120系列明框幕墙设计计算书.docx

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xxxx区1#楼玻璃幕墙工程
120系列明框幕墙设计计算书
基本参数:济南地区基本风压0.450kN/m2
抗震设防烈度6度设计基本地震加速度0.05g
Ⅰ.设计依据:
《建筑幕墙》GB/T21086-2007
《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003
《金属与石材幕墙工程技术规范》JGJ133-2001
《玻璃幕墙工程质量检验标准》JGJ/T139-2001
《建筑结构可靠度设计统一标准》GB50068-2001
《民用建筑设计通则》GB50352-2005
《建筑设计防火规范》GB50016-2006
《高层民用建筑设计防火规范》GB50045-95（2005年版）
《建筑物防雷设计规范》GB50057-94（2000年版）
《建筑结构可靠度设计统一标准》GB50068-2001
《中国地震动参数区划图》GB18306-2000
《建筑制图标准》GB/T50104-2001
《建筑结构荷载规范》GB50009-2001(2006年版)
《建筑抗震设计规范》GB50011-2001
《混凝土结构设计规范》GB50010-2002
《钢结构设计规范》GB50017-2003
《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB50018-2002
《建筑幕墙平面内变形性能检测方法》GB/T18250-2000
《建筑幕墙抗震性能振动台试验方法》GB/T18575-2001
《高耐候结构钢》GB/T4171-2000
《焊接结构用耐候钢》GB/T4172-2000
《不锈钢和耐热钢牌号及化学成分》GB/T20878-2007
《铝合金建筑型材第1部分：基材》GB/T5237.1-2004
《铝合金建筑型材第2部分：阳极氧化、着色型材》GB/T5237.2-2004
《铝合金建筑型材第3部分：电泳涂漆型材》GB/T5237.3-2004
《铝合金建筑型材第4部分：粉末喷涂型材》GB/T5237.4-2004
《铝合金建筑型材第5部分：氟碳漆喷涂型材》GB/T5237.5-2004
《铝合金建筑型材第6部分：隔热型材》GB/T5237.6-2004
《一般工业用铝及铝合金板、带材第1部分一般要求》GB/T3880.1-2006
《一般工业用铝及铝合金板、带材第2部分力学性能》GB/T3880.2-2006
《一般工业用铝及铝合金板、带材第1部分尺寸偏差》GB/T3880.3-2006
《紧固件机械性能螺栓、螺钉和螺柱》GB3098.1-2000
《紧固件机械性能螺母粗牙螺纹》GB3098.2-2000
《紧固件机械性能螺母细牙螺纹》GB3098.4-2000
《紧固件机械性能自攻螺钉》GB3098.5-2000
《紧固件机械性能不锈钢螺栓、螺钉、螺柱》GB3098.6-2000
《紧固件机械性能不锈钢螺母》GB3098.15-2000
《螺纹紧固件应力截面积和承载面积》GB/T16823.1-1997
《点支式玻幕墙支承装置》JG138-2001
《吊挂式玻幕墙支承装置》JG139-2001
《浮法玻璃》GB11614-1999
《夹层玻璃》GB9962-1999
《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
《建筑用安全玻璃第2部分：钢化玻璃》GB15763.2-2001
《幕墙用钢化玻璃与半钢化玻璃》GB17841-1999
《玻璃幕墙光学性能》GB/T18091-2000
《中空玻璃用弹性密封胶》JC/T486-2001
《幕墙玻璃接缝用密封胶》JC/T882-2001
《建筑用铝型材、铝板氟碳涂层》JG133-2000
《混凝土结构后锚固技术规程》JGJ145-2004

《混凝土用膨胀型、扩孔型锚栓》JG160-2004
《混凝土接缝用密封胶》JC/T881-2001
《建筑结构静力计算手册(第二版)》
《BKCADPM集成系统(BKCADPM2007版)》

Ⅱ.基本计算公式:
(1).场地类别划分:
地面粗糙度可分为A、B、C、D四类：
--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。
本工程为：xxxxxx楼工程，按C类地区计算风荷载。
(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(2006年版)规定采用，垂直于建筑物表面上的风荷载标准值，应按下述公式计算：
1 当计算主要承重结构时
Wk=βzμsμzW0（GB500097.1.1-1）
2 当计算围护结构时
Wk=βgzμs1μzW0（GB500097.1.1-2）
式中：
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+350.108×(Z/10)-0.22]
D类场地:βgz=0.80×[1+350.252×(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
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μs1：
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。
注：上述的局部体型系数μs1（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μs1（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μs1（A）可按面积的对数线性插值，即
μs1（A）=μs1（1）+[μs1（10）-μs1（1）]logA

