合肥某工作室北立面全玻璃幕墙设计计算书.docx

某幕墙工程北立面全玻璃幕墙设计计算书设计： 校对： 审核： 批准： 二八年十二月二十一日目录1 计算引用的规范、标准及资料11.1 幕墙设计规范：11.2 建筑设计规范：11.3 玻璃规范：11.4 胶类及密封材料规范：21.5 相关物理性能等级测试方法：21.6 建筑结构静力计算手册(第二版)31.7 土建图纸：32 基本参数32.1 幕墙所在地区：32.2 地面粗糙度分类等级：32.3 抗震烈度：33 幕墙承受荷载计算33.1 风荷载标准值的计算方法：33.2 计算玻璃时的风荷载标准值：43.3 垂直于幕墙平面的分布水平地震作用标准值：53.4 作用效应组合：54 全玻璃幕墙大面玻璃的计算54.1 玻璃板块荷载计算：64.2 玻璃的强度计算：74.3 玻璃最大挠度校核：85 全玻璃幕墙玻璃肋及结构胶的校核95.1 肋截面高度的校核：95.2 玻璃肋的挠度计算：105.3 胶缝强度的校核:105.4 地震作用下结构胶粘结厚度：106 附录 常用材料的力学及其它物理性能12全玻璃幕墙设计计算书1 计算引用的规范、标准及资料1.1 幕墙设计规范：铝合金结构设计规范 GB50429-2007玻璃幕墙工程技术规范 JGJ102-2003建筑玻璃应用技术规程 JGJ113-2003建筑瓷板装饰工程技术规范 CECS101：98建筑幕墙 GB/T21086-2007金属与石材幕墙工程技术规范 JGJ133-20011.2 建筑设计规范：地震震级的规定 GB/T17740-1999工程抗震术语标准 JGJ/T97-95建筑结构荷载规范 GB50009-2001(2006年版、局部修订)建筑结构可靠度设计统一标准 GB50068-2001建筑抗震设防分类标准 GB50223-2004建筑抗震设计规范 GB50011-2001建筑设计防火规范 GB50016-2006建筑物防雷设计规范 GB50057-94(2000年版)冷弯薄壁型钢结构设计规范 GB50018-2002民用建筑隔声设计规范 GBJ118-88民用建筑热工设计规范 GB50176-93民用建筑设计通则 GB50352-20051.3 玻璃规范：镀膜玻璃 第1部分：阳光控制镀膜玻璃 GB/T18915.1-2002镀膜玻璃 第2部分：低辐射镀膜玻璃 GB/T18915.2-2002防弹玻璃 GB17840-1999浮法玻璃 GB11614-1999夹层玻璃 GB/T9962-1999建筑用安全玻璃 第2部分：钢化玻璃 GB15763.2-2005建筑用安全玻璃 防火玻璃 GB15763.1-2001幕墙用钢化玻璃与半钢化玻璃 GB17841-1999普通平板玻璃 GB4871-1995热弯玻璃 JC/T915-2003压花玻璃 JC/T511-2002中空玻璃 GB/T11944-2002着色玻璃 GB/T18701-20021.4 胶类及密封材料规范：丙烯酸酯建筑密封膏 JC484-2006幕墙玻璃接缝用密封胶 JC/T882-2001彩色涂层钢板用建筑密封胶 JC/T884-2001丁基橡胶防水密封胶粘带 JC/T942-2004干挂石材幕墙用环氧胶粘剂 JC887-2001工业用橡胶板 GB/T5574-1994混凝土建筑接缝用密封胶 JC/T881-2001建筑窗用弹性密封剂 JC485-2007建筑密封材料试验方法 GB/T13477.120-2002建筑用防霉密封胶 JC/T885-2001建筑用硅酮结构密封胶 GB16776-2005建筑用岩棉、矿渣棉绝热制品 GB/T19686-2005建筑用硬质塑料隔热条 JG/T174-2005建筑装饰用天然石材防护剂 JC/T973-2005聚氨酯建筑密封胶 JC/T482-2003聚硫建筑密封胶 JC/T483-2006绝热用岩棉、矿棉及其制品 GB/T11835-2007硫化橡胶或热塑性橡胶撕裂强度的测定 GB/T529-1999石材用建筑密封胶 