毕业论文-广某场幕墙工程施工组织设计.doc

目 录

工程概况-----------------------------------------------------------------------------------------------------1
结构设计理论和标准--------------------------------------------------------------------------------------1
幕墙材料的物理特性及力学性能-----------------------------------------------------------------------3
荷载及作用计算--------------------------------------------------------------------------------------------5
玻璃板块的选用与校核-----------------------------------------------------------------------------------7
玻璃幕墙结构胶缝计算---------------------------------------------------------------------------------11
玻璃幕墙立柱计算---------------------------------------------------------------------------------------13
幕墙横梁强度、挠度计算------------------------------------------------------------------------------36
玻璃组件的固定块及其间距计算---------------------------------------------------------------------39
横梁与立柱连接计算------------------------------------------------------------------------------------41
立柱与支座连接计算----------------------------------------------------------------------------------- 44
支座连接件计算------------------------------------------------------------------------------------------45
连接件与预埋件连接计算------------------------------------------------------------------------------46
幕墙预埋件计算------------------------------------------------------------------------------------------47
立柱伸缩缝设计计算------------------------------------------------------------------------------------49
南立面钢架计算------------------------------------------------------------------------------------------50
后置件的计算---------------------------------------------------------------------------------------------54
钢角码与后置件相连接的焊缝计算------------------------------------------------------------------55
观光梯与雨棚计算---------------------------------------------------------------------------------------57
全玻璃幕墙计算------------------------------------------------------------------------------------------71
屋顶钢结构支座计算------------------------------------------------------------------------------------73
第一章 工程概况

一、工程名称：××广场幕墙工程
二、工程地点：××市
三、工程内容：玻璃、铝板幕墙
四、幕墙最大高度：99.75m
五、地震设防烈度：六度设防
六、幕墙防火等级：耐火等级一级

第二章 结构设计理论和标准
一、本结构计算遵循以下规范及标准：
1、《玻璃幕墙工程技术规范》 JGJ102-96
2、《建筑幕墙》 JGJ302-96
3、《建筑结构荷载规范》 GB50009-2001
4、《钢结构设计规范》 GBJ17-88
5、《高层民用建筑设计防火规范》 GB50045
6、《建筑防雷设计规范》 GB50057-94
7、《建筑抗震设计规范》 GB50011-2001
8、《民用建筑隔声设计规范》 GBJ118-88
9、《建筑模数协调统一标准》 GBJ2-96
10、《铝及铝合金阳极氧、阳极氧化膜总规范》 GB8013-87
11、《金属镀膜和化学处理表示方法》 GB/T 13911-92
12、《金属覆盖层、钢铁制品热镀锌层相关要求》 GB/T13912-92
13、高层民用建筑钢结构技术规程 JGJ99-98
二、本结构计算遵循以下设计理论和规定：
1、玻璃幕墙按围护结构设计，其骨架竖梃悬挂在主体结构上，处于受拉状态，层与层之间设置竖向伸缩缝。
2、玻璃幕墙及其连接件均具有承载力、刚度和相对于主体结构的位移能力，均采用螺栓连接。
3、幕墙均按6度设防，遵循“小震不坏，中震可修，大震不倒”的原则，幕墙在设防烈度地震作用下经修理后仍可使用，在罕遇地震作用下幕墙骨架不脱落。
4、幕墙构件在重力荷载、风荷载、地震作用、温度作用和主体结构位移影响下均具有安全性。
5、幕墙构件采用弹性方法计算，其截面最大应力设计值应不超过材料的强度设计值：
s ≤ƒ
式中 s ——荷载和作用产生的截面最大应力设计值；
ƒ ——材料强度设计值。
6、荷载和作用效应组合的分项系数按下列规定采用：
⑴、进行幕墙构件、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
温度作用γT：1.2
⑵、进行位移和挠度计算时：
重力荷载γG：1.0
风荷载γw：1.0
地震作用γE：1.0
温度作用γT：1.0
7、当两个及以上的可变荷载或作用（风荷载、地震作用和温度作用）效应参加组合时，第一个可变荷载或作用效应的组合系数可按1.0采用；第二个可变荷载或作用效应的组合系数可按0.6采用；第三个可变荷载或作用效应的组合系数可按0.2采用。
8、荷载和作用效应可按下式进行组合：
S=γGSG+ψwγwSw+ψEγESE+ψTγTST
式中 S ——荷载和作用效应组合后的设计值；
SG ——重力荷载作为永久荷载产生的效应；
SW、SE、ST ——分别为风荷载、地震作用和温度作用作为可变荷载和作用产生的效应。按不同的组合情况，三者可分别作为第一个、第二个和第三个可变荷载和作用产生的效应；
γG、γw、γE、γT——各效应的分项系数，可按2.2.6采用；
ψw、ψE、ψT——分别为风荷载、地震作用和温度作用效应的组合系数。取决于各效应分别作为第一个、第二个和第三个可变荷载和作用的效应，可按2.2.7取值；
9、幕墙按各效应组合中的最不利组合进行设计。

