隐框玻璃幕墙140系列.docx
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隐框玻璃幕墙140系列
万城.阿诗玛旅游小镇三期工程
百货大楼外装饰工程全隐框玻璃幕墙
设计计算书
设计：
校对：
审核：
合肥大富建筑装璜工程有限责任公司
二〇一三年五月二十一日
目录
1基本参数1
1.1幕墙所在地区1
1.2地面粗糙度分类等级1
1.3抗震设防1
2幕墙承受荷载计算1
2.1风荷载标准值的计算方法1
2.2计算支撑结构时的风荷载标准值3
2.3计算面板材料时的风荷载标准值3
2.4垂直于幕墙平面的分布水平地震作用标准值4
2.5平行于幕墙平面的集中水平地震作用标准值4
2.6作用效应组合4
3幕墙立柱计算4
3.1立柱型材选材计算5
3.2选用立柱型材的截面特性6
3.3立柱的内力分析6
3.4幕墙立柱的抗弯强度及抗剪强度验算：
7
3.5幕墙立柱的挠度验算：
9
4幕墙横梁计算9
4.1横梁型材选材计算10
4.2确定材料的截面参数12
4.3选用横梁型材的截面特性13
4.4幕墙横梁的抗弯强度计算13
4.5横梁的挠度计算14
4.6横梁的抗剪计算14
5玻璃板块的选用与校核15
5.1玻璃板块荷载计算：
16
5.2玻璃的强度计算：
17
5.3玻璃最大挠度校核：
18
6连接件计算19
6.1横梁与角码间连接19
6.2角码与立柱连接20
6.3立柱与主结构连接22
7幕墙埋件计算（粘结型化学锚栓）23
7.1荷载及受力分析计算23
7.2锚栓群中承受拉力最大锚栓的拉力计算24
7.3群锚受剪内力计算24
7.4锚栓钢材破坏时的受拉承载力计算25
7.5锚栓钢材受剪破坏承载力计算25
7.6拉剪复合受力承载力计算26
8幕墙转接件强度计算26
8.1受力分析26
8.2转接件的强度计算26
9幕墙焊缝计算27
9.1受力分析27
9.2焊缝特性参数计算27
9.3焊缝校核计算28
10全隐框玻璃幕墙胶类及伸缩缝计算28
10.1结构硅酮密封胶的宽度计算28
10.2结构硅酮密封胶粘接厚度的计算29
10.3结构胶设计总结30
10.4立柱连接伸缩缝计算30
10.5耐候胶胶缝计算30
11基本参数
11.1幕墙所在地区
石林地区；
11.2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B类地形考虑。
11.3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，新乡地区地震基本烈度为：
8度，地震动峰值加速度为0.2g，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=0.16；
12幕墙承受荷载计算
12.1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：
31.8m；
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，31.8m高度处的阵风系数为：
βgz=1+2×2.5×0.14×（31.8/10）-0.15=1.5885
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，31.8m高度处风压高度变化系数：
μz=1.000×（31.8/10）0.30=1.4149
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。
本计算点为墙面转角位置，按如上说明，查表得：
μs1
（1）=1.4
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）
=0.8×1.4
=1.12
计算支撑结构时的构件从属面积：
A=1.2×4.8
=5.76m2
当A>25时取a=25，当A小于1时取A=1；
LogA=0.76
则：
μs1（A）=μs1
（1）+[μs1（25）-μs1
（1）]logA/1.4
=1.4+[1.12-1.4]×0.76/1.4
=1.248
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=1.248+0.2
=1.448
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=1.4+0.2
=1.6
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，新乡地区取0.0004MPa；
12.2计算支撑结构时的风荷载标准值
wk=βgzμzμs1w0
=1.5885×1.4149×1.448×0.0004
=0.001302MPa
12.3计算面板材料时的风荷载标准值
wk=βgzμzμs1w0
=1.5885×1.4149×1.6×0.0004
=0.001438MPa
12.4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0.16；
Gk：
幕墙构件的重力荷载标准值（N）；
A：
幕墙构件的面积（mm2）；
12.5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0.16；
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。
12.6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；
13幕墙立柱计算
基本参数：
1：
计算点标高：
31.8m；
2：
力学模型：
多跨铰接连续静定梁；
3：
立柱跨度：
