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玻璃幕墙设计计算书

xxxx置业有限公司

xxxxx2＃住宅楼幕墙工程

130系列玻璃幕墙设计计算书

基本参数:

济南地区基本风压0.450kN/m2

抗震设防烈度6度设计基本地震加速度0.05g

Ⅰ.设计依据:

《建筑结构可靠度设计统一标准》GB50068-2001

《建筑结构荷载规范》GB50009-2001

《建筑抗震设计规范》GB50011-2001

《混凝土结构设计规范》GB50010-2002

《钢结构设计规范》GB50017-2003

《混凝土结构后锚固技术规程》JGJ145-2004

《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003

《金属与石材幕墙工程技术规范》JGJ133-2001

《建筑幕墙》JG3035-1996

《玻璃幕墙工程质量检验标准》JGJ/T139-2001

《铝合金建筑型材基材》GB/T5237.1-2004

《铝合金建筑型材阳极氧化、着色型材》GB5237.2-2004

《紧固件机械性能螺栓、螺钉和螺柱》GB3098.1-2000

《紧固件机械性能螺母粗牙螺纹》GB3098.2-2000

《紧固件机械性能自攻螺钉》GB3098.5-2000

《紧固件机械性能不锈钢螺栓、螺钉和螺柱》GB3098.6-2000

《紧固件机械性能不锈钢螺母》GB3098.15-2000

《浮法玻璃》GB11614-1999

《钢化玻璃》GB/T9963-1998

《幕墙用钢化玻璃与半钢化玻璃》GB17841-1999

《建筑结构静力计算手册（第二版）》

《BKCADPM集成系统（BKCADPM2006版）》

Ⅱ.基本计算公式:

（1）.场地类别划分:

地面粗糙度可分为A、B、C、D四类：

--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。

本工程为：

xxxxxxx，按B类地区计算风荷载。

（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规定采用

风荷载计算公式:

Wk=βgz×μs×μz×W0（7.1.1-2）

其中:

Wk---垂直作用在幕墙表面上的风荷载标准值（kN/m2）；

βgz---高度Z处的阵风系数,按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001第7.5.1条取定。

根据不同场地类型,按以下公式计算:

βgz=K（1+2μf）

其中K为地区粗糙度调整系数，μf为脉动系数。

经化简，得：

A类场地:

βgz=0.92×[1+35-0.072×（Z/10）-0.12]

B类场地:

βgz=0.89×[1+（Z/10）-0.16]

C类场地:

βgz=0.85×[1+350.108×（Z/10）-0.22]

D类场地:

βgz=0.80×[1+350.252×（Z/10）-0.30]

μz---风压高度变化系数,按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001第7.2.1条取定。

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

B类场地:

μz=1.000×（Z/10）0.32

C类场地:

μz=0.616×（Z/10）0.44

D类场地:

μz=0.318×（Z/10）0.60

本工程属于B类地区,故μz=（Z/10）0.32

μs---风荷载体型系数,按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001第7.3.3条取为：

-1.2

W0---基本风压,按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001附表D.4给出的50年一遇的风压采用，但不得小于0.3kN/m2，济南地区取为0.450kN/m2

（3）.地震作用计算:

qEAk=βE×αmax×GAK

其中:

qEAk---水平地震作用标准值

βE---动力放大系数,按5.0取定

αmax---水平地震影响系数最大值，按相应抗震设防烈度和设计基本地震加速度取定:

αmax选择可按JGJ102-2003中的表5.3.4进行。

表5.3.4水平地震影响系数最大值αmax

抗震设防烈度

6度

7度

8度

αmax

0.04

0.08（0.12）

0.16（0.24）

注:

7、8度时括号内数值分别用于设计基本地震速度为0.15g和0.30g的地区。

设计基本地震加速度为0.05g，抗震设防烈度6度：

αmax=0.04

设计基本地震加速度为0.10g，抗震设防烈度7度：

αmax=0.08

设计基本地震加速度为0.15g，抗震设防烈度7度：

αmax=0.12

设计基本地震加速度为0.20g，抗震设防烈度8度：

αmax=0.16

设计基本地震加速度为0.30g，抗震设防烈度8度：

αmax=0.24

设计基本地震加速度为0.40g，抗震设防烈度9度：

αmax=0.32

济南设计基本地震加速度为0.05g，抗震设防烈度为6度，故取αmax=0.04

GAK---幕墙构件的自重（N/m2）

（4）.作用效应组合:

