惠州幕墙计算书.docx

1、惠州幕墙计算书显竖隐横玻璃幕墙设计计算书设计： 校对： 审核： 批准： 二一一年六月一日基本参数11.1 幕墙所在地区： 惠东巽寮(凯兴酒店配套办公楼)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(GB50009-2001) 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B类地形考虑。11.3 抗震烈度： 根据国家规范建筑抗震设计规范(GB50011-2001 2008版)，地震基本烈度为8度，地震动

2、峰值加速度为0.2g，水平地震影响系数最大值为：max=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(GB50009-2001 2006年版)计算： wk=gzzs1w0 7.1.1-2GB50009-2001 2006年版上式中： wk：作用在幕墙上的风荷载标准值(MPa)； Z：计算点标高：10m； gz：瞬时风压的阵风系数； 根据不同场地类型,按以下公式计算(高度不足5m按5m计算)： gz=K(1+2f) 其中K为地面粗糙度调整系数，f为脉动系数 A类场地： gz=0.92(1+2f) 其中：f=0.387(Z/10)-0.

3、12 B类场地： gz=0.89(1+2f) 其中：f=0.5(Z/10)-0.16 C类场地： gz=0.85(1+2f) 其中：f=0.734(Z/10)-0.22 D类场地： gz=0.80(1+2f) 其中：f=1.2248(Z/10)-0.3对于B类地形，10m高度处瞬时风压的阵风系数： gz=0.89(1+2(0.5(Z/10)-0.16)=1.78 z：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： z=1.379(Z/10)0.24 当Z300m时，取Z=300m，当Z350m时，取Z=350m，当Z400m时，取Z=400m，当Z450m时，取Z=450m

4、，当Z30m时，取Z=30m；对于B类地形，10m高度处风压高度变化系数： z=1.000(Z/10)0.32=1 s1：局部风压体型系数； 按建筑结构荷载规范GB50009-2001(2006年版)第7.3.3条：验算围护构件及其连接的强度时，可按下列规定采用局部风压体型系数s1： 一、外表面 1. 正压区 按表7.3.1采用； 2. 负压区 对墙面， 取-1.0 对墙角边， 取-1.8 二、内表面 对封闭式建筑物，按表面风压的正负情况取-0.2或0.2。 本计算点为大面位置。 由于大部分幕墙都有开启，按5.3.2JGJ102-2003条文说明，幕墙结构一般的体型系数取1.2(大面区域)、2

5、.0(转角区域)。 另注：上述的局部体型系数s1(1)是适用于围护构件的从属面积A小于或等于1m2的情况，当围护构件的从属面积A大于或等于10m2时，局部风压体型系数s1(10)可乘以折减系数0.8，当构件的从属面积小于10m2而大于1m2时，局部风压体型系数s1(A)可按面积的对数线性插值，即： s1(A)=s1(1)+s1(10)-s1(1)logA 在上式中：当A10m2时取A=10m2；当A1m2时取A=1m2； w0：基本风压值(MPa)，根据现行GB50009-2001附表D.4(全国基本风压分布图)中数值采用，但不小于0.3KN/m2，按重现期50年，汕头地区取0.0008MPa

6、；12.2 计算支撑结构时的风荷载标准值： 计算支撑结构时的构件从属面积： A=1.355.1=6.885m2 LogA=0.838 s1(A)=s1(1)+s1(10)-s1(1)logA =0.832 s1=0.832+0.2 =1.032 wk=gzzs1w0 =1.7811.0320.0008 =0.00147MPa 12.3 计算面板材料时的风荷载标准值： 计算面板材料时的构件从属面积： A=1.351.6=2.16m2 LogA=0.334 s1(A)=s1(1)+s1(10)-s1(1)logA =0.933 s1=0.933+0.2 =1.133 wk=gzzs1w0 =1.7

7、811.1330.0008 =0.001613MPa 12.4 垂直于幕墙平面的分布水平地震作用标准值： qEAk=EmaxGk/A 5.3.4JGJ102-2003 qEAk：垂直于幕墙平面的分布水平地震作用标准值(MPa)； E：动力放大系数,取5.0； max：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 作用效应组合：荷载和作用效应按下式进行组合： S=GSGk+wwSwk+EESEk 5.4.1JGJ102-2003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、SE

