玻璃幕墙计算表教学资料.xls

幕墙工程 设计计算书 玻璃幕墙结构设计计算基本参数:幕墙计算处标高(米）50 设计层高Hsjcg(米):3.7 分格宽(米)B=1.1 分格高(米)H=1.4 抗震设防烈度7一、幕墙承受荷载计算：1.风荷载标准值计算:本幕墙设计按50年一遇风压计算 Wk:作用在幕墙上的风荷载标准值(kN/m2)Wo:天津50年一遇十分钟平均最大风压(kN/m2):0.5 根据现行GBJ9-87附图 (全国基本风压分布图)中数值采用 z:瞬时风压的阵风系数取：2.25 s:风荷载体型系数:1.5 z:计算高处风压高度变化系数:按C类区计算 z=0.713(Z/10)0.4=1.357 Wk=zzsW0 (5.2.2)=2.518 kN/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JGJ 102-96(5.1.6)条规定采用 W=rwWk=3.525 kN/m2 3.玻璃幕墙构件重量荷载：GAk:玻璃幕墙构件(包括玻璃和铝框)的平均自重:400 N/m2 Gk:玻璃幕墙构件(包括玻璃和铝框)的重量:H:玻璃幕墙分格高(m):1.4 B:玻璃幕墙分格宽(m):1.1 Gk=400BH/1000=0.616 kN4.地震作用: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/m2)E:动力放大系数:可取5.0 按5.2.4条规定采用 max:水平地震影响系数最大值:0.08 按5.2.4条规定采用 Gk:玻璃幕墙构件的重量(kN):0.616 B:玻璃幕墙分格宽(m):1.1 H:玻璃幕墙分格高(m):1.4 qEAK=3maxGK/B/H (5.2.4)=0.16 kN/m2 二、玻璃的选用与校核:1、玻璃规格BxH本工程选用玻璃种类为:钢化玻璃 1.玻璃面积:B:玻璃幕墙分格宽(m):1.1 H:玻璃幕墙分格高(m):1.4 A:玻璃板块面积(m2):A=BH=1.542.玻璃厚度选取:W:风荷载设计值(kN/m2):3.525 A:玻璃板块面积(m2):1.54 K3:玻璃种类调整系数:3 试算:C=WA10/3/K3=6.031 T=2(1+C)0.5-2 =3.303 mm 玻璃选取厚度为(mm):63.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(mm):6 玻璃的体积密度为:25.6(KN/M3)按5.2.1采用 GAk=25.6t/1000 0.153 kN/m2 4.垂直于玻璃平面的分布水平地震作用:max:水平地震影响系数最大值:0.08 qEAk:垂直于玻璃平面的分布水平地震作用(kN/m2)qEAk=3maxGak=0.036 kN/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=rEqEAk =1.3qEAK=0.046 kN/m2 5.玻璃的强度计算:校核依据:g=84.000 q:玻璃所受组合荷载:a:玻璃短边边长(m):1.1 b:玻璃长边边长(m):1.4 t:玻璃厚度(mm):6 :玻璃板面跨中弯曲系数,按边长比a/b查出(b为长边边长)表5.4.1得:0.065 w:玻璃所受应力:采用Sw+0.6SE组合:q=W+0.6qEA =3.552 kN/m2 w=6qa21000/t2=46.206 N/mm2 46.206 g=84.000N/mm2 玻璃的强度满足 6.玻璃温度应力计算:校核依据:max=58.8 N/mm2(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:0.72105N/mm2 t:玻璃的线膨胀系数:1.010-5 :年温度变化差():80 c:玻璃边缘至边框距离,取 5mm d:施工偏差,可取:3mm ,按5.4.3选用 b:玻璃长边边长(m):1.4 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:t1=E(at-(2c-d)/b/1000)=-302.4 N/mm2 计算值为负,挤压应力取为零.0.000N/mm2 58.8 N/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:1:阴影系数:按玻璃幕墙工程技术规范 