XXXXXXXX隐框玻璃幕墙设计计算书
XXXXXXXX隐框玻璃幕墙设计计算书 一、设计计算依据： 1、XXXXXXXXXX楼建筑结构施工图。 2、规范： 《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ 102-96； 《建筑幕墙》JG 3035-1996； 《建筑玻璃应用技术规程》JGJ 113-97； 《建筑结构荷载规范》GBJ 50009-01； 《钢结构设计规范》GBJ 17-88。 3、工程基本条件 (1)、地区类别：C类 (2)、基本风压：Wo =0.30 kN/m2 (3)、风力取值按规范要求考虑。 (4)、地震烈度：7度，设计基本地震加速度值0.10g (5)、年最大温差：80oC (6)、建筑结构类型：Du/H的限值=1/300。 二、设计荷载确定原则: 在作用于幕墙上的各种荷载中，主要有风荷载、地震作用、幕墙结构自重和由环境温度 变化引起的作用效应等等。在幕墙的节点设计中通过预留一定的间隙，消除了由各种构 件和饰面材料热胀冷缩引起的作用效应。所以，作用于垂直立面幕墙的荷载主要是风荷 载、地震作用，幕墙平面内主要是幕墙结构自重，其中风荷载引起的效应最大。 在进行幕墙构件、连接件和预埋件承载力计算时，必须考虑各种荷载和作用效应的分项 系数，即采用其设计值；进行位移和挠度计算时，各分项系数均取1.0，即采用其标准值 。 1、风荷载 根据规范，垂直于幕墙表面上的风荷载标准值，按下列公式(2.1)计算： W k = bz ms mz Wo ················(2.1) 式中: W k ---风荷载标准值( KN/m2)； bz---瞬时风压的阵风系数； ms---风荷载体型系数； mz--- 风荷载高度变化系数，并与建筑的地区类别有关；按《建筑结构荷载规范》GBJ9取值； W o---基本风压( KN/m2)。 按规范要求，进行建筑幕墙构件、连接件和锚固件承载力计算时，风荷载分项系数应取 γw= 1.4，即风荷载设计值为： W= γw W k = 1.4W k ··············(2.2) 2、地震作用 幕墙平面外地震作用标准值计算公式如下： qEK =bEamax GkA ·················(2.3) 式中, qEK为垂直幕墙平面的分布水平地震作用；( KN/m2) bE为地震动力放大系数； amax为水平地震影响系数最大值； GkA为单位面积的幕墙结构自重( KN/m2)。 按规范要求，地震作用的分项系数取γE= 1.3，即地震作用设计值为： qE= γE qEK = 1.3 qEK ·············(2.4) 3、幕墙结构自重 按规范要求，幕墙结构自重的分项系数取γG=1.2。 4、荷载组合 按规范要求对作用于幕墙同一方向上的各种荷载应作最不利组合。对垂直立面上的幕墙 ，其平面外的荷载最不利荷载组合为： WK合=1.0 WK + 0.6 qEK ·············(2.5) W合 =1.0 W + 0.6 qE ·············(2.6) 其中, WK合为组合荷载的标准值( KN/m2)； W合 为组合荷载的设计值( KN/m2)。 三、立柱计算 立柱一（第一处：138系列：[标高：45.3m,SL-1] 根据大厦的建筑结构特点，幕墙立柱悬挂在建筑主体结构上，如图所示。综合考虑幕墙 标高、幕墙的横向分格宽度、所选立柱型材、楼层高度以及对立柱的固定方式，以下列 情况最为不利，须作立柱强度和刚度的校核。 1、部位要素 该处玻璃幕墙位于主楼，最大计算标高按45.3 m计，幕墙结构自重Gk/A=500 N/m2，幕墙 横向计算分格宽度B=1200 mm。 2、力学模型 该处每条立柱与主体结构通过钢支座进行连接，最大跨距跨高L=3400mm；采用简支梁力 学模型，如图所示。 