幕墙计算书.docx
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幕墙计算书
北京金顶街街道办事处办公楼
玻璃幕墙设计计算书
基本参数:
北京地区
抗震8度设防
Ⅰ.设计依据:
《建筑结构荷载规范》GB50009-2001
《建筑抗震设计规范》GB50011-2001
《建筑结构可靠度设计统一标准》GB50068-2001
《建筑幕墙》JG3035-96
《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003
《玻璃幕墙工程质量检验标准》JGJ/T139-2001
《金属与石材幕墙工程技术规范》JGJ133-2001
《建筑制图标准》GB/T50104-2001
《建筑玻璃应用技术规程》JGJ113-2003
《全玻璃幕墙工程技术规程》DBJ/CT014-2001
《点支式玻璃幕墙工程技术规程》CECS127:
2001
《点支式玻幕墙支承装置》JC1369-2001
《吊挂式玻幕墙支承装置》JC1368-2001
《建筑铝型材基材》GB/T5237.1-2000
《建筑铝型材阳极氧化、着色型材》GB/T5237.2-2000
《建筑铝型材电泳涂漆型材》GB/T5237.3-2000
《建筑铝型材粉末喷涂型材》GB/T5237.4-2000
《建筑铝型材氟碳漆喷涂型材》GB/T5237.5-2000
《玻璃幕墙学性能》GB/T18091-2000
《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
《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
《紧固件机械性能螺母细牙螺纹》GB3098.4-2000
《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、螺柱》GB3098.6-2000
《紧固件机械性能不锈钢螺母》GB3098.15-2000
《螺纹紧固件应力截面积和承载面积》GB/T16823.1-1997
《焊接结构用耐候钢》GB/T4172-2000
《浮法玻璃》GB11614-1999
《夹层玻璃》GB9962-1999
《钢化玻璃》GB/T9963-1998
《幕墙用钢化玻璃与半钢化玻璃》GB17841-1999
《铝及铝合金轧制板材》GB/T3880-1997
《铝塑复合板》GB/T17748
《干挂天然花山岗石，建筑板材及其不锈钢配件》JC830.1,830.2-1998
《建筑用铝型材、铝板氟碳涂层》JC133-2000
《建筑用安全玻璃防火玻璃》GB15763.1-2001
《混凝土接缝用密封胶》JC/T881-2001
《幕墙玻璃接缝用密封胶》JC/T882-2001
《石材幕墙接缝用密封胶》JC/T883-2001
《中空玻璃用弹性密封胶》JC/T486-2001
《天然花岗石建筑板材》GB/T18601-2001
Ⅱ.基本计算公式:
（1）.场地类别划分:
根据地面粗糙度,场地可划分为以下类别:
A类近海面,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;
金顶街街道办事处办公楼按C类地区计算风压
（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》GB50009-20017.1.1采用
风荷载计算公式:
Wk=βgz×μz×μs×W0
其中:
Wk---作用在幕墙上的风荷载标准值（kN/m^2）
βgz---瞬时风压的阵风系数,按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001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
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）
μz---风压高度变化系数,按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001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=（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C类地区,故μz=0.616×（Z/10）^0.44
μs---风荷载体型系数,按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001取为：