得1.000 2:窗帘系数:按玻璃幕墙工程技术规范 得1.100 3:玻璃面积系数:按玻璃幕墙工程技术规范 得1.086 4:边缘温度系数:按玻璃幕墙工程技术规范 得0.400 c:玻璃中央部分温度:a:玻璃线胀系数:1.010-5 a0:玻璃吸热率:0.142 a1:室外热传递系数,取15W/m2K t0:室外设计温度-10.000 t1:室内设计温度35.000 c=(a0700+15t0+8t1)/(15+8)=(0.142700+15(-10.000)+835.000)/(15+8)=9.974 s:玻璃边缘部分温度:s=(15t0+8t1)/(15+8)=(15(-10.000)+835.000)/(15+8)=5.652 t:玻璃中央部分与边缘部分温度差:t=c-s =4.322 玻璃中央与边缘温度差产生的温度应力:t2=0.74Ea1234(c-s)=0.740.721051.010-51234t =1.100N/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(kN/m2):2.518 t:玻璃厚度(mm):6 1:玻璃种类调整系数:3 A:计算校核处玻璃板块面积(m2)1.54 Azd=0.31(t+t2/4)/Wk (6.2.7-1)=5.361 m2 A=1.54 Azd=5.361 m2 可以满足使用要求 三、幕墙杆件计算:幕墙立柱按铰接多跨梁力学模型进行设计计算：1.选料:(1)风荷载设计值的线密度:qw:风荷载设计值的线密度 rw:风荷载作用效应的分项系数：1.4 Wk:风荷载标准值(kN/m2):2.518 B:幕墙分格宽(m):1.1 qw=1.4WkB=3.877 kN/m (2)立柱弯矩:Mw:风荷载作用下立柱弯矩(kNm)qw:风荷载设计值的线密度(kN/m):3.877 Hsjcg:立柱计算跨度(m)3.7 Mw=qwHsjcg2/10=5.307 kNm qEA:地震作用设计值:qEAK:地震作用(kN/m2):0.16 E:幕墙地震作用分项系数:1.3 qEA=1.3qEAk=0.208 kN/m2 qE:地震作用设计值的线密度:qE=qEAB=0.228 kN/m ME:地震作用下立柱弯矩(kNm):ME=qEHsjcg2/10 =0.312 kNm M:幕墙立柱在风荷载和地震作用下产生弯矩(kNm)采用Sw+0.6SE组合 M=Mw+0.6ME=5.494 kNm (3)W:立柱抗弯矩预选值(cm3)W=M103/1.05/84.2=62.142 cm3 qWk:风荷载标准值线密度(kN/m)qwk=WkB=2.769 kN/m qEk:地震作用标准值线密度(kN/m)qEk=qEAk_MB=0.176 kN/m (4)I1,I2:立柱惯性矩预选值(cm4)I1=900(qwk+0.6qEk)Hsjcg3/384/0.7=487.523 cm4 I2=3000(qwk+0.6qEk)Hsjcg4/384/0.7/20 =300.639 cm4 选定立柱惯性矩应大于(cm4):487.523 2.选用立柱型材的截面特性:1.主梁一 选用型材截面如图:铝型材强度设计值(N/mm2)84.2 铝型材弹性模量E(N/cm2):7000000 X轴惯性矩(cm4):Ix=1230.63 Y轴惯性矩(cm4):Iy=227.287 X轴抵抗矩(cm3):Wx1=119.612 X轴抵抗矩(cm3):Wx2=106.905 型材截面积(cm2):A=23.908 型材计算校核处壁厚(mm):t=3.5 型材截面面积矩(cm3):Ss=78.296 塑性发展系数:=1.053.幕墙立柱的强度计算:校核依据:N/A+m/Wa=84.200N/mm2(拉弯构件)(5.5.3)B:幕墙分格宽(m):1.1 GAk:幕墙自重(N/m2):400 幕墙自重线荷载:Gk=400Wfg/1000=0.44 kN/m NK:立柱受力:Nk=GkHsjcg=1.628 kN N:立柱受力设计值:rG:结构自重分项系数:1.2 N=1.2Nk=1.953 kN :立柱计算强度(N/mm2)(立柱为拉弯构件)N:立柱受力设计值(Kn):1.953 A:立柱型材截面积(cm2)23.908 M:立柱弯矩(kNm):5.494 Wx2:立柱截面抗弯矩(cm3):106.905 :塑性发展系数:1.05 =N10/A+M103/1.05/Wx2=49.761 N/mm2 49.761 a=84.200N/mm2 立柱强度满足 4.