第三章 幕墙材料的物理特性及力学性能

一、玻璃的强度设计值：
类 型
厚 度(mm)
强度设计值ƒg(N/mm2)
大面上的强度
边缘强度
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

二、铝合金型材的强度设计值：
型材状态
强度设计值ƒg(N/mm2)
抗拉、抗压
抗剪
6063、T5
84.2
48.9

三、幕墙连接件钢材的强度设计值：
钢材类型
强度设计值(N/mm2)
抗拉、抗压和抗弯ƒ
抗剪ƒV
Q235（第一组）
215
125
四、焊缝强度设计值：

焊接方法
和焊条型号
构件
钢材
强度设计值ƒ (N/mm2)
对接焊缝隙(三级)
角焊缝
手工焊
E43XX型
Q235
抗拉、抗弯
抗拉、抗压、抗剪
185
160

五、螺栓连接的强度设计值：

螺栓钢号
强度设计值ƒ (N/mm2)
C 级
A级、B级
普通螺栓
Q235
抗拉
抗剪
抗拉
抗剪
170
130
170
170

六、幕墙材料的重力体积密度：

序号
材料名称
密度（kN/m3）
密度（N/mm3）
1
玻 璃
25.6
2.56310-5
2
矿棉（防火棉、保温棉）
0.5~1.0
(0.5~1.0)310-6
3
铝合金型材
28.0
2.8310-5
4
钢 材
78.5
7.85310-5

七、幕墙材料的弹性模量：
序号
材 料
弹性模量E (N/mm2)
1
玻 璃
0.723105
2
铝合金
0.703105
3
Q235钢材
2.063105
4
不锈钢（奥氏体）
2.063105
八、幕墙材料的线膨胀系数：
序号
材 料
线膨胀系数ɑ(X10-5)
1
混凝土
1.0
2
钢 材
1.2
3
铝合金
2.35
4
玻 璃
1.0
5
不锈钢（奥氏体）
1.8

第四章 荷载及作用计算
一、风荷载作用
1、作用在幕墙上的风荷载标准值按下式计算：
ωK =βZ·µZ·μS·ωo
式中 ωK ——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2.25；
µZ ——风压高度变化系数，按现行国家标准《建筑结构荷载
规范》GB50009-2001采用，取µZ= 0.6163 (Z/10)0.44（按C类地区计算）；
μS——风荷载体型系数，竖向幕墙外表面取±1.5；
ωo——基本风压，根据《建筑结构荷载规范》GB50009-2001，
××市取0.45kN/ m2。
则ωK=2.253µZ31.530.45=1.52µZkN/m2 (公式 4.1)
2、作用在幕墙上的风荷载设计值按下式计算：
ω=γw·ωK
式中 ω ——作用在幕墙上的风荷载设计值（kN/m2）；
γw——风荷载作用效应的分项系数,取1.4；
则 ω=1.4ωK (公式 4.2)

