幕墙强度验算.docx

幕墙强度验算.docx

《幕墙强度验算.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《幕墙强度验算.docx（24页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

幕墙强度验算

设计说明

1、工程概况：

（一）工程名称：

（二）工程范围：

1.明框玻璃幕墙：

采用蓝绿钢化Low-E中空玻璃

面积约为m2;

2.门：

旋转门：

2樘

面积约为m2；

微波自控门：

4樘

面积约为m2；

无框自由门：

28樘

面积约为m2；

3.窗：

窗采用隔热冷桥的中空镀膜Low—E玻璃50平开窗，面积约为m2;

4.石材幕墙：

整个墙面除明框玻璃幕墙、金属幕墙外，其余全部

为石材幕墙，

幕墙设计指导思想和原则：

重点工程之一，其结构新颖，造型独特，建成后将为北京增添一道亮丽的风景线。

其外墙有明框玻璃幕墙、金属幕墙、石材幕墙，通过玻璃、金属与石材三种不同表面质感的材料塑造工程的特色。

其中玻璃采用蓝绿色镀膜钢化Low-E玻璃+净白玻璃组成的中空玻璃，其中LM001、LM002、LM003、下部分别带有旋转门、微波自控门、和无框自由门。

幕墙的整体分格为欧式分格，各个石材柱为带有叠檐的罗马柱，并在三层、六层、十九层、二十一层为檐口造型。

玻璃幕墙窗LMC005、LC3126、LC3124为半圆窗，充分体现了整个建筑的古朴、典雅的艺术份格。

明框幕墙的金属色的外压盖在整个造型中起到点缀作用，使整个建筑带有少量的亮颜色而熠熠生辉。

在防火分区的两侧设置防火窗、防火幕墙。

防火幕墙的铝型材熔点较低，表面需喷涂防火涂料以满足防火需要。

玻璃为特殊的防火玻璃，防火玻璃有以下几个品种：

a国外进口的防火单玻，为满足保温要求而做成的由两层防火玻璃合成的中空玻璃，价格昂贵，每平方米4500元左右。

b、国内生产的普通镀膜玻璃，在中空层内添加防火液

6+7A+6为丙级防火，防火时间为36分钟；

6+12A+6为乙级防火，防火时间为54分钟；

6+30A+6为甲级防火，防火时间为70分钟；

我司建议采用6+12A+6为乙级防火，防火时间为54分钟的玻璃，这样可以和其他的玻璃幕墙平齐，以满足外装饰的需要。

幕墙作为外围护结构还具有以下特点：

1、安全性一一幕墙作为建筑外围护结构其安全性是非常重要的，幕墙的各个受力杆件均需经过计算校核，确保幕墙的安全性。

2、经济性——设计幕墙时，在选材及分格上考虑经济上的要求。

3、合理性——幕墙的分格要合理，既要满中与周围环境的融合，又要满足幕墙的使用功能。

三、工程设计依据

（一）北京工程图纸及招标会议要求

（二）中华人民共和国行业标准

1.《建筑幕墙》JG3035-96

2.《建筑装饰工程及验收规范》JGJ73-91

3.《建筑抗震设计规范》GB50191-93

4.《建筑防雷设计规范》GB50057-93

5.《钢结构设计规范》GBJ17

6.《钢化玻璃》

GB9963

7•《夹层玻璃》

GB9962

8.《浮法玻璃》

GB11614

9.《硅酮建筑密封膏》

GB/T14683-93

10.《建筑密圭寸胶》

JC482-483-92

11.《绝热用岩棉、矿渣棉及其制品》

GB11835

12.《碳素结构钢》

GB11835

13.《连续热镀锌薄板和钢带》

GB2518

14.《不锈钢冷轧钢板》

GB/T3280-92

15.《建筑结构荷载规范》

GBJ9

16.《建筑结构设计统一标准》

GBJ68-84

四、幕墙的性能要求

1、风压性能

设计风荷载值1.2KN/m2（按高度11m计）

依据《玻璃幕墙工程技术规范应用手册》522

2、允许挠度

主要构件最大挠度wL/180（L为两固定支点的长度）且绝对值不大于20mm。

依据《玻璃幕墙工程技术规范应用手册》5.5.5

3、空气渗透性能

在10Pa内，外压力下，开启、固定部分渗透性：

固定部分：

