湖北建设大厦外墙装饰设计计算书.doc
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湖北建设大厦外墙装饰设计计算书
基本参数:
武汉地区
抗震8度设防
Ⅰ.设计依据:
《建筑结构荷载规范》GBJ9-87
《钢结构设计规范》GBJ17-88
《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-96
《金属与石材幕墙工程技术规范》JGJ133-2001
《建筑玻璃应用技术规程》JGJ113-97
《建筑幕墙》JG3035-96
《建筑结构静力计算手册》（第二版）
《建筑幕墙物理性能分级》GB/T15225-94
《铝及铝合金阳极氧化，阳极氧化膜的总规范》GB8013
《铝及铝合金加工产品的化学成份》GB/T3190
《碳素结构钢》GB700-88
《硅酮建筑密封胶》GB/T14683-93
《建筑幕墙风压变形性能检测方法》GB/T15227
《建筑幕墙雨水渗漏形性能检测方法》GB/T15228
《建筑幕墙空气渗透形性能检测方法》GB/T15226
《建筑结构抗震规范》GBJ11-89
《建筑设计防火规范》GBJ16-87（修订本）
《高层民用建筑设计防火规范》GB50045
《建筑物防雷设计规范》GB50057-94
《铝合金建筑型材》GB/T5237-93
《民用建筑隔声设计规范》GBJ118-88
《民用建筑热工设计规范》GB50176-93
《采暖通风与空气调节设计规范》GBJ19-87
《优质碳素结构钢技术条件》GB699-88
《低合金高强度结构钢》GB1579
《不锈钢棒》GB1220
《不锈钢冷加工钢棒》GB4226
《聚硫建筑密封胶》JC483-92
《铝及铝合金板材》GB3380-97
《不锈钢冷轧钢板》GB3280-92
《不锈钢热轧钢板》GB4237-92
《建筑幕墙窗用弹性密封剂》JC485-92
Ⅱ.设计参数取值
1、玻璃的强度设计值fg（N/mm2）：
类型
厚度
强度设计值fg
大面上的强度
边缘强度
普通玻璃
5
28.0
19.5
浮法玻璃
5~12
28.0
19.5
15~19
20.0
14.0
钢化玻璃
5~12
84.0
58.8
15~19
59.0
41.3
夾丝玻璃
6~10
21.0
14.7
2、材料的弹性模量E（N/mm2）：
材料
E
玻璃
0.72´105
铝合金
0.7´105
钢
2.1´105
3、材料的线膨胀系数a：
材料
a
混凝土
1.0´10-5
钢材
1.2´10-5
铝合金
2.35´10-5
玻璃
1.0´10-5
砖混
0.5´10-5
4、钢材的分组及强度设计值：
3号钢钢材分组尺寸（mm）
级别
圆钢.方钢和扁钢直径或厚度
角钢.工字钢和槽钢的厚度
钢板的厚度
第一组
£40
£15
£20
第二组
>40-100
>15-20
>20-40
第三组
>20
>40-50
3号钢材的强度设计值（N/mm2）
钢材
抗拉.抗压.抗剪f
抗剪fv
端面承压（刨平顶紧）foe
钢号
组别
厚度或直径
3#钢
第一组
215
125
320
第二组
200
115
320
第三组
190
110
320
5、联结强度的取值：
焊缝的强度设计值（N/mm2）
焊接方法和焊条型号
构材钢材
对接焊缝
角焊缝
钢号
组别
厚度或直径（mm）
抗压fcw
焊缝质量为下列级别抗拉和抗弯ffw
抗剪fvw
抗拉.抗压和抗剪ftw
一.二级
三级
自动.半自动焊和E43XX型焊条手工焊
3号钢
1
215
215
185
125
160
2
200
200
170
115
160
3
190
190
160
110
160
螺栓的联结强度（N/mm2）
普通螺栓
承压型市强螺栓
C级
B级
A级
8.8级
10.9级
抗拉fvh
170
170
170
抗剪fvh
130
170
170
抗剪fvh
250
310
联结螺栓有效面积采用表（mm2）
螺栓规格
M14
M16
M18
M20
M22
M24
M27
有效面积
115.4
156.7
192.5
244.8
303.4
352.5
459.5
Ⅲ.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中小城镇和大城市郊区;
C类指有密集建筑群的大城市市区;
湖北建设大厦按C类地区计算风压
2.风荷载计算:
风荷载计算公式:
Wk=βz×μz×μs×W0
其中:
Wk---作用在幕墙上的风荷载标准值（kN/m2）