JC/T883-2001橡胶袖珍硬度计压入硬度试验方法 GB/T531-1999修补用天然橡胶胶粘剂 HG/T3318-2002中空玻璃用弹性密封胶 JC/T486-2001中空玻璃用丁基热熔密封胶 JC/T914-20031.5 相关物理性能等级测试方法：玻璃幕墙工程质量检验标准 JGJ/T139-2001玻璃幕墙光学性能 GB/T18091-2000采暖居住建筑节能检验标准 JGJ132-2001彩色涂层钢板和钢带试验方法 GB/T13448-2006钢结构工程施工质量验收规范 GB50205-2001混凝土结构工程施工质量验收规范 GB50204-2002建筑防水材料老化试验方法 GB/T18244-2000建筑幕墙气密、水密、抗风压性能检测方法 GB/T15227-2007建筑幕墙抗震性能振动台试验方法 GB/T18575-2001建筑幕墙平面内变形性能检测方法 GB/T18250-2000建筑外窗保温性能分级及检测方法 GB/T8484-2002建筑外窗采光性能分级及检测方法 GB/T11976-2002建筑外窗抗风压性能分级及检测方法 GB/T7106-2002建筑外窗空气隔声性能分级及检测方法 GB/T8485-2002建筑外窗气密性能分级及检测方法 GB/T7107-2002建筑外窗水密性能分级及检测方法 GB/T7108-2002建筑装饰装修工程施工质量验收规范 GB50210-2001金属材料室温拉伸试验方法 GB/T228-20021.6 建筑结构静力计算手册(第二版)1.7 土建图纸：2 基本参数2.1 幕墙所在地区： 合肥地区；2.2 地面粗糙度分类等级： 幕墙属于外围护构件，按建筑结构荷载规范(GB50009-2001) 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；依照上面分类标准，本工程按B类地形考虑。2.3 抗震烈度： 根据国家规范建筑抗震设计规范(GB50011-2001)，合肥地区地震基本烈度为7度，地震动峰值加速度为0.1g，水平地震影响系数最大值为：max=0.08。3 幕墙承受荷载计算3.1 风荷载标准值的计算方法： 幕墙属于外围护构件，按建筑结构荷载规范(GB50009-2001 2006年版)计算： wk=gzzs1w0 7.1.1-2GB50009-2001 2006年版上式中： wk：作用在幕墙上的风荷载标准值(MPa)； Z：计算点标高：9.77m； gz：瞬时风压的阵风系数； 根据不同场地类型,按以下公式计算： gz=K(1+2f) 其中K为地面粗糙度调整系数，f为脉动系数 A类场地： gz=0.92(1+2f) 其中：f=0.387(Z/10)-0.12 B类场地： gz=0.89(1+2f) 其中：f=0.5(Z/10)-0.16 C类场地： gz=0.85(1+2f) 其中：f=0.734(Z/10)-0.22 D类场地： gz=0.80(1+2f) 其中：f=1.2248(Z/10)-0.3对于B类地形，9.77m高度处瞬时风压的阵风系数： gz=0.89(1+2(0.5(Z/10)-0.16)=1.7833 z：风压高度变化系数； 根据不同场地类型,按以下公式计算： A类场地： z=1.379(Z/10)0.24 当Z300m时，取Z=300m，当Z350m时，取Z=350m，当Z400m时，取Z=400m，当Z450m时，取Z=450m，当Z30m时，取Z=30m；对于B类地形，9.77m高度处风压高度变化系数： z=1.000(Z/10)0.32=1 s1：局部风压体型系数； 按建筑结构荷载规范GB50009-2001(2006年版)第7.3.3条：验算围护构件及其连接的强度时，可按下列规定采用局部风压体型系数s1： 一、外表面 1. 正压区 按表7.3.1采用； 2. 负压区 对墙面， 取-1.0 对墙角边， 取-1.8 二、内表面 对封闭式建筑物，按表面风压的正负情况取-0.2或0.2。 