幕墙计算教材.docx

1、幕墙计算教材幕墙计算1、横框计算 2、竖框计算 3、玻璃计算 4、连接计算 5、预埋件设计、计算 6、焊缝计算一、 幕墙横框的计算 受力模型：横梁以立柱为支承，按立柱之间的距离作为梁的跨度，梁的支撑条件按简支考虑，其弯距见表5-31。简支梁内力和挠度表 表5-31荷载情况左端反力RA右端反力RB最大弯距Mmax最大挠度umaxPPPa受力状态：横梁是双向受弯构件，在水平方向由板传来风力、地震力；在竖直的方向由板和横梁自重产生竖向弯距，见图5-14。横梁双向受弯 1、强度 MxWxMyWyfa 式中:Mx - 横梁绕x轴(垂直于幕墙平面方向）的弯距设计值(KNm)； My横梁截面绕y轴(幕墙平面

2、内方向）幕墙平面内方向的弯距 设计值(KNm)； Wx横梁截面绕x轴(垂直于幕墙平面方向）的截面抵抗矩（mm3)Wy横梁截面绕y轴(幕墙平面内方向）的截面抵抗矩（mm3)塑性发展系数，可取为1.05；fa铝型材受拉强度设计值(KNm2)铝合金牌号状态强度设计值 fa受拉、受压受剪LD30CZ84.248.9CS191.1110.8LD31RCS84.248.9CS138.380.2 横梁受风荷载和地震作用时Mx112qyB2 （BH时）Mx18qyB2 （BH时）qy(1.01.4Wk0.61.3qey）B qy荷载组合值（KNm）；WkZSZWO式中：Wk作用在幕墙上的风荷载标准值（KNm2

3、）； Z瞬时风压的阵风系数，取2.25； S风荷载体型系数，竖直幕墙外表面可按1.5取用； Z风压高度变化系数；应按现行国家标准建筑结构荷载规范GBJ9采用。WO基本风压（KNm2），按GBJ9附图中的数值采用；部分城市基本风压见表5-5 。我国部分城市基本风压W0 （KNm2） 表5-5W0城 市0.3030石家庄、太原、兰州、重庆、贵阳、武汉、合肥、天水0.35 北京、唐山、西安、西宁、成都、昆明、郑州、洛阳、长沙、南京、 蚌埠、桂林、 南宁、镇江、拉萨、日喀则、无锡、济南0.40天津、秦皇岛、保定、杭州、南昌、苏州、连云港、景洪、扬州、南通、九江、敦煌0.45广州、哈尔滨、塘沽、长白、通

4、化0.50沈阳、呼和浩特、漳州、宁波、丹东0.55佳木斯、长春、温州、上海、青岛、烟台、营口、茂名、福州、威海、东兴、酒泉、大理0.60大连、乌鲁木齐0.65喀升、二连、阿克苏、海拉尔、嘉峪关0.70湛江、海口、三亚、香港、澳门、深圳、珠海、北海、满洲里0.75汕头、厦门、泉州、伊宁0.80吐鲁番、克拉玛依 qeyEmaxGA 式中：qey垂直于幕墙表面的地震作用（KNm2）； E动力放大系数，可取3.0； max水平地震影响系数最大值， 6度抗震设计时取 0.04； 7度抗震设计时取 0.08； 8度抗震设计时取 0.16； G 幕墙构件的重量（KN）； A 幕墙构件的面积（m2）； 其中：

5、GHB（t1+ t2）玻1.1 A= HB 式中：H分格高 m； B分格宽 m； t1外片玻璃厚度 m； t2内片玻璃厚度 m； 玻玻璃重量体积密度 KNm3普通、夹层、半钢化、钢化25.6 KNm3夹丝玻璃26.5 KNm3 横梁受重力作用时My18qxB2 qx1.2qxkqxk1.2tH1.1 式中：qx横框所承受的重力线荷载设计值（KN/m）； qxk横框所承受的重力线荷载标准值（KN/m）； t玻璃总厚度( m )2.刚 度：玻璃板材支承在横梁和立柱上，组成幕墙平面。在风力和地震力作用下，横梁和立柱会产生挠曲。竖向荷载使横框产生竖向挠度。如果它们的挠度过大，幕墙变形过大，则会使幕墙物

