铝单板幕墙计算书.docx
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铝单板幕墙计算书
秦皇岛经济技术开发区燕大附中体育馆
铝板幕墙设计计算书
二〇一四年九月二十八日
1计算引用的规范、标准及资料1
1.1幕墙设计规范：
1
1.2建筑设计规范：
1
1.3铝材规范：
2
1.4金属板及石材规范：
2
1.5玻璃规范：
3
1.6钢材规范：
3
1.7胶类及密封材料规范：
3
1.8五金件规范：
4
1.9相关物理性能等级测试方法：
4
1.10《建筑结构静力计算手册》（第二版）5
1.11土建图纸：
5
2基本参数5
2.1幕墙所在地区5
2.2地面粗糙度分类等级5
2.3抗震设防5
3幕墙承受荷载计算6
3.1风荷载标准值的计算方法6
3.2计算支撑结构时的风荷载标准值8
3.3计算面板材料时的风荷载标准值8
3.4垂直于幕墙平面的分布水平地震作用标准值8
3.5平行于幕墙平面的集中水平地震作用标准值8
3.6作用效应组合8
4幕墙立柱计算9
4.1立柱型材选材计算9
4.2确定材料的截面参数10
4.3选用立柱型材的截面特性11
4.4立柱的抗弯强度计算12
4.5立柱的挠度计算12
4.6立柱的抗剪计算13
5幕墙横梁计算13
5.1横梁型材选材计算14
5.2确定材料的截面参数16
5.3选用横梁型材的截面特性17
5.4幕墙横梁的抗弯强度计算17
5.5横梁的挠度计算18
5.6横梁的抗剪计算18
6铝单板的选用与校核19
6.1铝单板荷载计算20
6.2B板的强度、挠度校核20
6.3C板的强度、挠度校核22
7连接件计算23
7.1横梁与立柱间焊接强度计算23
7.2立柱与主结构连接24
8幕墙埋件计算（粘结型化学锚栓）26
8.1荷载值计算26
8.2锚栓群中承受拉力最大锚栓的拉力计算27
8.3群锚受剪内力计算28
8.4锚栓钢材破坏时的受拉承载力计算28
8.5锚栓钢材受剪破坏承载力计算29
8.6拉剪复合受力承载力计算29
9幕墙转接件强度计算30
9.1受力分析30
9.2转接件的强度计算30
10幕墙焊缝计算30
10.1受力分析30
10.2焊缝特性参数计算31
10.3焊缝校核计算31
11铝单板幕墙幕墙胶类及伸缩缝计算32
11.1立柱连接伸缩缝计算32
11.2耐候胶胶缝计算32
12幕墙板块压板计算32
12.1压板的弯矩设计值计算33
12.2压板的应力计算33
12.3螺栓抗拉强度验算34
13附录常用材料的力学及其它物理性能35
铝单板幕墙设算书
1计算引用的规范、标准及资料
1.1幕墙设计规范：
《铝合金结构设计规范》GB50429-2007
《建筑瓷板装饰工程技术规程》CECS101：
98
《建筑幕墙》GB/T21086-2007
《小单元建筑幕墙》JG/T216-2007
《建筑幕墙工程技术规范》DGJ08-56-2012
1.2建筑设计规范：
《地震震级的规定》GB/T17740-1999
《钢结构设计规范》GB50017-2003
《工程抗震术语标准》JGJ/T97-2011
《工程网络计划技术规程》JGJ/T121-99
《混凝土结构后锚固技术规程》JGJ145-2004
《混凝土结构加固设计规范》GB50367-2006
《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
《建筑材料放射性核素限量》GB6566-2010
《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
《建筑工程抗震设防分类标准》GB50223-2008
《建筑结构荷载规范》GB50009-2012
《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》GB50018-2002
《民用建筑设计通则》GB50352-2005
《擦窗机》GB19154-2003
《钢结构焊接规范》GB50661-2011
《钢结构工程施工规范》GB50755-2012
1.3铝材规范：
《变形铝及铝合金化学成份》GB/T3190-2008
《建筑用隔热铝合金型材》JG175-2011
《建筑用铝型材、铝板氟碳涂层》JG/T133-2000
《铝合金建筑型材第1部分基材》GB5237.1-2008
《铝合金建筑型材第2部分阳极氧化、着色型材》GB5237.2-2008
《铝合金建筑型材第3部分电泳涂漆型材》GB5237.3-2008
《铝合金建筑型材第4部分粉末喷涂型材》GB5237.4-2008
《铝合金建筑型材第5部分氟碳漆喷涂型材》GB5237.5-2008
《铝合金建筑型材第6部分隔热型材》GB5237.6-2012
《铝及铝合金彩色涂层板、带材》YS/T431-2000
《一般工业用铝及铝合金板、带材》GB/T3880.1～3-2006
《铝型材截面几何参数算法及计算机程序要求》YS/T437-2009