一般规定，幕墙结构构件应按下列规定验算承载力和挠度：

a.无地震作用效应组合时，承载力应符合下式要求：

γ0S≤R

b.有地震作用效应组合时，承载力应符合下式要求：

SE≤R/γRE

式中S---荷载效应按基本组合的设计值；

SE---地震作用效应和其他荷载效应按基本组合的设计值；

R---构件抗力设计值；

γ0----结构构件重要性系数，应取不小于1.0；

γRE----结构构件承载力抗震调整系数，应取1.0；

c.挠度应符合下式要求：

df≤df,lim

df---构件在风荷载标准值或永久荷载标准值作用下产生的挠度值；

df,lim---构件挠度限值；

d.双向受弯的杆件，两个方向的挠度应分别符合df≤df,lim的规定。

幕墙构件承载力极限状态设计时，其作用效应的组合应符合下列规定：

1有地震作用效应组合时，应按下式进行：

S=γGSGK+γwψwSWK+γEψESEK

2无地震作用效应组合时，应按下式进行：

S=γGSGK+ψwγwSWK

S---作用效应组合的设计值；

SGk---永久荷载效应标准值；

SWk---风荷载效应标准值；

SEk---地震作用效应标准值；

γG---永久荷载分项系数；

γW---风荷载分项系数；

γE---地震作用分项系数；

ψW---风荷载的组合值系数；

ψE---地震作用的组合值系数；

进行幕墙构件的承载力设计时，作用分项系数，按下列规定取值：

①一般情况下，永久荷载、风荷载和地震作用的分项系数γG、γW、γE应分别取1.2、1.4和1.3；

②当永久荷载的效应起控制作用时，其分项系数γG应取1.35；此时，参与组合的可变荷载效应仅限于竖向荷载效应；

③当永久荷载的效应对构件利时，其分项系数γG的取值不应大于1.0。

可变作用的组合系数应按下列规定采用：

①一般情况下，风荷载的组合系数ψW应取1.0，地震作用于的组合系数ψE应取0.5。

②对水平倒挂玻璃及框架，可不考虑地震作用效应的组合，风荷载的组合系数ψW应取1.0（永久荷载的效应不起控制作用时）或0.6（永久荷载的效应起控制作用时）。

幕墙构件的挠度验算时，风荷载分项系数γW和永久荷载分项系数均应取1.0，且可不考虑作用效应的组合。

Ⅲ.材料力学性能:

