铝单板幕墙设计计算书.docx
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铝单板幕墙设计计算书
铝单板幕墙设计计算书
Ⅰ.设计依据:
《建筑幕墙》GB/T21086-2007
《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
《玻璃幕墙工程质量检验标准》JGJ/T139-2001
《建筑结构可靠度设计统一标准》GB50068-2001
《民用建筑设计通则》GB50352-2005
《建筑设计防火规范》GB50016-2006
《高层民用建筑设计防火规范》GB50045-95（2005年版）
《建筑物防雷设计规范》GB50057-94（2000年版）
《建筑结构可靠度设计统一标准》GB50068-2001
《中国地震动参数区划图》GB18306-2000
《建筑制图标准》GB/T50104-2001
《建筑结构荷载规范》GB50009-2001（2006年版）
《建筑抗震设计规范》GB50011-2010
《混凝土结构设计规范》GB50010-2002
《钢结构设计规范》GB50017-2003
《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB50018-2002
《建筑幕墙平面内变形性能检测方法》GB/T18250-2000
《建筑幕墙抗震性能振动台试验方法》GB/T18575-2001
《高耐候结构钢》GB/T4171-2000
《焊接结构用耐候钢》GB/T4172-2000
《不锈钢和耐热钢牌号及化学成分》GB/T20878-2007
《铝合金建筑型材第1部分：
基材》GB/T
《铝合金建筑型材第2部分：
阳极氧化、着色型材》GB/T
《一般工业用铝及铝合金板、带材第1部分一般要求》GB/T
《一般工业用铝及铝合金板、带材第2部分力学性能》GB/T
《一般工业用铝及铝合金板、带材第1部分尺寸偏差》GB/T
《紧固件机械性能螺栓、螺钉和螺柱》GB
《紧固件机械性能螺母粗牙螺纹》GB
《紧固件机械性能螺母细牙螺纹》GB
《紧固件机械性能自攻螺钉》GB
《紧固件机械性能不锈钢螺栓、螺钉、螺柱》GB
《紧固件机械性能不锈钢螺母》GB
《螺纹紧固件应力截面积和承载面积》GB/T
《铝板幕墙板基》YS/
《铝板幕墙氟碳喷漆铝单板》YS/
《铝塑复合板》GB/T17748-1999
《铝塑复合板用铝带》YS/T432-2000
《建筑用铝型材、铝板氟碳涂层》JG133-2000
《混凝土结构后锚固技术规程》JGJ145-2004
《混凝土用膨胀型、扩孔型锚栓》JG160-2004
《混凝土接缝用密封胶》JC/T881-2001
《建筑结构静力计算手册（第二版）》
《BKCADPM集成系统（BKCADPM2007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：
山东，按C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（2006年版）规定采用，垂直于建筑物表面上的风荷载标准值，应按下述公式计算：
1当计算主要承重结构时
Wk=βzμsμzW0（GB50009）
2当计算围护结构时
Wk=βgzμs1μzW0（GB50009）
式中：
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=×[1+×（Z/10）]
B类场地:
βgz=×[1+（Z/10）]
C类场地:
βgz=×[1+×（Z/10）]
D类场地:
βgz=×[1+×（Z/10）]
μz---风压高度变化系数,按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001第条取定。
根据不同场地类型,按以下公式计算:
A类场地:
μz=×（Z/10）
B类场地:
μz=×（Z/10）
C类场地:
μz=×（Z/10）
D类场地:
μz=×（Z/10）
按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001（2006年版）第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.正压区按表采用；
2.负压区
—对墙面，取
—对墙角边，取
二、内表面
对封闭式建筑物，按表面风压的正负情况取或。
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，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