3、荷载确定 按该处幕墙横向分格宽度B，取出一个纵向的计算单元，立柱受均布载作用，荷载取最大 值(标高最高处的值)，对C类地区，该处风压高度变化系数为：mz=1.13，阵风系数bz=1 .77 根据公式(2.1)~(2.6)可得： WK=1.13×2×1.77×0.30=1.2(KN/m2) 取WK =1.2(KN/m2) W=1.4WK=1.68(KN/m2) qEk=3.0×0.08×500/1000 =0.12(KN/m2) qE=1.3qEK=0.156(KN/m2) WK合=1.0×1.2+0.6×0.12 =1.272(KN/m2) W合=1.0×1..68+0.6×0.156 =1.7736(KN/m2) 从而，作用于立柱上的线荷载标准值和设计值分别为: qK=1200/1000×1.072=1.5264(N/mm) q=1200/1000×1.7736=2.12832(N/mm) 4、幕墙立柱(CDSL-1)参数: 该处幕墙的立柱的横截面参数如下: 横截面主惯性矩： I=4219187 mm4 横截面积： A=1734.749 mm2 弯矩作用方向的净截面抵抗矩： W=58751.5 mm3 横截面静矩： Sz=61454.12 mm3 型材壁厚： t=3 mm 型材材料为： 铝合金(6063-T5)； 强度设计值为： f=85.5N/mm2； 弹性模量为： E=70000 N/mm2。 5、立柱强度校核 根据JGJ102-96幕墙立柱截面最大应力满足： smax= NA0 + MgW ≤f 式中： smax 3/4 立柱中的最大应力 (N/mm2) N 3/4 立柱中的拉力设计值 (N) A0 3/4 立柱净截面面积 (mm2) M 3/4 立柱弯矩设计值 (N.mm) g 3/4 塑性发展系数，取为1.05； W 3/4 弯矩作用方向的净截面抵抗矩；(mm3) 该处立柱跨中弯矩值最大，为： M= qL28 = =3075393.5(N.mm) 立柱承受拉力设计值为： N = 1.2GkA×L×B = 1.2×500×3400×1200/1000000 =2448 (N) 则： smax=NA0 + MgW = 24481734.749 + 3075393.51.05×58751.5 =51.3(N/mm2) 可见：smax ≤ f 所选立柱的强度满足设计要求。 6、立柱刚度校核 幕墙立柱最大挠度： umax = 5qkL4384E.I =5×1.5264×34004384×70000×4219187 =8.982(mm) 式中： umax 3/4 立柱最大挠度；(mm) qk 3/4 立柱承受的标准线荷载；(N/mm) L 3/4 立柱长度；(mm) E 3/4 立柱材料的弹性模量；(N/mm2) I 3/4 立柱横截面主惯性矩；(mm4) 根据规范对立柱刚度要求， 立柱的最大允许挠度为[u]=L180 且不大于20mm, 即， [u]=20 mm 可见， umax≤[u] 所选立柱的刚度满足设计要求。 四、横梁计算 [标高：45.3m,HL-1] 综合考虑横梁所处位置的标高、幕墙的横向分格宽度、所选横梁型材，以下列情况最为 不利，须作横梁强度和刚度的校核。 1、部位基本参数 该处幕墙位于主楼；最大标高为45.30m；饰面材料为玻璃，横梁所受到的重力取为GK/A =500 N/m2；横梁的计算长度取B=1200 mm；幕墙的纵向分格高度H= 1800mm。 2、力学模型 横梁与立柱相接，相当于两端简支。 在幕墙平面内，横梁受到饰面板材的重力作用，可视为均布线荷载qG； qG=1.2 GK/A.H =1.2×500 ×1800/106= 1.08(kN/m) 在幕墙平面外，横梁受到风压等荷载作用，其受力面积为上左图阴影部分；其中q是阴影 面积承受的最大设计线荷载； q= 1.1824(kN/m)， 相应的最大标准线荷载： qK=0.8445 (kN/m) 因此横梁是一个双弯构件。 