材料力学性能，主要参考JGJ102-2003《玻璃幕墙工程技术规范》。

（1）.玻璃的强度设计值应按表5.2.1的规定采用。

表5.2.1玻璃的强度设计值fg（N/mm2）

种类

厚度（mm）

大面

侧面

普通玻璃

5

28.0

19.5

浮法玻璃

5～12

28.0

19.5

15～19

24.0

17.0

≧20

20.0

14.0

钢化玻璃

5～12

84.0

58.8

15～19

72.0

50.4

≧20

59.0

41.3

注：

1.夹层玻璃和中空玻璃的强度设计值可按所采用的玻璃类型确定；

2.当钢化玻璃的强度标准达不到浮法玻璃强度标准值的3倍时，表中数值应根据实测结果予于调整；

3.半钢化玻璃强度设计值可取浮法玻璃强度设计值的2倍。

当半钢化玻璃的强度标准值达不到浮法玻璃强度标准值的2倍时，其设计值应根据实测结果予于调整；

4.侧面玻璃切割后的断面，其宽度为玻璃厚度。

（2）.铝合金型材的强度设计值应按表5.2.2的规定采用。

表5.2.2铝合金型材的强度设计值fa（N/mm2）

铝合金牌号

状态

壁厚（mm）

强度设计值fa

抗拉、抗压

抗剪

局部承压

6061

T4

不区分

85.5

49.6

133.0

T6

不区分

190.5

110.5

199.0

6063

T5

不区分

85.5

49.6

120.0

T6

不区分

140.0

81.2

161.0

6063A

T5

≦10

124.4

72.2

150.0

〉10

116.6

67.6

141.5

T6

≦10

147.7

85.7

172.0

〉10

140.0

81.2

163.0

（3）.钢材的强度设计值应按现行国家标准《钢结构设计规范》GB50017-2003的规定采用，也可按表5.2.3采用。

表5.2.3钢材的强度设计值fs（N/mm2）

钢材牌号

厚度或直径d（mm）

抗拉、抗压、抗弯

抗剪

端面承压

Q235

d≤16

215

125

325

16＜d≤40

205

120

40＜d≤60

200

115

Q345

d≤16

310

180

400

16＜d≤35

295

170

35＜d≤50

265

155

注：

表中厚度是指计算点的钢材厚度；对轴心受力杆件是指截面中较厚钢板的厚度.

（4）.玻璃幕墙材料的弹性模量可按表5.2.8的规定采用。

表5.2.8材料的弹性模量E（N/mm2）

材料

E

玻璃

0.72ｘ105

铝合金

0.70ｘ105

钢、不锈钢

2.06ｘ105

消除应力的高强钢丝

2.05ｘ105

不锈钢绞线

1.20ｘ105～1.50ｘ105

高强钢绞线

1.95ｘ105

钢丝绳

0.80ｘ105～1.00ｘ105

注：

钢绞线弹性模量可按实测值采用。

（5）.玻璃幕墙材料的泊松比可按表5.2.9的规定采用。

表5.2.9材料的泊松比υ

材料

υ

材料

υ

玻璃

0.20

钢、不锈钢

0.30

铝合金

0.33

高强钢丝、钢绞线

0.30

（6）.玻璃幕墙材料的线膨胀系数可按表5.2.10的规定采用。

表5.2.10材料的线膨胀系数α（1/℃）

材料

α

材料

α

玻璃

0.80×10-5～1.00×10-5

不锈钢板

1.80×10-5

铝合金

2.35×10-5

混凝土

1.00×10-5

铝材

1.20×10-5

砌砖体

0.50×10-5

（7）.玻璃幕墙材料的重力密度标准值可按表5.3.1的规定采用。

表5.3.1材料的重力密度γg（kN/m3）

材料

γg

材料

γg

普通玻璃、夹层玻璃、

钢化玻璃、半钢化玻璃

25.6

矿棉

1.2~1.5

玻璃棉

0.5~1.0

钢材

78.5　

岩棉

0.5~2.5

铝合金

28.0

一、风荷载计算

标高为6.6m处风荷载计算

（1）.风荷载标准值计算:

W0:

基本风压

W0=0.45kN/m2

βgz:

6.6m高处阵风系数（按B类区计算）

βgz=0.89×[1+（Z/10）-0.16]=1.841

μz:

6.6m高处风压高度变化系数（按B类区计算）:

（GB50009-2001）

μz=（Z/10）0.32（B类区，在10米以下按10米计算）

=（10.0/10）0.32=1.000

μs:

风荷载体型系数

μs=-1.20

Wk=βgz×μz×μs×W0（GB50009-2001）

=1.841×1.000×1.2×0.450

=0.994kN/m2

因为Wk≤1.0kN/m2，取Wk=1.0kN/m2，按JGJ102-2003第5.3.2条采用。

（2）.风荷载设计值:

W:

风荷载设计值（kN/m2）

γw:

风荷载作用效应的分项系数：

1.4

按《建筑结构荷载规范》GB50009-20013.2.5规定采用

W=γw×Wk=1.4×1.000=1.400kN/m2

二、玻璃的选用与校核

本处选用玻璃种类为:

钢化玻璃

1.本处采用中空玻璃

玻璃的重力密度为:

25.6（KN/m3）

BT_L中空玻璃内侧玻璃厚度为:

6.0（mm）

BT_w中空玻璃外侧玻璃厚度为:

6.0（mm）

GAK=25.6×（Bt_L+Bt_w）/1000

=25.6×（6.000+6.000）/1000

=0.307kN/m2

2.该处垂直于玻璃平面的分布水平地震作用:

αmax:

水平地震影响系数最大值:

0.040

qEAk:

垂直于玻璃平面的分布水平地震作用（kN/m2）

qEAk=5×αmax×GAK

=5×0.040×0.307

=0.061kN/m2

γE:

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/m2）

qEA=rE×qEAk

=1.3×qEAK

=1.3×0.061

=0.080kN/m2

3.玻璃的强度计算:

内侧玻璃校核依据:

σ≤ｆg=84.000N/mm2

外侧玻璃校核依据:

σ≤ｆg=84.000N/mm2

Wk:

垂直于玻璃平面的风荷载标准值（N/mm2）

qEAk:

垂直于玻璃平面的地震作用标准值（N/mm2）

σWk:

在垂直于玻璃平面的风荷载作用下玻璃截面的最大应力标准值（N/mm2）

σEk:

在垂直于玻璃平面的地震作用下玻璃截面的最大应力标准值（N/mm2）

θ:

参数

η:

折减系数，可由参数θ按JGJ102-2003表6.1.2-2采用

表6.1.2-2折减系数η

θ

≤5.0

10.0

20.0

40.0

60.0

80.0

100.0

η

1.00

0.96

0.92

0.84

0.78

0.73

0.68

θ

120.0

150.0

200.0

250.0

300.0

350.0

≥400.0

η

0.65

0.61

0.57

0.54

0.52

0.51

0.50

a:

玻璃短边边长:

825.0mm

b:

玻璃长边边长:

1560.0mm

BT_L中空玻璃内侧玻璃厚度为:

6.000（mm）

BT_w中空玻璃外侧玻璃厚度为:

6.000（mm）

m:

玻璃板的弯矩系数,按边长比a/b查

表6.1.2-1得:

0.0962

表6.1.2-1四边支承玻璃板的弯矩系数m

a/b

0.00

0.25

0.33

0.40

0.50

0.55

0.60

0.65

m

0.1250

0.1230

0.1180

0.1115

0.1000

0.0934

0.0868

0.0804

a/b

0.70

0.75

0.80

0.85

0.90

0.95

1.00

m

0.0742

0.0683

0.0628

0.0576

0.0528

0.0483

0.0442

Wk1中空玻璃分配到外侧玻璃的风荷载标准值（N/mm2）

Wk2中空玻璃分配到内侧玻璃的风荷载标准值（N/mm2）

qEk1中空玻璃分配到外侧玻璃的地震作用标准值（N/mm2）

qEk2中空玻璃分配到内侧玻璃的地震作用标准值（N/mm2）

Wk1=1.1×Wk×BT_w3/（BT_w3+BT_L3）=0.550（kN/m2）

Wk2=Wk×BT_L3/（BT_w3+BT_L3）=0.500（kN/m2）

qEk1=0.031（kN/m2）

qEk2=0.031（kN/m2）

在垂直于玻璃平面的风荷载和地震作用下玻璃截面的最大应力标准值计算（N/mm2）

在风荷载作用下外侧玻璃参数θ=（Wk1+0.5×qEK1）×a4/（E×t4）

=2.81

η:

折减系数，按θ=2.81

查JGJ102-20036.1.2-2表得:

η=1.00

在风荷载作用下外侧玻璃最大应力标准值σWk=6×m×Wk1×a2×η/t2

=6.000N/mm2

在地震作用下外侧玻璃参数θ=（Wk1+0.5×qEK1）×a4/（E×t4）

=2.81

η:

折减系数，按θ=2.81

查6.1.2-2表得:

1.00

在地震作用下外侧玻璃最大应力标准值σEk=6×m×qEk1×a2×η/t2

=0.335N/mm2

σ:

外侧玻璃所受应力:

采用SW+0.5SE组合:

σ=1.4×σWK+0.5×1.3×σEK

=1.4×6.000+0.5×1.3×0.335

=8.617N/mm2

在风荷载作用下内侧玻璃参数θ=（Wk2+0.5×qEK2）×a4/（E×t4）

=2.56

η:

折减系数，按θ=2.56

查JGJ102-20036.1.2-2表得:

η=1.00

在风荷载作用下内侧玻璃最大应力标准值σWk=6×m×Wk2×a2×η/t2

=5.454N/mm2

在地震作用下内侧玻璃参数θ=（Wk2+0.5×qEK2）×a4/（E×t4）

=2.56

η:

折减系数，按θ=2.56

查6.1.2-2表得:

η=1.00

在地震作用下内侧玻璃最大应力标准值σEk=6×m×qEk2×a2×η/t2

=0.335N/mm2

σ:

内侧玻璃所受应力:

采用SW+0.5SE组合:

σ=1.4×σWK+0.5×1.3×σEK

=1.4×5.454+0.5×1.3×0.335

=7.854N/mm2

外侧玻璃最大应力设计值σ=8.617N/mm2<ｆg=84.000N/mm2

内侧玻璃最大应力设计值σ=7.854N/mm2<ｆg=84.000N/mm2

中空玻璃强度满足要求!

