玻璃幕墙设计计算书.docx

1、玻璃幕墙设计计算书玻璃幕墙设计计算书1.设计依据 :1.1 相关国家标准 :1.1.1 玻璃幕墙工程技术规范 (JGJ 102-2003)1.1.2 建筑结构荷载规范 (GB 50009-2001)1.1.3 钢结构设计规范 (GB 50017-2003)1.1.4 混凝土结构设计规范 (GB 50010-2002)1.2 业主提供的相关资料 :1.2.1 招标书1.2.2 建筑及结构施工图1.2.3 其它有关资料2.幕墙材料选择 :2.1 玻璃选择 :2.1.1 玻璃类型 : 单层2.1.2 玻璃种类 : 钢化玻璃2.1.3 选用玻璃尺寸 :厚度 tk =8 (mm)高度 hk =3.8 (

2、m)，宽度 bk =1.36 (m)玻璃短边长度 a=1.36 (m)，长边长度 b=3.8 (m)玻璃短边长边 =a/b=.3582.1.4 选用玻璃的强度设计值 :大面强度 fgm=84 (MPa)侧面强度 fgb=58.8 (MPa)2.1.5 选用玻璃的相关物理指标 :弹性模量 : Eg=72000 (MPa)线胀系数 : =.00001泊 松 比: =.2重力密度 : g=25.6(kN/m3)2.2 幕墙龙骨材质选择 : 铝合金 6063-T52.2.1 铝型材的强度设计值 :抗拉、压强度设计值 f at=85.5 (MPa)抗剪强度设计值 f av=49.6 (MPa)局部承压强

3、度设计值 f ac=120 (MPa)2.2.2 铝型材的相关物理指标 :弹性模量 : Ea=70000 (MPa)线胀系数 : a=.0000235重力密度 : a=28 (kN/m3)2.2.3 铝合金立柱和横梁的挠度控制 :相对挠度 : 1/1803.幕墙荷载 :3.1 荷载标准值 :3.1.1 永久荷载标准值 :3.1.1.1 玻璃自重荷载标准值 :q =t /1000=.205 (kPa)gk0 0 g其中 : t0 为玻璃片总厚度， t0=8 (mm)3.1.1.2 铝框自重荷载标准值 : 初估 qgak=0.2 qgk0qgak=0.2 qgk0=.041 (kPa)3.1.1.

4、3 玻璃与铝框自重荷载标准值 :qgk=qgk0+qgak=.246 (kPa)3.1.2 风荷载标准值 :3.1.2.1 基本风压 : w 0=0.75 (kPa) （50 年一遇）3.1.2.2 风荷载体形系数 : s=1.23.1.2.3 风荷载高度系数 : z=.74地面粗糙度类别 : C 类距地面高度 : 12 (m)3.1.2.4 阵风系数 : z=2.0493.1.2.5 结构重要性系数 : =13.1.2.6 风荷载标准值 : w k=zzsw0=1.36 (kPa)3.1.3 地震作用标准值 :3.1.3.1 抗震设防烈度 : 7设计基本地震加速度 : 0.10g3.1.3.

5、2 地震影响系数最大值 : max= .083.1.3.3 地震动力放大系数 : e= 53.1.3.4 垂直于玻璃幕墙平面的分布水平地震作用标准值 :q = q =.098 (kPa)ek e max gk4.幕墙计算 :幕墙类型 : 隐框幕墙与水平面的夹角 : =904.1 幕墙玻璃计算 :幕墙玻璃的支承条件 :四边简支玻璃按四边简支板计算玻璃的厚度 : t=8 (mm)4.1.1 玻璃强度计算 :4.1.1.1 在风荷载标准值作用下 , 玻璃板中部的应力 :按 a/b=.358，查得四边简支玻璃板的弯矩系数 : m= .1154 =6mw a2/t2=27.21 (MPa)wk k4.1

6、.1.2 在地震作用标准值作用下 , 玻璃板中部的应力 :ek=6mqeka2/t2=1.96 (MPa)4.1.1.3 考虑玻璃板在外荷载作用下大挠度变形的影响，玻璃板的应力折减系数 :由=(w k+0.5qek)a4/(Egt4)=16.3查得玻璃板的应力折减系数 : =.9354.1.1.4 玻璃板中部的组合应力 :=(wwwk+eeek)=36.81 (MPa) fgm=84 (MPa) (满足 )其中 : : 应力折减系数 =.935: 风荷载分项系数 =1.4w: 地震作用分项系数 =1.3ew : 风荷载组合值系数 =1.0: 地震作用组合值系数 =0.5e4.1.2 玻璃刚度计

