铝板幕墙焊缝设计计算.doc

铝板幕墙焊缝设计计算
钢角码与预埋件间采用三边围焊连接，每个水平焊缝长度为Lh=80mm, 竖向焊缝长度为Lv = 120mm, 焊脚尺寸hf=7mm, 钢角码厚度 t = 7mm。
焊缝所受的内力设计值如下：
竖框所受的水平线荷载设计值为：
q＝(1.0×1.4×Wk＋0.6×1.3×qEk)×B
＝(1×1.4×1.515＋0.6×1.3×.095)×1
＝2.195KN/m
则每个钢角码焊缝所受的内力为：
剪力V＝1.2·t·γ板·1.1·B·L/2
＝1.2×4×27×1.1×1×3.3/2
＝235.6N
轴力N＝q×L/2
＝2.195×3.3×103/2
＝3621.8N
式中： γ板——板的密度，取27 KN/m3
t ——板的总厚度 mm；
焊缝计算
焊缝计算厚度为： he＝0.7·hf
　　　＝0.7×7
　　　＝4.9mm
根据规范对围焊在计算时需在端点减去hf，则实际计算焊缝的宽度为：b0=b-hf=80-7=73，钢角码及焊缝所围成的区域如下图所示：

竖框与钢角码连接螺栓距焊缝形心点距离为：
e＝200 mm
ef＝b0-b02/(2·b0+h)+hf
＝73-732/(2×73+120)+7
＝59.966 mm
焊缝所围区域的几何特性为：
焊缝总面积 A＝he×(h＋2·b0)
＝4.9×(120＋2×73)
＝ 1303.4 mm2
对形心点的惯性矩和极惯性矩为：
Ix＝h3·he/12＋b0·h2·he/2
＝1203×4.9/12＋73×1202×4.9/2
＝ 3281040mm4
Iy＝2·he·[(efhf)3＋(b-ef)3]/3+h·he·(b-ef)2
＝2×4.9×[(59.966-7)3+(80-59.966)3]/3+120×4.9×(80-59.966)2
＝ 747663.4mm4
Ip＝Ix+Iy
＝3281040+747663.4
＝ 4028704mm4
把与竖框连接螺栓点部位所受的反力移到形心点，则形心点所受内力为：
N＝3621.8
V＝235.6
形心点的弯距为：
Mx＝V·e
＝235.6×200
＝47120N·mm
My＝N·ef
＝3621.8×59.966
＝217184.9N·mm
Mz＝V·ef
＝235.6×59.966
＝14127.99N·mm
根据分析认为焊缝最危险点为图中的A、B两点
A、B两点到形心点的距离分别为：
ra＝[ef2+(h/2)2]0.5
＝[59.9662+(120/2)2]0.5
＝84.829mm
rb＝[(b-ef)2+(h/2)2]0.5
＝[(80-59.966)2+(120/2)2]0.5
＝63.256mm
A点所受正应力和剪应力分别为：
σ＝N/A+Mx·h/2/Ix+My·ef/Iy
＝3621.8/1303.4+47120×120/2/3281040+217184.9×59.966/747663.4
＝21.06N/mm2
τ＝Mz·ra/Ip
＝14127.99×84.829/4028704
＝.297N/mm2
B点所受正应力和剪应力分别为：
σ＝N/A+Mx·h/2/Ix+My·(b-ef)/Iy
＝3621.8/1303.4+47120×120/2/3281040+217184.9×(80-59.966)/747663.4
＝9.46N/mm2
τ＝{(Mz·rb/Ip)2+[V/(h·he)]2}0.5
＝{(14127.99×63.256/4028704)2+[235.6/(120×4.9)]2}0.5
＝.458N/mm2
这里认为剪力主要由向焊缝承担
焊缝所采用的焊条为E43型手工焊条，则角焊缝的抗拉、抗压和抗剪许可强度为160MPa，因此由上计算结果可知，焊缝强度满足要求。
钢角码根部计算：
钢角码根部截面形状为矩形，矩形截面的宽度为钢角码的厚度t，长度为h。
则矩形截面的面积为：
A＝h·t
＝120×7
＝840mm2
截面的抗弯模量为：
Wx＝h·h·t/6
＝120×120×7/6
＝16800mm3
把与竖框连接螺栓点部位所受的反力移到根部，则钢角码根部所受内力为：
N＝3621.8N
V＝235.6N
弯距为：
M＝V·e
＝235.6×200
＝47120N·mm
则截面所受的抗弯应力和剪应力分别为：
σ＝N/A+M/Wx
＝3621.8/840+47120/16800
＝7.116N/mm2
τ＝V/A
＝235.6/840
＝.28N/mm2
钢角码采用材质为Q235，其厚度小于16mm，根据规范其抗弯强度为215Mpa，抗剪强度为125Mpa，因此由上计算结果可知，截面强度满足要求。
铝板幕墙埋件设计计算
采用110米标高处的竖框上端埋件做计算。该处层间高L=3.3米，分格宽B=1米。
幕墙所在计算单元自重为
Gk＝γ板·L·B·t·1.1·10-3
＝27×3.3×1×4×1.1×10-3
＝.392KN
幕墙所受的水平分布地震作用为
qEk＝βe·αmax·Gk/(L·B)
＝5×.16×.119
＝.095KN/m2
竖框所受的水平线荷载设计值为
q＝(1.0×1.4×Wk＋0.6×1.3×qEk)×B
＝(1×1.4×1.515＋0.6×1.3×.095)×1
＝2.195KN／m
一个埋件所受的内力为