幕墙立柱的刚度计算:校核依据:UmaxU=20mm 且 UmaxL/180 (5.5.5)Umax:立柱最大挠度 Umax=3(qWk+0.6qEk)Hsjcg41000/384/0.7/Ix 立柱最大挠度Umax为:4.885 20mm Du:立柱挠度与立柱计算跨度比值:Hsjcg:立柱计算跨度(m):3.7 Du=U/Hsjcg/1000=0.001 1/180 挠度满足要求 5.立柱抗剪计算:校核依据:max=80.200N/mm2 (1)Qwk:风荷载作用下剪力标准值(kN)Qwk=WkHsjcgB/2=5.124 kN (2)Qw:风荷载作用下剪力设计值(kN)Qw=1.4Qwk=7.173 kN (3)QEk:地震作用下剪力标准值(kN)QEk=qEAkHsjcgB/2=0.325 kN (4)QE:地震作用下剪力设计值(kN)QE=1.3QEk=0.422 kN (5)Q:立柱所受剪力:采用Qw+0.6QE组合 Q=Qw+0.6QE=7.426 kN (6)立柱剪应力:立柱剪应力:Ss:立柱型材截面面积矩(cm3):78.296 Ix:立柱型材截面惯性矩(cm4):1230.632 t:立柱壁厚(mm):3.5 =QSs100/Ix/t=13.498 N/mm2 13.498 80.200N/mm2 立柱抗剪强度满足 6.选用横梁型材的截面特性:选用型材截面:铝型材强度设计值(N/mm2):84.2 铝型材弹性模量 E(N/cm2):7000000 X轴惯性矩(cm4):Ix=58.29 Y轴惯性矩(cm4):Iy=87.39 X轴抵抗矩(cm3):Wx1=16.58 X轴抵抗矩(cm3):Wx2=12.999 Y轴抵抗矩(cm3):Wy1=21.395 Y轴抵抗矩(cm3):Wy2=17.616 型材截面积(cm2):A=10.11 型材计算校核处壁厚(mm):t=2.5 型材截面面积矩(cm3):Ss=12.994 塑性发展系数:=1.057.幕墙横梁的强度计算:校核依据:mx/Wx+my/Wya=84.200N/mm2 (5.5.2)(1)横梁在自重作用下的弯矩(kNm)B:幕墙分格高(m):1.1 H:幕墙分格高(m):1.4 GAk:横梁自重(N/m2):400 Gk:横梁自重荷载线密度:Gk=300H/1000=0.56 kN/m G:横梁自重荷载设计值线密度(kN/m)G=1.2Gk=0.672 kN/m Mx:横梁在自重荷载作用下的弯矩(kNm)Mx=GB2/8=0.101 kNm (2)横梁在风荷载作用下的弯矩(kNm)风荷载线密度:横梁承受三角形荷载作用 qwk=Wk X B=2.769 KN/m 风荷载设计值的线密度:qw=1.4qwk=3.876 kN/m Myw:横梁在风荷载作用下的弯矩(kNm)Myw=qwB2/12=0.39 kNm (3)地震作用下横梁弯矩 qEAk:横梁平面外地震荷载:E:动力放大系数:3 max:地震影响系数最大值:0.08 Gk:幕墙构件自重(N/m2):400 qEAk=3max300/1000=0.096 kN/m2 qEx:横梁地震荷载线密度:B:幕墙分格宽(m)1.1 横梁承受三角形荷载作用 qex=qeak X B=0.105 KN/m qE:横梁地震荷载设计值线密度:E:地震作用分项系数:1.3 qE=1.3qEx=0.136 kN/m MyE:地震作用下横梁弯矩:MyE=qEB2/12=0.013 kNm (4)横梁强度:横梁计算强度(N/mm2):采用SG+Sw+0.6SE组合 Wx1:X轴抵抗矩(cm3):16.58 Wy2:y轴抵抗矩(cm3):17.616 :塑性发展系数:1.05 =(Mx/Wx1+Myw/Wy2+0.6MyE/Wy2)103/1.05 =26.886 N/mm2 26.886 a=84.200N/mm2 横梁正应力强度满足 8.