超市肋玻接玻璃幕墙设计计算书.docx

xxxxxxxx店
xxxxxxx全玻璃幕墙工程
肋玻接玻璃幕墙设计计算书
基本参数: 济南地区基本风压0.450kN/m2
抗震6度 （0.05g）设防

Ⅰ.设计依据:
《建筑结构可靠度设计统一标准》 GB 50068-2001
《建筑结构荷载规范》 GB 50009-2001
《建筑抗震设计规范》 GB 50011-2001
《混凝土结构设计规范》 GB 50010-2002
《钢结构设计规范》 GB 50017-2003
《玻璃幕墙工程技术规范》 JGJ 102-2003
《点支式玻璃幕墙支承装置》 JG 138-2001
《吊挂式玻璃幕墙支承装置》 JG 139-2001
《建筑幕墙》 JG 3035-1996
《玻璃幕墙工程质量检验标准》 JGJ/T 139-2001
《建筑玻璃应用技术规程》 JGJ 113-2003
《铝合金建筑型材 基材》 GB/T 5237.1-2000
《铝合金建筑型材 阳极氧化、着色型材》 GB/T 5237.2-2000
《紧固件机械性能 螺栓、螺钉和螺柱》 GB/T 3098.1-2000
《紧固件机械性能 螺母 粗牙螺纹》 GB/T 3098.2-2000
《紧固件机械性能 自攻螺钉》 GB/T 3098.5-2000
《紧固件机械性能 不锈钢螺栓、螺钉和螺柱》 GB/T 3098.6-2000
《紧固件机械性能 不锈钢螺母》 GB/T 3098.15-2000
《浮法玻璃》 GB 11614-1999
《钢化玻璃》 GB/T 9963-1998
《幕墙用钢化玻璃与半钢化玻璃》 GB 17841-1999
《建筑结构静力计算手册 (第二版) 》
《BKCADPM集成系统(BKCADPM2005版)》

Ⅱ.基本计算公式:
(1).场地类别划分:
地面粗糙度可分为以下类别:
--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。
xxxxxxxx店按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》GB50009-2001规定采用
风荷载计算公式: Wk=βgz×μs×μz×W0 （7.1.1-2）
其中: Wk---垂直作用在幕墙表面上的风荷载标准值(kN/m2)；
βgz---高度Z处的阵风系数,按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001第7.5.1条取定。
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。经化简，得：
A类场地: βgz=0.92×[1+35-0.072×(Z/10)-0.12]
B类场地: βgz=0.89×[1+(Z/10)-0.16]
C类场地: βgz=0.85×[1+35^(0.108)×(Z/10)-0.22]
D类场地: βgz=0.80×[1+35^(0.252)×(Z/10)-0.30]
μz---风压高度变化系数,按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001第7.2.1条取定。
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=1.000×(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第7.3.3条取为：-2.0
W0---基本风压,按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001附表D.4给出的50年一遇的风压采用，但不得小于0.3kN/m2，济南地区取为0.450kN/m2
(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，按相应设防烈度和设计基本地震加速度取定:
6度(设计基本地震加速度为0.05g): αmax=0.04
7度(设计基本地震加速度为0.10g): αmax=0.08
7度(设计基本地震加速度为0.15g): αmax=0.12
8度(设计基本地震加速度为0.20g): αmax=0.16
8度(设计基本地震加速度为0.30g): αmax=0.24
9度(设计基本地震加速度为0.40g): αmax=0.32
济南设防烈度为6度 （0.05g）,故取αmax=0.040
GAK---幕墙构件的自重(N/m2)
(4).作用效应组合:
结构设计时，根据构件受力特点，荷载(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，作用效应组合设计值按下式采用：
S=γGSGK+γwψwSWK+γEψESEK
各项分别为永久荷载、风荷载和地震作用。
作用的分项系数，按以下规定采用：
①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；对由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、滑移或漂浮验算，取0.9。
②可变荷载根据设计规范规定取代表值，其分项系数一般情况取1.4，地震作用取1.3。
水平荷载标准值: qk=Wk+0.5qEAk
水平荷载设计值: q=1.4Wk+1.3×0.5qEAk