本工程属于C类地区,故μz=0.616×(Z/10)0.44
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，按相应抗震设防烈度和设计基本地震加速度取定:
αmax选择可按JGJ102-2003中的表5.3.4进行。
表5.3.4水平地震影响系数最大值αmax
抗震设防烈度
6度
7度
8度
αmax
0.04
0.08(0.12)
0.16(0.24)
注:7、8度时括号内数值分别用于设计基本地震速度为0.15g和0.30g的地区。

设计基本地震加速度为0.05g，抗震设防烈度6度：αmax=0.04
设计基本地震加速度为0.10g，抗震设防烈度7度：αmax=0.08
设计基本地震加速度为0.15g，抗震设防烈度7度：αmax=0.12
设计基本地震加速度为0.20g，抗震设防烈度8度：αmax=0.16

设计基本地震加速度为0.30g，抗震设防烈度8度：αmax=0.24
设计基本地震加速度为0.40g，抗震设防烈度9度：αmax=0.32
济南设计基本地震加速度为0.05g，抗震设防烈度为6度，故取αmax=0.04
GAK---幕墙构件的自重(N/m2)
(4).作用效应组合:
一般规定，幕墙结构构件应按下列规定验算承载力和挠度：
a.无地震作用效应组合时，承载力应符合下式要求：
γ0S≤R
b.有地震作用效应组合时，承载力应符合下式要求：
SE≤R/γRE
式中S---荷载效应按基本组合的设计值；
SE---地震作用效应和其他荷载效应按基本组合的设计值；
R---构件抗力设计值；
γ0----结构构件重要性系数，应取不小于1.0；
γRE----结构构件承载力抗震调整系数，应取1.0；
c.挠度应符合下式要求：
df≤df,lim
df---构件在风荷载标准值或永久荷载标准值作用下产生的挠度值；
df,lim---构件挠度限值；
d.双向受弯的杆件，两个方向的挠度应分别符合df≤df,lim的规定。
幕墙构件承载力极限状态设计时，其作用效应的组合应符合下列规定：
1有地震作用效应组合时，应按下式进行：
S=γGSGK+γwψwSWK+γEψESEK
2无地震作用效应组合时，应按下式进行：
S=γGSGK+ψwγwSWK
S---作用效应组合的设计值；
SGk---永久荷载效应标准值；
SWk---风荷载效应标准值；
SEk---地震作用效应标准值；
γG---永久荷载分项系数；
γW---风荷载分项系数；
γE---地震作用分项系数；
ψW---风荷载的组合值系数；
ψE---地震作用的组合值系数；
进行幕墙构件的承载力设计时，作用分项系数，按下列规定取值：
①一般情况下，永久荷载、风荷载和地震作用的分项系数γG、γW、γE应分别取1.2、1.4和1.3；
②当永久荷载的效应起控制作用时，其分项系数γG应取1.35；此时，参与组合的可变荷载效应仅限于竖向荷载效应；
③当永久荷载的效应对构件有利时，其分项系数γG的取值不应大于1.0。
可变作用的组合系数应按下列规定采用：
①一般情况下，风荷载的组合系数ψW应取1.0，地震作用于的组合系数ψE应取0.5。
②对水平倒挂玻璃及框架，可不考虑地震作用效应的组合，风荷载的组合系数ψW应取1.0（永久荷载的效应不起控制作用时）或0.6(永久荷载的效应起控制作用时)。
幕墙构件的挠度验算时，风荷载分项系数γW和永久荷载分项系数均应取1.0，且可不考虑作用效应的组合。

Ⅲ.材料力学性能:
材料力学性能，主要参考JGJ102-2003《玻璃幕墙工程技术规范》。
(1).玻璃的强度设计值应按表5.2.1的规定采用。

表5.2.1玻璃的强度设计值fg(N/mm2)
种类
厚度（mm）
大面
侧面
普通玻璃
5
28.0
19.5
浮法玻璃
5～12
28.0
19.5
15～19
24.0
17.0
≧20
20.0
14.0
钢化玻璃
5～12
84.0
58.8
15～19
72.0
50.4
≧20
59.0
41.3