由于大部分幕墙都有开启，按5.3.2JGJ102-2003条文说明，幕墙结构一般的体型系数取1.2(大面区域)、2.0(转角区域)。 另注：上述的局部体型系数s1(1)是适用于围护构件的从属面积A小于或等于1m2的情况，当围护构件的从属面积A大于或等于10m2时，局部风压体型系数s1(10)可乘以折减系数0.8，当构件的从属面积小于10m2而大于1m2时，局部风压体型系数s1(A)可按面积的对数线性插值，即： s1(A)=s1(1)+s1(10)-s1(1)logA w0：基本风压值(MPa)，根据现行GB50009-2001附表D.4(全国基本风压分布图)中数值采用，但不小于0.3KN/m2，按重现期50年，合肥地区取0.00035MPa；3.2 计算玻璃时的风荷载标准值： 计算玻璃时的构件从属面积： A=1.684.795=8.0556m2 LogA=0.906 s1(A)=s1(1)+s1(10)-s1(1)logA =0.819 s1=0.819+0.2 =1.019 wk=gzzs1w0 =1.783311.0190.00035 =0.000636MPa 因为wk0.001MPa,所以按JGJ102-2003，取wk=0.001MPa.3.3 垂直于幕墙平面的分布水平地震作用标准值： qEAk=EmaxGk/A 5.3.4JGJ102-2003 qEAk：垂直于幕墙平面的分布水平地震作用标准值(MPa)； E：动力放大系数,取5.0； max：水平地震影响系数最大值，取0.08； Gk：幕墙构件的重力荷载标准值(N)； A：幕墙构件的面积(mm2)；3.4 作用效应组合：荷载和作用效应按下式进行组合： S=GSGk+wwSwk+EESEk 5.4.1JGJ102-2003上式中： S：作用效应组合的设计值； SGk：重力荷载作为永久荷载产生的效应标准值； Swk、SEk：分别为风荷载，地震作用作为可变荷载产生的效应标准值； G、w、E：各效应的分项系数； w、E：分别为风荷载，地震作用效应的组合系数。上面的G、w、E为分项系数，按5.4.2、5.4.3、5.4.4JGJ102-2003规定如下：进行幕墙构件强度、连接件和预埋件承载力计算时： 重力荷载：G：1.2； 风 荷 载：w：1.4； 地震作用：E：1.3；进行挠度计算时； 重力荷载：G：1.0； 风 荷 载：w：1.0； 地震作用：可不做组合考虑；上式中，风荷载的组合系数w为1.0； 地震作用的组合系数E为0.5；4 全玻璃幕墙大面玻璃的计算基本参数： 1：计算点标高：9.77m； 2：分格尺寸：宽高=BH=1680mm4795mm； 3：玻璃配置：中空玻璃，外片钢化玻璃8 mm,内片钢化玻璃8 mm,对边简支；模型简图为：4.1 玻璃板块荷载计算：(1)外片玻璃荷载计算： t1：外片玻璃厚度(mm)； t2：内片玻璃厚度(mm)； wk：作用在幕墙上的风荷载标准值(MPa)； GAk1：外片玻璃单位面积自重标准值(仅指玻璃)(MPa)； qEAk1：外片玻璃地震作用标准值(MPa)； g1：外片玻璃的体积密度(N/mm3)； wk1：分配到外片上的风荷载作用标准值(MPa)； qk1：分配到外片玻璃上的荷载组合标准值(MPa)； q1：分配到外片玻璃上的荷载组合设计值(MPa)； GAk1=g1t1 =0.00002568 =0.000205MPa qEAk1=EmaxGAk1 =50.080.000205 =0.000082MPa wk1=1.1wkt13/(t13+t23) =1.10.00183/(83+83) =0.00055MPa qk1=wk1+0.5qEAk1 =0.00055+0.50.000082 =0.000591MPa q1=1.4wk1+0.51.3qEAk1 =1.40.00055+0.51.30.000082 =0.000823MPa(2)内片玻璃荷载计算： t1：外片玻璃厚度(mm)； t2：内片玻璃厚度(mm)； wk：作用在幕墙上的风荷载标准值(MPa)； GAk2：内片玻璃单位面积自重标准值(仅指玻璃)(MPa) qEAk2：内片玻璃地震作用标准值(MPa) g2：内片玻璃的体积密度(N/mm3)； wk2：分配到内片上的风荷载作用标准值(MPa)； qk2：分配到内片玻璃上的荷载组合标准值(MPa)； q2：分配到内片玻璃上的荷载组合设计值(MPa)； GAk2=g2t2 =0.00002568 =0.000205MPa qEAk2=EmaxGAk2 =50.080.000205 =0.000082MPa wk2=wkt23/(t13+t23) =0.00183/(83+83) =0.0005MPa qk2=wk2+0.5qEAk2 =0.0005+0.50.000082 =0.000541MPa q2=1.4wk2+0.51.3qEAk2 =1.40.0005+0.51.30.000082 =0.000753MPa(3)玻璃板块整体荷载组合计算：用于强度计算时，采用Sw+0.5SE设计值组合： 5.4.1JGJ102-2003 q=1.4wk+0.51.3(qEAk1+qEAk1) =1.40.001+0.51.3(0.000082+0.000082) =0.001507MPa用于挠度计算时，采用Sw标准值： 5.4.1JGJ102-2003 wk=0.001MPa4.2 玻璃的强度计算： 校核依据：fg(1)外片校核： 1：外片玻璃的计算参数； 1：外片玻璃的折减系数； qk1：作用在外片玻璃上的荷载组合标准值(MPa)； a：两肋间玻璃面板跨度(mm)； E：玻璃的弹性模量(MPa)； t1：外片玻璃厚度(mm)； 1=qk1a4/Et14 6.1.2-3JGJ102-2003 =0.00059116804/72000/84 =15.964按系数1，查表6.1.2-2JGJ102-2003，1=0.936； 1：外片玻璃在组合荷载作用下的板中最大应力设计值(MPa)； q1：作用在幕墙外片玻璃上的荷载组合设计值(MPa)； a：两肋间玻璃面板跨度(mm)； t1：外片玻璃厚度(mm)； m1：外片玻璃弯矩系数, 取m1=0.125； 1=6m1q1a21/t12 6.1.2JGJ102-2003 =60.1250.000823168020.936/82 =25.479MPa 25.479MPafg1=84MPa(钢化玻璃)外片玻璃的强度满足要求!(2)内片校核： 2：内片玻璃的计算参数； 2：内片玻璃的折减系数； qk2：作用在内片玻璃上的荷载组合设计值(MPa)； a：两肋间玻璃面板跨度(mm)； E：玻璃的弹性模量(MPa)； t2：内片玻璃厚度(mm)； 2=qk2a4/Et24 6.1.2-3JGJ102-2003 =0.00054116804/72000/84 =14.613按系数2，查表6.1.2-2JGJ102-2003，2=0.942 2：内片玻璃在组合荷载作用下的板中最大应力设计值(MPa)； q2：作用在幕墙内片玻璃上的荷载组合设计值(MPa)； a：两肋间玻璃面板跨度(mm)； t2：内片玻璃厚度(mm)； m2：内片玻璃弯矩系数, 取m2=0.125； 2=6m2q2a22/t22 6.1.2JGJ102-2003 =60.1250.000753168020.942/82 =23.461MPa 23.461MPafg2=84MPa(钢化玻璃)内片玻璃的强度满足要求!4.3 玻璃最大挠度校核：校核依据： df=wka4/Ddf,lim 6.1.3-2JGJ102-2003上面公式中： df：玻璃板挠度计算值(mm)； ：玻璃挠度的折减系数； ：玻璃挠度系数，取=0.013； wk：风荷载标准值(MPa) a：两肋间玻璃面板跨度(mm)； D：玻璃的弯曲刚度(Nmm)； df,lim：许用挠度，取两肋间玻璃面板跨度的1/60，为28mm；其中： D=Ete3/(12(1-2) 