6、理性能（雨水渗漏、空气渗透等）受到损害，甚至使玻璃破碎，因此应当验算横梁和立柱的挠度。 横框的许用挠度 fB/18020mm.1 水平方向的挠度BH时 fqykB4120EIX BH时 f5qykB4384EIx qyk(1.0WK+0.6 qey) B式中： E弹性模量，铝合金70000N/（KN/mm2）； qyk荷载组合值（KN/m）；2 竖直方向的挠度 f5qxkB4384EIY 实际刚度计算先选横框，通过许用挠度f算出Ixmin、Iymin来核算所选择的横框是否符合。二、 幕墙竖框的计算： 立柱通常为偏心受拉构件，应避免设计成偏心受压构件，受压时容易丧失稳定。立柱的轴向力由板、横梁的

7、重量和立柱的重量产生；立柱的弯距由横梁传来的（有时由板直接传来）的风力和地震力产生。1、 受力模型: 简支梁：竖框上端悬挂在与建筑物连接的转接件上，下部固定在下层竖框伸出的铝插芯上（见图a）. 双跨梁：竖框与建筑物的固定点比简支梁模型多一个（见图b）.3 多跨铰接连续静定梁：底层竖框的上端悬挑于固定点之上一定长度，第二层竖框的下端通过铝插芯与底层竖框连接，其上端也悬挑一定长度，其余层依次同样安装（见图c）。4 多跨铰接连续一次超静定梁：双跨梁竖框上端带有一个悬挑端，其它安装方式同多跨铰接连续静定梁（见图d）。 2、 计算模型选用原则1 当楼面梁截面高度足够（或楼层间有辅助支撑结构）可以布置两个

8、支点时，应优先采用多跨铰接连续一次超静定梁；其次采用双跨梁。2 当楼面梁截面高度较小（或楼层间无辅助支撑结构）只能布置一个支点时，应优先采用多跨铰接连续静定梁；此情况原则上不采用简支梁进行竖框计算，除非工程有特殊要求，方采用简支梁计算模型。 3、计算公式 1 简支梁计算公式 a、强度计算 NA0M（W）fa 其中：N=1.2G GLB（t1t2）玻1.2 M18q强度L2 q强度qB q1.41.0Wk1.360.6qey 式中：M竖框弯矩设计值 Nm； N竖框拉力设计值 N； A0竖框净截面面积 mm2； W在弯矩作用方向的净截面抵抗矩 mm3； 塑性发展系数，可取为1.05； fa铝型材的

9、强度设计值， Nmm2； G幕墙构件的重量 KN； L计算层间高 m； B分格宽 m； t 玻璃厚度 m； 玻 玻璃的密度，取25.6 KNm3 q强度 竖框所受线荷载 KN/m q 强度荷载组合 qey垂直于幕墙表面的地震作用 KNm2；b、刚度计算 f5q刚度yL4384EIx q刚度yqyB qy1Wk0.6qey fB/18020mm 式中：q刚度y在矩形荷载作用下竖框所受线荷载和作用； qy 垂直于幕墙表面挠度荷载组合作用；2 双跨梁计算公式My18q强度（L13L23）8L f 5q刚度L4384EIx 式中： 折减系数（双跨梁对相同条件的简支梁的挠度比值），按L1/L2查表 L1

10、短跨长 L2长跨长3 多跨铰接连续静定梁计算公式 1) R1B=1/2qL11-(a1/L1)2 Pi=R(i-1)B (i=2，3，4，) RiB=1/2qLi1-(ai/Li)2-Pi(ai/Li ) (i=2，3，4，) 2) M1=1/8qL121-(a1/L1)2 M/W+N/A0fa f1中=5qkL14/384EI f2c=qka2L23/(24EI) -1+4(a2/L2)2+3(a2/L2)3+P2Ka22L2/(3EI)(1+a2/L2) f1总=f1中+f2c/220mm f1总/(L1+a2)1/180 2) MiA=-(qai2/2+piai) M/W+N/A0fa