《有色电泳涂漆铝合金建筑型材》YS/T459-2003
《变形铝和铝合金牌号表示方法》GB/T16474-2011
《铝幕墙板、板基》YS/T429.1-2000
《铝幕墙板、氟碳喷漆铝单板》YS/T429.2-2000
《建筑幕墙用铝塑复合板》GB/T17748-2008
《建筑幕墙用氟碳铝单板制品》JG331-2011
《建筑用泡沫铝板》JG/T359-2012
1.6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/T096—1997
《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/T5117-1995
《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/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/T699-1999
1.7胶类及密封材料规范：
《丙烯酸酯建筑密封膏》JC484-2006
《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
《工业用橡胶板》GB/T5574-2008
《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/T13477.1～20-2002
《建筑用防霉密封胶》JC/T885-2001
《建筑用硅酮结构密封胶》GB16776-2005
《建筑用硬质塑料隔热条》JG/T174-2005
《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/T529-2008
《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
《建筑表面用有机硅防水剂》JC/T902-2002
《钢结构防火涂料》GB14907-2002
1.8五金件规范：
《封闭型沉头抽芯铆钉》GB/T12616-2004
《封闭型平圆头抽芯铆钉》GB/T12615-2004
《紧固件螺栓和螺钉通孔》GB/T5277-1985
《紧固件公差螺栓、螺钉、螺柱和螺母》GB/T3103.1-2002
《紧固件机械性能不锈钢螺母》GB/T3098.15-2000
《紧固件机械性能不锈钢螺栓、螺钉、螺柱》GB/T3098.6-2000
《紧固件机械性能抽芯铆钉》GB/T3098.19-2004
《紧固件机械性能螺母、粗牙螺纹》GB/T3098.2-2000
《紧固件机械性能螺母、细牙螺纹》GB/T3098.4-2000
《紧固件机械性能螺栓、螺钉和螺柱》GB/T3098.1-2010
《紧固件机械性能自攻螺钉》GB/T3098.5-2000
《紧固件术语盲铆钉》GB/T3099.2-2004
《螺纹紧固件应力截面积和承载面积》GB/T16823.1-1997
《十字槽盘头螺钉》GB/T818-2000
《铜合金铸件》GB/T13819-1992
《锌合金压铸件》GB/T13821-2009
《铝合金压铸件》GB/T15114-2009
《铸件尺寸公差与机械加工余量》QB/T6414-1999
《电动采光排烟窗》JG189-2006
1.9相关物理性能等级测试方法：
《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（2011版）
《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/T228-2002
1.10《建筑结构静力计算手册》（第二版）
1.11土建图纸：
2基本参数
2.1幕墙所在地区
秦皇岛地区；
2.2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》（GB50009-2012）
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。
2.3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；
在围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，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，秦皇岛地区地震基本烈度为：
7度，地震动峰值加速度为0.15g，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：
αmax=0.12；
3幕墙承受荷载计算
3.1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》（GB50009-2012）计算：