二、地震作用
（1）玻璃地震作用
1、垂直于幕墙平面的均布水平地震作用按下式计算：
qE=βE·αmax·G/A
式中 qE ——垂直于幕墙平面的均布水平地震作用（kN/m2）；
βE ——动力放大系数，取3.0；
αmax ——水平地震影响系数最大值，6度防震设计时取0.04；
G/A ——幕墙单位面积自重标准值。
则 qE=3.030.0430.4=0.05kN/m2 (公式 4.3)
2、 平行于幕墙平面的集中水平地震作用按下式计算：
pE=βE·αmax·G
式中 pE ——平行于幕墙平面的集中水平地震作用（kN）；
βE ——动力放大系数，取3.0；
αmax ——水平地震影响系数最大值，6度防震设计时取0.04；
G ——幕墙构件的重量（kN），玻璃幕墙等于0.5b·h。
则 pE=3.030.0430.5bh=0.06bh kN (公式 4.4)
三、 水平荷载及作用效应的最不利组合值按下式计算：
S=ψwγwωK+ψEγEqE (公式 4.5)
式中 可变荷载组合系数：ψw=1.0,ψE=0.6
荷载分项系数：进行强度计算时，γw=1.4, γE=1.3
进行挠度计算时，γw=1.0, γE=1.0
四、根据公式4.1、4.2、4.3、4.4和4.5，计算得每一幕墙表面上的水平风压荷载标准值、设计值以及风压荷载与水平地震作用的组合值如下：（表4.1）

序号
幕 墙
标 高
(m)
µZ
ωK (kN/m2)
ω(kN/m2)
荷载组合(kN/m2)
S
S’
1

99.75
1.69
2.57
3.59
3.63
2.60
2

95.25
1.66
2.52
3.52
3.56
2.55
3

92.25
1.64
2.49
3.48
3.52
2.53
4

89.25
1.61
2.45
3.43
3.47
2.48
5

86.25
1.59
2.42
3.38
3.42
2.45
6

79.05
1.53
2.33
3.26
3.30
2.36
7

53.85
1.29
1.96
2.75
2.79
1.99
8

28.65
0.98
1.49
2.08
2.12
1.52
9

25.05
0.92
1.4
1.96
2.00
1.43
10

15.85
0.75
1.15
1.61
1.65
1.18
11

6.65
0.51
1.00
1.40
1.44
1.03
说明：根据规范第5.2.2条作用于幕墙上的风荷载标准值不应小于1.0kN/m2。因此本表中序号11的ωK=1kN/m2
表中 S——玻璃幕墙的风荷载设计值与水平地震作用设计值的组合值，用于强度计算；
S’——玻璃幕墙的风荷载标准值与水平地震作用标准值的组合值，用于挠度计算。

第五章 幕墙板块的选用与校核
第一节 南立面玻璃幕墙
5-1 隐框式幕墙玻璃的选用与校核
幕墙玻璃最大分格尺寸：a3b51185mm31800mm；
对应标高为：99.75M，查表4.1得
S=3.63kN/m2，S’=2.6kN/m2
5-1-1 幕墙玻璃在垂直于玻璃平面的组合荷载作用下，其最大应力按下式校核：