βz---瞬时风压的阵风系数取为2.25
μz---风压高度变化系数,按《建筑结构荷载规范》GBJ9-87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=0.713×（Z/10）0.40
本工程属于C类地区,故μz=0.713×（Z/10）0.40
μs---风荷载体型系数,按1.5取用
W0---基本风压,按全国基本风压图,武汉地区取为0.300KN/m2,
考虑结构重要性,按50年一遇的最大风力考虑,乘1.1系数
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3.0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
武汉设防烈度为8度,故取αmax=0.160
GAK---幕墙构件的自重（N/m2）
4.荷载组合:
水平荷载标准值:
qk=Wk+0.6qEAk
水平荷载设计值:
q=1.4Wk+0.6×1.3qEAk
荷载和作用效应组合的分项系数,按以下规定采用:
A、承载力计算时:
重力荷载:
1.2
风荷载:
1.4
地震作用:
1.3
B、挠度和变形计算时:
重力荷载:
1.0
风荷载:
1.0
地震作用:
1.0
荷载和作用效应组合的组合系数,按以下规定采用:
第一个可变荷载按1.0取用
第二个可变荷载按0.6取用
Ⅳ.全隐框幕墙设计计算
本计算选择两处进行。
第1处：
屋顶单层隐框玻璃幕墙，计算标高110米，最大分格为1375mm×1500mm；
第2处：
塔身中空隐框玻璃幕墙，计算标高98米，最大分格为1100mm×1200mm
一、风荷载计算
1、标高为110.000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/m2）
μz:
110.000m高处风压高度变化系数（按C类区计算）:
（GBJ9-876.2.1）
μz=0.713×（Z/10）0.40=1.861
Wk=βz×μz×μs×1.1×W0（JGJ102-965.2.2）
=2.25×1.861×1.5×1.1×0.300
=2.072kN/m2
（2）.风荷载设计值:
W:
风荷载设计值:
kN/m2
rw:
风荷载作用效应的分项系数：
1.4
按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-965.1.6条规定采用
W=rw×Wk=1.4×2.072=2.901kN/m2
2、标高为98.000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/m2）
μz:
98.000m高处风压高度变化系数（按C类区计算）:
（GBJ9-876.2.1）
μz=0.713×（Z/10）0.40=1.777
Wk=βz×μz×μs×1.1×W0（JGJ102-965.2.2）
=2.25×1.777×1.5×1.1×0.300
=1.979kN/m2
（2）.风荷载设计值:
W:
风荷载设计值:
kN/m2
rw:
风荷载作用效应的分项系数：
1.4
按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-965.1.6条规定采用
W=rw×Wk=1.4×1.979=2.770kN/m2
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:
钢化玻璃
1.玻璃面积:
B:
该处玻璃幕墙分格宽:
1.375m
H:
该处玻璃幕墙分格高:
1.500m
A:
该处玻璃板块面积:
A=B×H
=1.375×1.500
=2.063m2
2.玻璃厚度选取:
Wk:
风荷载标准值:
2.901kN/m2
A:
玻璃板块面积:
2.063m2
K3:
玻璃种类调整系数:
3.000
试算:
C=Wk×A×10/3/K3
=1.979×2.063×10/3/3.000
=4.534
T=2×（1+C）0.5-2
=2×（1+4.534）0.5-2
=2.705mm
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/M3）（JGJ102-965.2.1）
GAK=25.6×t/1000
=25.6×6.0/1000
=0.154kN/m2
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/m2）