：
1. 夹层玻璃和中空玻璃的强度设计值可按所采用的玻璃类型确定；
2. 当钢化玻璃的强度标准达不到浮法玻璃强度标准值的3倍时，表中数值应根据实测结果予于调整；
3. 半钢化玻璃强度设计值可取浮法玻璃强度设计值的2倍。当半钢化玻璃的强度标准值达不到浮法玻璃强度标准值的2倍时，其设计值应根据实测结果予于调整；
4. 侧面玻璃切割后的断面，其宽度为玻璃厚度。

(2).铝合金型材的强度设计值应按表5.2.2的规定采用。
表5.2.2铝合金型材的强度设计值fa（N/mm2）
铝合金牌号
状态
壁厚（mm）
强度设计值fa
抗拉、抗压
抗剪
局部承压
6061
T4
不区分
85.5
49.6
133.0
T6
不区分
190.5
110.5
199.0
6063
T5
不区分
85.5
49.6
120.0
T6
不区分
140.0
81.2
161.0
6063A
T5
≦10
124.4
72.2
150.0
〉10
116.6
67.6
141.5
T6
≦10
147.7
85.7
172.0
〉10
140.0
81.2
163.0

(3).热轧钢材的强度设计值应按现行国家标准《钢结构设计规范》GB50017-2003的规定采用，也可按表5.2.3a采用。
表5.2.3a热轧钢材的强度设计值fs（N/mm2）
钢材牌号
厚度或直径d（mm）
抗拉、抗压、抗弯
抗剪
端面承压
Q235
d≤16
215
125
325
16＜d≤40
205
120
40＜d≤60
200
115
Q345
d≤16
310
180
400
16＜d≤35
295
170
35＜d≤50
265
155
注：表中厚度是指计算点的钢材厚度；对轴心受力杆件是指截面中较厚钢板的厚度.

(4).冷成型薄壁型钢的钢材的强度设计值应按现行国家标准《钢结构设计规范》GB50018-2002的规定，可按表5.2.3b采用。
表5.2.3b冷成型薄壁型钢的强度设计值
钢材牌号
抗拉、抗压、抗弯fts
抗剪fvs
端面承压（磨平顶紧）fcs
Q235
205
120
310
Q345
300
175
400

(5).不锈钢型材和棒材的强度设计值可按表5.2.3c采用。
表5.2.3c不锈钢型材和棒材的强度设计值
牌号
σ0.2
抗拉强度fts1
抗剪强度fvs1
端面承压强度fcs1
06Cr19Ni10
S30408
205
178
104
246
06Cr19Ni10N
S30458
275
239
139
330
022Cr19Ni10
S30403
175
152
88
210
022Cr19Ni10N
S30453
245
213
124
294
06Cr17Ni12Mo2
S31608
205
178
104
246
06Cr17Ni12Mo2N
S31658
275
239
139
330
022Cr17Ni12Mo2
S31603
175
152
88
210
022Cr17Ni12Mo2N
S31653
245
213
124
294

(6).玻璃幕墙材料的弹性模量可按表5.2.8的规定采用。
表5.2.8材料的弹性模量E（N/mm2）
材料
E
玻璃
0.72ｘ105
铝合金
0.70ｘ105
钢、不锈钢
2.06ｘ105
消除应力的高强钢丝
2.05ｘ105
不锈钢绞线
1.20ｘ105～1.50ｘ105
高强钢绞线
1.95ｘ105
钢丝绳
0.80ｘ105～1.00ｘ105
注：钢绞线弹性模量可按实测值采用。

(7).玻璃幕墙材料的泊松比可按表5.2.9的规定采用。
表5.2.9材料的泊松比υ
材料
υ
材料
υ
玻璃
0.20
钢、不锈钢
0.30
铝合金
0.33
高强钢丝、钢绞线
0.30

(8).玻璃幕墙材料的线膨胀系数可按表5.2.10的规定采用。

表5.2.10材料的线膨胀系数α(1/℃)
材料
α
材料
α
玻璃
0.80×10-5～1.00×10-5
不锈钢板
1.80×10-5
钢材
1.20×10-5
混凝土
1.00×10-5
铝材
2.35×10-5
砌砖体
0.50×10-5