8、k：分别为风荷载，地震作用作为可变荷载产生的效应标准值； G、w、E：各效应的分项系数； w、E：分别为风荷载，地震作用效应的组合系数。上面的G、w、E为分项系数，按5.4.2、5.4.3、5.4.4JGJ102-2003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：G：1.2； 风 荷 载：w：1.4； 地震作用：E：1.3；进行挠度计算时； 重力荷载：G：1.0； 风 荷 载：w：1.0； 地震作用：可不做组合考虑；上式中，风荷载的组合系数w为1.0； 地震作用的组合系数E为0.5；13 幕墙立柱计算基本参数： 1：计算点标高：10m； 2：力学模型：单跨简支梁； 3

9、：立柱跨度：L=5100mm； 4：立柱左分格宽：1350mm；立柱右分格宽：1350mm； 5：立柱计算间距：B=1350mm； 6：板块配置：中空玻璃6 +6 mm； 7：立柱材质：Q235； 8：安装方式：偏心受拉；本处幕墙立柱按单跨简支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 =0.001471350 =1.984N/mm qw：风荷载线分布最大荷载集度设计值(N/mm)； qw=1.

10、4qwk =1.41.984 =2.778N/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)； E：动力放大系数，取5.0； max：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：幕墙构件的面积(mm2)； qEAk=EmaxGk/A 5.3.4JGJ102-2003 =5.00.160.0005 =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 =0.00041350 =0.54N/mm qE：水平地震

11、作用线荷载集度设计值(N/mm)； qE=1.3qEk =1.30.54 =0.702N/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： 5.4.1JGJ102-2003 q=qw+0.5qE =2.778+0.50.702 =3.129N/mm用于挠度计算时，采用Sw标准值： 5.4.1JGJ102-2003 qk=qwk =1.984N/mm(4)立柱在组合荷载作用下的弯矩设计值： Mx：弯矩组合设计值(Nmm)； Mw：风荷载作用下立柱产生的弯矩设计值(Nmm)； ME：地震作用下立柱产生的弯矩设计值(Nmm)； L：立柱跨度(mm)；采用Sw+0.5SE

12、组合： Mw=qwL2/8 ME=qEL2/8 Mx=Mw+0.5ME =qL2/8 =3.12951002/8 =10173161.25Nmm13.2 确定材料的截面参数：(1)立柱抵抗矩预选值计算： Wnx：立柱净截面抵抗矩预选值(mm3)； Mx：弯矩组合设计值(Nmm)； ：塑性发展系数： 对于钢材龙骨，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GB 50429-2007，取1.00； fs：型材抗弯强度设计值(MPa)，对Q235取215MPa； Wnx=Mx/fs =10173161.25/1.05/215 =45063.837mm3(

13、2)立柱惯性矩预选值计算： qk：风荷载线荷载集度标准值(N/mm)； E：型材的弹性模量(MPa)，对Q235取206000MPa； Ixmin：材料需满足的绕X轴最小惯性矩(mm4)； L：计算跨度(mm)； df,lim：按规范要求，立柱的挠度限值(mm)； df,lim=5qkL4/384EIxmin L/250=5100/250=20.4mm 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（其它形式幕墙或外维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

14、： df,lim=20.4mm Ixmin=5qkL4/384Edf,lim =51.98451004/384/206000/20.4 =4158759.102mm413.3 选用立柱型材的截面特性： 按上一项计算结果选用型材号：160805 型材的抗弯强度设计值：fs=215MPa 型材的抗剪强度设计值：s=125MPa 型材弹性模量：E=206000MPa 绕X轴惯性矩：Ix=7120000mm4 绕Y轴惯性矩：Iy=644000mm4 绕X轴净截面抵抗矩：Wnx1=102000mm3 绕X轴净截面抵抗矩：Wnx2=102000mm3 型材净截面面积：An=2151.6mm2 型材线密度：

15、g=0.168901N/mm 型材截面垂直于X轴腹板的截面总宽度：t=5.5mm 型材受力面对中性轴的面积矩：Sx=59330mm3 塑性发展系数：=1.0513.4 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 =0.000513505100 =3442.5N N：立柱轴向拉力设计值(N)； N=1.2Nk =1.23442.5 =4131N(2)抗弯强度校核：按单跨简支梁(受拉)立柱抗弯