7、算 :玻璃板中部的挠度 :4u=( wa)/D=16.2 (mm)k玻璃板短边边长的 1/60=22.7 (mm) (满足 )其中 : : 挠度折减系数由=wk a4/(Egt4)=15.8, 查得 : =.937:四边简支玻璃板的挠度系数由 a/b=.358, 查得 : =.01189D:玻璃板的刚度3 2D=Egt /12 (1-)=3200000 (N mm)4.2 硅酮结构密封胶计算 :4.2.1 硅酮结构密封胶粘接宽度计算 :结构胶在风荷载或地震作用下的强度设计值 : f1=.2 (MPa)结构胶在永久荷载作用下的强度设计值 : f 2=.01 (MPa)4.2.1.1 在风荷载和水

8、平地震作用下，结构胶粘接宽度cs1=(w+0.5qe)a/(2000f1)=6.7 (mm)其中 : w- 风荷载设计值， w=1.4wk=1.9 (kPa)qe-地震作用设计值， qe=1.3qek=.13 (kPa)a-玻璃板短边长度， a=1360 (mm)4.2.1.2 在玻璃永久荷载作用下，结构胶粘接宽度cs2=qgab/2000(a+b)f2=12.5 (mm)其中 : qg-玻璃自重荷载设计值， qg=1.2qgk0=.25 (kPa)a-玻璃板短边长度， a=1360 (mm)b-玻璃板长边长度， b=3800 (mm)4.2.1.3 故结构胶粘接宽度应 12.5 (mm)4.

9、2.2 硅酮结构密封胶粘接厚度计算 :1/2ts=us/ (2+ =13).4 (mm)其中 : us-幕墙玻璃相对于铝框的位移， us=hk=6.91 (mm)-楼层弹性层间位移角限值根据主体结构的结构类型 : 钢筋混凝土框架得: =1/550 (rad)hk -玻璃面板高度， hk =3800 (mm)-硅酮结构密封胶变位承受能力， = 0.125故结构胶粘接厚度应 13.4 (mm)4.3 幕墙铝合金骨架计算:玻璃幕墙类别:框架式4.3.1 幕墙铝合金横梁计算:选用的铝合金型材的代号: 155其截面的几何参数如下:截面惯性矩: Iax=410715 (mm4)I ay=731313 (m

10、m4)截面抵抗矩: Wax=9779 (mm3)W ay=1875 (mm3)截面面积 : A a=950 (mm2)4.3.1.1 在荷载标准值作用下 , 横梁的内力及挠度 :4.3.1.1.1 在风荷载标准值作用下 , 横梁的内力及挠度 :按三角形分布的分布荷载计算 , 见附图 4-1:附图 4-1线载集度 : qwk=2(wkbk /2)=1.8496 (kN/m)跨中最大弯矩 :M wk=qwk bk2/12=.29 (kN m)跨内最大剪力 :Vwk =qwkbk /4=.63 (kN)跨中最大挠度 :uwk=qwkbk4/(120EaI ay)=1.03 (mm)4.3.1.1.2

11、 在地震作用标准值作用下 , 横梁的内力及挠度 :按三角形分布的分布荷载计算 , 见附图 4-1:线载集度 : qekx=2(qekbk/2)=.13328 (kN/m)跨中最大弯矩 :M ek=qekxbk 2/12=.021 (kN m)跨内最大剪力 :Vek=qekxbk /4=.05 (kN)跨中最大挠度 :uek=qekxbk4/(120EaI ay)=.074 (mm)4.3.1.1.3 在重力荷载标准值作用下 , 横梁的内力及挠度 :玻璃与铝框自重荷载 : qgk=.246 (kPa)按受二集中荷载的简支梁计算 , 见附图 4-2:附图 4-2平行于幕墙平面的集中荷载 :Pgky

