-3得1.052
μ4:
边缘温度系数:
按《玻璃幕墙工程技术规范》
JGJ102-96表5.4.4-4得1.380
a:
玻璃线胀系数:
1.0×10-5
Io:
日照量:
3027.600（KJ/M²h）
to:
室外温度-10.000℃
t1:
室内温度40.000℃
Tc:
单片玻璃中心温度（依据JGJ113-97附录B计算）:
αO:
玻璃的吸收率:
0.142
TC=0.012×IO×αO+0.65×to+0.35×t1（JGJ113-97B.0.1）
=0.012×3027.600×0.142+0.65×-10.000+0.35×40.000
=12.659℃
TS:
玻璃边缘部分温度（依据JGJ113-97附录B计算）:
TS=（0.65×to+0.35×t1）（JGJ113-97B.0.4）
=（0.65×-10.000+0.35×40.000）
=7.500℃
△t:
玻璃中央部分与边缘部分温度差:
△t=TC-TS
=5.195℃
玻璃中央与边缘温度差产生的温度应力为:
αt2=0.74×E×a×μ1×μ2×μ3×μ4×（TC-TS）
=0.74×0.72×105×1.0×10-5×μ1×μ2×μ3×μ4×△t
=1.099N/㎜²
玻璃中央与边缘温度差产生的温度应力可以满足要求
7.玻璃最大面积校核:
Azd:
玻璃的允许最大面积（㎡）
WK:
风荷载标准值:
1.000KN/㎡
t:
玻璃厚度:
6.0㎜
α1:
玻璃种类调整系数:
3.000
A:
计算校核处玻璃板块面积:
1.778㎡
Azd=0.3×α1×（t+t2/4）/WK
=0.3×3.000×（6.0+6.0/4）/1.000
=13.500㎡
A=1.778㎡≤Azd=13.500㎡
可以满足使用要求
三.幕墙玻璃板块结构胶计算:
幕墙玻璃板块结构交计算:
（第一处）
该处选用结构胶类型为:
JS6000
1.按风荷载和自重效应,计算结构硅酮密封胶的宽度:
风荷载作用下结构胶粘结宽度的计算:
Cs1:
风荷载作用下结构胶粘结宽度（mm）
Wk:
风荷载标准值:
1.000KN/㎡
a:
矩形分格短边长度:
0.988m
f1:
结构胶的短期强度允许值:
0.14N/㎜²
按5.6.3条规定采用
Cs=Wk×a/2/0.14
=1.000×0.988/2/0.14
=3.53mm取4mm
自重效应胶缝宽度的计算:
Cs2:
自重效应胶缝宽度（mm）
B:
幕墙分格宽:
1.800m
H:
幕墙分格高:
0.988m
t:
玻璃厚度:
6.0mm
f2:
结构胶的长期强度允许值:
0.007N/mm2
按5.6.3条规定采用
Cs2=H×B×t×25.6/（H+B）/2/7
=7.00mm取7mm
结构硅酮密封胶的最大计算宽度:
7mm
2.结构硅酮密封胶粘接厚度的计算:
温度变化效应胶缝厚度的计算:
Ts3:
温度变化效应结构胶的粘结厚度:
mm
δ1:
结构硅酮密封胶的温差变位承受能力:
12.5%
△T:
年温差:
61.6℃
Us:
玻璃板块在年温差作用下玻璃与铝型材相对位移量:
mm
铝型材线膨胀系数:
a1=2.35×10-5
玻璃线膨胀系数:
a2=1×10-5
Us=b×△T×（2.35-1）/100
=1.800×61.600×（2.35-1）/100
=1.497mm
TS3=US/（δ1×（2+δ1））0.5
=1.497/（0.125×（2+0.125））0.5
=2.9mm
地震作用下胶缝厚度的计算:
Ts4:
地震作用下结构胶的粘结厚度:
mm
H:
幕墙分格高:
0.988m
θ:
幕墙层间变位设计变位角0.0077
Ψ:
胶缝变位折减系数0.700
δ2:
结构硅酮密封胶的地震变位承受能力:
100.0%
Ts4=θ×H×Ψ×1000/（δ2×（2+δ2））0.05
=0.0077×0.988×0.700×1000/（1.000×（2+1.000））0.05
=3.1mm
3.胶缝推荐宽度为:
7mm
4.胶缝推荐厚度为:
6mm
5.胶缝强度验算
胶缝选定宽度为:
12mm
胶缝选定厚度为:
8mm
短期荷载和作用在结构胶中产生的拉应力:
Wk:
风荷载标准值:
1.000kN/㎡
a:
矩形分格短边长度:
0.988m