一、风荷载计算
标高为12.0m处风荷载计算
(1). 风荷载标准值计算:
W0:基本风压
W0=0.45 kN/m2
βgz: 12.0m高处阵风系数(按C类区计算)
βgz=0.85×[1+35^(0.108)×(Z/10)-0.22]=2.049
μz: 12.0m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 (C类区，在15米以下按15米计算)
=0.616×(15.0/10)0.44=0.740
μs:风荷载体型系数
μs=-2.00
Wk=βgz×μz×μs×W0 (GB50009-2001)
=2.049×0.740×2.0×0.450
=1.365 kN/m2
(2). 风荷载设计值:
W: 风荷载设计值(kN/m2)
γw: 风荷载作用效应的分项系数：1.4
按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001 3.2.5 规定采用
W=γw×Wk=1.4×1.365=1.910kN/m2

二、玻璃的选用与校核
本处选用玻璃种类为:钢化玻璃
1. 玻璃面积

Lx: 该处玻璃幕墙分格宽: 1400mm
Ly: 该处玻璃幕墙分格高: 3500mm
A: 该处玻璃板块面积:
A=Lx×Ly/106
=1400×3500/106
=4.900m2
2. 该处玻璃板块自重
GAK: 玻璃板块自重(不包括铝框)
t: 玻璃板块厚度: 12.0mm
玻璃的重力密度为: 25.6(kN/m3)
GAK=25.6×t/1000
=25.6×12.0/1000
=0.307kN/m2
3. 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: 0.040
qEk: 垂直于玻璃平面的分布水平地震作用(kN/m2)
qEk=5×αmax×GAK
=5×0.040×0.307
=0.061kN/m2
γE: 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×qEk
=1.3×qEK
=1.3×0.061
=0.080kN/m2
4. 作用效应组合
水平荷载标准值：qK=WK+0.5×qEAK
=1.365+0.5×0.061
=1.395kN/m2
水平荷载设计值：q=W+0.5×qEA
=1.910+0.5×0.080
=1.950kN/m2
5. 玻璃的强度计算
校核依据: σ≤ｆg=84.000 N/mm2
Wk: 垂直于玻璃平面的风荷载标准值(N/mm2)
qEK: 垂直于玻璃平面的地震作用标准值(N/mm2)
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/mm2)
σEk: 在垂直于玻璃平面的地震作用下玻璃截面的最大应力标准值(N/mm2)
θ: 参数
η: 折减系数，可由参数θ按JGJ102-2003中的表6.1.2-2采用
a: 支承点间玻璃面板短边边长: 1180.0mm
b: 支承点间玻璃面板长边边长: 1640.0mm
t: 玻璃的厚度: 12.0mm
m: 玻璃板的弯矩系数, 按边长比a/b查
JGJ102-2003表8.1.5-1得: 0.139
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计算(N/mm2)
θ=(Wk+0.5×qEK)×b4/(E×t4)
=6.76
η: 折减系数，按θ=6.76
查6.1.2-2表得:0.99
σWk=6×m×Wk×b2×η/t2
=6×0.139×1.365×1.6402×0.986×1000/12.02
=20.923N/mm2
在垂直于玻璃平面的地震作用下玻璃截面的最大应力标准值计算(N/mm2)
θ=(Wk+0.5×qEK)×b4/(E×t4)
=6.76