12、 =qgkhkbksin /2=.636 (kN)其中 : hk -玻璃高度， hk=3.8 (mm)bk-玻璃宽度， by=1.36 (mm)跨中最大弯矩 :M gky=Pgkybd=.095 (kN m)其中 : bd-玻璃垫块至横梁端部的距离， bd=0.15 (m)跨内最大剪力 :Vgky =Pgky=.636 (kN)跨中最大挠度 :3 2ugky =Pgky bk(3-4)/(24EaI ax)=.75 (mm)其中 : =bd/bk=.11bd-玻璃垫块至横梁端部的距离， bd=0.15 (m)bk-横梁跨度， bk=1.36 (m)4.3.1.2 横梁验算 :4.3.1.2.1

13、 抗剪强度验算 :横梁水平方向 (x 轴)的剪力组合设计值 :Vx =wwVwk+eeV ek =.91 (kN)横梁竖直方向 (y 轴)的剪力组合设计值 :V =V =.76 (kN)y g gky其中 : g-永久荷载分项系数， g=1.2-风荷载分项系数， =1.4w we-地震作用分项系数， e=1.3w -风荷载组合值系数， w =1.0e-地震作用组合值系数， e=0.5验算 :横梁竖直方向 (y 轴):Vy (by2ty/8+bxbytx/4)/(I axty)=3.5 (MPa) f av=49.6 (MPa) (满足 )其中 : bx -横梁截面水平方向宽度， bx =73

14、(mm)by-横梁截面竖直方向宽度， by=70 (mm)tx-横梁截面水平腹板厚度， tx=3 (mm)tx-横梁截面竖直腹板厚度， ty=3 (mm)I ax-截面绕 x 轴的毛截面惯性矩， Iax=410715 (mm4)横梁水平方向 (x 轴):Vx (bx 2tx/8+bxbyty/4)/(I aytx)=2.42 (MPa) fav=49.6 (MPa) (满足 )其中 : bx -横梁截面水平方向宽度， bx =73 (mm)by-横梁截面竖直方向宽度， by=70 (mm)tx-横梁截面水平腹板厚度， tx=3 (mm)tx-横梁截面竖直腹板厚度， ty=3 (mm)I ay-

15、截面绕 y 轴的毛截面惯性矩， Iay=731313 (mm4)4.3.1.2.2 局部稳定验算 :横梁截面水平腹板为双侧加劲部位 :横梁截面水平腹板宽度 bx =73 (mm)横梁截面水平腹板厚度 tx =3 (mm)横梁截面水平腹板宽厚比 bx /tx =24.3350 (满足 )横梁截面竖直腹板为双侧加劲部位 :横梁截面竖直腹板宽度 by =70 (mm)横梁截面竖直腹板厚度 ty =3 (mm)横梁截面竖直腹板宽厚比 by/ty =23.3350 (满足 )4.3.1.2.3 刚度验算 :在风荷载标准值作用下，横梁的挠度 :uwk =1.03 (mm) bk/180=7.56 (mm)

16、 (满足 )在重力荷载标准值作用下，横梁的挠度 :ugky=.75 (mm) bk /180=7.56 (mm)(满足 )4.3.2 幕墙铝合金立柱计算:选用的铝合金型材的代号: 155其截面的几何参数如下:截面惯性矩: Iax=6719438 (mm4)Iay=1445269 (mm4)截面抵抗矩: Wax=86147 (mm3)W ay=40146 (mm3)截面面积:A a=1927 (mm2)立柱按跨度L=3.8m简支梁计算。4.3.2.1 在荷载标准值作用下 ,立柱的内力及挠度 :4.3.2.1.1 在风荷载标准值作用下 ,立柱的内力及挠度 :按均布荷载计算 ,立柱计算简图见附图 4

17、-3:附图 4-3线载集度 : qwk=wk bk=1.85 (kN/m)跨中最大弯矩 :M wk=qwk L 2/8=3.34 (kN m)跨中最大挠度 :uwk=5qwkL 4/(384EaIax)=10.7 (mm)4.3.2.1.2 在地震作用标准值作用下 , 立柱的内力及挠度 :按均布荷载计算 , 见附图 4-3:线载集度 : qlek=qekbk =.13 (kN/m)跨中最大弯矩 :M ek=qlekL 2/8=.23 (kN m)跨中最大挠度 :uek=5qlek L4/(384EaIax)=.8 (mm)4.3.2.1.3 在重力荷载标准值作用下 , 立柱的内力 :立柱的承重