(9).玻璃幕墙材料的重力密度标准值可按表5.3.1的规定采用。
表5.3.1材料的重力密度γg（kN/m3)
材料
γg
材料
γg
普通玻璃、夹层玻璃、
钢化玻璃、半钢化玻璃
25.6
矿棉
1.2~1.5
玻璃棉
0.5~1.0
钢材
78.5　
岩棉
0.5~2.5
铝合金
28.0

一、风荷载计算
标高为98.0m处风荷载计算
W0:基本风压
W0=0.45kN/m2
βgz:98.0m高处阵风系数(按C类区计算)
βgz=0.85×[1+350.108×(Z/10)-0.22]=1.605
μz:98.0m高处风压高度变化系数(按C类区计算):(GB50009-2001)(2006年版)
μz=0.616×(Z/10)0.44
=0.616×(98.0/10)0.44=1.682
μsl:局部风压体型系数(墙面区)
板块（第1处）
1200.00mm×1600.00mm=1.92m2
该处从属面积为：1.92m2
μsl(A)=μsl(1)+[μsl(10)-μsl(1)]×log(A)
=-{1.0+[0.8×1.0-1.0]×0.283}
=-0.943
μsl=-0.943+(-0.2)=-1.143
该处局部风压体型系数μsl=1.143
风荷载标准值:
Wk=βgz×μz×μsl×W0(GB50009-2001)（2006年版）
=1.605×1.682×1.143×0.450
=1.389kN/m2
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》GB50009-20013.2.5规定采用
W=γw×Wk=1.4×1.389=1.944kN/m2

支承结构（第1处）
2900mm×1200mm=3.48m2
该处从属面积为：3.48m2
μsl(A)=μsl(1)+[μsl(10)-μsl(1)]×log(A)
=-{1.0+[0.8×1.0-1.0]×0.542}
=-0.892
μsl=-0.892+(-0.2)=-1.092
该处局部风压体型系数μsl=1.092
风荷载标准值:
Wk=βgz×μz×μsl×W0(GB50009-2001)（2006年版）
=1.605×1.682×1.092×0.450
=1.326kN/m2
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》GB50009-20013.2.5规定采用
W=γw×Wk=1.4×1.326=1.857kN/m2

二、玻璃的选用与校核

本处选用玻璃种类为:钢化玻璃
1.本处采用中空玻璃
GAK:玻璃板块自重(不包括框):
GAK1:外侧玻璃板块自重:
GAK2:内侧玻璃板块自重:
玻璃的重力密度为:25.6(KN/m3)
BT_L中空玻璃内侧玻璃厚度为:6.0(mm)
BT_w中空玻璃外侧玻璃厚度为:6.0(mm)
GAK=25.6×(Bt_L+Bt_w)/1000
=25.6×(6.000+6.000)/1000
=0.307kN/m2
GAK1=25.6×Bt_w/1000
=25.6×6.000/1000
=0.154KN/m2
GAK2=25.6×Bt_L/1000
=25.6×6.000/1000
=0.154KN/m2
2.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
qEAk:垂直于玻璃平面的分布水平地震作用(kN/m2)
qEk1中空玻璃外侧玻璃的地震作用标准值(KN/m2)
qEk2中空玻璃内侧玻璃的地震作用标准值(KN/m2)
qEAk=5×αmax×GAK
=5×0.040×0.307
=0.061kN/m2
qEk1=5×αmax×GAK1
=5×0.040×0.154
=0.031kN/m2
qEk2=5×αmax×GAK2
=5×0.040×0.154
=0.031kN/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×qEAk
=1.3×qEAK
=1.3×0.061
=0.080kN/m2
3.玻璃的强度计算:
内侧玻璃校核依据:σ≤ｆg=84.000N/mm2
外侧玻璃校核依据:σ≤ｆg=84.000N/mm2
Wk:垂直于玻璃平面的风荷载标准值(KN/m2)
qEAk:垂直于玻璃平面的地震作用标准值(KN/m2)
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表6.1.2-2采用
表6.1.2-2折减系数η
θ
≤5.0
10.0
20.0
40.0
60.0
80.0
100.0
η
1.00
0.96
0.92
0.84
0.78
0.73
0.68
θ
120.0
150.0
200.0
250.0
300.0
350.0
≥400.0
η
0.65
0.61
0.57
0.54
0.52
0.51
0.50

