玻璃幕墙设计计算书

玻璃幕墙设计计算书1. 设计依据: 1.1 相关国家标准: 1.1.1 玻璃幕墙工程技术规范 (JGJ 102-2003) 1.1.2 建筑结构荷载规范 (GB 50009-2001) 1.1.3 钢结构设计规范 (GB 50017-2003) 1.1.4 混凝土结构设计规范 (GB 50010-2002) 1.2 业主提供的相关资料: 1.2.1 招标书 1.2.2 建筑及结构施工图 1.2.3 其它有关资料2. 幕墙材料选择: 2.1 玻璃选择: 2.1.1 玻璃类型: 单层 2.1.2 玻璃种类: 钢化玻璃 2.1.3 选用玻璃尺寸: 厚度tk=8 (mm) 高度hk=3.8 (m)，宽度bk=1.36 (m) 玻璃短边长度a=1.36 (m)，长边长度b=3.8 (m) 玻璃短边长边=a/b=.358 2.1.4 选用玻璃的强度设计值: 大面强度fgm=84 (MPa) 侧面强度fgb=58.8 (MPa) 2.1.5 选用玻璃的相关物理指标: 弹性模量: Eg=72000 (MPa) 线胀系数: =.00001 泊 松 比: =.2 重力密度: g=25.6(kN/m3) 2.2 幕墙龙骨材质选择: 铝合金6063-T5 2.2.1 铝型材的强度设计值: 抗拉、压强度设计值fat=85.5 (MPa) 抗剪强度设计值fav=49.6 (MPa) 局部承压强度设计值fac=120 (MPa) 2.2.2 铝型材的相关物理指标: 弹性模量: Ea=70000 (MPa) 线胀系数: a=.0000235 重力密度: a=28 (kN/m3) 2.2.3 铝合金立柱和横梁的挠度控制: 相对挠度: 1/1803. 幕墙荷载: 3.1 荷载标准值: 3.1.1 永久荷载标准值: 3.1.1.1 玻璃自重荷载标准值: qgk0=t0g/1000=.205 (kPa) 其中: t0为玻璃片总厚度，t0=8 (mm) 3.1.1.2 铝框自重荷载标准值: 初估 qgak=0.2qgk0 qgak=0.2qgk0=.041 (kPa) 3.1.1.3 玻璃与铝框自重荷载标准值: qgk=qgk0+qgak=.246 (kPa) 3.1.2 风荷载标准值: 3.1.2.1 基本风压: w0=0.75 (kPa) （50年一遇） 3.1.2.2 风荷载体形系数: s=1.2 3.1.2.3 风荷载高度系数: z=.74 地面粗糙度类别: C类 距地面高度: 12 (m) 3.1.2.4 阵风系数: z=2.049 3.1.2.5 结构重要性系数: =1 3.1.2.6 风荷载标准值: wk=zzsw0=1.36 (kPa) 3.1.3 地震作用标准值: 3.1.3.1 抗震设防烈度: 7 设计基本地震加速度: 0.10g 3.1.3.2 地震影响系数最大值: max= .08 3.1.3.3 地震动力放大系数: e= 5 3.1.3.4 垂直于玻璃幕墙平面的分布水平地震作用标准值: qek=emaxqgk=.098 (kPa)4. 幕墙计算: 幕墙类型: 隐框 幕墙与水平面的夹角: =90 4.1 幕墙玻璃计算: 幕墙玻璃的支承条件:四边简支 玻璃按四边简支板计算 玻璃的厚度: t=8 (mm) 4.1.1 玻璃强度计算: 4.1.1.1 在风荷载标准值作用下, 玻璃板中部的应力: 按a/b=.358， 查得四边简支玻璃板的弯矩系数: m= .1154 wk=6mwka2/t2=27.21 (MPa) 4.1.1.2 在地震作用标准值作用下, 玻璃板中部的应力: ek=6mqeka2/t2=1.96 (MPa) 4.1.1.3 考虑玻璃板在外荷载作用下大挠度变形的影响，玻璃板 的应力折减系数: 由=(wk+0.5qek)a4/(Egt4)=16.3 查得玻璃板的应力折减系数: =.935 4.1.1.4 玻璃板中部的组合应力: =(wwwk+eeek) =36.81 (MPa) fgm=84 (MPa) (满足) 