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幕墙计算书
银海·樱花语A1地块C、D、E、1、2、3栋外立面装饰工程玻璃幕墙
设计计算书
设计：
审核：
批准：
云南正荣装饰工程有限公司
二0一二年六月二十五日
目录
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玻璃规范：
1
1.4钢材规范：
1
1.5胶类及密封材料规范：
1
1.6《建筑结构静力计算手册》（第二版）1
1.7土建图纸：
1
2基本参数2
2.1幕墙所在地区：
2
2.2地面粗糙度分类等级：
2
2.3抗震烈度：
2
3幕墙承受荷载计算2
3.1风荷载标准值的计算方法：
2
3.2计算支撑结构时的风荷载标准值：
3
3.3计算面板材料时的风荷载标准值：
3
3.4垂直于幕墙平面的分布水平地震作用标准值：
4
3.5作用效应组合：
4
4点式幕墙大面玻璃的计算4
4.1玻璃板块荷载计算：
5
4.2玻璃的强度计算：
6
4.3玻璃最大挠度校核：
6
5型钢结构计算7
5.1选用型钢的截面特性：
7
5.2型钢型材受力分析：
8
5.3弯矩和挠度分析与校核：
9
6点式幕墙玻璃孔位强度计算10
6.1玻璃板块荷载：
11
6.2孔位强度计算：
11
6.3驳接爪的选择：
12
6.4驳接头的选择：
12
幕墙设计计算书
11计算引用的规范、标准及资料
11.1幕墙设计规范：
《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003
《点支式玻璃幕墙支承装置》JG138-2001
《建筑玻璃应用技术规程》JGJ113-2003
《建筑幕墙》GB/T21086-2007
《金属与石材幕墙工程技术规范》JGJ133-2001
11.2建筑设计规范：
《钢结构设计规范》GB50017-2003
《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》GB50011-2001（2008年版）
《建筑设计防火规范》GB50016-2006
《建筑物防雷设计规范》GB50057-94（2000年版）
11.3玻璃规范：
《浮法玻璃》GB11614-1999
《建筑用安全玻璃第2部分：
钢化玻璃》GB15763.2-2005
《幕墙用钢化玻璃与半钢化玻璃》GB17841-2008
11.4钢材规范：
《耐候结构钢》GB/T4171-2008
《碳素结构钢》GB/T700-2006
11.5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
《干挂石材幕墙用环氧胶粘剂》JC887-2001
《建筑窗用弹性密封剂》JC485-2007
《建筑用硅酮结构密封胶》GB16776-2005
11.6《建筑结构静力计算手册》（第二版）
11.7土建图纸：
12基本参数
12.1幕墙所在地区：
昆明地区；
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B类地形考虑。
12.3抗震烈度：
根据国家规范《建筑抗震设计规范》（GB50011-20012008版），昆明地区地震基本烈度为8度，地震动峰值加速度为0.2g，水平地震影响系数最大值为：
αmax=0.16。
13幕墙承受荷载计算
13.1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（GB50009-20012006年版）计算：
wk=βgzμzμs1w0……7.1.1-2[GB50009-20012006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：
25m；
βgz：
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）：
βgz=K（1+2μf）
其中K为地面粗糙度调整系数，μf为脉动系数
A类场地：
βgz=0.92×（1+2μf）其中：
μf=0.387×（Z/10）-0.12
B类场地：
βgz=0.89×（1+2μf）其中：
μf=0.5（Z/10）-0.16
C类场地：
βgz=0.85×（1+2μf）其中：
μf=0.734（Z/10）-0.22
D类场地：
βgz=0.80×（1+2μf）其中：
μf=1.2248（Z/10）-0.3
对于B类地形，25m高度处瞬时风压的阵风系数：
βgz=0.89×（1+2×（0.5（Z/10）-0.16））=1.6586
μz：
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：
μz=1.379×（Z/10）0.24
当Z>300m时，取Z=300m，当Z<5m时，取Z=5m；
B类场地：
μz=（Z/10）0.32
当Z>350m时，取Z=350m，当Z<10m时，取Z=10m；
C类场地：
μz=0.616×（Z/10）0.44
当Z>400m时，取Z=400m，当Z<15m时，取Z=15m；
D类场地：
μz=0.318×（Z/10）0.60
当Z>450m时，取Z=450m，当Z<30m时，取Z=30m；
对于B类地形，25m高度处风压高度变化系数：