6w·S·a2
s= £ƒ
t2
式中 s ——组合载作用下玻璃最大应力（N/mm2）；
S ——组合荷载设计值（N/mm2）；
a ——玻璃短边边长（mm）；
t ——玻璃的厚度（mm）；
w ——弯曲系数，可按边长比a/b由下表查出（b为长边边长），
ƒ ——玻璃的大面上强度允许值，6mm钢化玻璃取84.0N/mm2。
A/b
0.00
0.25
0.33
0.40
0.50
0.55
0.60
0.65
w
0.1250
0.1230
0.1180
0.1115
0.1000
0.0934
0.0868
0.0804
A/b
0.70
0.75
0.80
0.85
0.90
0.95
0.95
1.00
w
0.0742
0.0683
0.0628
0.0576
0.0528
0.0483
0.0483
0.0442
由a/b51185/180050.66查得 w50.0792
630.079133.63310-3311962
则 s 5
（1.2×6）2
547.5N/mm2<ƒ584.2 N/mm2 安全！
5-1-2幕墙玻璃在垂直于玻璃平面的组合荷载作用下的挠度校核。
根据a/b=1185/1800=0.66查建筑结构静力计算手册，四边简支板挠度系数：ƒ=0.00782
Eh3
刚度：Bc=
12(1-μ2)
式中：
Bc——刚度；
E——玻璃弹性模量（72000N/mm2）；
H——玻璃板厚（mm）；
μ——泊桑比（玻璃0.2）；
Eh3 72000×(7.2)3
Bc= = =2332800N/mm
12(1-μ2) 12（1-0.22）
挠度：
qk×l4 2.6×10-3×11854
μ= ƒ× =0.00782× =17.2mm
Bc 2332800
挠度大于玻璃板厚，应考虑大挠度的影响，上述按小挠度公式计算的应力，挠度值应乘以折减系数进行挠度修正。
挠度修正：
Sk×a4
Q=
Et4
式中：
Sk——荷载组合；
a——玻璃短边尺寸；
E——玻璃弹性模量；
t——玻璃厚度（中空玻璃1.2t=1.2×6=7.2mm）
Sk×a4 2.6×10-3×11854
Q= = =26.5
Et4 72000×(7.2)4
查表5.4.3得拆减系数0.87。
修正后挠度值：
μ=0.87×17.2=15mm
1 15 1 1
= = ≈
μ 1185 79 80
结论：强度修正后富余更大。挠度虽然较大，但仍在允许范围内。
5-1-3 在年温度变化影响下玻璃边缘与边框之间发生挤压时在玻璃中产生的挤压温度应力st1按下式校核：
2c-dc
st1=E(aDT - )
b

中空玻璃与槽口的配合
式中 st1——由于温度变化在玻璃中产生的挤压应力（N/mm2），当计算值为负时，挤压应力取为零；
E ——玻璃的弹性模量，取0.72×105 N/mm2；
a ——玻璃的线膨胀系数，取1.0×10-5；
DT ——幕墙年温度变化（℃），取80℃；
c ——玻璃边缘与边框之间的空隙,隐框幕墙取20mm；
dc ——施工误差，取3mm；
b ——玻璃的长边尺寸（mm）。
2×20－3
则 st1＝0.72×105×(1.0×10-5×80－ )
1800
＝－1422 （ 不产生挤压应力！ ）
5-1-4 玻璃中央与边缘温度差应力st2按下式计算
st2＝0.74E.a.m1.m2.m3.m4(TC2TS) £ƒ
式中 st2——温度应力（N/mm2）；
E ——玻璃的弹性模量，取0.72×105 N/mm2；
a ——玻璃的线膨胀系数，取1.0×10-5；
m1——阴影系数，取1.0；
m2——窗帘系数，取1.1；
玻璃面积 A=1.185×1.8 =2.1m2
m3——玻璃面积系数，取1.08；
m4——嵌缝材料系数，取0.4；
TC2TS——玻璃中央与边缘的温度差，取40℃。
ƒ ——玻璃的边缘强度允许值，6mm钢化玻璃取
58.8N/mm2。
则 st2=0.7430.72310531.0310-531.031.131.0830.4340
=10.1 N/mm2; ƒ=558.8 N/mm2 合格！