Cs:
结构胶粘结宽度:
12.000mm
Ó1=Wk×a×0.5/Cs
=1.000×0.988×0.5/12.000
=0.041N/mm2
短期荷载和作用在结构胶中产生的剪应力:
H:
幕墙分格高:
0.988m
t:
玻璃厚度:
6.0mm
Ó2=12.8×H×B×t/Cs/（B+H）/1000
=0.004N/mm2
短期荷载和作用在结构胶中产生的总应力:
Ó=（Ó12+Ó22）0.5
=（0.0412+0.0042）0.5
=0.041N/mm2≤0.14N/mm2
结构胶强度可以满足要求
四.幕墙立柱计算:
幕墙立柱计算:
（第一处）
幕墙立柱按简支梁力学模型进行设计计算:
1.选料:
风荷载线分布最大荷载集度设计值（矩形分布）
qW:
风荷载线分布最大荷载集度设计值（KN/m）
rW:
风荷载作用效应的分项系数:
1.4
WK:
风荷载标准值:
1.000kN/㎡
B:
幕墙分格宽:
1.800m
qW=1.4×WK×B
=1.4×1.000×1.800
=2.520kN/m
立柱弯矩:
MW:
风荷载作用下立柱弯矩（KN.m）
qW:
风荷载线分布最大荷载集度设计值:
2.520（KN/m）
Hsjcg:
立柱计算跨度:
3.600m
MW=qW×Hsjcg2/8
=2.520×3.6002/8
=4.082kN.m
qEA:
地震作用设计值（kN/m2）
GAK:
玻璃幕墙构建（包括玻璃和框）的平均自重:
400N/m2
垂直于玻璃幕墙平面的分布水平地震作用:
qEAK:
垂直于玻璃幕墙平面的分布水平地震作用（kN/m2）
qEAK=5×αmax×GAK
=5×0.080×400.000/1000
=0.160kN/m2
γE:
幕墙地震作用分项系数:
1.3
qEA=1.3×qEAK
=1.3×0.160
=0.208kN/m2
qE:
水平地震作用线分布最大荷载集度设计值（矩形分布）
qE=qEA×B
=0.208×1.800
=0.37kN/m
ME:
地震作用下立柱弯矩（KN.m）
ME=qE×Hsjcg2/8
=0.374×3.6002/8
=0.607KN.m
M:
幕墙立柱在风荷载和地震作用下产生弯矩（KN.m）
采用SW+0.6SE组合
M=MW+0.6×ME
=4.082+0.6×0.607
=4.446KN.m
W:
立柱抗弯矩预选值（cm3）
W=M×103/1.05/84.2
=4.446×103/1.05/84.2
=50.292cm3
qWK:
风荷载线分布最大荷载集度标准值（kN/m）
qWK=WK×B
=1.000×1.800
=1.800kN/m
qEK:
水平地震作用线分布最大荷载集度标准值（kN/m）
qEK=qEAK×B
=0.160×1.800
=0.288kN/m
I1,I2:
立柱惯性矩预选值（cm4）
I1=900×（qWK+0.6×qEK）×Hsjcg3/384/0.7
=900×（1.800+0.6×0.288）×3.6003/384/0.7
=308.180cm4
I2=5000×（qWK+0.6×qEK）×Hsjcg4/384/0.7/20
=5000×（1.800+0.6×0.288）×3.6003/384/0.7/20
=308.180cm4
选定立柱惯性矩应大于:
308.180cm4
2.选用立柱型材的截面特性:
选用型材号:
DY150
型材强度设计值:
85.500N/mm2
型材弹性模量:
E=0.7×105N/mm2
X轴惯性矩:
Ix=421.454cm4
Y轴惯性矩:
IY=102.394cm4
X轴抵抗矩:
Wx1=58.434cm3
X轴抵抗矩:
Wx2=54.120cm3
型材截面积:
A=13.807cm2
型材计算校核处壁厚:
t=3.000mm
型材截面面积矩:
SS=34.319cm3
塑性发展系数:
γ=1.05
3.幕墙立柱的强度计算:
校核依据:
N/A+M/γ/W≤fa=85.5N/mm2（拉弯构件）
B:
幕墙分格宽:
1.800m
GAK:
幕墙自重:
400N/m2
幕墙自重线荷载:
GK=400×Wfg/1000
=400×1.800/1000
=0.720kN/m
NK:
立柱受力:
NK=GK×Hsjcg