1.2
W0---基本风压,按全国基本风压图,北京地区取为0.450kN/m^2
（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,按相应设防烈度取定:
6度:
αmax=0.04
7度:
αmax=0.08
8度:
αmax=0.16
9度:
αmax=0.32
北京设防烈度为8度,故取αmax=0.160
GAK---幕墙构件的自重（N/m^2）
（4）.荷载组合:
结构设计时，根据构件受力特点，荷载或作用的情况和产生的应力（内力）作用方向，选用最不利的组合，荷载和效应组合设计值按下式采用：
γGSG+γwφwSw+γEφESE+γTφTST
各项分别为永久荷载：
重力；可变荷载：
风荷载、温度变化；偶然荷载：
地震
水平荷载标准值:
qk=Wk+0.5qEAk
水平荷载设计值:
q=1.4Wk+0.5×1.3qEAk
荷载和作用效应组合的分项系数,按以下规定采用:
①对永久荷载采用标准值作为代表值，其分项系数满足：
a.当其效应对结构不利时：
对由可变荷载效应控制的组合，取1.2；对有永久荷载效应控制的组合，取1.35
b.当其效应对结构有利时：
一般情况取1.0；对结构倾覆、滑移或是漂浮验算，取0.9
②可变荷载根据设计要求选代表值，其分项系数一般情况取1.4
一、风荷载计算
1、标高为13.500处风荷载计算
（1）.风荷载标准值计算:
Wk:
作用在幕墙上的风荷载标准值（kN/m^2）
βgz:
13.500m高处阵风系数（按C类区计算）:
μf=0.734×（Z/10）^（-0.22）＝0.687
βgz=0.85×（1+2μf）=2.018
μz:
13.500m高处风压高度变化系数（按C类区计算）:
（GB50009-2001）
μz=0.616×（Z/10）^0.44=0.740
风荷载体型系数μs=1.20
Wk=βgz×μz×μs×W0（GB50009-2001）
=2.018×0.740×1.2×0.450
=0.806kN/m^2
因为Wk<=1.0KN/M^2,取Wk=1.000kN/m^2
（2）.风荷载设计值:
W:
风荷载设计值:
kN/m^2
rw:
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=rw×Wk=1.4×1.000=1.400kN/m^2
二、玻璃的选用与校核
玻璃的选用与校核:
（第1处）
本处选用玻璃种类为:
6+12A+6LOW-E双钢化玻璃
1.玻璃面积:
B:
该处玻璃幕墙分格宽:
1.800m
H:
该处玻璃幕墙分格高:
2.650m
A:
该处玻璃板块面积:
A=B×H
=1.800×2.650
=4.770m^2
2.玻璃厚度选取:
Wk:
风荷载标准值:
1.000kN/m^2
A:
玻璃板块面积:
4.770m^2
K3:
玻璃种类调整系数:
1.500
试算:
C=Wk×A×10/3/K3
=1.000×4.770×10/3/1.500
=10.600
T=2×（1+C）^0.5-2
=2×（1+10.600）^0.5-2
=4.812mm
玻璃选取厚度为:
6.0mm
3.该处玻璃板块自重:
GAK:
玻璃板块平均自重（不包括铝框）:
t:
玻璃板块厚度:
6.0mm
玻璃的体积密度为:
25.6（KN/M^3）
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）
GAK=25.6×（Bt_L+Bt_w）/1000
=25.6×（6.000+6.000）/1000
=0.307KN/m^2
4.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:
0.160
qEAk:
垂直于玻璃平面的分布水平地震作用（kN/m^2）
qEAk=5×αmax×GAK
=5×0.160×0.307
=0.246kN/m^2
rE:
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/m^2）
qEA=rE×qEAk
=1.3×qEAK
=1.3×0.246
=0.319kN/m^2
5.玻璃的强度计算:
校核依据:
σ≤ｆg=84.000N/mm^2
Wk:
垂直于玻璃平面的风荷载标准值（N/mm^2）
qEK:
垂直于玻璃平面的地震作用标准值（N/mm^2）
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/mm^2）
σEk:
在垂直于玻璃平面的地震作用作用下玻璃截面的最大应力标准值（N/mm^2）
θ:
参数（用于查玻璃板折减系数）
η:
折减系数
a:
玻璃短边边长:
1800.0mm
b:
玻璃长边边长:
2650.0mm
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）
ψ:
玻璃板的弯矩系数,按边长比a/b查
Wk1中空玻璃分配到外侧玻璃的风荷载标准值（N/mm^2）
Wk2中空玻璃分配到内侧玻璃的风荷载标准值（N/mm^2）
qEk1中空玻璃分配到外侧玻璃的地震作用标准值（N/mm^2）
qEk2中空玻璃分配到内侧玻璃的地震作用标准值（N/mm^2）
Wk1=1.1×Wk×BT_w^3/（BT_w^3+BT_L^3）=0.550
Wk2=Wk×BT_L^3/（BT_w^3+BT_L^3）=0.500
qEk1=qEk×BT_w^3/（BT_w^3+BT_L^3）=0.123
qEk2=qEk×BT_L^3/（BT_w^3+BT_L^3）=0.123
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/mm^2）
在风荷载作用下外侧玻璃参数θ=Wk1×a^4/（E×t^4）
=61.88
η:
折减系数，按θ=61.88
在风荷载作用下外侧玻璃最大应力标准值σWk=6×ψ×Wk1×a^2×η/t^2
=17.938N/mm^2
在地震作用下外侧玻璃参数θ=qEK1×a^4/（E×t^4）
=13.82
η:
折减系数，按θ=13.82
在地震作用下外侧玻璃最大应力标准值σEk=6×ψ×qEk1×a^2×η/t^2
=4.883N/mm^2
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
=1.4×17.938+0.5×1.3×4.883
=28.287N/mm^2
在风荷载作用下内侧玻璃参数θ=Wk2×a^4/（E×t^4）
=56.25
η:
折减系数，按θ=56.25
在风荷载作用下内侧玻璃最大应力标准值σWk=6×ψ×Wk1×a^2×η/t^2
=16.642N/mm^2
在地震作用下内侧玻璃参数θ=qEK2×a^4/（E×t^4）
=13.82
η:
折减系数，按θ=13.82
在地震作用下内侧玻璃最大应力标准值σEk=6×ψ×qEk2×a^2×η/t^2
=4.883N/mm^2
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
=1.4×16.642+0.5×1.3×4.883
=26.473N/mm^2
中空玻璃最大应力设计值应为内、外侧玻璃最大应力设计值中的大者，为：
28.287N/mm^2
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te=0.95×（Bt_L^3+Bt_w^3）^（1/3）=7.2mm
ν
μ:
挠度系数:
0.008
D=（E×te^3）/12（1-ν^2）
=2314912.50（N.mm）
df=μ×Wk×a^4×η/D
=27.3（mm）
由于玻璃最大应力设计值σ=28.287N/mm^2≤ｆg=84.000N/mm^2
玻璃的强度满足!
由于玻璃的最大挠度df=27.3mm,小于或等于玻璃短边边长的60分之一30.000（mm）
玻璃的挠度满足!
6.玻璃温度应力计算:
校核依据:
σmax≤[σ]=58.800N/mm^2
（1）在年温差变化下,玻璃边缘与边框间挤压在玻璃中产生的
挤压温度应力为:
E:
玻璃的弹性模量:
0.72×10^5N/mm^2
α^t:
玻璃的线膨胀系数:
1.0×10^-5
△Ｔ:
年温度变化差:
68.100℃
c:
玻璃边缘至边框距离,取5mm
b:
玻璃长边边长:
2.650m
在年温差变化下,玻璃边缘与边框间挤压在玻璃中产生的
温度应力为:
σt1=E（a^t×△Ｔ-（2c-dc）/b/1000）
=0.72×△Ｔ-72×（2×5-3）/b
=0.72×68.100-72×（2×5-3）/2.650
=-141.157N/mm^2
计算值为负,挤压应力取为零.
0.000N/mm^2＜58.800N/mm^2
玻璃边缘与边框间挤压温度应力可以满足要求
（2）玻璃中央与边缘温度差产生的温度应力:
μ1:
阴影系数:
按《玻璃幕墙工程技术规范》
μ2:
窗帘系数:
按《玻璃幕墙工程技术规范》
μ3:
玻璃面积系数:
按《玻璃幕墙工程技术规范》
μ4:
边缘温度系数:
按《玻璃幕墙工程技术规范》
a:
玻璃线胀系数:
1.0×10^-5