16、强度公式，应满足： N/An+Mx/Wnxfs 6.3.7JGJ102-2003上式中： N：立柱轴力设计值(N)； Mx：立柱弯矩设计值(Nmm)； 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)； x：塑性发展系数： 对于钢材龙骨，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GB 50429-2007，取1.00； fs：型材的抗弯强度设计值，取215MPa；则： N/An+Mx/Wnx=4131/2151.6+10173161.25/1.05/102000 =96.907MPa215MPa立柱抗弯强度满足要求。

17、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=7120000mm4 预选值为：Ixmin=4158759.102mm4 实际挠度计算值为： df=5qkL4/384EIx =51.98451004/384/206000/7120000 =11.916mm 而df,lim=20.4mm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： maxs=125MPa (立柱的抗剪强度设计值)(1)Vwk：风荷载作用下剪力标准值(N)： Vwk=wkBL/2 =0.0014713505100

18、/2 =5060.475N(2)Vw：风荷载作用下剪力设计值(N)： Vw=1.4Vwk =1.45060.475 =7084.665N(3)VEk：地震作用下剪力标准值(N)： VEk=qEAkBL/2 =0.000413505100/2 =1377N(4)VE：地震作用下剪力设计值(N)： VE=1.3VEk =1.31377 =1790.1N(5)V：立柱所受剪力设计值组合： 采用Vw+0.5VE组合： V=Vw+0.5VE =7084.665+0.51790.1 =7979.715N(6)立柱剪应力校核： max：立柱最大剪应力(MPa)； V：立柱所受剪力(N)； Sx：立柱型材受力

19、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)； max=VSx/Ixt =7979.71559330/7120000/5.5 =12.09MPa 12.09MPa125MPa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：10m； 2：横梁跨度：B=1350mm； 3：横梁上分格高：1600mm；横梁下分格高：1600mm； 4：横梁计算间距：H=1600mm； 5：力学模型：三角荷载简支梁； 6：板块配置：中空玻璃6 +6 mm； 7：横梁材质：6063-T5；因为BH，所以本处幕墙横梁按三角形荷载简

20、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 =0.001471350 =1.984N/mm qw：风荷载线分布最大荷载集度设计值(N/mm)； qw=1.4qwk =1.41.984 =2.778N/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)； E：动力放大系数，取5.0； max：水平地震影响系数最大值，取

21、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=EmaxGk/A 5.3.4JGJ102-2003 =5.00.160.0004 =0.00032MPa 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 =0.000321350 =0.432N/mm qE：横梁受水平地震作用线荷载集度设计值(N/mm)； qE=1.3qEk =1.30.432 =0.562N/mm(3)幕墙横梁受荷载集度组合：用于强度计算时，采用Sw+0.5SE设计值组合： 5.4.1JGJ102-2003 q

22、=qw+0.5qE =2.778+0.50.562 =3.059N/mm用于挠度计算时，采用Sw标准值： 5.4.1JGJ102-2003 qk=qwk =1.984N/mm(4)横梁在风荷载及地震组合作用下的弯矩值(按三角形分布)： My：横梁受风荷载及地震作用弯矩组合设计值(Nmm)； Mw：风荷载作用下横梁产生的弯矩(Nmm)； ME：地震作用下横梁产生的弯矩(Nmm)； B：横梁跨度(mm)； Mw=qwB2/12 ME=qEB2/12采用Sw+0.5SE组合： My=Mw+0.5ME =qB2/12 =3.05913502/12 =464585.625Nmm(5)横梁在自重荷载作用下

23、的弯矩值(按矩形分布)： Gk：横梁自重线荷载标准值(N/mm)； H1：横梁自重荷载作用高度(mm)，对挂式结构取横梁下分格高，对非挂式结构取横梁上分格高； Gk=0.0004H1 =0.00041600 =0.64N/mm G：横梁自重线荷载设计值(N/mm)； G=1.2Gk =1.20.64 =0.768N/mm Mx：横梁在自重荷载作用下的弯矩设计值(Nmm)； B：横梁跨度(mm)； Mx=GB2/8 =0.76813502/8 =174960Nmm14.2 确定材料的截面参数：(1)横梁抵抗矩预选： Wnx：绕X轴横梁净截面抵抗矩预选值(mm3)； Wny：绕Y轴横梁净截面抵抗矩

