玻璃幕墙设计计算书.docx

1、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.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

2、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 J

3、C483-92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.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 GB50009-2001 7.1.1 采用风荷载计算公式:W=gzzsWo其中:

4、W-作用在幕墙上的风荷载标准值(k/m)gz-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: gz=K(1+2f)其中K为地区粗糙度调整系数,f为脉动系数A类场地:gz=0.92*(1+2f) 其中:f=0.387*(Z/10)0.12B类场地:gz=0.89*(1+2f) 其中:f=0.5(Z/10)0.16C类场地:gz=0.85*(1+2f) 其中:f=0.734(Z/10)0.22D类场地:gz=0.80*(1+2f) 其中:f=1.2248(Z/10)0.3z -风压高度变化系数,按建筑结构荷载规范GB50009-2001取定,根

5、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 B类场地: z=(Z/10)0.32C类场地: z=0.616(Z/10)0.44D类场地: z=0.318(Z/10)0.60本工程属于C类地区,故z=0.616(Z/10)0.44s-风荷载体型系数,按建筑结构荷载规范GB50009-2001 取为:1.5Wo-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=EmaxGAk其中: qEAk-水平地震作用标准值 E-动力放大系数,按5.0取定 max-水平地震影响系数最大值,按相应设房烈度取定: 6度: max=0.04

6、7度: max=0.08 8度: max=0.16 9度: max=0.32 合肥设防烈度为7度,故取max=0.080Gak-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+KWSW+EESE+TTST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+0.61.3qEAK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

7、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1.35b.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/)gz:10.200m高处阵风系数(按C类区计算):f= 0.734(Z/10)-0.22=0.731gz= 0.85(1+2f)=2.092z:10.200m高处风压高度变化系数(按C类区计算): (GB50009-2001)z=0.616(Z/10)

8、0.44=0.621风荷载体型系数s=1.50Wk=gzzsWo =2.0920.6211.50.350=0.683kN/因为Wk1.0 kN/,取Wk=1.000 kN/.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GB50009-2001 3.2.5规定采用 W= rwWk=1.41.000=1.400 kN/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:1.800mH: 该处玻璃幕墙分格高:0.988mA: 该处玻璃幕墙面积:A =BH =1.8000.988

9、=1.7782. 玻璃厚度选取:Wk:风荷载标准值:1.400 kN/A:玻璃板块面积:1.778K3: 玻璃种类调整系数:3.000试算:C= WkA10/3/ K3 =1.0001.77810/3/3.000 =1.975T=2(1+C)0.5-2 =2(1+1.975)0.5-2 =1.450mm玻璃选取厚度为:6.0mm3. 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/M)GAK =25.6t/1000 =25.66.0/1000 =0.154 kN/4. 该处垂直于玻璃平面的分布水平地震作用:max :

10、水平地震影响系数最大值:0.080qEAk:垂直于玻璃平面的分布水平地震作用(kN/)qEAk =5maxGAK=50.0800.154=0.061 kN/ 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= rEqEAK =1.3qEAK=1.30.061=0.080 kN/5. 玻璃的强度计算:校核对依据: fg =84.000q:玻璃所受组合荷载:a:玻璃短边边长:0.988mb:玻璃长边边长:1.800mt:玻璃厚度:6.0mm:玻璃版面跨中弯曲系数,按边长比a/b查表5.4.1得:0.095w :玻璃所受应力:采用Sw+0.6SE 组合

11、:q=W+0.6qEA=1.400+0.60.080=1.448 kN/w=6qa1000t =60.0951.4480.9881000/6.0=22.285 N/22.285 N/fg=84.000 N/玻璃的强度满足6. 玻璃温度应力计算:校核依据: w=58.800 N/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:0.72105 N/ t :玻璃的线膨胀系数:1.010-5 T:年温度的变化差:61.600C:玻璃边缘至边框距离,取5mmd: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

12、压在玻璃中产生的温度应力为:t1 =E(tT-(2c-dc)/b/1000)=0.72T-72(25-3)/b=0.7261.600-72(25-3)/1.800=-235.648 N/计算值为负,挤压应力取为零.0.000N/58.800 N/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: 1 :阴影系数:按玻璃幕墙工程技术规范 JGJ 102-96 表5.4.4-1得1.0002 :窗帘系数:按 玻璃幕墙工程技术规范JGJ 102-96 表5.4.4-2得1.0003 :玻璃面积系数: 按 玻璃幕墙工程技术规范JGJ 102-96 表5.4.4-3得1.05