μz=1.000×（Z/10）0.32=1.3407
μs1：
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μs1：
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。
本计算点为转角位置。
由于大部分幕墙都有开启，按[5.3.2]JGJ102-2003条文说明，幕墙结构一般的体型系数取1.2（大面区域）、2.0（转角区域）。
另注：
上述的局部体型系数μs1
（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μs1（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μs1（A）可按面积的对数线性插值，即：
μs1（A）=μs1
（1）+[μs1（10）-μs1
（1）]logA
在上式中：
当A≥10m2时取A=10m2；当A≤1m2时取A=1m2；
w0：
基本风压值（MPa），根据现行<<建筑结构荷载规范>>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，昆明地区取0.0003MPa；
13.2计算支撑结构时的风荷载标准值：
计算支撑结构时的构件从属面积：
A=1.875×10.92=20.475m2
LogA=1
μs1（A）=μs1
（1）+[μs1（10）-μs1
（1）]logA
=1.44
μs1=1.44+0.2
=1.64
wk=βgzμzμs1w0
=1.6586×1.3407×1.64×0.0003
=0.001094MPa
13.3计算面板材料时的风荷载标准值：
计算面板材料时的构件从属面积：
A=1.875×1.819=3.410625m2
LogA=0.533
μs1（A）=μs1
（1）+[μs1（10）-μs1
（1）]logA
=1.608
μs1=1.608+0.2
=1.808
wk=βgzμzμs1w0
=1.6586×1.3407×1.808×0.0003
=0.001206MPa
13.4垂直于幕墙平面的分布水平地震作用标准值：
qEAk=βEαmaxGk/A……5.3.4[JGJ102-2003]
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0.16；
Gk：
幕墙构件的重力荷载标准值（N）；
A：
幕墙构件的面积（mm2）；
13.5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；
14点式幕墙大面玻璃的计算
基本参数：
1：
计算点标高：
25m；
2：
分格尺寸：
宽×高=B×H=1875mm×1819mm；
3：
支撑点间距：
宽度方向×高度方向=B1×H1=1655mm×1559mm；
4：
玻璃配置：
单片玻璃，钢化玻璃12mm；
5：
驳接形式：
四点驳接；
模型简图为：
14.1玻璃板块荷载计算：
（1）玻璃板块自重：
GAk：
玻璃板块单位面积自重（仅指玻璃）（MPa）；
t：
玻璃板块厚度（mm）；
γg：
玻璃的体积密度（N/mm3）；
GAk=γgt
=0.0000256×12
=0.000307MPa
（2）垂直于幕墙平面的分布水平地震作用：
qEAk：
垂直于幕墙平面的分布水平地震作用（MPa）；
βE：
动力放大系数,取5.0；
αmax：
水平地震影响系数最大值，取0.16；
GAk：
玻璃单位面积自重（MPa）；
qEAk=βEαmaxGAk……5.2.5[JGJ133-2001]
=5.0×0.16×0.000307
=0.000246MPa
（3）作用在玻璃上的风荷载及地震作用荷载组合：
用于强度计算时，采用Sw+0.5SE设计值组合：
……5.4.1[JGJ102-2003]
q=1.4wk+0.5×1.3qEAk
=1.4×0.001206+0.5×1.3×0.000246
=0.001848MPa
Sw+0.5SE标准值组合：
qk=wk+0.5qEAk
=0.001206+0.5×0.000246
=0.001329MPa
用于挠度计算时，采用Sw标准值：
……5.4.1[JGJ102-2003]
wk=0.001206MPa
14.2玻璃的强度计算：
校核依据：
σ≤[fg]
θ：
玻璃的计算参数；
η：
玻璃的折减系数；
qk：
作用在玻璃上的荷载组合标准值（MPa）；
b：
支撑点间玻璃面板长边边长（mm）；
E：
玻璃的弹性模量（MPa）；
t：
玻璃厚度（mm）；
θ=qkb4/Et4……8.1.5-4[JGJ102-2003]
=0.001329×16554/72000/124
=6.678
按系数θ，查表6.1.2-2[JGJ102-2003]，η=0.987；
σ：
玻璃在组合荷载作用下的板中最大应力设计值（MPa）；
q：
作用在幕墙玻璃上的荷载组合设计值（MPa）；
b：
支撑点间玻璃面板长边边长（mm）；
t：
玻璃厚度（mm）；
m：
玻璃弯矩系数,取m=0.1505；
σ=6mqb2η/t2……8.1.5[JGJ102-2003]
=6×0.1505×0.001848×16552×0.987/122
=31.329MPa
31.329MPa≤fg=84MPa（钢化玻璃）
玻璃的强度满足要求!