wk=βgzμs1μzw0……8.1.1-2[GB50009-2012]
上式中：
wk：
作用在幕墙上的风荷载标准值（MPa）；
z：
计算点标高：
99.4m；
βgz：
高度z处的阵风系数；
根据不同场地类型,按以下公式计算：
βgz=1+2gI10（z/10）-α……条文说明部分8.6.1[GB50009-2012]
其中A、B、C、D四类地貌类别截断高度分别为：
5m、10m、15m、30m；
A、B、C、D四类地貌类别梯度高度分别为：
300m、350m、450m、550m；
也就是：
对A类场地：
当z>300m时，取z=300m，当z<5m时，取z=5m；
对B类场地：
当z>350m时，取z=350m，当z<10m时，取z=10m；
对C类场地：
当z>450m时，取z=450m，当z<15m时，取z=15m；
对D类场地：
当z>550m时，取z=550m，当z<30m时，取z=30m；
g：
峰值因子，取2.5；
I10：
10m高名义湍流度，对应A、B、C、D地面粗糙度，可分别取0.12、0.14、0.23和0.39；
α：
地面粗糙度指数，对应A、B、C、D地面粗糙度，可分别取0.12、0.15、0.22和0.30；
对于B类地形，99.4m高度处的阵风系数为：
βgz=1+2×2.5×0.14×（99.4/10）-0.15=1.496
μz：
风压高度变化系数；
根据不同场地类型,按《建筑结构荷载规范》条文说明部分8.2.1提供的公式计算：
A类场地：
μzA=1.284×（z/10）0.24
B类场地：
μzB=1.000×（z/10）0.30
C类场地：
μzC=0.544×（z/10）0.44
D类场地：
μzD=0.262×（z/10）0.60
公式中的截断高度和梯度高度与计算阵风系数时相同，也就是：
对A类场地：
当z>300m时，取z=300m，当z<5m时，取z=5m；
对B类场地：
当z>350m时，取z=350m，当z<10m时，取z=10m；
对C类场地：
当z>450m时，取z=450m，当z<15m时，取z=15m；
对D类场地：
当z>550m时，取z=550m，当z<30m时，取z=30m；
对于B类地形，99.4m高度处风压高度变化系数：
μz=1.000×（99.4/10）0.30=1.9917
μs1：
局部风压体型系数；
按《建筑结构荷载规范》GB50009-2012第8.3.3条：
计算围护结构及其连接的风荷载时，可按下列规定采用局部体型系数μs1：
1封闭矩形平面房屋的墙面及屋面可按表8.3.3-1的规定采用；
2檐口、雨篷、遮阳板、边棱处的装饰条等突出构件，取-2.0；
3其它房屋和构筑物可按本规范第8.3.1条规定体型系数的1.25倍取值。
本计算点为墙面大面位置，按如上说明，查表得：
μs1
（1）=1
按《建筑结构荷载规范》GB50009-2012第8.3.4条：
计算非直接承受风荷载的围护构件风荷载时，局部体型系数可按构件的从属面积折减，折减系数按下列规定采用：
1当从属面积不大于1m2时，折减系数取1.0；
2当从属面积大于或等于25m2时，对墙面折减系数取0.8，对局部体型系数绝对值大于1.0的屋面区域折减系数取0.6，对其它屋面区域折减系数取1.0；
3当从属面积大于1m2且小于25m2时，墙面和绝对值大于1.0的屋面局部体型系数可采用对数插值，即按下式计算局部体型系数：
μs1（A）=μs1
（1）+[μs1（25）-μs1
（1）]logA/1.4……8.3.4[GB50009-2012]
其中：
μs1（25）=0.8μs1
（1）
=0.8×1
=0.8
计算支撑结构时的构件从属面积：
A=0.75×3.8
=2.85m2
当A>25时取a=25，当A小于1时取A=1；
LogA=0.455
则：
μs1（A）=μs1
（1）+[μs1（25）-μs1
（1）]logA/1.4
=1+[0.8-1]×0.455/1.4
=0.935
按《建筑结构荷载规范》GB50009-2012第8.3.5条：
计算围护结构风荷载时，建筑物内部压力的局部体型系数可按下列规定采用：
1封闭式建筑物，按其外表面风压的正负情况取-0.2或0.2；
2仅一面墙有主导洞口的建筑物：
-当开洞率大于0.02且小于或等于0.10时，取0.4μs1；
-当开洞率大于0.10且小于或等于0.30时，取0.6μs1；
-当开洞率大于0.30时，取0.8μs1；
3其它情况，应按开放式建筑物的μs1取值；
注：
1：
主导洞口的开洞率是指单个主导洞口与该墙面全部面积之比；
2：
μs1应取主导洞口对应位置的值；
本计算中建筑物内部压力的局部体型系数为0.2（封闭式建筑内表面）；
因此，计算非直接承受风荷载的支撑结构时的局部风压体型系数为：
μs1=0.935+0.2
=1.135
而对直接承受风压的面板结构来说，其局部风压体型系数为：
μs1=1+0.2
=1.2
w0：
