U型玻璃幕墙计算书.docx

1、U型玻璃幕墙计算书北京*大厦外装饰工程U型玻璃强度设计计算书设计： 校对： 审核： 批准： *工程有限公司二一一年四月二日目录1 计算引用的规范、标准及资料 11.1 幕墙设计规范： 11.2 建筑设计规范： 11.3 玻璃规范： 11.4 钢材规范： 21.5 胶类及密封材料规范： 21.6 相关物理性能等级测试方法： 31.7 建筑结构静力计算手册(第二版) 31.8 土建图纸： 32 基本参数 32.1 幕墙所在地区 32.2 地面粗糙度分类等级 32.3 抗震设防 43 幕墙承受荷载计算 43.1 风荷载标准值的计算方法 43.2 计算玻璃时的风荷载标准值 53.3 垂直于幕墙平面的分

2、布水平地震作用标准值 63.4 作用效应组合 64 U型玻璃计算 64.1 U型玻璃荷载计算 74.2 U型玻璃的抗弯强度计算 84.3 U型玻璃的挠度计算 95 附录 常用材料的力学及其它物理性能 10 U型玻璃设计计算书11 计算引用的规范、标准及资料11.1 幕墙设计规范：铝合金结构设计规范 GB50429-2007玻璃幕墙工程技术规范 JGJ102-2003点支式玻璃幕墙工程技术规程 CECS127-2001玻璃幕墙点支承装置 JG138-2010吊挂式玻璃幕墙支承装置 JG139-2001建筑玻璃应用技术规程 JGJ113-2009建筑幕墙 GB/T21086-200711.2 建筑

3、设计规范：地震震级的规定 GB/T17740-1999钢结构设计规范 GB50017-2003高层建筑混凝土结构技术规程 JGJ3-2002高处作业吊蓝 GB19155-2003工程抗震术语标准 JGJ/T97-2010混凝土结构后锚固技术规程 JGJ145-2004混凝土结构设计规范 GB50010-2010混凝土用膨胀型、扩孔型建筑锚栓 JG160-2004建筑表面用有机硅防水剂 JC/T902-2002建筑防火封堵应用技术规程 CECS154：2003建筑钢结构焊接技术规程 JGJ81-2002建筑隔声评价标准 GB/T50121-2005建筑工程抗震设防分类标准 GB50223-200

4、8建筑工程预应力施工规程 CECS180：2005建筑结构荷载规范 GB50009-2001(2006年版、局部修订)建筑结构可靠度设计统一标准 GB50068-2001建筑抗震设计规范 GB50011-2010建筑设计防火规范 GB50016-2006建筑物防雷设计规范 GB50057-2010冷弯薄壁型钢结构技术规范 GB50018-200211.3 玻璃规范：镀膜玻璃 第1部分：阳光控制镀膜玻璃 GB/T18915.1-2002镀膜玻璃 第2部分：低辐射镀膜玻璃 GB/T18915.2-2002防弹玻璃 GB17840-1999平板玻璃 GB11614-2009建筑用安全玻璃 第3部分：

5、夹层玻璃 GB15763.3-2009建筑用安全玻璃 第2部分：钢化玻璃 GB15763.2-2005建筑用安全玻璃 防火玻璃 GB15763.1-2009幕墙用钢化玻璃与半钢化玻璃 GB17841-2008热弯玻璃 JC/T915-2003压花玻璃 JC/T511-2002中空玻璃 GB/T11944-200211.4 钢材规范：建筑结构用冷弯矩形钢管 JG/T178-2005不锈钢棒 GB/T1220-2007不锈钢冷加工钢棒 GB/T4226-2009不锈钢冷轧钢板及钢带 GB/T3280-2007不锈钢热轧钢板及钢带 GB/T4237-2007不锈钢丝 GB/T4240-2009建筑用