14.3玻璃最大挠度校核：
校核依据：
df=ημwkb4/D≤df,lim……8.1.5-3[JGJ102-2003]
上面公式中：
df：
玻璃板挠度计算值（mm）；
η：
玻璃的挠度折减系数，按照θ=wkb4/Et4查表，为0.992；
μ：
玻璃挠度系数，取μ=0.0233；
wk：
风荷载标准值（MPa）
b：
支撑点间玻璃面板长边边长（mm）；
D：
玻璃的弯曲刚度（N·mm）；
df,lim：
许用挠度，取支撑点间玻璃面板长边边长的1/60，为27.583mm；
其中：
D=Et3/（12（1-υ2））……6.1.3-1[JGJ102-2003]
上式中：
E：
玻璃的弹性模量（MPa）；
t：
玻璃的厚度（mm）；
υ：
玻璃材料泊松比，为0.2；
D=Et3/（12（1-υ2））
=72000×123/（12×（1-0.22））
=10800000N·mm
df=ημwkb4/D
=0.992×0.0233×0.001206×16554/10800000
=19.363mm
19.363mm≤df,lim=27.583mm（钢化玻璃）
玻璃挠度能满足要求!
15型钢结构计算
基本参数：
1：
计算点标高：
25m；
2：
型钢总跨度：
L=10920mm；
3：
分格平均宽度（计算宽度）：
B=1875mm；
4：
力学模型：
多点集中力作用简支梁；
5：
型钢材质：
Q235；
本处型钢结构按多点集中荷载简支梁模型进行设计计算，受力模型如下：
15.1选用型钢的截面特性：
选用材料为：
组合桁架；
材料的抗弯强度设计值：
f=215MPa；
材料的截面面积：
A=1659mm2；
结构的单位面积自重标准值：
Gk=0.0005MPa；
材料的弹性模量：
E=206000MPa；
主力方向惯性矩：
I=67200000mm4；
主力方向截面抵抗矩：
W=286000mm3；
塑性发展系数：
γ=1.05；
15.2型钢型材受力分析：
（1）垂直于幕墙平面的分布水平地震作用：
qEAk：
垂直于幕墙平面的分布水平地震作用（MPa）；
βE：
动力放大系数,取5.0；
αmax：
水平地震影响系数最大值，取0.16；
Gk：
幕墙构件的重力荷载标准值（N）；
A：
幕墙平面面积（mm2）；
qEAk=βEαmaxGk/A……5.3.4[JGJ102-2003]
=5.0×0.16×0.0005
=0.0004MPa
（2）型钢结构受水平荷载集度组合：
用于强度计算时，采用Sw+0.5SE设计值组合：
……5.4.1[JGJ102-2003]
S=1.4wk+0.5×1.3qEAk
=0.001792MPa
用于挠度计算时，采用Sw标准值：
……5.4.1[JGJ102-2003]
Sk=wk
=0.001094MPa
（3）集中荷载值计算：
结构梁上，共有i=5个集中力作用点，下面对这些力分别求值：
Pki：
每个集中力的标准值（N）；
Pi：
每个集中力的设计值（N）；
Li：
每个分格的沿悬臂梁方向的长度（mm）；
Sk：
组合荷载标准值（MPa）；
S：
组合荷载设计值（MPa）；
B：
分格宽度（mm）；
a=1820mm
L1=1820mm
L2=1820mm
L3=1820mm
L4=1820mm
L5=1820mm
L6=1820mm
Pk1=SkB（a+L2）/2
=3732.249N
P1=SB（a+L2）/2
