玻璃幕墙设计计算书.docx
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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(JGJ102-2003)
1.1.2建筑结构荷载规范(GB50009-2001)
1.1.3钢结构设计规范(GB50017-2003)
1.1.4混凝土结构设计规范(GB50010-2002)
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(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=.358
2.1.4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:
α=.00001
泊松比:
ν=.2
重力密度:
γg=25.6(kN/m3)
2.2幕墙龙骨材质选择:
铝合金6063-T5
2.2.1铝型材的强度设计值:
抗拉、压强度设计值fat=85.5(MPa)
抗剪强度设计值fav=49.6(MPa)
局部承压强度设计值fac=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:
αa=.0000235
重力密度:
γa=28(kN/m3)
2.2.3铝合金立柱和横梁的挠度控制:
相对挠度:
≤1/180
3.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×γ/1000=.205(kPa)
gk00g
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×qgk0
qgak=0.2×qgk0=.041(kPa)
3.1.1.3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:
w0=0.75(kPa)(50年一遇)
3.1.2.2风荷载体形系数:
μs=1.2
3.1.2.3风荷载高度系数:
μz=.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:
βz=2.049
3.1.2.5结构重要性系数:
γ=1
3.1.2.6风荷载标准值:
wk=γβzμzμsw0=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:
0.10g
3.1.3.2地震影响系数最大值:
αmax=.08
3.1.3.3地震动力放大系数:
βe=5
3.1.3.4垂直于玻璃幕墙平面的分布水平地震作用标准值:
q=βαq=.098(kPa)
ekemaxgk
4.幕墙计算:
幕墙类型:
隐框
幕墙与水平面的夹角:
α=90°
4.1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
σ=6mwa2/t2=27.21(MPa)
wkk
4.1.1.2在地震作用标准值作用下,玻璃板中部的应力:
σek=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η:
由θ=(wk+0.5qek)a4/(Egt4)=16.3
查得玻璃板的应力折减系数:
η=.935
4.1.1.4玻璃板中部的组合应力:
σ=η(wψγwσwk+ψeγeσek)
=36.81(MPa)
其中:
η:
应力折减系数=.935
γ:
风荷载分项系数=1.4
w
γ:
地震作用分项系数=1.3
e
ψw:
风荷载组合值系数=1.0
ψ:
地震作用组合值系数=0.5
e
4.1.2玻璃刚度计算:
玻璃板中部的挠度:
4
u=η(μwa)/D=16.2(mm)
k
<玻璃板短边边长的1/60=22.7(mm)(满足)
其中:
η:
挠度折减系数
由θ=wka4/(Egt4)=15.8,查得:
η=.937
μ:
四边简支玻璃板的挠度系数
由a/b=.358,查得:
μ=.01189
D:
玻璃板的刚度
32
D=Egt/[12×(1-ν)]=3200000(Nmm)·
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:
f2=.01(MPa)
4.2.1.1在风荷载和水平地震作用下,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)
4.2.2硅酮结构密封胶粘接厚度计算:
1/2
ts=us/[δ(2+δ=13)].4(mm)
其中:
us--幕墙玻璃相对于铝框的位移,us=θhk=6.91(mm)
θ--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:
θ=1/550(rad)
hk--玻璃面板高度,hk=3800(mm)
δ--硅酮结构密封胶变位承受能力,δ=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)
Iay=731313(mm4)
截面抵抗矩
:
Wax=9779(mm3)
Way=1875(mm3)
截面面积:
Aa=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:
Mwk=qwkbk2/12=.29(kNm)·
跨内最大剪力:
Vwk=qwkbk/4=.63(kN)
跨中最大挠度:
uwk=qwkbk4/(120EaIay)=1.03(mm)
4.3.1.1.2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:
Mek=qekxbk2/12=.021(kNm)·
跨内最大剪力:
Vek=qekxbk/4=.05(kN)
跨中最大挠度:
uek=qekxbk4/(120EaIay)=.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=qgkhkbksinα/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:
Mgky=Pgkybd=.095(kNm)·
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:
32
ugky=Pgkyαbk(3-4α)/(24EaIax)=.75(mm)
其中:
α=bd/bk=.11
bd--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抗剪强度验算:
横梁水平方向(x轴)的剪力组合设计值:
Vx=ψwγwVwk+ψeγeVek=.91(kN)
横梁竖直方向(y轴)的剪力组合设计值:
V=γV=.76(kN)
yggky
其中:
γg--永久荷载分项系数,γg=1.2
γ--风荷载分项系数,γ=1.4
ww
γe--地震作用分项系数,γe=1.3
ψw--风荷载组合值系数,ψw=1.0
ψe--地震作用组合值系数,ψe=0.5
验算:
横梁竖直方向(y轴):
Vy(by2ty/8+bxbytx/4)/(Iaxty)
=3.5(MPa)
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)
Iax--截面绕x轴的毛截面惯性矩,Iax=410715(mm4)
横梁水平方向(x轴):
Vx(bx2tx/8+bxbyty/4)/(Iaytx)
=2.42(MPa)
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)
Iay--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=24.33≤50(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=23.33≤50(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)
在重力荷载标准值作用下,横梁的挠度:
ugky
=.75(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)
Way=40146(mm3)
截面面积
:
Aa=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4-3:
附图4-3
线载集度:
qwk=wkbk=1.85(kN/m)
跨中最大弯矩:
Mwk=qwkL2/8=3.34(kNm)·
跨中最大挠度:
uwk=5qwkL4/(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:
Mek=qlekL2/8=.23(kNm)·
跨中最大挠度:
uek=5qlekL4/(384EaIax)=.8(mm)
4.3.2.1.3在重力荷载标准值作用下,立柱的内力:
立柱的承重方式为上端悬挂。
重力荷载产生的轴力为拉力。
轴力:
Ngk=qgkbkLsinα=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=γgNgk=1.52(kN)
立柱的弯矩组合设计值:
M=ψwγwMwk+ψeγeMek=4.83(kNm)·
其中:
γg--永久荷载分项系数,γg=1.2
γw--风荷载分项系数,γw=1.4
γe--地震作用分项系数,γe=1.3
ψ--风荷载组合值系数,ψ=1.0
ww
ψe--地震作用组合值系数,ψe=0.5
验算:
N/Aa+M/(γWax)
=54.19(MPa)
其中:
Aa--立柱的净截面面积,Aa=1927(mm2)
Wax--截面绕x轴的净截面抵抗矩,Wax=86147(mm3)
γ--塑性发展系数,γ=1.05
fat--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的设计承载力:
抗拉承载力设计值:
Ntb=14(kN)
双剪抗剪承载力设计值:
Nvb=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=βeαmaxFgk=.64(kN)
其中:
βe、αmax意义同前。
垂直剪力设计值:
Vmax=1.2Fgk=1.91(kN)
水平剪力设计值:
Vw=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=(Vw2+Vmax2)1/2/2
=5.26(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)
5.2.1拉应力:
σl=(Vw/2)/Aj=6.46(MPa)
其中:
Aj为一支角码的受拉截面积
Aj=b3×tb=800(mm2)
5.2.2弯曲应力:
σm=M1/Wj=10.5(MPa)
其中:
M1为一支角码承受的弯矩
M1=(Vmax/2)×hb=.14(kNm)·
M为预埋件承受的弯矩
M=2M1=.28(kNm)·
Wj为一支角码的截面抵抗矩
Wj=tbb32/6=13333(mm3)
5.2.3剪应力:
τ=(V/2)/A=1.19(MPa)
maxj
5.2.4折算应力验算:
2
2
1/2
[(σl+σm)
+3τ]
=17.08(MPa)
角码可靠。
其中:
f为选用钢材的强度设计值,对Q235钢:
f=215(MPa)
6.埋件计算:
6.1埋件编号:
01
6.2.埋件承受的作用:
剪力设计值:
V=Vmax=1.91(kN)
法向拉力设计值:
N=Vw=10.34(kN)
弯矩设计值:
M=.28(kN·m)
6.3.锚筋材料选择:
6.3.1锚筋种类:
HPB235(Q235)
6.3.2锚筋抗拉强度设计值fy=210(MPa)
6.4.混凝土强度等级选择:
6.4.1
混凝土强度等级:
C30
6.4.2
混凝土轴心抗压强度设计值
fc=14.3(MPa)
6.4.3
混凝土轴心抗拉强度设计值
ft=1.43(MPa)
6.5埋件尺寸:
6.5.1锚筋直径d=12(mm)
6.5.2锚板厚度t=10(mm)
6.5.3锚筋层数u1=2
6.5.4锚筋列数u=2
6.5.5锚筋层间距b1=100(mm)
6.5.6锚筋列间距b=100(mm)
6.6锚筋验算:
6.6.1按剪、拉、弯计算锚筋面积:
As=V/(aravfy)+N/(0.8abfy)+M/(1.3arabfyz)=101.9(mm2)
6.6.2按拉、弯计算锚筋面积:
As=N/(0.8abfy)+M/(0.4arabfyz)=117.4(mm2)
其中:
αr--锚筋层数的影响系数
锚筋层数为2时,αr=1
αv--锚筋的受剪承载力系数
α=(4-0.08d)(f×/f)1/2=.7
vcy
(当αv>0.7时,取αv=0.7)
α--锚筋的弯曲变形折减系数
b
αb=0.6+0.25t/d=.808
z--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:
A
π
2×u×u=452.4(mm2)
s0=
(d/2)1
As0≥As,埋件安全。
6.7锚筋长度计算:
锚筋锚固长度不应小于:
la=α×y/f(ft)×d=282(mm)
其中:
α--锚筋的外形系数
HPB235级钢筋为光面钢筋,α=0.16
光面钢筋末端应做180°弯钩,弯后平直段长度≥36(mm)。