＜0.05m3/（m•h）、＞0.01m3/（m•h）

开启部分：

＜1.5m3/（m•h）、＞0.5m3/（m•h）

依据《玻璃幕墙工程技术规范应用手册》431

4、雨水渗透性能

固定部分：

＜500Pa、＞350Pa

开启部分：

＜2500Pa、＞1600Pa

5、保温性能：

＞0.7W/（m•K）、w1.25W/（m•K）

6、隔音性能：

＜40、》35dB

7、抗震设计：

按八级抗震设计

五、材料的选用

1、铝合金型材：

选用沈飞铝材厂的铝合金型材LD31RCS。

强度设计值：

受拉、受压强度设计值84.2N/mm2，受剪强度设计值48.9N/mm2。

内外铝合型材间为灰色聚氯乙烯隔热冷桥，外露铝合金型材表面氟碳烤漆三遍。

2、玻璃：

a、幕墙玻璃为蓝绿色钢化镀膜中空玻璃

外层为6mm蓝绿色钢化镀膜Low-e玻璃

中空层为12mm

内层为6mm透明浮法净白玻璃

b、防火玻璃为蓝绿色钢化镀膜中空玻璃

6+12A+6为乙级防火，防火时间为54分钟的玻璃，外层为

6mm蓝绿色钢化镀膜Low-e玻璃

中空层为12mm或9mm

内层为6mm透明浮法净白玻璃

c、地弹簧门玻璃为12mm透明钢化净白玻璃

3、工程用胶

a、结构胶选用美国道康宁DOW-995

结构硅酮密封胶短期强度允许值0.14N/mm

结构硅酮密封胶长期强度允许值0.007N/mm

b、密封胶选用美国道康宁DOW791-N

4、保温棉

厚度为100mm,硬度值80kgf/m

5、五金零件

螺钉、螺栓及开启四连杆均为国产优质不锈钢微波自控门、旋转门的附件采用多码的进口附件

第5页共19页

匕京

计算书

（一）、工程概况

本工程为外装饰工程。

幕墙标高为62m玻璃最大分格为

1228.5mnK2157mm地脚间距为2500,玻璃最大分格玻为1112x2720,地脚间距为4100,玻璃为6（钢化）+12A+6（钢化），窗采用50上悬窗，50窗的最大分格:

950mnK2500mm。

（二）.设计参数

2

W0=0.35KN/m

△T=80C

61.2=7.2mm

（三）、荷载及作用

1.风荷载标准值计算：

••-lZ•W

WK:

作用在幕墙上的风荷载标准值KN/m2;亠：

阵风风压系数,取亠=2.25;

兀：

风荷载体型系数土1.5;

JZ：

60米高处风压变化系数1.48（C类）;

10米高处风压变化系数0.71（C类）

W:

基本风压：

北京地区取0.35KN/m2

W1=%is…IZ•W0

=2.25X（±1.5）X1.48X0.35

2

±1.78KN/m

W2=亠——is——1z•W0

=2.25X（±1.5）X0.71X0.35

±0.838KN/m2

2

按《规范》取WK2=±1.0KN/m

2.幕墙构件重力荷载

玻璃为6（钢化）+12A+6（钢化）

G=25.60.0062=0.3072KN/mi

幕墙所用铝材、

附件：

GL=0.11KN/m2

单元玻璃幕墙自重荷载:

G=G

b+Gl=0.3072+0.11=0.42KN/m2

幕墙单兀构件重量：

Gi=G・Li•bi=0.421.2282.5=1.29KN

幕墙最大玻璃块重量：

G=Gb?

L2•b2=0.3072X1.228X2.157=0.81KN

3.玻璃幕墙构件所受的地震作用：

A.幕墙平面外的水平地震作用：

qEK=l「E•J.max•GlqEK：

水平地震作用标准值（KN）;

■-e：

动力放大系数取3.0;

:

'max:

水平地震影响系数最大值

按8度抗震设防设计取0.16

G:

幕墙构件（墙面和骨架）的重力：

G1=1.29KN;

qEK=l；-"E••、-hmax•Gl

=30.161.29=0.62KN

B.幕墙平面内的垂直地震作用：

PeG=I；-"E•-：

：

max•Gl

Peg：

幕墙构件在平面内的垂直地震作用：

KN/m

■-E：

动力放大系数,取3.0

-：

：

vmax:

地震垂直作用影响系数，

按烈度8度抗震设计设防取0.08

G:

单元玻璃幕墙构件自重1.29KN

Peg=30.081.29=0.31KN

C.垂直于幕墙平面分布水平地震作用,

qE=FEk/A=：

E•:

■max•G/A

4.玻璃幕墙所受荷载与作用效应的组合：

（强度计算时用）

A.水平荷载和作用效应组合：

（最不利组合）

Si=Ww•yWK+We•ye■qE

a.水平荷载和作用效应的分项系数

丫W：

风荷载分项系数,丫W=1.4

丫E：

地震作用分项系数,丫E=1.3

b.水平荷载和作用效应的组合系数

WW风荷载组合系数,WW=1.0

We：

地震作用组合系数,We=0.6

WK：

风荷载标准值，W=1.78KN/mf

qe:

垂直于幕墙平面分布水平地震作用，qE=0.2KN/mf

Sii=1.41.01.78+0.61.30.2

=2.65KN/m

=1.56KN/m

B.垂直方向荷载和作用效应组合:

（最不利组合）

S2=WG•丫G■Sg+WE•丫E■qE

a.荷载和作用组合的分项系数

丫G：

重力荷载分项系数,丫G=1.2

丫E：

地震荷载分项系数,丫E=1.3

b.垂直荷载和效应组合系数

WG重力荷载组合系数,WG=1

We:

地震荷载组合系数,WE=1

Sg:

单元玻璃幕墙构件重量，Sg=G=1.29KN

qe:

单元玻璃幕墙构件平面内的垂直地震作用,qe=0.31KN

S2=1X1.2X1.29+1X1.3X0.31

=1.95KN

5.玻璃幕墙所受荷载与作用效应的组合：

（挠度计算时用）水平荷载和作用效应组合：

（最不利组合）

S31=Ww-rwWK+We•re•qE

a.水平荷载和作用效应的分项系数

rw风荷载分项系数,rw=1.0

re：

地震作用分项系数,re=1.0

b.水平荷载和作用效应的组合系数

WW风荷载组合系数,Ww=1

We：

地震作用组合系数,We=0.6

Wk:

风荷载标准值，WK=1.78KN/mf

qe:

垂直于幕墙平面分布水平地震作用，qE=0.2KN/mf

S31=1.01.01.78+0.61.00.2

=1.9KN/m

S32=1.01.01.0+0.61.00.2

=1.12KN/m

（4）、玻璃幕墙的验算

1.幕墙杆件的强度验算：

幕墙标高最高的为LMC004标高为61.10m,竖挺地脚间距为2500，水平间距为

1228.5;地脚间距最大的为LM0O2标高为9.6m,竖挺水平间距为1228.5mm地脚间距为4100mm

（1）幕墙立柱的强度验算

4

A.幕墙立柱型材的截面特性：

regions

Area:

1877.1

Perimeter:

Boundingbox:

1142.9

X:

-214.2---144.2

Y:

2227.4--2397.4

Centroid:

X:

-179.2

Y:

2311.1

Momentsofinertia:

X:

10032240896.9

Y:

61588149.1

Productofinertia:

XY:

-777386510.7

Radiiofgyration:

X:

2311.8

Y:

181.1

PrincipalmomentsandX-Ydirectionsaboutcentroid:

I:

1311904.3along[0.01.0]J:

6238296.8along[-1.00.0]

LD31RCS铝型材弹性模量E=7106N/cmi

X轴的惯性矩：

J）=6238296mm

X轴的抵抗矩：

W=72286mm

型材载面积：

A=1811mm

塑性发展系数：

丫=1.05

B.强度验算

①、LMC004竖挺的校核

校核依据：

N/A+M/（丫•W）vfa=84.20N/mm

幕墙立柱在单元构件重量作用下产生拉力：

N=S2=1.95KN=1950N

幕墙立柱在风荷载和地震作用下产生弯矩:

M线荷载：

q1=S•b

2

式中：

S11=2.65KN/m

b=1.228mm

q1=S1•b

=2.651.228

=3.25KN/m

=3.25N/mm

2

按简支梁M=qL/8

=3.25250078

=2539062N•mm

校核：

N/A+M/（丫•WY）

=1950/1811+2539062/（1.0572286）

=34.5N/mm2

幕墙立柱强度满足要求

②、LM003竖挺的校核

校核依据：

N/A+M/（丫•WX）

幕墙立柱在单元构件重量作用下产生拉力：

N=S=1.95KN=1950N

线荷载：

qi=S2•b

式中:

Si2=1.56KN/m

b=1.228mm

q1=Si•b

=1.561.228

=1.92KN/m=1.92N/mm

幕墙立柱在风荷载和地震作用下产生弯矩:

M则跨内最大弯距为：

M=qL2/8

2

=1.924100/8

=4.34400N•mm

校核：

N/A+M/（丫•W）

=1950/1811+4034400/（1.0572286）

=54.2N/mm2

所以强度满足要求。

（2）横挺的强度验算：

横挺

REGIONS

Area:

882.6

Perimeter:

607.1

Boundingbox:

X:

59.1--139.1

Y:

1928.2--1998.2

Centroid:

X:

94.2

Y:

1963.5

Momentsofinertia:

X:

3402977829.2

Y:

8423903.5

Productofinertia:

XY:

163326895.1

Radiiofgyration:

X:

1963.6

Y:

97.7

PrincipalmomentsandX-Ydirectionsaboutcentroid:

I:

536947.3along[1.00.2]

J:

586583.8along[-0.21.0]

LD31RCS铝型材弹性模量E=0.7105N/mrn

Y轴的惯性矩：

JY=535000mm

Y轴的抵抗矩：

W=15040cm

X轴的惯性矩：

Jx=586000mm

X轴的抵抗矩：

VX=13200mm

型材截面积：

A=882mn1

塑性发展系数：

丫=1.05

A.强度验算：

L=1228时为三角形荷载,

校核依据：

MY/（丫•W）+M/（丫•W）

qi=2.65x1.1.228=3.3KN/m=3.3N/mm

Mx=（qi•L2）/12

=（3.3x12282）/12

=414695N.mm

q2=Gxb=0.3072x2.72=0.72N/mm

My=q2•L2/8=0.72122@/8

=135718N

-mm

LI

x/（丫•VX）+W（丫•W

13200）+135718/（1.05

2vfa=8420N/mm

2.幕墙杆件的刚度验算：

（1）幕墙立柱刚度验算

1、LMC004竖挺的校核

校核依据：

Ux<[T=L/180=2500/180=13.8mm

%x=5qL4/（384EI）

式中：

q=S31•b

=1.9x1.228

=2.33N/mm

L=2500mm

I=JX=6238296mm

E=0.7x105N/mrn

J杠=5qL4/（384EI）

=（5x2.33x25004）/

（384x0.7x105x6238296）

=2.7mm<13.8mm

所以幕墙立柱满足刚度要求。

2、LM003竖挺的校核

校核依据：

吒x<[J]=L/180=4100/180=22.8mm

取[u]=20mm

%x=5qL4/（384EI）

式中：

q=S32•b

=1.12x1.228

=1.38KN/m=1.38N/mm

L=4100mm

JX=6238296mm

E=0.7x105N/mrn

•imax=5qL4/（384EI）

=（5x1.38x41004）/（384x0.7x105x6238296）

=11.6mm<[u]=20mm

所以刚度满足要求。

（2）幕墙横挺的刚度验算

.1

、

\F

/

/

—21

£

■

校核依据：

Jmax<[」]=1228/180=6.8mm

a.幕墙横挺在水平方向作用下的刚度验算：

线荷载：

q1=S31•b=1.9x1.228=2.33KN/m=2.33N/mm

Jmax=q1•b4/（240EJ）

45

=（2.33x1228”（120x0.7x10x586000）

=1.8x1013/（4.9x1012）=3.6mm

b.幕墙横挺在垂直方向的刚度计算

q2=Gxb=0.3072x2.72=0.84N/mm

Jmax=5q2•b4/（384EJ）

=（5x0.84x12284）/（384x0.7x10.535000）

=2.7x1013心.43x1013）=1.9mm

c.刚度验算

（3.62+1.82）1/2=4mm〔卩〕=6.8mm

幕墙横挺刚度满足要求

3.玻璃的强度验算：

（1）幕墙玻璃在垂直玻璃平面的风荷载作用下的弯曲应力

校核依据：

cw

2

22

cw=6©1•W-a/t

W

风荷载设计值：

W=1.4WA=1.4

1.7810-3N/mmi

=2.4910-3N/mm?