幕墙横梁的抗剪强度计算:校核依据:max=80.200N/mm2 (1)Qwk:风荷载作用下横梁剪力标准值(kN)Wk:风荷载标准值(kN/m2):2.518 B:幕墙分格宽(m)1.1 Qwk=WkB2/4=0.761 kN (2)Qw:风荷载作用下横梁剪力设计值(kN)Qw=1.4Qwk=1.065 kN (3)qEAk:地震作用下横梁剪力标准值(kN)qEAk:幕墙平面外地震作用(kN/m2):0.096 QEk=qEakB2/4=0.029 kN (4)qE:地震作用下横梁剪力设计值(kN)E:地震作用分项系数:1.3 QE=1.3Qek=0.037 kN (5)Q:横梁所受剪力:采用Qw+0.6QE组合 Q=Qw+0.6QE=1.087 kN (6):横梁剪应力 Ss:横梁型材截面面积矩(cm3):12.994 Iy:横梁型材截面惯性矩(cm4):87.39 t:横梁壁厚(mm):2.5 =QSs100/Iy/t =6.465 N/mm2 6.465 80.200N/mm2 横梁抗剪强度可以满足 9.幕墙横梁的刚度计算 校核依据:UmaxU=20mm 且 UmaxL/180 横梁承受三角形荷载作用 qwk=Wk B =2.769 KN/m qex:地震作用标准线密度(KN/m)qex=qeak B=0.105 KN/m 水平方向由风荷载和地震作用产生的弯曲:U1=(qwk+0.6qex)B41000/0.7/Iy/120 =0.564 mm 自重作用产生的弯曲:U2=5GKB41000/384/0.7/Ix =0.261 mm 综合产生的弯曲为:U=(U12+U22)0.5=0.621 mm20mm Du=U/B/1000=0 1/180 挠度可以满足要求 四、连接件计算:1.横梁与立柱间连结 竖向节点(角码与立柱)GAK:横梁自重(N/m2):400 Gk:横梁自重线荷载(N/m):Gk=GAKH=560 N/m 横梁自重线荷载设计值(N/m)G=1.2Gk=672 N/m N2:自重荷载(N):N2=GB/2 =369.6 N N1:SG+0.6SE(N):N1=(1.4Qwk+1.30.6qex)B/4 =1088.587 N N:连接处组合荷载:采用SG+Sw+0.6SE N=(N12+N22)0.5=1149.619 N Num2:螺栓个数:D1:选用螺栓直径(mm):6 D0:选用螺栓有效直径(mm):5.06 Nvbh:螺栓的承载能力:Nvbh=3.14D02130/4=2612.847 N Num2=N/Nvbh=0.439 取螺栓个数:3 Ncbj:连接部位铝角码壁抗承压能力计算:Lct1:铝角码壁厚(mm):2.5 Ncbj=D1Lct1120Num2=5400 N 5400 N 1149.619 N 强度可以满足 2.立梃与主结构连接 Lct2:连接处钢角码壁厚(mm):8 D2:连接螺栓直径(mm)12 D0:连接螺栓直径(mm):10.36 采用SG+SW+0.6SE组合 N1wk:连接处风荷载总值(N):N1wk=WkBHsjcg1000=10248.26 N 连接处风荷载设计值(N):N1w=1.4N1wk=14347.56 N N1Ek:连接处地震作用(N):N1Ek=qEAkBHsjcg1000=651.2 N N1E:连接处地震作用设计值(N):N1E=1.3N1Ek=846.56 N N1:连接处水平总力(N):N1=N1w+0.6N1E=14855.5 N N2:连接处自重总值设计值(N):N2k=GAKBHsjcg=1628 N N2:连接处自重总值设计值(N):N2=1.2N2k=1953.6 N N:连接处总合力(N):N=(N12+N22)0.5=14983.41 N Nvb:螺栓的承载能力:Nv:连接处剪切面数:2 Nvb=23.14D02130/4=21905.97 N Num1:立梃与建筑物主结构连接的螺栓个数:Num1=N/Nvb=0.683 个 Num1:取螺栓数量(个)4 Ncbl:立梃型材壁抗承压能力(N):D2:连接螺栓直径(mm):12 Nv:连接处剪切面数:8 t:立梃壁厚(mm):3.5 Ncbl=D22120tNum1=40320 N 40320 14983.41 N 强度可以满足 Ncbg:钢角码型材壁抗承压能力(N):Ncbg=D22267Lct2Num1=165120 N 165120 14983.41 N 强度可以满足 五、幕墙预埋件总截面面积计算 本工程预埋件受拉力和剪力 V:剪力设计值:V=N2 =1953.6 N N:法向力设计值:N=N1=14855.5 N M_:弯矩设计值(Nmm):z:螺孔中心与锚板边缘距离(mm):108 M=Ve2 =210988.8 Nm Num1:锚筋根数:4 锚筋层数:2 r:锚筋层数影响系数:1 关于混凝土：混凝土标号:30 混凝土强度设计值(N/mm2)fc:15 按现行国家标准混凝土结构设计规范 GBJ10采用。