参见内力分析部分；
4：
立柱左分格宽：
1200mm；
立柱右分格宽：
1200mm；
5：
立柱计算间距：
B=1200mm；
6：
板块配置：
中空玻璃6+6mm；
7：
立柱材质：
6063-T6；
8：
安装方式：
偏心受拉；
本处幕墙立柱按多跨铰接连续静定梁力学模型进行设计计算，受力模型如下：
13.1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
=0.001302×1200
=1.562N/mm
qw：
风荷载线分布最大荷载集度设计值（N/mm）；
qw=1.4qwk
=1.4×1.562
=2.187N/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0.16；
Gk：
幕墙构件的重力荷载标准值（N），（含面板和框架）；
A：
幕墙平面面积（mm2）；
qEAk=βEαmaxGk/A……5.3.4[JGJ102-2003]
=5×0.16×0.00045
=0.00036MPa
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
=0.00036×1200
=0.432N/mm
qE：
水平地震作用线荷载集度设计值（N/mm）；
qE=1.3qEk
=1.3×0.432
=0.562N/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
=2.187+0.5×0.562
=2.468N/mm
用于挠度计算时，采用Sw标准值：
……5.4.1[JGJ102-2003]
qk=qwk
=1.562N/mm
13.2选用立柱型材的截面特性
按上一项计算结果选用型材号：
H4831
型材的抗弯强度设计值：
fa=150MPa
型材的抗剪强度设计值：
τa=85MPa
型材弹性模量：
E=70000MPa
绕X轴惯性矩：
Ix=3833650mm4
绕Y轴惯性矩：
Iy=946690mm4
绕X轴净截面抵抗矩：
Wnx1=52288mm3
绕X轴净截面抵抗矩：
Wnx2=57491mm3
型材净截面面积：
An=1383.7mm2
型材线密度：
γg=0.03736N/mm
型材截面垂直于X轴腹板的截面总宽度：
t=6mm
型材受力面对中性轴的面积矩：
Sx=32957mm3
塑性发展系数：
对于冷弯薄壁型钢龙骨，按《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB50018-2002，取1.00；
对于热轧型钢龙骨，按JGJ133或JGJ102规范,取1.05；
对于铝合金龙骨，按最新《铝合金结构设计规范》GB50429-2007，取1.00；
此处：
γ=1.00
13.3立柱的内力分析
本结构一共有3跨，各跨具体参数为：
A1=400mm，L1=4400mm；
A2=400mm，L2=4400mm；
A3=400mm，L3=4400mm；
第1跨内力分析：
RBi=qLi×[1-（Ai/Li）2]/2-Pi×（Ai/Li），i=1
=2.468×4400×[1-（400/4400）2]/2-0×（400/4400）
=5385N
Mi=qLi2×[1-（Ai/Li）2]2/8，i=1
=2.468×44002×[1-（400/4400）2]2/8
=5874248N·mm
第2跨内力分析：
Pi=RBi-1，i=2
=5385N
RBi=qLi×[1-（Ai/Li）2]/2-Pi×（Ai/Li），i=2
=2.468×4400×[1-（400/4400）2]/2-5385×（400/4400）
=4895N
Mi=qLi2×[1-（Ai/Li）2]2/8-Pi×Ai×[1-（1+（Ai/Li））2/2+Ai/Li]，i=2
=2.468×44002×[1-（400/4400）2]2/8-5385×400×[1-（1+（400/4400）2/2+400/4400]
=4806149N·mm
MA2=-（Pi×Ai+qAi2/2），（i=2）
=-2351440N·mm
第3跨内力分析：
Pi=RBi-1，i=3
=4895N
RBi=qLi×[1-（Ai/Li）2]/2-Pi×（Ai/Li），i=3
=2.468×4400×[1-（400/4400）2]/2-4895×（400/4400）
=4940N
Mi=qLi2×[1-（Ai/Li）2]2/8-Pi×Ai×[1-（1+（Ai/Li））2/2+Ai/Li]，i=3
=2.468×44002×[1-（400/4400）2]2/8-4895×400×[1-（1+（400/4400）2/2+400/4400]
=4903339N·mm
MA3=-（Pi×Ai+qAi2/2），（i=3）
=-2155440N·mm
13.4幕墙立柱的抗弯强度及抗剪强度验算：
按下面强度公式校核抗弯强度：
f=N/An+Mx/γWnx≤fa……6.3.7[JGJ102-2003]
上式中:
N：
立柱轴力设计值（N）；
Mx：
立柱弯矩设计值（N·mm）；
An：
立柱净截面面积（mm2）；
Wnx：
在弯矩作用方向的净截面抵抗矩（mm3）；
γ：
塑性发展系数；
fa：
型材的抗弯强度设计值，取150MPa；
按下面强度公式校核立柱剪强度：
τmax≤τa=85MPa（立柱的抗剪强度设计值）
（1）第1跨立柱跨中强度验算：
N1=1.2×0.00045×1200×（400+4400）
=3110.4N
f1=N1/An+M1/γWnx
=3110.4/1383.7+5874248/（1.00×52288）
=114.592MPa
f1=114.592MPa≤150MPa
第1跨立柱抗弯强度满足设计要求!