4.玻璃的挠度计算:

df:

在风荷载标准值作用下挠度最大值（mm）

D:

玻璃的刚度（N.mm）

te:

玻璃等效厚度0.95×（Bt_L3+Bt_w3）^（1/3）=7.2mm

ν:

泊松比，按JGJ102-20035.2.9条采用，取值为0.20

表5.2.9材料的泊松比υ

材料

υ

材料

υ

玻璃

0.20

钢、不锈钢

0.30

铝合金

0.33

高强钢丝、钢绞线

0.30

μ:

挠度系数:

按JGJ102-2003表6.1.3采用μ=0.00971

表6.1.3四边支承板的挠度系数μ

a/b

0.00

0.20

0.25

0.33

0.50

μ

0.01302

0.01297

0.01282

0.01223

0.01013

a/b

0.55

0.60

0.65

0.70

0.75

μ

0.00940

0.00867

0.00796

0.00727

0.00663

a/b

0.80

0.85

0.90

0.95

1.00

μ

0.00603

0.00547

0.00496

0.00449

0.00406

θ=Wk×a4/（E×te4）

=2.42

η:

折减系数，按θ=2.42

查JGJ102-20036.1.2-2表得:

η=1.00

D=（E×te3）/12（1-ν2）

=2314912.52（N.mm）

df=μ×Wk×a4×η/D

=1.9（mm）

df/a<1/60

玻璃的挠度满足!

三、幕墙立柱计算:

幕墙立柱按简支梁力学模型进行设计计算：

1.荷载计算:

（1）风荷载均布线荷载设计值（矩形分布）计算

qw:

风荷载均布线荷载设计值（kN/m）

W:

风荷载设计值:

1.400kN/m2

B:

幕墙分格宽:

1.560m

qw=W×B

=1.400×1.560

=2.184kN/m

（2）地震荷载计算

qEA:

地震作用设计值（KN/m2）:

GAk:

玻璃幕墙构件（包括玻璃和框）的平均自重:

500N/m2

垂直于幕墙平面的均布水平地震作用标准值:

qEAk:

垂直于幕墙平面的均布水平地震作用标准值（kN/m2）

qEAk=5×αmax×GAk

=5×0.040×500.000/1000

=0.100kN/m2

γE:

幕墙地震作用分项系数:

1.3

qEA=1.3×qEAk

=1.3×0.100

=0.130kN/m2

qE：

水平地震作用均布线作用设计值（矩形分布）

qE=qEA×B

=0.130×1.560

=0.203kN/m

（3）立柱弯矩:

立柱的受力如图所示。

Mw:

风荷载作用下立柱弯矩（kN.m）

qw:

风荷载均布线荷载设计值:

2.184（kN/m）

Hsjcg:

立柱计算跨度:

3.000m

Mw=qw×Hsjcg2/8

=2.184×3.0002/8

=2.457kN·m

ME:

地震作用下立柱弯矩（kN·m）:

ME=qE×Hsjcg2/8

=0.203×3.0002/8

=0.228kN·m

M:

幕墙立柱在风荷载和地震作用下产生弯矩（kN·m）

采用SW+0.5SE组合

M=Mw+0.5×ME

=2.457+0.5×0.228

=2.571kN·m

2.选用立柱型材的截面特性:

立柱型材号:

XC1\130LZ

选用的立柱材料牌号:

6063T5

型材强度设计值:

抗拉、抗压85.500N/mm2抗剪49.6N/mm2

型材弹性模量:

E=0.70×105N/mm2

X轴惯性矩:

Ix=209.291cm4

Y轴惯性矩:

Iy=63.046cm4

立柱型材在弯矩作用方向净截面抵抗矩:

Wn=29.438cm3

立柱型材净截面积:

An=12.453cm2

立柱型材截面垂直于X轴腹板的截面总宽度:

LT_x=6.000mm

立柱型材计算剪