a:玻璃短边边长:1200.0mm
b:玻璃长边边长:1600.0mm
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)
m:玻璃板的弯矩系数,按边长比a/b查
表6.1.2-1得:0.0683
表6.1.2-1四边支承玻璃板的弯矩系数m
a/b
0.00
0.25
0.33
0.40
0.50
0.55
0.60
0.65

m
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
1.00

m
0.0742
0.0683
0.0628
0.0576
0.0528
0.0483
0.0442

Wk1中空玻璃分配到外侧玻璃的风荷载标准值(KN/m2)
Wk2中空玻璃分配到内侧玻璃的风荷载标准值(KN/m2)
qEk1中空玻璃外侧玻璃的地震作用标准值(KN/m2)
qEk2中空玻璃内侧玻璃的地震作用标准值(KN/m2)
Wk1=1.1×Wk×BT_w3/(BT_w3+BT_L3)=0.764(kN/m2)
Wk2=Wk×BT_L3/(BT_w3+BT_L3)=0.695(kN/m2)
qEk1=0.031(kN/m2)
qEk2=0.031(kN/m2)
在垂直于玻璃平面的风荷载和地震作用下玻璃截面的最大应力标准值计算(N/mm2)
在风荷载作用下外侧玻璃参数θ=(Wk1+0.5×qEK1)×a4/(E×t4)
=17.32
η:折减系数，按θ=17.32
查JGJ102-20036.1.2-2表得:η=0.93
在风荷载作用下外侧玻璃最大应力标准值σWk=6×m×Wk1×a2×η/t2
=11.655N/mm2
在地震作用下外侧玻璃参数θ=(Wk1+0.5×qEK1)×a4/(E×t4)
=17.32
η:折减系数，按θ=17.32
查6.1.2-2表得:0.93
在地震作用下外侧玻璃最大应力标准值σEk=6×m×qEk1×a2×η/t2
=0.469N/mm2
σ:外侧玻璃所受应力:
采用SW+0.5SE组合:
σ=1.4×σWK+0.5×1.3×σEK
=1.4×11.655+0.5×1.3×0.469
=16.622N/mm2
在风荷载作用下内侧玻璃参数θ=(Wk2+0.5×qEK2)×a4/(E×t4)
=15.77
η:折减系数，按θ=15.77
查JGJ102-20036.1.2-2表得:η=0.94
在风荷载作用下内侧玻璃最大应力标准值σWk=6×m×Wk2×a2×η/t2
=10.666N/mm2
在地震作用下内侧玻璃参数θ=(Wk2+0.5×qEK2)×a4/(E×t4)
=15.77
η:折减系数，按θ=15.77
查6.1.2-2表得:η=0.94
在地震作用下内侧玻璃最大应力标准值σEk=6×m×qEk2×a2×η/t2
=0.472N/mm2
σ:内侧玻璃所受应力:
采用SW+0.5SE组合:
σ=1.4×σWK+0.5×1.3×σEK
=1.4×10.666+0.5×1.3×0.472
=15.239N/mm2
外侧玻璃最大应力设计值σ=16.622N/mm2<ｆg=84.000N/mm2
内侧玻璃最大应力设计值σ=15.239N/mm2<ｆg=84.000N/mm2
中空玻璃强度满足要求!
4.玻璃的挠度计算:
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)
te:玻璃等效厚度0.95×(Bt_L3+Bt_w3)^(1/3)=7.2mm
ν:泊松比，按JGJ102-20035.2.9条采用，取值为0.20
表5.2.9材料的泊松比υ
材料
υ
材料
υ
玻璃
0.20
钢、不锈钢
0.30
铝合金
0.33
高强钢丝、钢绞线
0.30

μ:挠度系数:按JGJ102-2003表6.1.3采用μ=0.00663
表6.1.3四边支承板的挠度系数μ
a/b
0.00
0.20
0.25
0.33
0.50
μ
0.01302
0.01297
0.01282
0.01223
0.01013
a/b
0.55
0.60
0.65
0.70
0.75
μ
0.00940
0.00867
0.00796
0.00727
0.00663
a/b
0.80
0.85
0.90
0.95
1.00
μ
0.00603
0.00547
0.00496
0.00449
0.00406

θ=Wk×a4/(E×te4)
=15.04
η:折减系数，按θ=15.04
查JGJ102-20036.1.2-2表得:η=0.94
D=(E×te3)/12(1-ν2)
=2314912.42(N.mm)
df=μ×Wk×a4×η/D
=7.8(mm)
df/a<1/60
玻璃的挠度满足!