其中: : 应力折减系数=.935 w: 风荷载分项系数=1.4 e: 地震作用分项系数=1.3 w: 风荷载组合值系数=1.0 e: 地震作用组合值系数=0.5 4.1.2 玻璃刚度计算: 玻璃板中部的挠度: u=(wka4)/D=16.2 (mm) 玻璃板短边边长的1/60=22.7 (mm) (满足) 其中: : 挠度折减系数 由=wka4/(Egt4)=15.8, 查得: =.937 :四边简支玻璃板的挠度系数 由a/b=.358, 查得: =.01189 D:玻璃板的刚度 D=Egt3/12(1-2)=3200000 (Nmm) 4.2 硅酮结构密封胶计算: 4.2.1 硅酮结构密封胶粘接宽度计算: 结构胶在风荷载或地震作用下的强度设计值: f1=.2 (MPa) 结构胶在永久荷载作用下的强度设计值: f2=.01 (MPa) 4.2.1.1 在风荷载和水平地震作用下，结构胶粘接宽度 cs1=(w+0.5qe)a/(2000f1)=6.7 (mm) 其中: w-风荷载设计值，w=1.4wk=1.9 (kPa) qe-地震作用设计值，qe=1.3qek=.13 (kPa) a-玻璃板短边长度，a=1360 (mm) 4.2.1.2 在玻璃永久荷载作用下，结构胶粘接宽度 cs2=qgab/2000(a+b)f2=12.5 (mm) 其中: qg-玻璃自重荷载设计值，qg=1.2qgk0=.25 (kPa) a-玻璃板短边长度，a=1360 (mm) b-玻璃板长边长度，b=3800 (mm) 4.2.1.3 故结构胶粘接宽度应12.5 (mm) 4.2.2 硅酮结构密封胶粘接厚度计算: ts=us/(2+)1/2=13.4 (mm) 其中: us-幕墙玻璃相对于铝框的位移，us=hk=6.91 (mm) -楼层弹性层间位移角限值 根据主体结构的结构类型: 钢筋混凝土框架 得: =1/550 (rad) hk-玻璃面板高度，hk=3800 (mm) -硅酮结构密封胶变位承受能力，= 0.125 故结构胶粘接厚度应13.4 (mm) 4.3 幕墙铝合金骨架计算: 玻璃幕墙类别: 框架式 4.3.1 幕墙铝合金横梁计算: 选用的铝合金型材的代号: 155 其截面的几何参数如下: 截面惯性矩: Iax=410715 (mm4) Iay=731313 (mm4) 截面抵抗矩: Wax=9779 (mm3) Way=1875 (mm3) 截面面积: Aa=950 (mm2) 4.3.1.1 在荷载标准值作用下, 横梁的内力及挠度: 4.3.1.1.1 在风荷载标准值作用下, 横梁的内力及挠度: 按三角形分布的分布荷载计算, 见附图 4-1: 附图 4-1 线载集度: qwk=2(wkbk/2)=1.8496 (kN/m) 跨中最大弯矩: Mwk=qwkbk2/12=.29 (kNm) 跨内最大剪力: Vwk=qwkbk/4=.63 (kN) 跨中最大挠度: uwk=qwkbk4/(120EaIay)=1.03 (mm) 4.3.1.1.2 在地震作用标准值作用下, 横梁的内力及挠度: 按三角形分布的分布荷载计算, 见附图 4-1: 线载集度: qekx=2(qekbk/2)=.13328 (kN/m) 跨中最大弯矩: Mek=qekxbk2/12=.021 (kNm) 跨内最大剪力: Vek=qekxbk/4=.05 (kN) 跨中最大挠度: uek=qekxbk4/(120EaIay)=.074 (mm) 4.3.1.1.3 在重力荷载标准值作用下, 横梁的内力及挠度: 玻璃与铝框自重荷载: qgk=.246 (kPa) 按受二集中荷载的简支梁计算, 见附图 4-2: 附图 4-2 平行于幕墙平面的集中荷载: Pgky=qgkhkbksin/2=.636 (kN) 其中: hk-玻璃高度，hk=3.8 (mm) bk-玻璃宽度，by=1.36 (mm) 跨中最大弯矩: Mgky=Pgkybd=.095 (kNm) 其中: bd-玻璃垫块至横梁端部的距离，bd=0.15 (m) 跨内最大剪力: Vgky=Pgky=.636 (kN) 跨中最大挠度: ugky=Pgkybk3(3-42)/(24EaIax)=.75 (mm) 其中: =bd/bk=.11 bd-玻璃垫块至横梁端部的距离，bd=0.15 (m) bk-横梁跨度，bk=1.36 (m) 4.3.1.2 横梁验算: 4.3.1.2.1 抗剪强度验算: 横梁水平方向(x轴)的剪力组合设计值: Vx=wwVwk+eeVek =.91 (kN) 横梁竖直方向(y轴)的剪力组合设计值: Vy=gVgky =.76 (kN) 其中: g-永久荷载分项系数，g=1.2 w-风荷载分项系数，w=1.4 e-地震作用分项系数，e=1.3 w-风荷载组合值系数，w=1.0 e-地震作用组合值系数，e=0.5 验算: 横梁竖直方向(y轴): Vy(by2ty/8+bxbytx/4)/(Iaxty) =3.5 (MPa) fav=49.6 (MPa) (满足) 其中: bx-横梁截面水平方向宽度，bx=73 (mm) by-横梁截面竖直方向宽度，by=70 (mm) tx-横梁截面水平腹板厚度，tx=3 (mm) tx-横梁截面竖直腹板厚度，ty=3 (mm) Iax-截面绕x轴的毛截面惯性矩，Iax=410715 (mm4) 横梁水平方向(x轴): Vx(bx2tx/8+bxbyty/4)/(Iaytx) =2.42 (MPa) fav=49.6 (MPa) (满足) 其中: bx-横梁截面水平方向宽度，bx=73 (mm) by-横梁截面竖直方向宽度，by=70 (mm) tx-横梁截面水平腹板厚度，tx=3 (mm) tx-横梁截面竖直腹板厚度，ty=3 (mm) Iay-截面绕y轴的毛截面惯性矩，Iay=731313 (mm4) 4.3.1.2.2 局部稳定验算: 横梁截面水平腹板为双侧加劲部位: 横梁截面水平腹板宽度bx =73 (mm) 横梁截面水平腹板厚度tx =3 (mm) 横梁截面水平腹板宽厚比bx/tx =24.3350 (满足) 横梁截面竖直腹板为双侧加劲部位: 横梁截面竖直腹板宽度by =70 (mm) 横梁截面竖直腹板厚度ty =3 (mm) 横梁截面竖直腹板宽厚比by/ty =23.3350 (满足) 4.3.1.2.3 刚度验算: 在风荷载标准值作用下，横梁的挠度: uwk =1.03 (mm) bk/180=7.56 (mm) (满足) 在重力荷载标准值作用下，横梁的挠度: ugky =.75 (mm) bk/180=7.56 (mm) (满足) 4.3.2 幕墙铝合金立柱计算: 选用的铝合金型材的代号: 155 其截面的几何参数如下: 截面惯性矩: Iax=6719438 (mm4) Iay=1445269 (mm4) 截面抵抗矩: Wax=86147 (mm3) Way=40146 (mm3) 截面面积: Aa=1927 (mm2) 立柱按跨度L=3.8m简支梁计算。 4.3.2.1 在荷载标准值作用下,立柱的内力及挠度: 4.3.2.1.1 在风荷载标准值作用下,立柱的内力及挠度: 按均布荷载计算,立柱计算简图见附图 4-3: 附图 4-3 线载集度: qwk=wkbk=1.85 (kN/m) 跨中最大弯矩: Mwk=qwkL2/8=3.34 (kNm) 跨中最大挠度: uwk=5qwkL4/(384EaIax)=10.7 (mm) 4.3.2.1.2 在地震作用标准值作用下, 立柱的内力及挠度: 按均布荷载计算, 见附图 4-3: 线载集度: qlek=qekbk=.13 (kN/m) 跨中最大弯矩: Mek=qlekL2/8=.23 (kNm) 跨中最大挠度: uek=5qlekL4/(384EaIax)=.8 (mm) 4.3.2.1.3 在重力荷载标准值作用下, 立柱的内力: 立柱的承重方式为上端悬挂。 重力荷载产生的轴力为拉力。 