基本风压值（MPa），根据现行《建筑结构荷载规范》GB50009-2012附表E.5中数值采用，但不小于0.3KN/m2，按重现期50年，秦皇岛地区取0.00055MPa；
3.2计算支撑结构时的风荷载标准值
wk=βgzμzμs1w0
=1.496×1.9917×1.135×0.00055
=0.00186MPa
3.3计算面板材料时的风荷载标准值
wk=βgzμzμs1w0
=1.496×1.9917×1.2×0.00055
=0.001967MPa
3.4垂直于幕墙平面的分布水平地震作用标准值
qEk=βEαmaxGk/A……5.3.4[JGJ102-2003]
qEk：
垂直于幕墙平面的分布水平地震作用标准值（MPa）；
βE：
动力放大系数,取5.0；
αmax：
水平地震影响系数最大值，取0.12；
Gk：
幕墙构件的重力荷载标准值（N）；
A：
幕墙构件的面积（mm2）；
3.5平行于幕墙平面的集中水平地震作用标准值
PEk=βEαmaxGk……5.3.5[JGJ102-2003]
PEk：
平行于幕墙平面的集中水平地震作用标准值（N）；
βE：
动力放大系数,取5.0；
αmax：
水平地震影响系数最大值，取0.12；
Gk：
幕墙构件的重力荷载标准值（N）；
按照JGJ102规范5.4节条文说明部分的规定，对于竖向幕墙和与水平面夹角大于75度、小于90度的斜玻璃幕墙，可不考虑竖向地震作用效应的计算和组合。
3.6作用效应组合
荷载和作用效应按下式进行组合：
S=γGSGk+ψwγwSwk+ψEγESEk……5.4.1[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；
γG、γw、γE：
各效应的分项系数；
ψw、ψE：
分别为风荷载，地震作用效应的组合系数。
上面的γG、γw、γE为分项系数，按5.4.2、5.4.3、5.4.4[JGJ102-2003]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：
γG：
1.2；
风荷载：
γw：
1.4；
地震作用：
γE：
1.3；
进行挠度计算时；
重力荷载：
γG：
1.0；
风荷载：
γw：
1.0；
地震作用：
可不做组合考虑；
上式中，风荷载的组合系数ψw为1.0；
地震作用的组合系数ψE为0.5；
4幕墙立柱计算
基本参数：
1：
计算点标高：
99.4m；
2：
力学模型：
简支梁；
3：
立柱跨度：
L=3800mm；
4：
立柱左分格宽：
50mm；
立柱右分格宽：
1450mm；
5：
立柱计算间距：
B=750mm；
6：
板块配置：
铝单板；
7：
立柱材质：
Q235；
8：
安装方式：
偏心受拉；
本处幕墙立柱按简支梁力学模型进行设计计算，受力模型如下：
4.1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
=0.00186×750
=1.395N/mm
qw：
风荷载线分布最大荷载集度设计值（N/mm）；
qw=1.4qwk
=1.4×1.395
=1.953N/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）；
βE：
动力放大系数，取5.0；
αmax：
水平地震影响系数最大值，取0.12；
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=βEαmaxGk/A……5.3.4[JGJ102-2003]
=5.0×0.12×0.0004
=0.00024MPa
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
=0.00024×750
=0.18N/mm
qE：
水平地震作用线荷载集度设计值（N/mm）；
qE=1.3qEk
=1.3×0.18
=0.234N/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：
……5.4.1[JGJ102-2003]
q=qw+0.5qE
=1.953+0.5×0.234
=2.07N/mm
用于挠度计算时，采用Sw标准值：
……5.4.1[JGJ102-2003]
qk=qwk
=1.395N/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（N•mm）；
Mw：
风荷载作用下立柱产生的弯矩设计值（N•mm）；
ME：
地震作用下立柱产生的弯矩设计值（N•mm）；
L：
立柱跨度（mm）；
采用Sw+0.5SE组合：
Mw=qwL2/8
ME=qEL2/8
Mx=Mw+0.5ME
=qL2/8
=2.07×38002/8
=3736350N•mm
4.2确定材
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