=0.720×3.600
=2.592kN
N:
立柱受力设计值:
rG:
结构自重分项系数:
1.2
N:
立柱受力设计值:
3.110kN
A:
立柱型材截面积:
13.807cm2
M:
立柱弯矩:
4.446kN.m
Wx2:
立柱截面抗弯曲:
54.120cm3
γ:
塑性发展系数:
1.05
Ó=N×10/A+M×103/1.05/Wx2
=3.110×10/13.807+4.446×103/1.05/54.120
=80.498N/mm2
80.498N/mm2≤fa=85.5N/mm2
立柱强度可以满足
4.幕墙立柱的刚度计算:
校核依据:
Umax≤[U]=20mm且Umax≤L/180
Umax:
立柱最大挠度
Umax=5×（qWK+0.6qEK）×Hsjcg4×1000/384/0.7/Ix
立柱最大挠度Umax为:
14.625mm≤20mm
DU:
立柱挠度与立柱计算跨度比值:
Hsjcg:
立柱计算跨度:
3.600m
DU=U/Hsjcg/1000
=14.625/3.600/1000
=0.004≤1/180
挠度可以满足要求
5.立柱抗剪计算:
校核依据:
τmax≤[τ]=49.6N/mm2
QWK:
风荷载作用下剪力标准值（kN）
QWK=WK×Hsjcg×B/2
=1.000×3.600×1.800/2
=3.240Kn
QW:
风荷载作用下剪力设计值（kN）
QW=1.4×QWK
=1.4×3.240
=4.536kN
QEK:
用下剪力标准值（kN）
QEK=qEAk×Hsjcg×B/2
=0.160×3.600×1.800/2
=0.518kN
QE:
地震作用下剪力设计值（kN）
QE=1.3×QEK
=1.3×0.518
=0.674kN
Q:
立柱所受剪力:
采用QW+0.6QE组合
Q=QW+0.6×QE
=4.536+0.6×0.674
=4.940kN
立柱剪应力:
τ:
立柱剪应力:
Ss:
立柱型材截面面积矩:
34.319cm3
Ix:
立柱型材截面惯性矩:
421.454cm4
t:
立柱壁厚:
3.000mm
τ=Q×Ss×100/Ix/t
=4.490×34.319×100/421.454/3.000
=13.410N/mm2
13.410N/mm2≤49.6N/mm2
立柱抗剪强度可以满足
五.立挺与主结构连接
立挺与主结构连接:
（第一处）
LCt2:
连接处钢角码壁厚:
6.000mm
D2:
连接螺栓直径:
10.000mm
D0:
连接螺栓直径:
8.590mm
采用SG+SW+0.6SE组合
N1WK:
连接处风荷载总值（N）:
N1WK=WK×B×Hsjcg×1000
=1.000×1.800×3.600×1000
=6480.000N
连接处风荷载设计值（N）:
N1W=1.4×N1WK
=1.4×6480.000
=9072.000N
N1EK:
连接处地震作用（N）:
N1EK=qEAK×B×Hsjcg×1000
=0.160×1.800×3.600×1000
=1036.800N
N1E:
连接处地震作用设计值（N）:
N1E=1.3×N1EK
=1.3×1036.800
=1347.840N
N1:
连接处水平总力（N）:
N1=N1w+0.6×N1E
=9072.000+0.6×1347.840
=9880.704N
N2:
连接处自重总值设计值（N）
N2K=400×B×Hsjcg
=400×1.800×3.600
=2592.000N
N2:
连接处自重总值设计值（N）
N2=1.2×N2K
=1.2×2592.000
=3110.400N
N:
连接处总和力（N）:
N=（N12+N22）0.5
=（9880.7042+3110.4002）0.5
=10358.711N
NVb:
螺栓的承载能力
NV:
连接处剪切面数:
2
NVb=2×3.14×D02×130/4（GBJ17-887.2.1-1）
=2×3.14×8.5902×130/4
=15060.151N
Num1:
立挺与建筑物主结构连接的螺栓个数:
Num1=N/NVb
=
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