11、3) Mi=1/2qLi1-(ai/Li)2-Pi(ai/Li)x-qx2/2 X=1/2qLi1-( ai/Li) 2-Pi/q(ai/Li) M/W+N/A0fa fi中=5qkLi4/384EI-qkai2Li2/32EI-qikaiLi2/16EI fic=qkaiLi3/(24EI)-1+4（a2/L2）2+3(a2/L2) 3+PiKai2Li/(3EI)(1+ai/Li) fi总=fi中+f(i+1)c/220mm fi总/(Li+Ai+1)1/1804 多跨铰接连续一次超静定梁计算公式（参见图4-1） 1) R1B=1/2qL11-(a1/L1)2 RiB=1/2qbi+MiD

12、/Bi 2) Mi =1/8qL121-( a1/L1)22 MiA = -(qai2 / 2+pi ai) MiD = -q(bi3 +di3)/8Li-MiAdi/2Li Mi中 =1/8qb i2-MiD/2 3)选择一弯距绝对值最大截面进行应力验算： M/W+N/A0fa 4)选择一跨中弯距最大一跨进行挠度验算： fi中=5qkLi4/384EI+MiDbi2/24EI fic=( -piai3/3-qkai4/8+qkdi4/24+MiAdi/3+MiDdi /6) /EI fi总=fi中+f(i+1)c/220mm fi总/(Li+Ai+1)1/180注：1、简支梁、双跨梁、等跨多

13、跨铰接连续静定梁可采用计算书软件计算。 2、对于多跨铰接连续静定梁、多跨铰接连续一次超静定梁，应从顶层逐层计算；对于连续多层竖框的a1、L1（或a1、b1、d1）均相同，当内力逼近一定值时，可不再逐一计算。 3、 弯距计算采用荷载的设计值，挠度计算采用荷载的标准值。4、 注意挠度的方向，正值表示向下，负值表示向上（荷载方向如计算简图所示）。 三、 玻璃的计算1、 温差应力计算：t2=1.2t2kfg式中：t2玻璃温差应力设计值 f g 玻璃强度设计值Nmm2 类型厚度（mm）强度设计值 fg大面上的强度边缘强度普通玻璃528.0195浮法玻璃51228.0195151920.014.0钢化玻璃

14、51284.0588151959.0413夹丝玻璃61021.0147注：1.夹层玻璃和中空玻璃的强度可按所采用的玻璃类型取用其强度。 2.表中钢化玻璃强度设计值取为浮法玻璃强度设计值得3倍。当钢化玻璃 强度不到浮法玻璃强度3倍时，应根据实测结果予以调整。 t2k=0.74E1234（Tc-Ts） 式中：t2k玻璃中央与边缘存在的温差而产生的温差应力标准值 E玻璃的弹性模量，取0.72105Nmm2 玻璃的线性膨胀系数 1.010-5 1阴影系数；可按表5-19d采用，无阴影时取1=1.0； 2窗帘系数；可按表5-20采用 3玻璃面积系数；可按表5-21采用 4嵌缝材料系数；可按表5-22采用

15、 Tc-Ts玻璃中央和边缘温度（）阴 影 系 数 1 表 5-19d单 侧邻 边对边阴影形状系数1.31.61.7窗 帘 系 数 2 表5-20窗帘种类薄 窗 帘百 页 窗窗帘与玻璃间距100mm100mm100mm100mm系 数1.31.61.51.3面 积 系 数 3 表5-21面积（m2）0.51.01.52.02.53.04.05.06.0系 数0.951.001.041.071.091.101.121.141.15嵌缝材料系数 4 表5-22镶嵌玻璃的边缘材料幕墙种类玻璃幕墙金属弹性嵌缝材料0.550.650.400.50气密性嵌缝材料0.380.48 Ts0.65 t00.35