qEAk=3×αmax×GAK（JGJ102-965.2.4）
=3×0.160×0.154
=0.074kN/m2
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/m2）
qEA=rE×qEAk
=1.3×qEAK
=1.3×0.074
=0.096kN/m2
5.玻璃的强度计算:
校核依据:
σ≤ｆg=84.000（JGJ102-965.3.1）
q:
玻璃所受组合荷载:
a:
玻璃短边边长:
1.375m
b:
玻璃长边边长:
1.500m
t:
玻璃厚度:
6.0mm
ψ:
玻璃板面跨中弯曲系数,按边长比a/b查
表5.4.1得:
0.052
σw:
玻璃所受应力:
采用SW+0.6SE组合:
q=W+0.6×qEA
=2.901+0.6×0.096
=2.959kN/m2
σw=6×ψ×q×a2×1000/t2（JGJ102-965.4.1）
=6×0.052×2.959×1.3752×1000/6.02
=48.383N/mm2
48.383N/mm2≤ｆg=84.000N/mm2
玻璃的强度满足
6.玻璃温度应力计算:
校核依据:
σmax≤[σ]=58.800N/mm2（JGJ102-965.3.1）
（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:
0.72×105N/mm2
αt:
玻璃的线膨胀系数:
1.0×10-5
△Ｔ:
年温度变化差:
57.500℃
c:
玻璃边缘至边框距离,取5mm
dc:
施工偏差,可取:
3mm,按5.4.3选用
b:
玻璃长边边长:
1.500m
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（at×△Ｔ-（2c-dc）/b/1000）（JGJ102-965.4.3）
=0.72×△Ｔ-72×（2×5-3）/b
=0.72×57.500-72×（2×5-3）/1.500
=-294.600N/mm2
计算值为负,挤压应力取为零.
0.000N/mm2＜58.800N/mm2
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》
JGJ102-96表5.4.4-1得1.000
μ2:
窗帘系数:
按《玻璃幕墙工程技术规范》
JGJ102-96表5.4.4-2得1.000
μ3:
玻璃面积系数:
按《玻璃幕墙工程技术规范》
JGJ102-96表5.4.4-3得1.070
μ4:
边缘温度系数:
按《玻璃幕墙工程技术规范》
JGJ102-96表5.4.4-4得0.400
a:
玻璃线胀系数:
1.0×10-5
I0:
日照量:
3027.600（KJ/M2h）
t0:
室外温度-10.000℃
t1:
室内温度40.000℃
Ｔc:
单片玻璃中心温度（依据JGJ113-97附录B计算）:
α0:
玻璃的吸收率:
0.142
Ｔc=0.012×I0×α0+0.65×t0+0.35×t1（JGJ113-97B.0.1）
=0.012×3027.600×0.142+0.65×-10.000+0.35×40.000
=12.659℃
Ｔs:
玻璃边缘部分温度（依据JGJ113-97附录B计算）:
Ｔs=（0.65×t0+0.35×t1）（JGJ113-97B.0.4）
=（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
=5.159℃
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）（JGJ102-965.4.4）
=0.74×0.72×105×1.0×10-5×μ1×μ2×μ3×μ4×△t
=1.176N/mm2
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（m2）
Wk:
风荷载标准值:
2.072kN/m2
t:
玻璃厚度:
6.0mm
α1:
玻璃种类调整系数:
3.000
A:
计算校核处玻璃板块面积:
2.063m2
Azd=0.3×α1×（t+t2/4）/Wk（JGJ102-966.2.7-1）
=0.3×3.000×（6.0+6.02/4）/2.072
=6.515m2
A=2.063m2≤Azd=6.515m2
可以满足使用要求
三、幕墙玻璃板块结构胶计算:
幕墙玻璃板块结构胶计算:
（第1处）
该处选用结构胶类型为:
DC983
1.按风荷载和自重效应,计算结构硅酮密封胶的宽度:
（1）风载荷作用下结构胶粘结宽度的计算:
Cs1:
风载荷作用下结构胶粘结宽度（mm）
Wk:
风荷载标准值:
2.072kN/m2
a:
矩形分格短边长度:
1.375m
f1:
结构胶的短期强度允许值:
0.14N/mm2
按5.6.3条规定采用
Cs1=Wk×a/2/0.14（JGJ102-965.6.4-1）
=2.072×1.375/2/0.14
=10.18mm取11mm
（2）自重效应胶缝宽度的计算:
Cs2:
自重效应胶缝宽度（mm）
B:
幕墙分格宽:
1.375m
H:
幕墙分格高:
1.500m
t:
玻璃厚度:
6.0mm
f2:
结构胶的长期强度允许值:
0.007N/mm2
按5.6.3条规定采用
Cs2=H×B×t×25.6/（H+B）/2/7（JGJ102-965.6.4-2）
=7.87mm取8mm
（3）结构硅酮密封胶的最大计算宽度:
11mm
2.结构硅酮密封胶粘接厚度的计算:
（1）温度变化效应胶缝厚度的计算:
Ts3:
温度变化效应结构胶的粘结厚度:
mm
δ1:
结构硅酮密封胶的温差变位承受能力:
12.5%
△Ｔ:
年温差:
57.5℃
Us:
玻璃板块在年温差作用下玻璃与铝型材相对位移量:
mm
铝型材线膨胀系数:
a1=2.35×10-5
玻璃线膨胀系数:
a2=1×10-5
Us=b×△Ｔ×（2.35-1）/100
=1.500×57.500×（2.35-1）/100
=1.164mm
Ts3=Us/（δ1×（2+δ1））0.5（JGJ102-965.6.5）
=1.164/（0.125×（2+0.125））0.5
=2.3mm
（2）地震作用下胶缝厚度的计算:
Ts4:
地震作用下结构胶的粘结厚度:
mm
H:
幕墙分格高:
1.500m
θ:
幕墙层间变位设计变位角0.0077
ψ:
胶缝变位折减系数0.700
δ2:
结构硅酮密封胶的地震变位承受能力:
100.0%
Ts4=θ×H×ψ×1000/（δ2×（2+δ2））0.5
=0.0077×1.500×0.700×1000/（1.000×（2+1.000））0.5
=4.7mm
3.胶缝推荐宽度为:
11mm
4.胶缝推荐厚度为:
6mm
5.胶缝强度验算
胶缝选定宽度为:
15mm
胶缝选定厚度为:
8mm
（1）短期荷载和作用在结构胶中产生的拉应力:
Wk:
风荷载标准值:
2.072kN/m2
a:
矩形分格短边长度:
1.375m
Cs:
结构胶粘结宽度:
15.000mm
σ1=Wk×a×0.5/Cs
=2.072×1.375×0.5/15.000
=0.095N/mm2
（2）短期荷载和作用在结构胶中产生的剪应力:
H:
幕墙分格高:
1.500m
t:
玻璃厚度:
6.0mm
σ2=12.8×H×B×t/Cs/（B+H）/1000
=0.004N/mm2
（3）短期荷载和作用在结构胶中产生的总应力:
σ=（σ12+σ22）0.5
=（0.0952+0.0042）0.5
=0.095N/mm2≤0.14N/mm2
结构胶强度可以满足要求
四、玻璃的选用与校核
玻璃的选用与校核:
（第2处）
本处选用玻璃种类为:
钢化玻璃
1.玻璃面积:
B:
该处玻璃幕墙分格宽:
1.100m
H:
该处玻璃幕墙分格高:
1.200m
A:
该处玻璃板块面积:
A=B×H
=1.100×1.200
=1.320m2
2.玻璃厚度选取:
Wk:
风荷载标准值:
2.770kN/m2
A:
玻璃板块面积:
1.320m2
K3:
玻璃种类调整系数:
1.500
试算:
C=Wk×A×10/3/K3
=2.072×1.320×10/3/1.500
=6.078
T=2×（1+C）0.5-2
=2×（1+6.078）0.5-2
=3.321mm
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/M3）（JGJ102-965.2.1）
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/m2
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/m2）
qEAk=3×αmax×GAK（JGJ102-965.2.4）
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