本工程属于B类地区,故μz=（Z/10）
W0---基本风压,按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001附表给出的50年一遇的风压采用，但不得小于m2，山东地区取为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中的表进行。
表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
注:
7、8度时括号内数值分别用于设计基本地震速度为和的地区。
设计基本地震加速度为，抗震设防烈度6度：
αmax=
设计基本地震加速度为，抗震设防烈度7度：
αmax=
设计基本地震加速度为，抗震设防烈度7度：
αmax=
设计基本地震加速度为，抗震设防烈度8度：
αmax=
设计基本地震加速度为，抗震设防烈度8度：
αmax=
设计基本地震加速度为，抗震设防烈度9度：
αmax=
山东设计基本地震加速度为，抗震设防烈度为8度，故取αmax=
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；
γRE----结构构件承载力抗震调整系数，应取；
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、和；
②当永久荷载的效应起控制作用时，其分项系数γG应取；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。
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，地震作用于的组合系数ψE应取。
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（永久荷载的效应不起控制作用时）或（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，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）.铝合金型材的强度设计值应按表的规定采用。
表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
T6
不区分
6063
T5
不区分
T6
不区分
6063A
T5
≦10
〉10
T6
≦10
〉10
（2）.单层铝板的强度设计值应按表的规定采用。
表单层铝板强度设计值（N/mm2）
牌号
合金状态
σ
抗拉强度ftαl
抗剪强度fναl
1060
H14、H24、H44
65
51
29
1050
H14、H24、H44
75
58
34
H48
120
93
54
1100
H14、H24、H44
95
74
43
3003
H16、H26
145
113
65
H14、H24、H44
115
89
52
3004
0
60
47
27
H42
140
109
63
H14、H24
170
132
76
3005
H42
95
74
43
H14、H24、H44
135
105
61
H46
160
124
72
3105
H25
130
101
58
5005
H14、H24、H44
115
89
52
H42
90
70
40
5052
0
65
51
29
H42
130
101
58
H44
175
136
79
5754
0
80
62
36
H42
140
109
63
H14、H24、H44
160
124
72
H16、H26、H46
190
148
85
（3）.热轧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，也可按表采用。
表热轧钢材的强度设计值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）.冷成型薄壁型钢的钢材的强度设计值应按现行国家标准《钢结构设计规范》GB50018-2002的规定，可按表采用。
表b冷成型薄壁型钢的强度设计值
钢材牌号
抗拉、抗压、抗弯fts
抗剪fvs
端面承压（磨平顶紧）fcs
Q235
205
120
310
Q345
300
175
400
（5）.不锈钢型材和棒材的强度设计值可按表采用。
表不锈钢型材和棒材的强度设计值
牌号
σ
抗拉强度fts1
抗剪强度fvs1
端面承压强度fcs1
06Cr19Ni10
S30408
205
178
104
246
06Cr19Ni10N
S30458
275