轴力: Ngk=qgkbkLsin=1.27 (kN) 4.3.2.2 立柱验算: 4.3.2.2.1 强度验算: 立柱的轴力设计值: N=gNgk =1.52 (kN) 立柱的弯矩组合设计值: M=wwMwk+eeMek =4.83 (kNm) 其中: g-永久荷载分项系数，g=1.2 w-风荷载分项系数，w=1.4 e-地震作用分项系数，e=1.3 w-风荷载组合值系数，w=1.0 e-地震作用组合值系数，e=0.5 验算: N/Aa+M/(Wax) =54.19 (MPa) fat=85.5 (MPa) (满足) 其中: Aa-立柱的净截面面积，Aa=1927 (mm2) Wax-截面绕x轴的净截面抵抗矩，Wax=86147 (mm3) -塑性发展系数，=1.05 fat-型材抗弯强度设计值，fat=85.5 (MPa) 4.3.2.2.2 刚度验算: 在风荷载标准值作用下，立柱的挠度: uwk =10.7 (mm) 跨度/180=21.11 (mm) (满足) 5. 连接计算: 立柱与角码的连接节点见附图5-1、5-2。 附图 5-1 （横剖） 附图 5-2 （竖剖） 5.1 立柱与角码的连接螺栓的计算: 5.1.1 连接螺栓材质: 1Cr18Ni9Ti 螺栓直径: d=12 (mm) 5.1.2 一个连接螺栓的设计承载力: 抗拉承载力设计值: Ntb=14 (kN) 双剪抗剪承载力设计值: Nvb=21.4 (kN) 5.1.3 连接付的内力: 由重力荷载标准值作用: 垂直力: Fgk=1.5qgk0bkL=1.59 (kN) 其中:bk-立柱间距(m) L-立柱长度(m) qgk0-幕墙玻璃每平方米重量(kPa) 1.5-考虑骨架的重量 由风荷载标准值作用: 水平力: Nwk=wkbkL=7.03 (kN) 由地震作用标准值作用: 水平力: Nek=emaxFgk=.64 (kN) 其中:e、max意义同前。 垂直剪力设计值: Vmax=1.2Fgk=1.91 (kN) 水平剪力设计值: Vw=1.4Nwk+0.61.3Nek=10.34 (kN) 5.1.4 螺栓验算: 一个螺栓双剪的抗剪承载力Nvb=21.4 (kN) 每一楼层有一个支座承受水平力和垂直力。 每个支座有两个螺栓。 支座可按下式验算: 单个螺栓所受的合成剪力: Vh=(Vw2+Vmax2)1/2/2 =5.26 (kN) Nvb=21.4 (kN) 螺栓可靠。 5.2 角码验算: 角码采用 Q235钢, 每支座由两个角钢角码组成。 角码长边长度b1=110 (mm)，短边长度b2=80 (mm) 角码宽度b3=100 (mm)，角码壁厚tb=8 (mm) 幕墙重心至埋件表面的距离hb=150 (mm) 5.2.1 拉应力: l=(Vw/2)/Aj=6.46 (MPa) 其中:Aj为一支角码的受拉截面积 Aj=b3tb=800 (mm2) 5.2.2 弯曲应力: m=M1/Wj=10.5 (MPa) 其中:M1为一支角码承受的弯矩 M1=(Vmax/2)hb=.14 (kNm) M为预埋件承受的弯矩 M=2M1=.28 (kNm) Wj为一支角码的截面抵抗矩 Wj=tbb32/6=13333 (mm3) 5.2.3 剪应力: =(Vmax/2)/Aj=1.19 (MPa) 5.2.4 折算应力验算: (l+m)2+321/2 =17.08 (MPa)0.7时，取v=0.7） b-锚筋的弯曲变形折减系数 b=0.6+0.25t/d=.808 z-沿剪力作用方向最外层锚筋中心线之间的距离 z=100 (mm) 6.6.3 计算需要的锚筋总截面面积: As=117.4 (mm2) 锚筋实际总截面面积: As0=(d/2)2u1u=452.4 (mm2) As0As，埋件安全。 6.7 锚筋长度计算: 锚筋锚固长度不应小于: la=(fy/ft)d=282 (mm) 其中:-锚筋的外形系数 HPB235级钢筋为光面钢筋，=0.16 光面钢筋末端应做180弯钩，弯后平直段长度36 (mm)。