6.1.3-1JGJ102-2003上式中： E：玻璃的弹性模量(MPa)； te：玻璃的等效厚度(mm)； ：玻璃材料泊松比，为0.2； te=0.95(t13+t23)1/3 6.1.5-3JGJ102-2003 =0.95(83+83)1/3 =9.575mm D=Ete3/(12(1-2) =720009.5753/(12(1-0.22) =5486512.402Nmm ：玻璃板块的计算参数； =wka4/Ete4 6.1.2-3JGJ102-2003 =0.00116804/72000/9.5754 =13.163按参数，查表6.1.2-2JGJ102-2003，=0.947 df=wka4/D =0.9470.0130.00116804/5486512.402 =17.875mm 17.875mmdf,lim=28mm(中空玻璃)能满足要求!5 全玻璃幕墙玻璃肋及结构胶的校核5.1 肋截面高度的校核：校核依据： hr(3qLh2/(4fgt)0.5上面公式中： hr：玻璃肋的截面高度(mm)； q：板块水平荷载作用下组合设计值(MPa)； L：两肋之间的玻璃面板跨度(mm)； h：玻璃肋上下支点间距，即计算跨度(mm)； t：玻璃肋截面厚度(mm)； fg：玻璃侧面强度设计值(MPa)； 对于夹层玻璃做为玻璃肋，厚度取双片厚度和：20mm； (3qLh2/(4fgt)0.5 =(30.001507168047952/(458.820)0.5 =192.676mm 实际选用的玻璃肋宽度为：200mm192.676mm能够满足要求。5.2 玻璃肋的挠度计算： 校核依据： df=df,lim上面公式中： df：在水平荷载标准值作用下肋挠度(mm)； df,lim：玻璃肋的挠度限值，取计算跨度的1/200，为23.975mm； wk：风荷载标准值(MPa)； L：两肋之间的玻璃面板跨度(mm)； h：玻璃肋上下支点间距，即计算跨度(mm)； E：玻璃的弹性模量(MPa)； t：玻璃肋截面厚度(mm)； hr：玻璃肋的截面高度(mm)； 对于夹层玻璃做为玻璃肋，厚度取双片厚度和：20mm； 5wkLh4/(32Ethr3) =50.001168047954/(3272000202003) =12.046mm 12.046mm23.975mm所以，能满足要求。5.3 胶缝强度的校核:校核依据：.qL/t2f1上面公式中: q：水平作用设计值组合(MPa)； L：两肋之间的玻璃面板跨度(mm)； t2：胶缝宽度，取玻璃肋截面厚度(mm)； f1：硅酮结构胶在荷载作用下的强度设计值，取0.2MPa； qL/t2=0.0015071680/20 =0.127MPa所以，胶缝强度满足要求。5.4 地震作用下结构胶粘结厚度： us：在地震作用下玻璃与玻璃肋之间的相对位移量(mm)； ：风荷载标准值作用下主体结构层间位移角限值(rad)；(取值见表20GB/T21086-2007) hg：玻璃面板高度(mm)； us=hg 5.6.5-2JGJ102-2003 =1/5504795 =8.718mm ts：地震作用下结构胶粘结厚度计算值(mm)； ：地震作用下结构硅酮密封胶的变位承受能力：12.5% ts=us/(2+)0.5 5.6.5JGJ102-2003 =8.718/(0.125(2+0.125)0.5 =16.915mm按规范JGJ102-2003中7.4.2条要求，胶缝厚度值尚不应小于6mm，而实际胶缝厚度取18mm.所以能满足规范的要求！