239
139
330
022Cr19Ni10
S30403
175
152
88
210
022Cr19Ni10N
S30453
245
213
124
294
06Cr17Ni12Mo2
S31608
205
178
104
246
06Cr17Ni12Mo2N
S31658
275
239
139
330
022Cr17Ni12Mo2
S31603
175
152
88
210
022Cr17Ni12Mo2N
S31653
245
213
124
294
（6）.玻璃幕墙材料的弹性模量可按表的规定采用。
表材料的弹性模量E（N/mm2）
材料
E
玻璃
ｘ105
铝合金
ｘ105
钢、不锈钢
ｘ105
消除应力的高强钢丝
ｘ105
不锈钢绞线
ｘ105～ｘ105
高强钢绞线
ｘ105
钢丝绳
ｘ105～ｘ105
注：
钢绞线弹性模量可按实测值采用。
（7）.玻璃幕墙材料的泊松比可按表的规定采用。
表材料的泊松比υ
材料
υ
材料
υ
玻璃
钢、不锈钢
铝合金
高强钢丝、钢绞线
（8）.玻璃幕墙材料的线膨胀系数可按表的规定采用。
表材料的线膨胀系数α（1/℃）
材料
α
材料
α
玻璃
×10-5～×10-5
不锈钢板
×10-5
钢材
×10-5
混凝土
×10-5
铝材
×10-5
砌砖体
×10-5
（9）.玻璃幕墙材料的重力密度标准值可按表的规定采用。
表材料的重力密度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
矿棉
~
玻璃棉
~
钢材
岩棉
~
铝合金
一、风荷载计算
标高为处风荷载计算
W0:
基本风压
W0=kN/m2
βgz:
高处阵风系数（按B类区计算）
βgz=×[1+（Z/10）]=
μz:
高处风压高度变化系数（按B类区计算）:
（GB50009-2001）（2006年版）
μz=（Z/10）
=10）=
μsl:
局部风压体型系数（墙面区）
板块（第1处）
×=
该处从属面积为：
μsl（A）=μsl
（1）+[μsl（10）-μsl
（1）]×log（A）
=-{+[×=
μsl=+=
该处局部风压体型系数μsl=
风荷载标准值:
Wk=βgz×μz×μsl×W0（GB50009-2001）（2006年版）
=×××
=kN/m2
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：
按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001规定采用
W=γw×Wk=×=m2
二、D板强度校核:
校核依据：
σ=M/W=6×m×q×L2×η/t2≤fa=mm2
Lx:
宽度:
Ly:
高度:
L:
D板短边边长度:
t:
金属板厚度:
m1:
跨中弯矩系数,按短边与长边的边长比=
查表得:
mx:
固端弯矩系数,按短边与长边的边长比=
查表得:
my:
固端弯矩系数,按短边与长边的边长比=
查表得:
Wk:
风荷载标准值:
m2
垂直于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（kN/m2）
qEAk=5×αmax×GAK
=5××1000
=m2
荷载设计值为：
q=×Wk+××qEAk
=m2
θ=（Wk+×qEAk）×L4×109/Et4
=
η:
折减系数，按θ=
查表得:
板所受最大弯矩应力值为:
σ=6×m1×q×L2×103×η/t2
=mm2
mm2≤mm2强度可以满足要求
板挠度校核:
校核依据:
ｆ/L≤1/100
f1:
挠度系数,按短边与长边的边长比=
查表得:
L:
短边边长:
t:
板厚度:
E:
弹性模量:
mm2
v:
泊松比:
D:
板弯曲刚度:
D=E×t3/12/（1-v2）/100000
=
板挠度:
U=104×f1×Wk×L4×η/D
=
板挠度与边长比值:
Du=U/L/1000
=
≤1/100板挠度可以满足要求
三、E板强度校核:
校核依据：
σ=M/W=6×m×q×L2×η/t2≤fa=mm2
Lx:
E板宽度:
Ly:
E板高度:
L:
E板短边长:
t:
金属板厚度:
Wk:
风荷载标准值:
m2
垂直于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（kN/m2）
qEAk=5×αmax×GAK
=5××1000
=m2
荷载设计值为：
q=×Wk+××qEAk
=m2
m1:
跨中弯矩系数,按短边与长边的边长比=
查表得:
mx:
固端弯矩系数,按短边与长边的边长比=
查表得:
my:
固端弯矩系数,按短边与长边的边长比=