a:

玻璃短边长度：

1228mm

t:

玻璃厚度：

7.2mm

©1:

玻璃跨中弯矩系数：

a/b=1228/2720=0.45

©1=0.0999

32

cw=60.09992.4910-1228/7.2

=43.4N/mm2

玻璃强度可以满足要求

4、玻璃的挤压应力验算：

校核依据：

ct1=E•[aT-（2c-d）/a]<0

-T1:

由于温度变化在玻璃中产生的挤压应力标准值

E:

玻璃的弹性模量:

0.72105N/mmi

d:

施工误差取:

3mm

c:

玻璃边缘之间缝隙为:

16mm

a:

玻璃的长边尺寸:

2720mm

△T:

年温度变化取:

800C

a:

玻璃的线膨胀系数取1.010-5

=-812.4<0

55

S=0.7210[1.010-80-（216-3）/2720]

玻璃无挤压应力。

5.幕墙玻璃在温度作用下的温差应力：

单独核算，不与风组合

核算依据:

；「t=0.74•E•a•卩i•卩2•卩3•卩4•（Tc-Ts）

2

Ct

E:

玻璃的弹性模量0.72105N/mm

a:

玻璃的线膨胀系数1.0105

卩1:

阴影系数取1.0

卩2:

窗帘系数取1.3

卩3:

玻璃面积系数取1.07

卩4:

嵌缝材料系数0.4

Tc-Ts:

玻璃中央和边缘的温度（°C）

Tc=35a+0.65to+O.35ti

tO:

室外温度取4O°C

tI：

室内温度取23°C

a:

玻璃的吸收率取O.36

Tc=35O.36+O.6540+0.3523

=46.65°C

Ts=O.65t°+O.35ti

=0.6540+0.3523

=34.05°C

c-Ts=46.65-34.05

-t°=1.2-t=1.2

4.447=5.336N/mm

玻璃强度可以满足要求

6.幕墙连接强度验算

（1）幕墙横、竖挺连接件强度验算

最薄弱部位当属于M6螺栓,每个横挺共有4个螺栓固定.

风荷载：

q=S丄1=2.65x2.72x1.228=8.85KN

1=q/4

=8.85/4

=2.21KN=2210N

校核依据：

N

N

M6螺栓截面积：

A=3.14x3x2=56.52mm

i/A

i/A=2210/56.52

=39.1N/mm2

所以强度满足要求

（3）幕墙与主体结构连接强度验算

本工程幕墙与建筑楼板连接是采用M12螺栓通过连接件调整固定后，螺栓

M12螺栓，所以仅

垫板与夹板焊接牢固，此处最薄弱环节为夹持竖挺的两支对两侧最不利的螺栓进行校核。

=8.33KN=8330N

螺栓的抗剪强度值：

fvb=125N/mm

螺栓受剪承载能力验算：

（M12螺栓d1=10.5）

A=173.1mm=QmaJA

=8330/173.1

=48.1N/mm

因为N?

（4）

、铝合金型材的挤压应力的计算

其中：

（Tbe：

铝合金所受的挤压应力N/mm

Pbe：

挤压面上的挤压力，由上面的计算可知

Pbe=Qa>=8330N

Abe：

挤压面上有效面积（mn2）

2

Abe=4td=4310.5=126mm

fbe:

挤压应力设计值，由材料力学知

fbe=1.7fa

取fbe=1.784.2=143.14N/mm2

满足强度要求

（5）预埋件的验算

As>V/（ar•av•fy）+N/（0.8ab•fy）+M/（1.3ar•ab•fy•Z）式中:

V:

剪力设计值（N）V=1950N

N:

法向压力设计值（N）N=Q1=8110N

M:

弯矩设计值（N•mm）M=N-L=1950X180=351000N-mm

其中L为幕墙形心至预埋件的矩离L=180

ar:

钢筋层数影响系数ar=1

av:

锚筋受剪承载力系数

d:

锚筋直径d=10

t:

锚板厚度t=8

ab：

锚板弯曲变形折减系数

Z:

外层锚筋中心线之间的距离（mm）Z=150mm

fc：

混凝土轴向受压强度设计值（N/mm）取30N/mmfy：

锚板受拉强度设计值（N/mm2）取为215N/mm

av=（4.0-0.08d）（fc/f