三、幕墙立柱计算:
幕墙立柱按简支梁力学模型进行设计计算：

1.荷载计算:
(1)风荷载均布线荷载设计值(矩形分布)计算
qw:风荷载均布线荷载设计值(kN/m)
W:风荷载设计值:1.857kN/m2
B:幕墙分格宽:1.200m
qw=W×B
=1.857×1.200
=2.228kN/m
(2)地震荷载计算
qEA:地震作用设计值(KN/m2):
GAk:玻璃幕墙构件(包括玻璃和框)的平均自重:500N/m2
垂直于幕墙平面的均布水平地震作用标准值:
qEAk:垂直于幕墙平面的均布水平地震作用标准值(kN/m2)
qEAk=5×αmax×GAk
=5×0.040×500.000/1000
=0.100kN/m2
γE:幕墙地震作用分项系数:1.3

qEA=1.3×qEAk
=1.3×0.100
=0.130kN/m2
qE：水平地震作用均布线作用设计值(矩形分布)
qE=qEA×B
=0.130×1.200
=0.156kN/m
(3)立柱弯矩:
Mw:风荷载作用下立柱弯矩(kN.m)
qw:风荷载均布线荷载设计值:2.228(kN/m)
Hsjcg:立柱计算跨度:2.900m
Mw=qw×Hsjcg2/8
=2.228×2.9002/8
=2.342kN·m
ME:地震作用下立柱弯矩(kN·m):
ME=qE×Hsjcg2/8
=0.156×2.9002/8
=0.164kN·m
M:幕墙立柱在风荷载和地震作用下产生弯矩(kN·m)
采用SW+0.5SE组合
M=Mw+0.5×ME
=2.342+0.5×0.164
=2.424kN·m
2.选用立柱型材的截面特性:
立柱型材号:XC1\MT60-004A
选用的立柱材料牌号:6063T6
型材强度设计值:抗拉、抗压140.000N/mm2抗剪81.2N/mm2
型材弹性模量:E=0.70×105N/mm2
X轴惯性矩:Ix=246.520cm4
Y轴惯性矩:Iy=67.031cm4
立柱型材在弯矩作用方向净截面抵抗矩:Wn=32.374cm3
立柱型材净截面积:An=11.582cm2
立柱型材截面垂直于X轴腹板的截面总宽度:LT_x=6.000mm
立柱型材计算剪应力处以上(或下)截面对中和轴的面积矩:Ss=24.496cm3
塑性发展系数:γ=1.05
3.幕墙立柱的强度计算:
校核依据:N/An+M/(γ×Wn)≤ｆa=140.0N/mm2(拉弯构件)
B:幕墙分格宽:1.200m
GAk:幕墙自重:500N/m2
幕墙自重线荷载:
Gk=500×B/1000
=500×1.200/1000
=0.600kN/m
Nk:立柱受力:
Nk=Gk×L
=0.600×2.900
=1.740kN
N:立柱受力设计值:
rG:结构自重分项系数:1.2
N=1.2×Nk
=1.2×1.740
=2.088kN
σ:立柱计算强度(N/mm2)(立柱为拉弯构件)
N:立柱受力设计值:2.088kN
An:立柱型材净截面面积:11.582cm2
M:立柱弯矩:2.424kN·m
Wn:立柱在弯矩作用方向净截面抵抗矩:32.374cm3
γ:塑性发展系数:1.05