6、不锈钢绞线 JG/T200-2007不锈钢小直径无缝钢管 GB/T3090-2000彩色涂层钢板和钢带 GB/T12754-2006低合金钢焊条 GB/T5118-1995低合金高强度结构钢 GB/T1591-2008建筑幕墙用钢索压管接头 JG/T201-2007耐候结构钢 GB/T4171-2008高碳铬不锈钢丝 YB/T0961997合金结构钢 GB/T3077-1999金属覆盖层钢铁制品热镀锌层技术要求 GB/T13912-2002冷拔异形钢管 GB/T3094-2000碳钢焊条 GB/T5117-1999碳素结构钢 GB/T700-2006碳素结构钢和低合金结构钢热轧薄钢板及钢带GB

7、/T912-2008碳素结构钢和低合金结构钢热轧厚钢板及钢带GB/T3274-2007优质碳素结构钢 GB/T699-199911.5 胶类及密封材料规范：丙烯酸酯建筑密封膏 JC484-2006幕墙玻璃接缝用密封胶 JC/T882-2001彩色涂层钢板用建筑密封胶 JC/T884-2001丁基橡胶防水密封胶粘带 JC/T942-2004干挂石材幕墙用环氧胶粘剂 JC887-2001工业用橡胶板 GB/T5574-1994混凝土建筑接缝用密封胶 JC/T881-2001建筑窗用弹性密封剂 JC485-2007建筑密封材料试验方法 GB/T13477.120-2002建筑用防霉密封胶 JC/T8

8、85-2001建筑用硅酮结构密封胶 GB16776-2005建筑用岩棉、矿渣棉绝热制品 GB/T19686-2005建筑用硬质塑料隔热条 JG/T174-2005建筑装饰用天然石材防护剂 JC/T973-2005聚氨酯建筑密封胶 JC/T482-2003聚硫建筑密封胶 JC/T483-2006绝热用岩棉、矿棉及其制品 GB/T11835-2007硫化橡胶或热塑性橡胶撕裂强度的测定 GB/T529-1999石材用建筑密封胶 JC/T883-2001橡胶袖珍硬度计压入硬度试验方法 GB/T531-1999修补用天然橡胶胶粘剂 HG/T3318-2002中空玻璃用弹性密封胶 JC/T486-2001

9、中空玻璃用丁基热熔密封胶 JC/T914-200311.6 相关物理性能等级测试方法：玻璃幕墙工程质量检验标准 JGJ/T139-2001玻璃幕墙光学性能 GB/T18091-2000彩色涂层钢板和钢带试验方法 GB/T13448-2006钢结构工程施工质量验收规范 GB50205-2001混凝土结构工程施工质量验收规范 GB50204-2002建筑防水材料老化试验方法 GB/T18244-2000建筑幕墙气密、水密、抗风压性能检测方法 GB/T15227-2007建筑幕墙抗震性能振动台试验方法 GB/T18575-2001建筑幕墙平面内变形性能检测方法 GB/T18250-2000建筑装饰装

10、修工程质量验收规范 GB50210-2001金属材料室温拉伸试验方法 GB/T228-200211.7 建筑结构静力计算手册(第二版)11.8 土建图纸：12 基本参数12.1 幕墙所在地区 北京地区；12.2 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C类地形考虑。12.3 抗震设防 按建筑工程抗震设防分类标准，建筑工程应分为以下四个

11、抗震设防类别： 1.特殊设防类：指使用上有特殊设施，涉及国家公共安全的重大建筑工程和地震时可能发生严重次生灾害等特别重大灾害后果，需要进行特殊设防的建筑，简称甲类； 2.重点设防类：指地震时使用功能不能中断或需尽快恢复的生命线相关建筑，以及地震时可能导致大量人员伤亡等重大灾害后果，需要提高设防标准的建筑，简称乙类； 3.标准设防类：指大量的除1、2、4款以外按标准要求进行设防的建筑，简称丙类； 4.适度设防类：指使用上人员稀少且震损不致产生次生灾害，允许在一定条件下适度降低要求的建筑，简称丁类； 在维护结构抗震设计计算中： 1.特殊设防类，应按高于本地区抗震设防烈度提高一度的要求加强其抗震措施