η: 折减系数，按θ=6.76
查6.1.2-2表得:0.99
σEk=6×ψ×qEAK×a2×η/t2
=6×0.139×0.061×1.6402×0.986×1000/12.02
=0.942N/mm2
σ: 玻璃所受应力:
采用SW+0.5SE组合:
σ=1.4×σWK+0.5×1.3×σEK
=1.4×20.923+0.5×1.3×0.942
=29.905N/mm2
玻璃最大应力设计值σ=29.905N/mm2≤ｆg=84.000N/mm2
玻璃强度满足要求!
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)
t: 玻璃厚度: 12.0mm
ν: 泊松比，按JGJ 102-2003 5.2.9条采用，取值为 0.20
μ: 挠度系数: 0.01667
θ=Wk×b4/(E×t4)
=6.61
η: 折减系数，按θ=6.61
查6.1.2-2表得:0.99
D=(E×t3)/12(1-ν2)
=10800000.0 (N.mm)
df=μ×Wk×b4×η/D
=15.0 (mm)
由于玻璃的最大挠度df=15.0mm,小于或等于玻璃短边边长的60分之一27.333 (mm)
玻璃的挠度满足!
6. 钢爪孔部位的玻璃局部强度设计计算:
这部分理论计算，仅供参考。其主要依据是《建筑结构静力计算手册》。更重要的是要以实验为依据。
按弹性薄板小挠度理论外缘简支的开孔圆板，在内缘施加均布荷载的力学模型计算。
此模型假设环形玻璃面(钢爪孔的半径小于钢爪孔垫圈的半径,形成受荷环形玻璃面)上受到的荷载均匀分布。
W1: 钢爪孔边缘环形玻璃面荷载设计值(N/mm2)
n: 一块玻璃连接点数6个
r: 钢爪孔的半径12.0mm
R: 钢爪孔垫圈半径28.0mm
t: 玻璃厚度12.0mm
q: 组合荷载值1.950kN/m2
μ: 玻璃的泊松比，应取0.20
β: 比值(钢爪孔的半径与钢爪孔垫圈的半径之比)0.429
ρ: 比值(距离钢爪孔中心的距离与钢爪孔垫圈的半径之比)
W1=Lx×Ly×q/n/(2πr)
=1400.0×3500.0×1.950/6/(2π×(28.02-12.02))/1000
=0.396N/mm2
k: 环形玻璃板的径向弯矩系数，根据弹性薄板小挠度理论环形板计算公式:
k=((3+μ)×(1-ρ2)+β2×(3+μ+4×(1+μ)×β2/(1-β2)×lnβ)×(1-1/ρ2)+4×(1+μ)×β2×lnρ)/16
x: 最大径向弯矩处距钢爪孔中心的距离(mm)
求K的最大值，需对上式求导，令dk/dρ=0，可得：
通过精确计算得，当x=18.521mm时，径向弯矩最大！
在最大径向弯矩处，ρ=0.661
径向最大弯矩系数 k=0.112
σ: 应力设计值(N/mm2)
σ=6k×W1×R2/t2
=6×0.112×0.396×28.02/12.02

=1.46N/mm2
σ≤fgk=58.8N/mm2, 强度满足要求

三、玻璃肋宽度选用:
本工程选用玻璃肋种类为:浮法平板玻璃
1. 玻璃肋宽度初选计算值:
Lb: 玻璃肋预选截面高度:(mm)
q: 玻璃幕墙所受组合荷载设计值:1.950kN/m2
b: 两肋间距: 1400.0mm
h: 玻璃肋上、下两支承点之间距离: 3150.0mm
fg: 玻璃边缘强度设计值:19.500N/mm2
t1: 夹层玻璃肋一侧玻璃的厚度: 8.0mm
t2: 夹层玻璃肋另一侧玻璃的厚度: 8.0mm
Lb=(3×q×B×h2/4000/fg/(t1+t2))0.5
=255.197mm
玻璃肋宽度选取值: 300mm

四、玻璃肋强度:
1. 玻璃肋强度校核:
校核依据: σ≤fg=19.500N/mm2
Lbxz: 所选玻璃肋宽度: 300.0mm
σ=3×q×b×h2/t/4000/Lbxz2/(t1+t2)
=14.110N/mm2
14.110N/mm2≤19.500N/mm2
玻璃肋的强度可以满足要求

五、胶缝强度校核：
校核依据: σ≤[σ]=0.2N/mm2
Glasst：胶缝宽：12.0mm
b: 两玻璃肋间距: 1400.0mm
q: 玻璃幕墙所受组合荷载标准值:1.950(kN/m2)
σ=q×b/2/Glasst
=1.950×1400.0/2/12.0
=0.114N/mm2
0.114N/mm2≤0.2N/mm2
胶缝强度可以满足要求