选用锚筋级别：1 锚筋强度设计值（N/mm2）:fy=210 d:钢筋直径（mm）：12 v:钢筋受剪承载力系数:v=(4-0.08d)(fc/fy)0.5 (5.7.10-5)=0.812 v取 0.7 t:锚板厚度(mm):8 b:锚板弯曲折减系数:b=0.4+0.25t/d (5.7.10-6)=0.566 Z:外层钢筋中心线距离(mm):100 As:锚筋实际总截面积:As=Num13.14d2/4=452.16 mm2 锚筋总截面积计算值:As1=(V/v+N/0.8/b+M/1.3/r/b/Z)/fy (5.7.10-1)=182.161 mm2 As2=(N/0.8/b+M/0.4/r/b/Z)/fy (5.7.10-2)=197.319 mm2 182.161 452.16 mm2 197.319 452.16 mm2 锚筋可以满足要求 A:锚板面积(mm2);60000 0.5fcA=450000 N=14855.5 0.5fcA 锚板尺寸可以满足要求 六、幕墙预埋件焊缝计算 Hf:焊缝厚度(mm):6 L:焊缝长度(mm):100 m:弯矩引起的应力 m=6M/(2helw21.22)=12.352 N/mm2 n:法向力引起的应力 n=N/(2heLw1.22)=14.495 N/mm2 :剪应力 =V/(2HfLw)=1.628 N/mm2 :总应力 =(m+n)2+2)0.5=26.896 N/mm2 26.896 160N/mm2 焊缝强度可以满足!七、幕墙玻璃板块结构胶计算: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(kN/m2):2.518 a:矩形分格短边长度(m):1.1 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=Wka/2/0.14 (5.6.4-1)=3.0001.750/2/0.14=9.89 mm 取结构胶粘结宽度（mm）：12(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(m):1.1 H:幕墙分格高(m):1.4 t:玻璃厚度(mm)6 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=HBt25.6/(H+B)/2/7 (5.6.4-2)=6.75 mm (3)结构硅酮密封胶的最大计算宽度(mm):122.结构硅酮密封胶粘接厚度的计算:ts:结构胶的粘结厚度:mm :结构硅酮密封胶的变位承受能力:15.0%:年温差:80.0 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=2.3510-5 玻璃线膨胀系数:a2=110-5 Us=bt(2.35-1)/100 =2.30080.000(2.35-1)/100=1.512 mm Ts=Us/(2+)0.5 (5.6.5)=2.484/(0.150(2+0.150)0.5=2.66 mm 3.胶缝推荐宽度为(mm):124.胶缝推荐厚度为(mm):65.胶缝强度验算 胶缝选定宽度为(mm):12 胶缝选定厚度为(mm):6(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(kN/m2):2.518 B:幕墙分格宽(m):1.1 Cs:结构胶粘结宽度(mm):12 1=WkB0.5/Cs=0.115 N/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(m):1.4 t:玻璃厚度(mm):6 2=12.8HBt/Cs/(B+H)/1000 =0.0039 N/mm2 (3)短期荷载和作用在结构胶中产生的总应力:=(12+22)0.5=0.115 N/mm2 0.14N/mm2 结构胶强度可以满足要求