24、预选值(mm3)； Mx：横梁在自重荷载作用下的弯矩设计值(Nmm)； My：风荷载及地震作用弯矩组合设计值(Nmm)； x，y：塑性发展系数： 对于钢材龙骨，按JGJ133或JGJ102规范,均取1.05； 对于铝合金龙骨，按最新铝合金结构设计规范GB 50429-2007，均取1.00； fa：型材抗弯强度设计值(MPa)，对6063-T5取90；按下面公式计算： Wnx=Mx/xfa =174960/1.00/90 =1944mm3 Wny=My/yfa =464585.625/1.00/90 =5162.062mm3(2)横梁惯性矩预选： df1,lim：按规范要求，横梁在水平力标准值

25、作用下的挠度限值(mm)； df2,lim：按规范要求，横梁在自重力标准值作用下的挠度限值(mm)； B：横梁跨度(mm)； 按相关规范，钢材横梁的相对挠度不应大于L/250，铝材横梁的相对挠度不应大于L/180； 建筑幕墙GB/T21086-2007还有如下规定： 按5.1.1.2，对于构件式玻璃幕墙或单元幕墙（其它形式幕墙或外维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； 按5.1.9，b，自重标准值作用下挠度不应超过其跨度的1/500，并且不应大于3mm； B/180=1350/180=7.5mm B/5

26、00=1350/500=2.7mm对本例取： df1,lim=7.5mm df2,lim=2.7mm qk：风荷载作用线荷载集度标准值(N/mm)； E：型材的弹性模量(MPa)，对6063-T5取70000MPa； Iymin：绕Y轴最小惯性矩(mm4)； B：横梁跨度(mm)； df1,lim=qkB4/120EIymin (受风荷载与地震作用的挠度计算) Iymin=qkB4/120Edf1,lim =1.98413504/120/70000/7.5 =104601.086mm4 Ixmin：绕X轴最小惯性矩(mm4)； Gk：横梁自重线荷载标准值(N/mm)； df2,lim=5GkB

27、4/384EIxmin (自重作用下产生的挠度计算) Ixmin=5GkB4/384Edf2,lim =50.6413504/384/70000/2.7 =146450.893mm414.3 选用横梁型材的截面特性： 按照上面的预选结果选取型材： 选用型材号：60/70系列 型材抗弯强度设计值：90MPa 型材抗剪强度设计值：55MPa 型材弹性模量：E=70000MPa 绕X轴惯性矩：Ix=198750mm4 绕Y轴惯性矩：Iy=500990mm4 绕X轴净截面抵抗矩：Wnx1=8692mm3 绕X轴净截面抵抗矩：Wnx2=5352mm3 绕Y轴净截面抵抗矩：Wny1=13615mm3 绕Y

28、轴净截面抵抗矩：Wny2=13287mm3 型材净截面面积：An=748.2mm2 型材线密度：g=0.020201N/mm 横梁与立柱连接时角片与横梁连接处横梁壁厚：t=3mm 横梁截面垂直于X轴腹板的截面总宽度：tx=5mm 横梁截面垂直于Y轴腹板的截面总宽度：ty=3mm 型材受力面对中性轴的面积矩(绕X轴)：Sx=4773mm3 型材受力面对中性轴的面积矩(绕Y轴)：Sy=8766mm3 塑性发展系数：x=y=1.0014.4 幕墙横梁的抗弯强度计算：按横梁抗弯强度计算公式，应满足： Mx/xWnx+My/yWnyfa 6.2.4JGJ102-2003上式中： Mx：横梁绕X轴方向(幕墙平面内方向)的弯矩设计值(Nmm)； My：横梁绕Y轴方向(垂直于幕墙平面方向)的弯矩设计值(Nmm)； Wnx：横梁绕X轴方向(幕墙平面内方向)的净截面抵抗矩(mm3)； Wny：横梁绕Y轴方向(垂直于幕墙平面方向)的净截面抵抗矩(mm3)； x，y：塑性发展系数： 对于钢材龙骨，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GB 50429-2007，取1.00； fa：型材的抗弯强度设计值，取90MPa。采用SG+Sw+0.5SE组合，则： Mx/xWnx+My/yWny=1