第六章 玻璃幕墙结构胶缝计算
6-1隐框玻璃幕墙结构胶缝计算
选取最不利板块为代表计算（最大标高处）
玻璃分格尺寸：a×b＝1185mm×1500mm；
对应标高为：99.75m, 查表4.1得 ωK=2.57 kN/m2。
6-1-1 结构硅酮密封胶中的应力由所承受的短期或长期荷载和作用计算，并应分别符合下式条件：
sK1或τK1≤ƒ1
sK2或τK2≤ƒ2
式中 sK1——短期荷载或作用在结构硅酮密封胶中产生的拉应
力标准值（N/mm2）；
τK1——短期荷载或作用在结构硅酮密封胶中产生的剪应力标准值（N/mm2）；
sK1——长期荷载或作用在结构硅酮密封胶中产生的拉应力标准值（N/mm2）；
τK1——长期荷载或作用在结构硅酮密封胶中产生的剪应力标准值（N/mm2）；
ƒ1 ——结构硅酮密封胶短期强度允许值，取0.14N/mm2；
ƒ2 ——结构硅酮密封胶长期强度允许值，取0.007N/mm2；
6-1-2 结构硅酮密封胶的黏结宽度计算
6-1-2-1 在风荷载作用下，结构硅酮密封胶的黏结宽度CSω按下式计算：
ωK×a
CSω=
2000 ׃1
式中 CSω——在风荷载作用下结构硅酮密封胶的黏结宽度（mm）；
ωK ——风荷载标准值（kN/m2）；
a ——玻璃的短边长度（mm）；
ƒ1 ——结构硅酮密封胶短期强度允许值，取0.14N/mm2。
2.57×1185
则 CSω= =0.9mm
2000×0.14
6-1-2-2 在玻璃自重作用下，结构硅酮密封胶的黏结宽度CSG按下式计算：
qGK×a×b
CSG＝
2000（a+b）ƒ2
式中 CSG——在玻璃自重作用下结构硅酮密封胶的黏结宽度（mm）；
qGK——玻璃单位面积重量（kN/m2）；
a、b——玻璃的短边和长边长度（mm）；
ƒ2 ——结构硅酮密封胶长期强度允许值，取0.007N/mm2。
25.63（6+6）×10-3×1185×1500
则 CSG＝ ＝14.5 mm
2000× (1185+1500) × 0.007
所以本工程中玻璃幕墙所取胶缝黏结宽度15mm满足要求！
6-1-3 结构硅酮密封胶的黏结厚度按下式计算
幕墙玻璃的相对位移量（最大温差80℃）
玻璃长边的最大尺寸l=1800mm
mS=l(a钻－a玻)×△t
=1800(2.35×10-5－1×10-5)×80
=1.9mm
mS
tS5
√d (2+d)

式中 tS——结构硅酮密封胶的粘结厚度（mm）；
mS——幕墙的相对位移量，取1.9mm ；
d——结构硅酮密封胶的变位承受能力，取25%。
1.9
则 tS5 52.5mm
√ 0.253 (2+0.25)
故本工程所取胶缝粘结厚度6mm满足要求！

第七章 玻璃幕墙立柱计算
第一节 南立面玻璃幕墙计算
一、标高99.75m~86.25m玻璃幕墙立柱计算
1、概述：
幕墙立柱均悬挂在主体结构上的拉弯构件进行设计,立柱在水平荷载和自重的共同作用下处于拉弯状态,不需验算其稳定性,仅计算其截面承载力和挠度。
本立柱位于主塔楼，南立面标高99.75m。
查（表4.1）得S=3.63kN/m2 S’=2.60kN/m2
荷载带宽 b =1.185m
q=S×b=3.63×1.185=4.3 kN/m
q’=S’×b=2.6×1.185=3.08 kN/m
2、内力计算
按铰接多跨连续梁计算简图，采用理正建筑结构系列软件平面刚桁架计算程序最大弯矩Mmax=3.9kN/m，
采用Y140-1
A=1358mm2 I=3.5×106 mm4 Wmin=4.95×104 mm3
由自重产生的最大轴力
N=0.4bh=0.4×1.185×5.5=6.52kN
a强度验算
M N
smax = + £ ƒa
gW A0
3.9×106 6.52×103
= +
1.05×4.95×104 1358

=75+4.8=79.8 kN/mm2 <84.2 N/mm2
式中 smax——立柱截面承载力量大值（N/mm2）；
N ——立柱拉力设计值（N）；
A0 ——立柱的净截面面积；
M ——立柱弯矩设计值（N·mm）；
g ——塑性发展系数，可取为1.05；
W ——立柱对x轴的净截面抵抗矩（mm3）；
ƒa ——立柱的强度设计值，铝材取84.2N/mm2。
3、刚度验算
由计算结果得μmax=15.6mm <L/180=3000/180=16.7 mm （安全）