6 附录 常用材料的力学及其它物理性能一、 玻璃的强度设计值 fg(MPa)JGJ102-2003表5.2.1种类厚度(mm)大面侧面普通玻璃528.0 19.5 浮法玻璃51228.0 19.5 151924.0 17.0 2020.0 14.0 钢化玻璃51284.0 58.8 151972.0 50.4 2059.0 41.3 二、 铝合金型材的强度设计值 (MPa )GB50429-2007表4.3.4铝合金牌号状态厚度强度设计值(mm)抗拉、抗压抗剪6061T4不区分9055T6不区分2001156063T5不区分9055T6不区分150856063AT51013575T61016090三、 钢材的强度设计值(1-热轧钢材) fs(MPa)JGJ102-2003表5.2.3钢材牌号厚度或直径d(mm)抗拉、抗压、抗弯抗剪端面承压Q235d16215 125 325 Q345d16310 180 400 四、 钢材的强度设计值(2-冷弯薄壁型钢) fs(MPa)GB50018-2002表4.2.1钢材牌号抗拉、抗压、抗弯抗剪端面承压Q235205 120 310 Q345 300 175 400 五、 材料的弹性模量E(MPa)JGJ102-2003表5.2.8、JGJ133-2001表5.3.9材料E材料E玻璃0.72105不锈钢绞线1.21051.5105铝合金、单层铝板0.70105高强钢绞线1.95105钢、不锈钢2.06105钢丝绳0.81051.0105消除应力的高强钢丝2.05105花岗石板0.8105蜂窝铝板 10mm0.35105铝塑复合板 4mm0.2105蜂窝铝板 15mm0.27105铝塑复合板 6mm0.3105蜂窝铝板 20mm0.21105六、 材料的泊松比JGJ102-2003表5.2.9、JGJ133-2001表5.3.10、GB50429-2007表4.3.7材料材料玻璃0.2钢、不锈钢0.3铝合金0.3(按GB50429)高强钢丝、钢绞线0.3铝塑复合板0.25蜂窝铝板0.25花岗岩0.125七、 材料的膨胀系数(1/)JGJ102-2003表5.2.10、JGJ133-2001表5.3.11、GB50429-2007表4.3.7材料材料玻璃0.810-51.010-5不锈钢板1.8010-5铝合金、单层铝板2.310-5(按GB50429)混凝土1.0010-5钢材1.2010-5砖砌体0.5010-5铝塑复合板4.010-5蜂窝铝板2.410-5花岗岩0.810-5八、 材料的重力密度g (KN/m3)JGJ102-2003表5.3.1、GB50429-2007表4.3.7材料g材料g普通玻璃、夹层玻璃钢化、半钢化玻璃256矿棉1.21.5玻璃棉0.51.0钢材785岩棉0.52.5铝合金2700kg/m3(按GB50429)九、 板材单位面积重力标准值（MPa）JGJ133-2001表5.2.2板材厚度（mm）qk(N/m2)板材厚度（mm）qk(N/m2)单层铝板2.53.04.067.581.0112.0不锈钢板1.52.02.53.0117.8157.0196.3235.5铝塑复合板4.06.055.073.6蜂窝铝板（铝箔芯）10.015.020.053.070.074.0花岗石板20.025.030.0500560625700750840十、 螺栓连接的强度设计值一(MPa)JGJ102-2003表B.0.1-1螺栓的性能等级 锚栓和构件钢材的牌号普通螺栓锚栓承压型连接高强度螺栓C级螺栓A、B级螺栓抗拉抗剪承压抗拉抗剪承压抗拉抗拉抗剪承压ftbfvbfcbftbfvbfcbftbftbfvbfcb普通螺栓4.6、4.8级170140-5.6级-210190-8.8级-400320-锚栓Q235钢-140-Q345钢-180-承压型连接高强度螺栓8.8级-400250-10.9级-500310-构件Q235钢-305-405-470Q345钢-385-510-590Q390钢-400-530-615十一、 螺栓连接的强度设计值二(MPa)GB50429-2007表4.3.5-1螺栓的材料、性能等级 和构件铝合金牌号普通螺栓铝合金不锈钢钢抗拉ftv抗剪fvb承压fcb抗拉ftv抗剪fvb承压fcb抗拉ftv抗剪fvb承压fcb普通螺栓铝合金2B111701602A90150145不锈钢A2-50、A4-5020019