查表得:
θ=（Wk+×qEAk）×L4×109/Et4
=
η:
折减系数，按θ=
查表得:
E板所受的最大弯矩应力值为:
σ=6×m1×q×L2×103×η/t2
=mm2
mm2≤mm2强度可以满足要求
E板挠度校核:
校核依据:
ｆ/L≤1/100
f1:
挠度系数,按短边与长边的边长比=
查表得:
Lx:
E板宽度:
Ly:
E板高度:
L:
E板短边长:
t:
板厚度:
E:
弹性模量:
mm2
v:
泊松比:
D:
板弯曲刚度:
D=E×t3/12/（1-v2）/100000
=
板挠度:
U=104×f1×WK×L4×η/D
=
板挠度与边长比值:
Du=U/L/1000
=
≤1/100E板挠度可以满足要求
四、F板强度校核:
校核依据：
σ=M/W=6×m×q×L2×η/t2≤fa=mm2
Lx:
宽度:
Ly:
高度:
L:
短边长:
t:
金属板厚度:
m1:
跨中弯矩系数,按短边与长边的边长比=
查表得:
mx:
固端弯矩系数,按短边与长边的边长比=
查表得:
my:
固端弯矩系数,按短边与长边的边长比=
查表得:
Wk:
风荷载标准值:
m2
垂直于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（kN/m2）
qEAk=5×αmax×GAK
=5××1000
=m2
荷载设计值为：
q=×Wk+××qEAk
=m2
θ=（Wk+×qEAk）×L4×109/Et4
=
η:
折减系数，按θ=
查表得:
板所受的最大截面弯矩应力值为:
σ=6×m1×q×L2×103×η/t2
=mm2
mm2≤mm2强度可以满足要求
板挠度校核:
校核依据:
ｆ/L≤1/100
f1:
挠度系数,按短边与长边的边长比=
查表得:
Lx:
短边边长:
t:
板厚度:
E:
弹性模量:
mm2
v:
泊松比:
D:
板弯曲刚度:
D=E×t3/12/（1-v2）/100000
=
板挠度:
U=104×f1×Wk×L4×η/D
=
板挠度与边长比值:
Du=U/L/1000
=
≤1/100板挠度可以满足要求
五、支座处强度校核:
1.支座处校核依据：
根据一根肋两侧相邻两板格的支承情况，先求肋两侧的固端弯矩系数，平均后为此处弯矩系数：
m支=（m支（i）+m支（j））/2
校核依据：
σ=M/W=6×m支×q×L2×η/t2≤fa=mm2
2.支座强度校核：
D,E之间：
肋侧D板格固端弯矩系数=
肋侧E板格固端弯矩系数=
支座弯矩系数:
m=（mdx+mex）/2
=·m
σ=6×m支×q×L2×103×η/t2
=mm2
mm2≤mm2强度可以满足要求
E,F之间：
肋侧E板格固端弯矩系数=
肋侧F板格固端弯矩系数=
支座弯矩系数:
m=（mfy+mey）/2
=·m
σ=6×m支×q×L2×103×η/t2
=mm2
mm2≤mm2强度可以满足要求
六、固定片（压板）计算:
Wfg_x:
计算单元总宽为
Hfg_y:
计算单元总高为
Hyb1:
压板上部分高为
Hyb2:
压板下部分高为
Wyb:
压板长为
Hyb:
压板宽为
Byb:
压板厚为
Dyb:
压板孔直径为
Wk:
作用在幕墙上的风荷载标准值为（kN/m2）
qEAk:
垂直于幕墙平面的分布水平地震作用为（kN/m2）（不包括立柱与横梁传来的地震作用）
A:
每个压板承受作用面积（m2）
A=（Wfg_x/1000/2）×（Hyb1+Hyb2）/1000/2
=2）×+/2
=（m2）
Pwk:
每个压板承受风荷载标准值（KN）
Pwk=Wk×A=×=（KN）
Pw:
每个压板承受风荷载设计值（KN）
Pw=×Pwk=×=（KN）
Mw:
每个压板承受风荷载产生的最大弯矩
Mw=×Pw×（Wyb/2）=××2）=
Pek:
每个压板承受地震作用标准值（KN）
Pek=qEAK×A=×=（KN）
Pe:
每个压板承受地震作用设计值（KN）
Pe=×Pek=×=（KN）
Me:
每个压板承受地震作用产生的最大弯矩
Me=×Pe×（Wyb/2）=××2）=
采用Sw+组合
M:
每个压板承受的最大弯矩
M=Mw+×Me=+×=
W:
压板截面抵抗矩（mm3）
W=（（Hyh-Dyb）×Byb2）/6
=（=（mm3）
I:
压板截面惯性矩（mm4）
I=（（Hyh-Dyb）×Byb3）/12
=（=（mm4）
σ=106×M/W=106×=（N/mm2）
σ=（N/mm2）≤（N/mm2）强度满足要求
U:
压板变形（mm）
U=×1000×2×（Pwk+×Pek）×Wyb3
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