I0:
日照量:
3027.600（KJ/M^2h）
t0:
室外温度-10.000℃
t1:
室内温度40.000℃
Ｔc0:
室外侧玻璃中部温度（依据JGJ113-97附录B计算）;
Ｔc1:
室内侧玻璃中部温度（依据JGJ113-97附录B计算）;
A0:
室外侧玻璃总吸收率;
A1:
室内侧玻璃总吸收率;
α0:
室外侧玻璃的吸收率为0.142
α1:
室内侧玻璃的吸收率为0.142
τ0:
室外侧玻璃的透过率为0.075
τ1:
室内侧玻璃的透过率为0.075
γ0:
室外侧玻璃反射率为0.783
γ1:
室内侧玻璃反射率为0.783
A0=α0×［1+τ0×γ1/（1-γ0×γ
=0.164
A1=α1×τ0/（1-γ0×γ
=0.028
当中空玻璃空气层厚为:
12mm时
Ｔc0=I0×（0.0150×A0+0.00625×A1）+0.817×t0+0.183×
=7.098℃
Ｔc1=I0×（0.00625×A0+0.0225×A1）+0.340×t0+0.560×
=23.970℃
因此，中空玻璃中部温度最大值为max（Ｔc0,Ｔc1）=23.970℃
Ｔs:
玻璃边缘部分温度（依据JGJ113-97附录B计算）:
Ｔs=（0.65×t0+0.35×
=（0.65×-10.000+0.35×40.000）
=7.500℃
△t:
玻璃中央部分与边缘部分温度差:
△t=Ｔc-Ｔs
=16.470℃
玻璃中央与边缘温度差产生的温度应力:
σt2=0.74×E×a×μ1×μ2×μ3×μ4×（Ｔc-Ｔs）
=0.74×0.72×10^5×1.0×10^-5×μ1×μ2×μ3×μ4×△t
=3.980N/mm^2
玻璃中央与边缘温度差产生的温度应力可以满足要求
7.玻璃最大面积校核:
Azd:
玻璃的允许最大面积（m^2）
Wk:
风荷载标准值:
1.000kN/m^2
t1:
中空玻璃中较薄玻璃的厚度:
6.0mm
t2:
中空玻璃中较厚玻璃的厚度:
6.0mm
α2:
玻璃种类调整系数:
0.660
A:
计算校核处玻璃板块面积:
4.770m^2
Azd=α2×（t2+t2^2/4）×（1+（t1/t2）^3）/Wk=19.800m^2
A=4.770m^2≤Azd=19.800m^2
可以满足使用要求
三、幕墙立柱计算:
幕墙立柱计算:
（第1处）
幕墙立柱按简支梁力学模型进行设计计算：
1.选料:
（1）风荷载线分布最大荷载集度设计值（矩形分布）
qw:
风荷载线分布最大荷载集度设计值（kN/m）
rw:
风荷载作用效应的分项系数：
1.4
Wk:
风荷载标准值:
1.000kN/m^2
B:
幕墙分格宽:
1.800m
qw=1.4×Wk×B
=1.4×1.000×1.800
=2.520kN/m
（2）立柱弯矩:
Mw:
风荷载作用下立柱弯矩（kN.m）
qw:
风荷载线分布最大荷载集度设计值:
2.520（kN/m）
Hsjcg:
立柱计算跨度:
6.000m
Mw=qw×Hsjcg^2/8
=2.520×6.000^2/8
=11.340kN·m
qEA:
地震作用设计值（KN/M^2）:
GAk:
玻璃幕墙构件（包括玻璃和框）的平均自重:
500N/m^2
垂直于玻璃幕墙平面的分布水平地震作用:
qEAk:
垂直于玻璃幕墙平面的分布水平地震作用（kN/m^2）
qEAk=5×αmax×GAk
=5×0.160×500.000/1000
=0.400kN/m^2
γE:
幕墙地震作用分项系数:
1.3
qEA=1.3×qEAk
=1.3×0.400
=0.520kN/m^2
qE：
水平地震作用线分布最大荷载集度设计值（矩形分布）
qE=qEA×B
=0.520×1.800
=0.936kN/m
ME:
地震作用下立柱弯矩（kN·m）:
ME=qE×Hsjcg^2/8
=0.936×6.000^2/8
=4.212kN·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
=11.340+0.5×4.212
=13.446kN·m
（3）W:
立柱抗弯矩预选值（cm^3）
W=M×10^3/1.05/215.0
=13.446×10^3/1.05/215.0
=59.561cm^3
qwk:
风荷载线分布最大荷载集度标准值（kN/m）
qwk=Wk×B
=1.000×1.800
=1.800kN/m
qEk:
水平地震作用线分布最大荷载集度标准值（kN/m）
qEk=qEAk×B
=0.400×1.800
=0.720kN/m
（4）I1,I2:
立柱惯性矩预选值（cm^4）