剪力V＝1.2×Gk＝1.2×.392×103＝470.4N
弯矩M＝V×e0＝470.4×200＝94080N·mm
其中: e0——竖框螺栓到埋件间距 mm；
轴向拉力N＝q×L
＝2.195×3.3×103
＝7243.5N
一个预埋件锚筋的总截面面积As应同时满足下式：
As≥V/aravfy＋N/0.8abfy＋M/arabfyZ
As≥N/0.8abfy＋M/0.4arabfyZ
式中，ar——钢筋层数影响系数，本计算取1
z——最上排与最下排锚筋间距mm)
av——钢筋受剪承载力系数,当av大于0.7时，取av等于0.7
ab——锚板弯曲变形折减系数
av＝(4.0-0.08d)×(fc/fy)0.5
＝(4.0-0.08×12)×(14.3/210)0.5
＝.79
式中， fc——砼轴心受压强度设计值(N/mm2)
fy——锚筋抗拉强度设计值(N/mm2)
ab——锚板弯曲变形折减系数
ab＝0.6＋0.25t/d
＝0.6＋0.25×10/12
＝.81
式中， t——预埋板厚度(mm)
d——锚筋直径(mm)
实际采用的锚筋总截面面积为
As ＝4×(0.25×π×12 2)
＝452.4mm2
则： V / aravfy + N / 0.8abfy + M / 1.3arabfyZ
＝470.4/(1×.7×210)+7243.5/(0.8×.81×210)+94080/(1.3×1×.81×210×100)
＝62mm2≤As＝452.4mm2
N/0.8abfy＋M/0.4arabfyZ
＝7243.5/(0.8×.81×210)+94080/(0.4×1×.81×210×100)
＝67.1mm2≤As＝452.4mm2
所以，预埋件锚筋总截面积满足承载力。
锚筋长度计算：
当计算中充分利用锚筋的抗拉强度时，其锚固长度应按下式计算：
la=1.1×a×(fy/ft)×d
=1.1×.16×(210/1.43)×12
=310.154mm
式中， la——受拉钢筋锚固长度 mm
ft——混凝土轴心抗拉强度设计值 N/mm2
d——锚筋公称直径 mm
a——锚筋外形系数，光圆钢筋取0.16，带肋钢筋取0.14
1.1——按《玻璃幕墙工程技术规范》c.0.5.2 采用