3、幕墙横梁(HL-01)参数: 该处幕墙横梁的横截面参数如下: 横截面积： A=981.1502 mm2 横截面X-X惯性矩： IX=625950.9 mm4 横截面X-X最小抵抗矩： WX=17124.66 mm3 横截面Y-Y惯性矩： IY=341991.9 mm4 横截面Y-Y最小抵抗矩： WY=11398.02 mm3 横梁的材料为： 铝合金(6063-T5) 其强度设计值为： f=85.5N/mm2； 其弹性模量为： E=70000 N/mm2。 4、横梁强度校核 根据JGJ102-96幕墙横梁截面最大应力满足： smax= MXg.WX+ MYg.WY≤f 式中： smax 3/4 横梁中的最大应力 (N/mm2) MX 3/4 绕X轴(幕墙平面内方向)的弯矩设计值 (N.mm) MY 3/4 绕Y轴(垂直幕墙平面方向)的弯矩设计值 (N.mm) g 3/4 材料塑性发展系数，取为1.05； MX= qG.B28 = 1.08×120028 =194400(N.mm) MY= q.B212 = 1.1824×1200212 =141888(N.mm) 则： smax=MXg.WX+ MYg.WY = 1944001.05×17124.66 + 1418881.05×11398.02 =15.85(N/mm2) 可见：smax ≤ f 所选横梁的强度满足设计要求。 5、横梁刚度校核 该处幕墙横梁最大挠度是umaxY、umaxX二部分的矢量和： umaxY = 2qkB4120EIY =2×0.8445×12004120×70000×341991.9 =1.22(mm) 式中： umaxY 3/4 横梁在幕墙平面外的最大挠度；(mm) qk 3/4 横梁承受的标准线荷载；(N/mm) B 3/4 横梁长度；(mm) E 3/4 横梁材料的弹性模量；(N/mm2) IY 3/4 横梁横截面主惯性矩(对Y-Y轴)；(mm4) 横梁在幕墙平面内由自重引起的挠度umaxX为： umaxX = 5qGKB4384EIX =5×1.2/1.2×12004384×70000×625950.9 = 0.618(mm) 从而，横梁的最大挠度为： umax =umaxX 2+umaxY2 = 1.222 + 0.6182 = 1.36(mm) 根据规范对横梁的刚度要求， 横梁的最大允许挠度为[u]=B/ 180 ，且不大于20mm。 即， [u]= 5.5556mm 可见， umax≤[u] 所选横梁的刚度满足设计要求。 五、玻璃计算 [标高:45.3m,6钢化镀膜玻璃)] 综合考虑玻璃所处位置的标高、玻璃分格宽度和高度以及玻璃的厚度等因素，以下列情 况最为不利，须作玻璃的强度校核。 该处6钢化镀膜玻璃位于主楼；标高取为45.3 m；幕墙自重按500N/m2计，垂直于玻璃面 的组合荷载设计值为1.7736 kN/m2，组合荷载标准值为1.2721kN/m2，所用玻璃长宽尺寸 分别为a=1200mm，b=1800mm，玻璃厚度为6mm；玻璃跨中的强度设计值为fg=84 N/mm2。 1、强度校核： 玻璃板中最大应力 根据《规范》，玻璃在垂直于幕墙平面的风荷载和地震的作用下，其最大应力按下式计算 ： s max = 6.y.W合.a2t2 式中： smax 3/4 玻璃中的最大应力 (N/mm2) ψ 3/4 3/4 跨中弯矩系数,0.1046 W合 3/4 3/4 组合荷载设计值, kN/m2 a 3/4 3/4 玻璃短边边长, mm t 3/4 3/4 玻璃的厚度, mm 则：smax= 6.y.W合.a2t2 = 6×0.1046×1.7736×92021000×62 =26.17(N/mm2) 可见：smax ≤ fg 因此所选玻璃跨中的强度满足设计要求。 玻璃中部与边缘温度差产生的温度应力，按下式计算： s边=0.74.E.a.m1.m2.m3.m4.