I1=900×（qwk+0.5×qEk）×Hsjcg^3/384/2.1
=900×（1.800+0.5×0.720）×6.000^3/384/2.1
=520.714cm^4
I2=5000×（qwk+0.5×qEk）×Hsjcg^4/384/2.1/20
=5000×（1.800+0.5×0.720）×6.000^4/384/2.1/20
=867.857cm^4
选定立柱惯性矩应大于:
867.857cm^4
2.选用立柱型材的截面特性:
选用型材号:
XC1\QY1502
型材强度设计值:
215.000N/mm^2
型材弹性模量:
E=2.1×10^5N/mm^2
X轴惯性矩:
Ix=1341.000cm^4
Y轴惯性矩:
Iy=425.000cm^4
X轴抵抗矩:
Wx1=62.082cm^3
X轴抵抗矩:
Wx2=62.080cm^3
型材截面积:
A=15.576cm^2
型材计算校核处壁厚:
t=3.500mm
型材截面面积矩:
Ss=38.099cm^3
塑性发展系数:
γ=1.05
3.幕墙立柱的强度计算:
校核依据:
N/A+M/γ/w≤ｆa=215.0N/mm^2（拉弯构件）
B:
幕墙分格宽:
1.800m
GAk:
幕墙自重:
500N/m^2
幕墙自重线荷载:
Gk=500×Wfg/1000
=500×1.800/1000
=0.900kN/m
Nk:
立柱受力:
Nk=Gk×Hsjcg
=0.900×6.000
=5.400kN
N:
立柱受力设计值:
rG:
结构自重分项系数:
1.2
N=1.2×Nk
=1.2×5.400
=6.480kN
σ:
立柱计算强度（N/mm^2）（立柱为拉弯构件）
N:
立柱受力设计值:
6.480kN
A:
立柱型材截面积:
15.576cm^2
M:
立柱弯矩:
13.446kN·m
Wx2:
立柱截面抗弯矩:
62.080cm^3
γ:
塑性发展系数:
1.05
σ=N×10/A+M×10^3/1.05/Wx2
=6.480×10/15.576+13.446×10^3/1.05/62.080
=210.440N/mm^2
210.440N/mm^2≤ｆa=215.0N/mm^2
立柱强度可以满足
4.幕墙立柱的刚度计算:
校核依据:
Umax≤L/250
Umax:
立柱最大挠度
Umax=5×（qWk+0.5×qEk）×Hsjcg^4×1000/384/2.1/Ix
立柱最大挠度Umax为:
12.943mm≤15mm
Du:
立柱挠度与立柱计算跨度比值:
Hsjcg:
立柱计算跨度:
6.000m
Du=U/Hsjcg/1000
=12.943/6.000/1000
=0.002≤1/250
挠度可以满足要求
5.立柱抗剪计算:
校核依据:
τmax≤[τ]=125.0N/mm^2
（1）Qwk:
风荷载作用下剪力标准值（kN）
Qwk=Wk×Hsjcg×B/2
=1.000×6.000×1.800/2
=5.400kN
（2）Qw:
风荷载作用下剪力设计值（kN）
Qw=1.4×Qwk
=1.4×5.400
=7.560kN
（3）QEk:
地震作用下剪力标准值（kN）
QEk=qEAk×Hsjcg×B/2
=0.400×6.000×1.800/2
=2.160kN
（4）QE:
地震作用下剪力设计值（kN）
QE=1.3×QEk
=1.3×2.160
=2.808kN
（5）Q:
立柱所受剪力:
采用Qw+0.5QE组合
Q=Qw+0.5×QE
=7.560+0.5×2.808
=8.964kN
（6）立柱剪应力:
τ:
立柱剪应力:
Ss:
立柱型材截面面积矩:
38.099cm^3
Ix:
立柱型材截面惯性矩:
1341.000cm^4
t:
立柱壁厚:
3.500mm
τ=Q×Ss×100/Ix/t
=8.964×38.099×100/1341.000/3.500
=7.276N/mm^2
7.276N/mm^2≤125.0N/mm^2
立柱抗剪强度可以满足
四、立梃与主结构连接
立梃与主结构连接:
（第1处）
Lct2:
连接处钢角码壁厚:
8.000mm
D2:
连接螺栓直径:
12.000mm
D0:
连接螺栓直径:
10.360mm
采用SG+SW+0.5SE组合
N1wk:
连接处风荷载总值（N）:
N1wk=Wk×B×Hsjcg×1000
=1.000×1.800×6.000×1000
=10800.000N
连接处风荷载设计值（N）:
N1w=1.4×N1wk
=1.4×10800.000
=15120
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