13、24 :边缘温度系数: 按 玻璃幕墙工程技术规范JGJ 102-96 表5.4.4-4得1.380a: 玻璃线胀系数:1.010-5 Io: 日照量:3027.600(KJ/Mh)to: 室外温度-10.000t1: 室内温度40.000Tc: 单片玻璃中心温度(依据JGJ113-97 附录B计算):O: 玻璃的吸收率:0.142TC=0.012IOO +0.65to+0.35t1 (JGJ113-97 B.0.1) =0.0123027.6000.142+0.65-10.000+0.3540.000=12.659TS:玻璃边缘部分温度(依据JGJ113-97 附录B计算):TS =(0.65

14、to+0.35t1 ) (JGJ113-97 B.0.4) =(0.65-10.000+0.3540.000)=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:t2=0.74Ea1234(TC-TS)=0.740.72105 1.010-51234t=1.099 N/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 1:玻璃种类调整系数:3.000A:计算校核处玻璃板块面积:1.778Azd =0.31(t+t2/4)/

15、WK =0.3 3.000(6.0+6.0/4)/1.000 =13.500A=1.778Azd=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:JS60001. 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:1.000 KN/a :矩形分格短边长度:0.988mf1:结构胶的短期强度允许值:0.14N/ 按5.6.3条规定采用Cs= Wka/2/0.14=1.0000.988/2/0.14=3.53mm 取4mm自重效应胶缝宽度的计

16、算:Cs2:自重效应胶缝宽度(mm)B:幕墙分格宽:1.800mH: 幕墙分格高:0.988mt : 玻璃厚度:6.0mmf2 :结构胶的长期强度允许值:0.007N/mm2 按5.6.3条规定采用Cs2=HBt25.6/(H+B)/2/7 =7.00mm 取7mm结构硅酮密封胶的最大计算宽度:7mm2. 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:mm1:结构硅酮密封胶的温差变位承受能力:12.5% T:年温差:61.6Us: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=2.3510-5玻璃线膨胀系数:a2=11

17、0-5Us=bT(2.35-1)/100=1.80061.600(2.35-1)/100=1.497mmTS3=US/(1(2+1)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:mmH:幕墙分格高:0.988m:幕墙层间变位设计变位角0.0077:胶缝变位折减系数0.7002:结构硅酮密封胶的地震变位承受能力:100.0%Ts4=H1000/(2(2+2)0.05 =0.00770.9880.7001000/(1.000(2+1.000)0.05 =3.1mm3. 胶缝推荐宽度为:7mm4. 胶缝推荐厚度

18、为:6mm5. 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:0.988mCs:结构胶粘结宽度:12.000mm1= Wka0.5/ Cs =1.000 0.9880.5/12.000=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:6.0mm2=12.8HBt/ 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:=(12+22)0.5 =(0.0412+0.0042)0.5 =0.041N

19、/mm20.14 N/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:1.4WK:风荷载标准值:1.000kN/B:幕墙分格宽:1.800mqW=1.4WKB =1.41.0001.800 =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:3.600mMW =qW Hsjcg2/8 =2.520

20、3.6002/8 =4.082kN.mqEA: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=5maxGAK =50.080400.000/1000 =0.160 kN/m2E:幕墙地震作用分项系数:1.3qEA=1.3qEAK=1.30.160=0.208 kN/m2qE:水平地震作用线分布最大荷载集度设计值(矩形分布)qE =qEAB =0.2081.800 =0.37kN/mME:地震作用下立柱弯矩(KN.m)ME =qE Hsjcg2/

21、8 =0.3743.6002/8 =0.607 KN.mM: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+0.6ME =4.082+0.60.607 =4.446 KN.mW:立柱抗弯矩预选值(cm3) W=M103/1.05/84.2 =4.446103/1.05/84.2 =50.292 cm3 qWK:风荷载线分布最大荷载集度标准值(kN/m) qWK= WKB =1.0001.800 =1.800 kN/mqEK: 水平地震作用线分布最大荷载集度标准值(kN/m)qEK =qEAKB =0.1601.800 =0.288 kN/mI1,I2:立柱惯性