σ=N×10/An+M×103/(1.05×Wn)
=2.088×10/11.582+2.424×103/(1.05×32.374)
=73.107N/mm2
73.107N/mm2<ｆa=140.0N/mm2
立柱强度可以满足
4.幕墙立柱的刚度计算:
校核依据:df≤L/180
df:立柱最大挠度
Du:立柱最大挠度与其所在支承跨度(支点间的距离)比值:
L:立柱计算跨度:2.900m
df=5×qWk×Hsjcg4×1000/(384×0.7×Ix)=8.492mm
Du=U/(L×1000)
=8.492/(2.900×1000)
=1/341
1/341<1/180且U<=20(跨距大于4500mm时此值为30)
挠度可以满足要求！
5.立柱抗剪计算:
校核依据:τmax≤[τ]=81.2N/mm2
(1)Qwk:风荷载作用下剪力标准值(kN)
Qwk=Wk×Hsjcg×B/2
=1.326×2.900×1.200/2
=2.307kN
(2)Qw:风荷载作用下剪力设计值(kN)
Qw=1.4×Qwk
=1.4×2.307
=3.230kN
(3)QEk:地震作用下剪力标准值(kN)
QEk=qEAk×Hsjcg×B/2
=0.100×2.900×1.200/2
=0.174kN
(4)QE:地震作用下剪力设计值(kN)
QE=1.3×QEk
=1.3×0.174
=0.226kN
(5)Q:立柱所受剪力:
采用Qw+0.5QE组合
Q=Qw+0.5×QE
=3.230+0.5×0.226
=3.343kN
(6)立柱剪应力:
τ:立柱剪应力:
Ss:立柱型材计算剪应力处以上(或下)截面对中和轴的面积矩:24.496cm3
立柱型材截面垂直于X轴腹板的截面总宽度:LT_x=6.000mm
Ix:立柱型材截面惯性矩:246.520cm4
τ=Q×Ss×100/(Ix×LT_x)
=3.343×24.496×100/(246.520×6.000)
=5.537N/mm2
τ=5.537N/mm2<81.2N/mm2
立柱抗剪强度可以满足

四、立柱与主结构连接
Lct2:连接处热轧钢角码壁厚:8.0mm
Jy:连接处热轧钢角码承压强度:305.0N/mm2
D2:连接螺栓公称直径:12.0mm
D0:连接螺栓有效直径:10.4mm
选择的立柱与主体结构连接螺栓为:不锈钢螺栓A1,A2组50级
L_L:连接螺栓抗拉强度:230N/mm2
L_J:连接螺栓抗剪强度:175N/mm2

采用SG+SW+0.5SE组合
N1wk:连接处风荷载总值(N):
N1wk=Wk×B×Hsjcg×1000
=1.326×1.200×2.900×1000
=4614.5N
连接处风荷载设计值(N):
N1w=1.4×N1wk
=1.4×4614.5
=6460.3N
N1Ek:连接处地震作用(N):
N1Ek=qEAk×B×Hsjcg×1000
=0.100×1.200×2.900×1000
=348.0N
N1E:连接处地震作用设计值(N):
N1E=1.3×N1Ek
=1.3×348.0
=452.4N
N1:连接处水平总力(N):
N1=N1w+0.5×N1E
=6460.3+0.5×452.4
=6686.5N
N2:连接处自重总值设计值(N):
N2k=500×B×Hsjcg
=500×1.200×2.900
=1740.0N
N2:连接处自重总值设计值(N):
N2=1.2×N2k
=1.2×1740.0
=2088.0N
N:连接处总合力(N):
N=(N12+N22)0.5
=(6686.4722+2088.0002)0.5
=7004.9N
Nvb:螺栓的受剪承载能力:
Nv:螺栓受剪面数目:2
Nvb=2×π×D02×L_J/4
=2×3.14×10.3602×175/4
=29488.8N
立柱型材种类:6063T6
Ncbl:用一颗螺栓时，立柱型材壁抗承压能力(N):
D2:连接螺栓直径:12.000mm
Nv:连接处立柱承压面数目:2
t:立柱壁厚:3.0mm
XC_y:立柱局部承压强度:161.0N/mm2
Ncbl=D2×t×2×XC_y
=12.000×3.0×2×161.0
=11592.0N
Num1:立柱与建筑物主结构连接的螺栓个数:
计算时应取螺栓受剪承载力和立柱型材承压承载力设计值中的较小者计算螺栓个数。
螺栓的受剪承载能力Nvb=29488.8N大于立柱型材承压承载力Ncbl=11592.0N
Num1=N/Ncbl
=7004.902/11592.000
=1个
取2个
根据选择的螺栓数目，计算螺栓的受剪承载能力Nvb=58977.6N
根据选择的螺栓数目，计算立柱型材承压承载能力Ncbl=23184.0N
Nvb=