12、，同时，应按批准的地震安全性评价的结果且高于本地区抗震设防烈度的要求确定其地震作用； 2.重点设防类，应按高于本地区抗震设防烈度一度的要求加强其抗震措施，同时，应按本地区抗震设防烈度确定其地震作用； 3.标准设防类，应按本地区抗震设防烈度确定其抗震措施和地震作用； 4.适度设防类，应按本地区抗震设防烈度确定其抗震措施和地震作用； 根据国家规范建筑抗震设计规范GB50011-2010，北京地区地震基本烈度为：8度，地震动峰值加速度为0.2g，由于本工程是标准设防类，因此实际抗震计算中的水平地震影响系数最大值应按本地区抗震设防烈度选取，也就是取：max=0.16；13 幕墙承受荷载计算13.1 风

13、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：8.5m； 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)-0.12 B类场地： gz=0.89(1+2f) 其中：f=0.5(Z/10)-0.16 C类场地： g

14、z=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C类地形，8.5m高度处瞬时风压的阵风系数： gz=0.85(1+2(0.734(Z/10)-0.22)=2.1432 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，当Z30m时，取Z=30m；对于C类地形，8.5m高度处风压高度变化系数： z=0.61

15、6(Z/10)0.44=0.7363 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。 按JGJ102-2003第5.3.2条文说明：风荷载在建筑物表面分布是不均匀的，在檐口附近、边角部位较大。根据风洞试验结果和国外的有关资料，在上述区域风吸力系数可取-1.8，其余墙面可考虑

16、-1.0，由于维护结构有开启的可能，所以还应考虑室内压-0.2。对无开启的结构，建筑结构荷载规范条文说明第7.3.3条指出“对封闭建筑物，考虑到建筑物内实际存在的个别洞口和缝隙，以及机械通风等因素，室内可能存在正负不同的气压，参照国外规范，大多取(0.2-0.25)的压力系数，现取0.2”。即不论有无开启扇，均要考虑内表面的局部体型系数。 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

17、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； s1(10)=0.8s1(1) 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，北京地区取0.00045MPa；13.2 计算玻璃时的风荷载标准值 计算玻璃时的构件从属面积： A=2.50.5=1.25m2 LogA=0.097 s1(A)=s1(1)+s1(10)-s1(1)logA =0.981 s1=0.981+0.2 =1.181 wk

18、=gzzs1w0 =2.14320.73631.1810.00045 =0.000839MPa 因为wk0.001MPa,所以按JGJ102-2003，取wk=0.001MPa.13.3 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)；13.4 作用效应组合荷载和作用效应按下式进行组合： S=GSGk+wwSwk+EESEk 5.4.1

19、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； 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

20、； 地震作用的组合系数E为0.5；14 U型玻璃计算基本参数： 1：计算点标高：8.5m； 2：力学模型：按简支梁形式计算； 3：玻璃跨度：L=2500mm； 4：玻璃类型：夹层玻璃； 5：玻璃翼朝向：室外； 6：玻璃安装方式：单排连接，垂直布置； 7：玻璃材料物理性能级截面参数： 玻璃强度设计值：30MPa； 玻璃弹性模量E：70000MPa； 玻璃截面积A：3420mm2； 翼板部分截面抗弯矩Wx1：5540mm3； 板面部分截面抗弯矩Wx2：36030mm3； 绕Y轴截面抗弯矩Wy：36030mm3； X轴截面惯性矩Ix：360300mm4； Y轴截面惯性矩Iy：360300mm4； (

21、对于夹层玻璃，该处的各抗弯矩和惯性矩采用的是内片玻璃参数)U型玻璃可以按简支梁力学模型进行设计计算，受力模型如下：14.1 U型玻璃荷载计算(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：U型玻璃宽度，也就是承载宽度(mm)； qwk=wkB =0.001500 =0.5N/mm qw：风荷载线分布最大荷载集度设计值(N/mm)； qw=1.4qwk =1.40.5 =0.7N/mm(2)水平地震作用线荷载集度(按矩形分布)： qEk：水平地震作用线荷载集度标准值(N/mm)； qEAk：垂直于幕墙平面的分

22、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 qEk=qEAkB qEk=5.00.160.00002563420 =0.07N/mm qE：水平地震作用线荷载集度设计值(N/mm)； qE=1.3qEk =1.30.07 =0.091N/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 =0.7