二、标高86.25m~53.85m玻璃幕墙立柱计算
1、概述：
幕墙立柱均悬挂在主体结构上的抗弯构件进行设计，立柱在水平荷载和自重的共同作用下，处于拉弯状态，不需验算其稳定性，仅计算其截面承载力和挠度。
本立柱位于主塔楼，南立面标高86.25m。
查（表4.1）得S=3.42kN/m2 S’=2.45kN/m2
荷载带宽b=1.185m
q=S×b=3.42×1.185=4.05kN/m2
q’=S’×b=2.45×1.185=2.90 kN/m2
2、内力计算：
按不等跨二跨连续梁计算（采用赵西安编著的计算用表）
α=α/h α——短跨跨度 h——双跨连梁总长度（层高）
α
中支座最大弯距M（×qh2）
长跨最大挠度u(×10-3qh4/EI)
0.10
-0.09125
3.7973
0.15
-0.07718
3.2056
0.20
-0.06500
2.6539
0.25
-0.05469
2.0946
0.30
-0.04625
1.6348
0.35
-0.03969
1.2443
0.40
-0.03500
0.8758
0.45
-0.03218
0.5645
0.50
-0.03125
0.3128
α = a/l = 0.58/3.6 = 0.16
查表 m=0.0747
M=mqh2=0.0747×4.05×3.62=3.92 kN.M
由自重产生的最大轴力
N =0.5bh =0.5×1.185×3.6 =2.13 kN

3、 强度验算：
采用Y140-1
A=1358mm2 I=3.5×106mm4 Wmin=4.95×104mm2

N M
smax = + £ ƒa
A0 gW

3.92×106 2.13×103
= + =75.4+1.6=77 N/mm2 <84.2 N/mm2
1.05×4.95×104 1358
式中 smax——立柱截面承载力量大值（N/mm2）；
N ——立柱拉力设计值（N）；
A0 ——立柱的净截面面积；
M ——立柱弯矩设计值（N·mm）；
g ——塑性发展系数，可取为1.05；
W ——立柱对x轴的净截面抵抗矩（mm3）；
ƒa ——立柱的强度设计值，铝型材取84.2N/mm2。
b.刚度验算
α=0.16
由表查得 挠度系数 ƒ=0.0031
qkh4 2.9×3.64×1012
µ= ƒ× =0.0031×
E×I 0.7×105×3.5×106
=6.2mm<L/180 =3600/180 =20mm (安全)

三、 标高53.86m~25.05m玻璃幕墙立柱计算
1、概述：
幕墙立柱均悬挂在主体结构上的抗弯构件进行设计，立柱在水平荷载和自重的共同作用下，处于拉弯状态，不需验算其稳定性，仅计算其截面承载力和挠度。
本立柱位于主塔楼南立面，标高53.85m。
查（表4.1）得S=2.79kN/m2 S’=1.99 kN/m2
荷载带宽b=1.185m
q=S×b=2.79×1.185=3.31 kN/m
q’=S’×b=1.99×1.185=2.36 kN/m
2、内力计算
按不等跨=跨连续梁计算(采用赵西安编著的计算用表)
α=α/l =580/3600 =0.16
查表 m=0.0747 ƒ=0.0031
M=mqh2 =0.0747×3.31×3.62 =3.2 kN.M
由自重产生的最大轴力
N=0.5bh =0.5×1.185×3.6 =2.13 kN
3、强度验算
采用 Y130-1
A =1298 mm2 IX=2.91×106 mm4
Wmin =4.43×104

N M
smax = + £ ƒa
A0 gW

3.2×106 2.13×103
= + =1.6+68.8=70.4 N/mm2 <84.2N/mm2
1.05×4.43×104 1298
式中 smax——立柱截面承载力量大值（N/mm2）；
N ——立柱拉力设计值（N）；
A0 ——立柱的净截面面积；
M ——立柱弯矩设计值（N·mm）；
g ——塑性发展系数，可取为1.05；
W ——立柱对x轴的净截面抵抗矩（mm3）；
ƒa ——立柱的强度设计值，铝材取215N/mm2。
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