(TC-TS)lbfg边 式中，E 3/4 3/4 玻璃的弹性模量，取为70000N/mm2； a 3/4 3/4 玻璃的线膨胀系数，取为0.00001； m1 3/4 3/4 阴影系数，取为1.3； m2 3/4 3/4 窗帘系数，取为1.1； m3 3/4 3/4 玻璃面积系数，取为1.0604； m4 3/4 3/4 边缘嵌缝材料温度系数，取为0.4； (TC-TS) 3/4 3/4 玻璃中间部分与边缘部分的温度差，取为50℃； fg边 3/4 3/4 玻璃边缘强度设计值，为19.5N/mm2。 s边=0.74.E.a.m1.m2.m3.m4.(TC-TS) =0.74×70000×0.00001 ×1.3×1.1×1.0604×0.4×50 =15.7096(N/mm2) 可见，s边 lbfg边 因此玻璃由于中央与边缘温差所产生的应力满足设计要求。 六、结构胶胶形计算 [标高:45.3m,D.C.983] 综合考虑幕墙所处位置的标高、分格宽度和高度等因素，对下列不利处进行结构胶胶形 设计(胶厚和胶宽)。 该处玻璃幕墙位于主楼，属全隐幕墙；标高为45.3m；风荷载标准值为WK= 1.272kN/m2。 年最大温差为DT = 80oC，建筑结构的最大层间变位角为q= 1/267。 玻璃体积密度按gG=2.56吨/米3计，线胀系数为a=0.00001，厚度为t=12mm，垂直安装 ， 最大宽高尺寸分别为 1200mm，1800mm。 采用D.C.983结构胶，结构硅酮密封胶短期强度设计值f1=0 .14N/mm2，结构硅酮密封胶 长期强度设计值f2= 0.007N/mm2，结构胶完全固化后在温差效应作用下的最大变位承受 能力dT=0.15，结构胶完全固化后在地震效应作用下的最大变位承受能力dE=0.4。 1、胶缝宽度 (1)、风荷载作用所需胶缝宽度： Cs1=WK.短边2000.f1 =1.272×12002000×0.14 = 5.45(mm) (2)、自重作用所需胶缝宽度： Cs1=t.gG.a.b2000.(a+b).f2 =6×0.001×10×2.56×1200×18002000× (1200+1800)×0.007 =5.93 (mm) 取打胶宽度10mm。 2、胶缝厚度 (1)、温度效应作用所需胶缝厚度： ts1 =DLdT.(2+dT) =1.620.1×(2+0 .15) = 3.494(mm) 其中, ts1 3/4 3/4 温度效应作用所需打胶厚度 DL 3/4 3/4 玻璃的相对位移量(以长边计) DL=L×|a铝-a| × DT =1800×|0.0000235 -0.00001| ×80 =1.62 (mm) a铝 3/4 3/4 为铝材的线膨胀系数0.0000235。 (2)、地震作用所需胶缝厚度： ts2 =y.b.qdE.(2+dE) =0.6×1800×1/3000.4×(2+0.4) =3.76 (mm) 其中，y 3/4 3/4 胶缝变形折减系数,取0.6 取打胶厚度为6mm。 所以，结构胶胶形设计为：宽度10mm×厚度6mm。 七、幕墙组件的固定块及其间距计算 [标高:45.3m,GJK-01] 综合考虑幕墙所处位置的标高、分格尺寸等因素，对下列不利处进行固定块设计计算。 该处幕墙位于主楼，标高取为45.3m，幕墙自重按500N/m2计；标准荷载为WK合= 1.272k N/m2；设计荷载为W合= 1.7736k N/m2。 幕墙组件尺寸为a×b为 1200mm×1800mm。 固定块为双面的压块，材质为铝合金(6063- T5)，弹性模量为70000N/mm2，抗弯强度设计值为85.5N/mm2；尺寸b1×h×t为50mm×42mm× 6.5mm；安装间距不超过d=400mm。每个固定块由1个M6的螺栓固定。 1、固定块强度校核 螺孔中心至固定块受力顶端的距离L=21mm。 固定块的净截面...
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