=6113.52N
Pk5=SkBL5/2
=1866.638N
P5=SBL5/2
=3057.6N
Pk2=SkB（L2+L3）/2
=3733.275N
P2=SB（L2+L3）/2
=6115.2N
Pk3=SkB（L3+L4）/2
=3733.275N
P3=SB（L3+L4）/2
=6115.2N
Pk4=SkB（L4+L5）/2
=3733.275N
P4=SB（L4+L5）/2
=6115.2N
15.3弯矩和挠度分析与校核：
（1）力学计算基础：
先要知道单个集中力作用下，梁的受力情况，按《建筑结构静力计算手册》，单个集中力作用下的简支梁的力学分析如下：
下面是计算采用的相关公式：
A：
AC段任何一点弯矩：
Mx=Pbx/L
B：
CB段任何一点弯矩：
Mx=Pa（1-ξ）
C：
C点弯矩：
Mc=Pab/L
D：
AC段任何一点挠度：
fx=PbL2×（ωDξ-β2ξ）/6EI
E：
CB段任何一点挠度：
fx=PaL2×（ωDζ-α2ζ）/6EI
在上面的公式中：
（a）：
α=a/L
（b）：
β=b/L
（c）：
ξ=x/L
（d）：
ζ=（L-x）/L
（e）：
ωDζ=ζ-ζ3
（f）：
ωDξ=ξ-ξ3
（2）强度校核：
简支梁在多集中荷载作用下的梁内某点弯矩等于各作用力单独作用下在该点产生的弯矩矢量和，而梁内最大的弯矩将在某个集中力作用点出现，这样，计算时需要分区段分别计算不同力作用下的不同作用点弯矩，然后矢量相加，求得的最大弯矩截面就是需要校核的强度截面，软件采用有限元分析，最后可以求得：
x：
最大弯矩作用点到A支座的距离（mm）；
M：
最大弯矩计算值（N·mm）；
x=5460mm
M=47299543.2N·mm
按型钢抗弯强度计算公式,应满足：
N/A+M/γWnx≤f……6.2.4[JGJ102-2003]
上式中：
N：
型钢的轴力设计值（N）；
A：
型钢的截面面积（mm2）；
M：
型钢绕X轴方向（幕墙平面内方向）的弯矩设计值（N·mm）；
Wnx：
型钢绕X轴方向（幕墙平面内方向）的净截面抵抗矩（mm3）；
γ：
塑性发展系数，取1.05；
f：
材料的抗弯强度设计值，取215MPa；
N=GBL
=1.2GkBL
=1.2×0.0005×1875×10920
=12285N
N/A+M/γW=12285/1659+47299543.2/1.05/286000
=164.913MPa≤215MPa
型钢抗弯强度满足要求。
（3）挠度校核：
计算原理与弯矩计算是相同的，但是最大挠度处不一定是某个力的作用点，需要分区段逐点计算，采用有限元算法，可以得到：
x：
最大挠度处到A支座的距离（mm）；
df：
梁内最大挠度计算值（mm）；
x=5412mm
df=25.066mm
按JGJ102-2003相关规定，梁的最大挠度不应该大于L的1/250，即df,lim=43.68mm
df=25.066mm≤df,lim=43.68mm
所以，挠度能满足设计要求！
16幕墙玻璃孔位强度计算
基本参数：
1：
计算点标高：
25m；
2：
分格尺寸：
宽×高=B×H=1875mm×1819mm；
3：
支撑点方式：
四点驳接；
4：
驳接件参数：
驳接爪系列：
220系列驳接爪；
单爪轴向承载力设计值：
6500N；
单爪径向承载力设计值：
2000N；
驳接头系列：
T01，浮头；
单头轴向承载力设计值：