22、矩预选值(cm4)I1=900(qWK+0.6qEK)Hsjcg3/384/0.7=900(1.800+0.60.288)3.6003/384/0.7 =308.180cm4I2=5000(qWK +0.6qEK)Hsjcg4/384/0.7/20=5000(1.800+0.60.288)3.6003/384/0.7/20=308.180cm4选定立柱惯性矩应大于:308.180 cm42. 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=0.7105N/mm2X轴惯性矩:Ix=421.454cm4Y轴惯性矩:IY=102.394 cm4X

23、轴抵抗矩:Wx1=58.434cm3X轴抵抗矩: Wx2=54.120 cm3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=34.319 cm3塑性发展系数: =1.053. 幕墙立柱的强度计算:校核依据:N/A+M/Wfa=85.5 N/mm2(拉弯构件)B:幕墙分格宽:1.800mGAK:幕墙自重:400N/m2幕墙自重线荷载:GK=400Wfg/1000 =4001.800/1000 =0.720 kN/mNK:立柱受力:NK=GKHsjcg =0.7203.600 =2.592kNN:立柱受力设计值:rG:结构自重分项系数:1.2N:立柱

24、受力设计值:3.110kNA:立柱型材截面积:13.807cm2M:立柱弯矩:4.446kN.mWx2:立柱截面抗弯曲:54.120cm3:塑性发展系数:1.05=N10/A+M103/1.05/ Wx2 =3.11010/13.807+4.446103/1.05/54.120 =80.498N/mm280.498N/mm2fa=85.5 N/mm2立柱强度可以满足4. 幕墙立柱的刚度计算:校核依据:UmaxU=20mm 且UmaxL/180Umax:立柱最大挠度Umax=5(qWK+0.6qEK) Hsjcg41000/384/0.7/ Ix立柱最大挠度Umax为:14.625mm20mmD

25、U:立柱挠度与立柱计算跨度比值:Hsjcg:立柱计算跨度:3.600mDU=U/ Hsjcg/1000 =14.625/3.600/1000 =0.0041/180挠度可以满足要求5. 立柱抗剪计算:校核依据:max=49.6N/mm2QWK:风荷载作用下剪力标准值(kN) QWK=WKHsjcgB/2 =1.0003.6001.800/2 =3.240KnQW:风荷载作用下剪力设计值(kN) QW =1.4 QWK =1.43.240 =4.536kNQEK:用下剪力标准值(kN)QEK =qEAkHsjcgB/2 =0.1603.6001.800/2 =0.518kNQE:地震作用下剪力设

26、计值(kN) QE =1.3 QEK =1.30.518 =0.674kNQ:立柱所受剪力: 采用QW+0.6QE组合 Q=QW+0.6QE =4.536+0.60.674 =4.940kN立柱剪应力: :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 =QSs100/ Ix/t =4.49034.319100/421.454/3.000 =13.410N/mm2 13.410N/mm249.6 N/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

27、码壁厚:6.000mmD2:连接螺栓直径:10.000mmD0: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=WKBHsjcg1000 =1.0001.8003.6001000 = 6480.000N连接处风荷载设计值(N):N1W=1.4 N1WK =1.46480.000 =9072.000NN1EK:连接处地震作用(N):N1EK=qEAKBHsjcg1000 =0.1601.8003.6001000 =1036.800NN1E:连接处地震作用设计值(N):N1E =1.3N1EK=1.31036.800=1347.840NN1:连

28、接处水平总力(N):N1= N1w+0.6 N1E =9072.000+0.61347.840 =9880.704NN2:连接处自重总值设计值(N)N2K=400BHsjcg =4001.8003.600 =2592.000NN2: 连接处自重总值设计值(N)N2=1.2 N2K =1.22592.000 =3110.400NN:连接处总和力(N):N=( N12 +N22)0.5 =(9880.7042+3110.4002)0.5 =10358.711NNVb:螺栓的承载能力NV:连接处剪切面数:2NVb=23.14D02130/4 (GBJ17-88 7.2.1-1) =23.148.5902130/4 =15060.151NNum1:立挺与建筑物主结构连接的螺栓个数:Num1=N/NVb =