VB1=RB1=5385N
τ1=VB1Sx/Ixt
=5385×32957/3833650/6
=7.716MPa
τ1max=7.716MPa≤85MPa
第1跨立柱抗剪强度满足设计要求!
（2）第2跨后跨中弯矩最大处的强度验算：
从以上分析可以看到，第2跨后跨中弯矩最大值为：
4903339N·mm,M3为一控制截面
N3=3110.4N
f3=4903339/（1.00×52288）+3110.4/1383.7
=96.023MPa
f3=96.023MPa≤150MPa
第3跨立柱抗弯强度满足设计要求!
V3mid=Pi×（Ai/Li）=445N（i=3）
τ3=V3midSx/Ixt
=445×32957/3833650/6
=0.638MPa
τ3=0.638MPa≤85MPa
第3跨立柱抗剪强度满足设计要求!
fzs3=（96.0232+0.6382）0.5=96.025MPa
fzs3≤1.1fa=165MPa
第3跨立柱折算强度满足设计要求!
（3）支座弯矩最大处的强度验算：
从以上分析可以看到，支座弯矩最大处为：
-2351440N·mm,M2A为一控制截面
N2=3110.4N
f2A=2351440/（1.00×52288）+3110.4/1383.7
=47.219MPa
f2A=47.219MPa≤150MPa
第2跨立柱支座处抗弯强度满足设计要求!
V2A1=-（Pi+q×Ai/2×（2+Ai/Li））（i=2）
=-6417.073N
V2A2=Pi×（Ai/Li+q×Li/2）（i=2）
=5919.145N
|V2A|=6417.073N
τ2A=V2ASx/Ixt
=6417.073×32957/3833650/6
=9.194MPa
τ2A=9.194MPa≤85MPa
第2跨立柱支座处抗剪强度满足设计要求!
fzs2A=（47.2192+9.1942）0.5=48.106MPa
fzs2A≤1.1fa=165MPa
第2跨立柱支座处折算强度满足设计要求!
13.5幕墙立柱的挠度验算：
计算校核依据：
按相关规范，钢材立柱的相对挠度不应大于L/250，铝材立柱的相对挠度不应大于L/180；
同时按[5.1.1.2]《建筑幕墙》GB/T21086-2007的规定，对于构件式玻璃幕墙或单元幕墙（其它形式幕墙或外围护结构无绝对挠度限制）：
当跨距≤4500mm时，绝对挠度不应该大于20mm；
当跨距＞4500mm时，绝对挠度不应该大于30mm；
（1）第1跨立柱跨中挠度验算：
df1,mid=5qkL14/384EIx×（1-2.4（a1/L1）2）
=27.843mm
df2,C=qka2L23/24EIx×（-1+4（a2/L2）2+3（a2/L2）3）+（P2a22L2/3EIx）×（1+a2/L2）
=-2.835mm
df1=df1,mid+df2,C/2=26.4255mm
df1a=（L1+a2）/180
=26.667mm
df1b=30mm
df1,lim=min（（L1+a2）/180,30）
=26.667mm
df1=26.4255mm≤df1,lim=26.667mm
第1跨立柱挠度可以满足要求!
（2）第2跨后跨中弯矩最大处的挠度验算：
从以上分析可以看到，第2跨后跨中弯矩最大值为：
4903339N·mm,M3为挠度控制截面
df3,mid=5qkLi4/384EIx-qkAi2Li2/32EIx-PiAiLi2/16EIx
=19.015mm（i=3）
df4,C=qkAiLi3/24EIx×（-1+4（Ai/Li）2+3（Ai/Li）3）+（PiAi2Li/3EIx）×（1+Ai/Li）
=0mm（i=4）
df3=dfi,mid+df（i+1）,C/2=19.015mm（i=3）
df3,lima=L/180
=24.444mm
df3,limb=20mm
df3,lim=min（L/180,20）
=20mm
df3,mid=19.015mm≤df3,lim=20mm
立柱挠度可以满足要求!
14幕墙横梁计算
基本参数：
1：
计算点标高：
31.8m；
2：
横梁跨度：
B=1200mm；
3：
横梁
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