4500N；
单头径向承载力设计值：
2000N；
驳接头尺寸r：
18mm；
驳接头尺寸R：
30mm；
驳接头模型图（示意）为：
16.1玻璃板块荷载：
（1）作用在玻璃上的风荷载及地震作用设计值组合：
根据前面的计算，每个玻璃板块的整体水平荷载设计值组合为：
q=0.001848MPa
（2）玻璃板块自重：
G：
每个玻璃板块自重（N）；
B：
玻璃分格宽（mm）；
H：
玻璃分格高（mm）；
t：
玻璃板块总厚度（mm）；
γg：
玻璃的体积密度（N/mm3）；
G=γgBHt
=0.0000256×1875×1819×12
=1047.744N
16.2孔位强度计算：
点式玻璃的驳接孔位计算采用理论计算方法，按弹性薄板小挠度理论外缘简支的开圆孔板在内缘施加均布荷载的力学模型，参看《建筑结构静力计算手册》第二版P199简图及P211页第15项公式进行计算！
σ：
玻璃在组合荷载作用下的孔边最大应力设计值（MPa）；
K：
孔边应力弯矩系数，参《建筑结构静力计算手册》第二版P211页第15项公式；
K=1/2（1+μ）[（1-μ）/（1+μ）-（1+ρ2）/（1-β2）lnβ-lnρ]
q：
每个玻璃板块的整体水平荷载设计值组合（MPa）：
n：
每个玻璃板块的连接点数；
te：
玻璃的厚度，组合结构取等效厚度；
计算弯矩系数公式中的变量：
μ为玻璃的泊松比，取0.2；
β＝r/R
ρ＝x/R，最大弯矩点x=r即：
β＝ρ；
K=1/2（1+μ）[（1-μ）/（1+μ）-（1+ρ2）/（1-β2）lnβ-lnρ]
=1.3578
σ=3KqBH/nπte2
=3×1.3578×0.001848×1875×1819/4/π/122
=14.188MPa
以上计算用于浮头铰接结构，如果是沉头铰接则孔位强度计算值是上面计算结果的2倍；
本例为浮头结构，所以孔位应力为：
σ＝14.188MPa
14.188MPa≤84MPa（玻璃的强度设计值）
所以玻璃孔位强度满足结构要求！
16.3驳接爪的选择：
本设计选用的驳接爪：
驳接爪系列：
220系列驳接爪；
单爪轴向承载力设计值：
6500N；
单爪径向承载力设计值：
2000N；
（1）单爪轴向实际承载力计算：
N1：
单爪轴向实际承载力（N）；
q：
每个玻璃板块的整体水平荷载设计值组合（MPa）；
B：
玻璃分格宽（mm）；
H：
玻璃分格高（mm）；
β：
单个驳接爪承受的玻璃板块荷载比例；
N1=βqBH
=1×0.001848×1875×1819
=6302.835N
（2）单爪径向实际承载力计算：
N2：
单爪径向实际承载力（N）；
G：
每个玻璃板块自重（N）；
β：
单个驳接爪承受的玻璃板块荷载比例；
N2=βG
=1×1047.744
=1047.744N
N1=6302.835N≤6500N
N2=1047.744N≤2000N
所以，选用的驳接爪满足计算要求!
16.4驳接头的选择：
本设计选用的驳接头：
驳接头系列：
T01，浮头；
单头轴向承载力设计值：
4500N；
单头径向承载力设计值：
2000N；
（1）单头轴向实际承载力计算：
N3：
单头轴向实际承载力（N）；
q：
每个玻璃板块的整体水平荷载设计值组合（MPa）；
B：
玻璃分格宽（mm）；
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