18、方式为上端悬挂。重力荷载产生的轴力为拉力。轴力 : Ngk=qgkbkLsin =1.27 (kN)4.3.2.2 立柱验算 :4.3.2.2.1 强度验算 :立柱的轴力设计值 :N=gNgk =1.52 (kN)立柱的弯矩组合设计值 :M= wwM wk+eeM ek =4.83 (kN m)其中 : g-永久荷载分项系数， g=1.2w-风荷载分项系数， w =1.4e-地震作用分项系数， e=1.3 -风荷载组合值系数， =1.0w we-地震作用组合值系数， e=0.5验算 :N/A a+M/( Wax)=54.19 (MPa) fat=85.5 (MPa) (满足 )其中 : Aa-

19、立柱的净截面面积， Aa=1927 (mm2)W ax-截面绕 x 轴的净截面抵抗矩， Wax=86147 (mm3)-塑性发展系数， =1.05f at-型材抗弯强度设计值， fat=85.5 (MPa)4.3.2.2.2 刚度验算 :在风荷载标准值作用下，立柱的挠度 :uwk =10.7 (mm) 跨度 /180=21.11 (mm) (满足 )5.连接计算 :立柱与角码的连接节点见附图 5-1、5-2。附图 5-1 （横剖）附图 5-2 （竖剖）5.1 立柱与角码的连接螺栓的计算 :5.1.1 连接螺栓材质 : 1Cr18Ni9Ti螺栓直径 : d=12 (mm)5.1.2 一个连接螺栓

20、的设计承载力 :抗拉承载力设计值 : Nt b=14 (kN)双剪抗剪承载力设计值 : Nv b=21.4 (kN)5.1.3 连接付的内力 :由重力荷载标准值作用 :垂直力 :Fgk=1.5qgk0bkL=1.59 (kN)其中 :bk-立柱间距 (m)L- 立柱长度 (m)qgk0-幕墙玻璃每平方米重量 (kPa)1.5-考虑骨架的重量由风荷载标准值作用 :水平力 :Nwk =wkbkL=7.03 (kN)由地震作用标准值作用 :水平力 :Nek=emaxFgk=.64 (kN)其中 :e、max 意义同前。垂直剪力设计值 :Vmax =1.2Fgk=1.91 (kN)水平剪力设计值 :V

21、w =1.4Nwk +0.6 1.3 Nek=10.34 (kN)5.1.4 螺栓验算 :一个螺栓双剪的抗剪承载力 Nvb=21.4 (kN)每一楼层有一个支座承受水平力和垂直力。每个支座有两个螺栓。支座可按下式验算 :单个螺栓所受的合成剪力 :Vh=(V w 2+V max2)1/2/2=5.26 (kN) N vb=21.4 (kN)螺栓可靠。5.2 角码验算 :角码采用 Q235 钢, 每支座由两个角钢角码组成。角码长边长度 b1=110 (mm)，短边长度 b2=80 (mm)角码宽度 b3=100 (mm)，角码壁厚 tb=8 (mm)幕墙重心至埋件表面的距离 hb=150 (mm)

22、5.2.1 拉应力 :l=(V w /2)/A j=6.46 (MPa)其中 :A j 为一支角码的受拉截面积Aj =b3tb=800 (mm2)5.2.2 弯曲应力 :m=M 1/Wj =10.5 (MPa)其中 :M1 为一支角码承受的弯矩M 1=(V max/2) hb=.14 (kN m)M为预埋件承受的弯矩M=2M 1=.28 (kN m)W j 为一支角码的截面抵抗矩W j=tbb32/6=13333 (mm3)5.2.3 剪应力 :=(V /2)/A =1.19 (MPa)max j5.2.4 折算应力验算 :221/2( l+m)+3=17.08 (MPa)0.7 时，取 v=0.7）-锚筋的弯曲变形折减系数bb=0.6+0.25t/d=.808z-沿剪力作用方向最外层锚筋中心线之间的距离z=100 (mm)6.6.3 计算需要的锚筋总截面面积 :As=117.4 (mm2)锚筋实际总截面面积 :A2u u=452.4 (mm2)s0=(d/2) 1As0As，埋件安全。6.7 锚筋长度计算 :锚筋锚固长度不应小于 :la=y/f(ft) d=282 (mm)其中 :-锚筋的外形系数HPB235 级钢筋为光面钢筋， =0.16光面钢筋末端应做 180弯钩，弯后平直段长度 36 (mm)。