16、ti 式中：t0室外温度（）,根据当地气象台资料 ti室内温度（），用房屋暖气设计温度 室外侧玻璃的中央温度为 Tco 42.5A021.5Ai0.79 t00.21 ti Tci 60.5Ai21.5 A00.61 ti 0.40 t0 Tco 44.0A018.5Ai0.82 t00.19 ti Tci 66.0Ai18.5 A00.66 ti 0.34 t0 式中：Tco 室外侧玻璃的中央温度 Tci 室内侧玻璃的中央温度 A0 室外侧玻璃的组合吸收率，表5-28 5-30 A I 室内侧玻璃的组合吸收率，表5-28 5-30Tco-TsT_ci-Ts中空玻璃中央温度Tc 表5-28 基

17、本式：使用记号单位及数值参照表Tco：室外侧玻璃的中央部温度Tci：室内侧玻璃的中央部温度Ao：室外侧玻璃的组合吸收率表5-28Ai：室内侧玻璃的中央部温度表5-28Io：日射量W/m2表5-24o：室外侧热传导系数15W/（m2)i：室内侧热传导系数8W/（m2)a：中空玻璃空气层的热传导系数 实用式：* 空气层6mm的场合Tco 42.5A021.5Ai0.79 t00.21 ti Tci 60.5Ai21.5 A00.61 ti 0.40 t0空气层6mm的场合 Tco 44.0A018.5Ai0.82 t00.19 tiTci 66.0Ai18.5 A00.66 ti 0.34 t06

18、mm的场合8W/（m2)12mm的场合W/（m2)ta：室外温度表5-23ti：室内温度表5-23aaa：室外侧玻璃的吸收率、透过率、反射率表5-29ii：室内侧玻璃的吸收率、反射率表5-29中空玻璃入射角度30的综合吸收率（A）、综合反射率（R）、综合透过率（T） 表5-30 品种（mm）综合吸收率（A）综合反射率（R）综合透过率（T）外侧玻璃（Ao）外侧玻璃（Ai） 热 吸 收蓝色6+透明60.4300.0760.0780.4166+透明夹网夹丝6.80.4300.0960.0780.3968+透明80.5070.0830.0690.3418+透明夹网夹丝6.80.0570.0830.06

19、90.341灰色6+透明60.3820.0820.0820.4546+透明夹网夹丝6.80.3810.1050.0820.4328+透明80.4620.0910.0710.3768+透明夹网夹丝6.80.4620.0910.0710.376古铜6+透明60.3810.0820.0820.4556+透明夹网夹丝6.80.3800.1060.0820.4328+透明80.4610.0910.0710.3778+透明夹网夹丝6.80.4610.0910.0710.377 续表 品种（mm）综合吸收率（A）综合反射率（R）综合透过率（T）外侧玻璃（Ao）外侧玻璃（Ai） 热 反射蓝色 6+透明6. 6

20、+透明夹网夹丝6.8.8+透明8.8+透明夹网夹丝6.8.灰色 6+透明6. 6+透明夹网夹丝6.8.8+透明8.8+透明夹网夹丝6.8.古铜 6+透明6. 6+透明夹网夹丝6.8.8+透明8.8+透明夹网夹丝6.8.2、 玻璃强度计算：通常情况下自重、地震作用所产生的应力很小，不起控制作用，只需考虑风力作用或温度作用便可以了。 WWWkEEEkBH 2Wk（t2t224）1（t1t2）3 式中：玻璃的允许最大面积 m2 Wk风荷载标准值 KNm2 t1双层玻璃中较薄的玻璃厚度 mm； t2双层玻璃中较厚的玻璃厚度 mm； 2玻璃种类调整系数四、连接计算1、 竖框与建筑物连接 max=V/A max 最大组合剪应力V 竖框所承受的荷载和作用效应组合后的设计值N 连接竖框螺栓的有效截面积mm2 V(1.4Wk1.30.6Ek) 2(1.2Gk) 2)0.5WkWkB（L+ L）/8L1L2+0.5L）ekEmax(Gk B / L)（L+ L）/8L1L2+0.5L） Gk玻（t+ t）BL. Wk一个竖框单元所受的风荷载标准值 W k风荷载标准值B分格宽短跨长2长跨长计算层间高ek一个竖框单元所受的水平地震作用k一个竖框单元所受的重量标准值玻 玻璃密度 t1 外层玻璃厚度 m； t2 内层玻璃厚度 m；2、竖框壁局部承