23、+0.50.091 =0.745N/mm用于挠度计算时，采用Sw标准值： 5.4.1JGJ102-2003 qk=qwk =0.5N/mm(4)U型玻璃在组合荷载作用下的弯矩设计值： Mx：弯矩组合设计值(Nmm)； Mw：风荷载作用下产生的弯矩设计值(Nmm)； ME：地震作用下产生的弯矩设计值(Nmm)； L：U型玻璃跨度(mm)；采用Sw+0.5SE组合： Mw=qwL2/8 ME=qEL2/8 Mx=Mw+0.5ME =qL2/8 =0.74525002/8 =582031.25Nmm14.2 U型玻璃的抗弯强度计算按简支梁抗弯强度公式,应满足： =Mx/Wnxfg上式中： Mx：弯矩

24、组合设计值(Nmm)； 对于单片的U型玻璃，该参数就是上面计算得到的Mx； 对于夹层的U型玻璃，参考JGJ102-2003关于夹层玻璃计算的规定，该参数为参数Mx再乘以系数1/2，2层玻璃强度相同； Wnx：在弯矩作用方向的净截面抵抗矩(mm3)，翼板朝向室外时取面板部分的抗弯矩，翼板朝向室内时取翼板部分抗弯矩； 对于夹层玻璃，该参数采用内片玻璃参数； fg：玻璃的抗弯强度设计值，取30MPa；则： =Mx/Wnx =1/2582031.25/36030 =8.077MPa30MPaU型玻璃抗弯强度能满足要求。14.3 U型玻璃的挠度计算根据简支梁挠度计算公式，得： df=5qkL4/384E

25、Ix 对于单片的U型玻璃，该处qk就是上面计算得到的qk； 对于夹层的U型玻璃，按等刚度分配原理，该处qk为上面计算所得参数qk再乘以系数1/2； 对于夹层玻璃，公式中的惯性矩采用内片玻璃参数； df=5qkL4/384EIx =51/20.525004/384/70000/360300 =5.042mm 而df,lim=2500/200=12.5mm所以，U型玻璃挠度能满足规范要求。15 附录 常用材料的力学及其它物理性能一、 玻璃的强度设计值 fg(MPa)JGJ102-2003表5.2.1种类厚度(mm)大面侧面普通玻璃528.0 19.5 浮法玻璃51228.0 19.5 151924

26、.0 17.0 2020.0 14.0 钢化玻璃51284.0 58.8 151972.0 50.4 2059.0 41.3 二、 长期荷载作用下玻璃的强度设计值 fg(MPa)JGJ113-2009表4.1.9种类厚度(mm)大面侧面平板玻璃5129 615197 5 2064 半钢化玻璃512282015192417202014半钢化玻璃5124230151936 26203021三、 铝合金型材的强度设计值 (MPa )GB50429-2007表4.3.4铝合金牌号状态厚度强度设计值(mm)抗拉、抗压抗剪6061T4不区分9055T6不区分2001156063T5不区分9055T6不区分

27、150856063AT51013575T61016090四、 钢材的强度设计值(1-热轧钢材) fs(MPa)JGJ102-2003表5.2.3钢材牌号厚度或直径d(mm)抗拉、抗压、抗弯抗剪端面承压Q235d16215 125 325 Q345d16310 180 400 五、 钢材的强度设计值(2-冷弯薄壁型钢) fs(MPa)GB50018-2002表4.2.1钢材牌号抗拉、抗压、抗弯抗剪端面承压Q235205 120 310 Q345 300 175 400 六、 材料的弹性模量E(MPa)JGJ102-2003表5.2.8、JGJ133-2001表5.3.9材料E材料E玻璃0.72105不锈钢绞线1.21051.5105铝合金、单层铝板0.70105高强钢绞线1.95105钢、不锈钢2.06105钢丝绳0.81051.0105消除应力的高强钢丝2.05105花岗石板0.8105蜂窝铝板 10mm0.35105铝塑复合板 4mm0.2105蜂窝铝板 15mm0.27105铝塑复合板 6mm0.3105蜂窝铝板 20mm0.21105七、 材料的泊松比JGJ102-2003表5.2.9、JGJ133-2001表5.3.10、GB50429-2007表4.3.7材料材料玻璃0.2钢、不锈钢0.3铝合金0.3(按GB