北京金顶街街道办事处办公楼
玻璃幕墙设计计算书
基本参数: 北京地区
抗震8度设防
Ⅰ. 设计依据:
《建筑结构荷载规范》 GB 50009-2001
《建筑抗震设计规范》 GB 50011-2001
《建筑结构可靠度设计统一标准》 GB 50068-2001
《建筑幕墙》 JG 3035-96
《玻璃幕墙工程技术规范》 JGJ 102-2003
《玻璃幕墙工程质量检验标准》 JGJ/T 139-2001
《金属与石材幕墙工程技术规范》 JGJ 133-2001
《建筑制图标准》 GB/T 50104-2001
《建筑玻璃应用技术规程》 JGJ 113-2003
《全玻璃幕墙工程技术规程》 DBJ/CT 014-2001
《点支式玻璃幕墙工程技术规程》 CECS 127:2001
《点支式玻幕墙支承装置》 JC 1369-2001
《吊挂式玻幕墙支承装置》 JC 1368-2001
《建筑铝型材 基材》 GB/T 5237.1-2000
《建筑铝型材 阳极氧化、着色型材》 GB/T 5237.2-2000
《建筑铝型材 电泳涂漆型材》 GB/T 5237.3-2000
《建筑铝型材 粉末喷涂型材》 GB/T 5237.4-2000
《建筑铝型材 氟碳漆喷涂型材》 GB/T 5237.5-2000
《玻璃幕墙学性能》 GB/T 18091-2000
《建筑幕墙平面内变形性能检测方法》 GB/T 18250-2000
《建筑幕墙抗震性能振动台试验方法》 GB/T 18575-2001
《紧固件机械性能 螺栓、螺钉和螺柱》 GB 3098.1-2000
《紧固件机械性能 螺母 粗牙螺纹》 GB 3098.2-2000
《紧固件机械性能 螺母 细牙螺纹 》 GB 3098.4-2000
《紧固件机械性能 自攻螺钉》 GB 3098.5-2000
《紧固件机械性能 不锈钢螺栓、螺钉、螺柱》 GB 3098.6-2000
《紧固件机械性能 不锈钢 螺母》 GB 3098.15-2000
《螺纹紧固件应力截面积和承载面积》 GB/T 16823.1-1997
《焊接结构用耐候钢》 GB/T 4172-2000
《浮法玻璃》 GB 11614-1999
《夹层玻璃》 GB 9962-1999
《钢化玻璃 》 GB/T 9963-1998
《幕墙用钢化玻璃与半钢化玻璃》 GB 17841-1999
《铝及铝合金轧制板材》 GB/T 3880-1997
《铝塑复合板》 GB/T 17748
《干挂天然花山岗石，建筑板材及其不锈钢配件》 JC 830.1,830.2-1998
《建筑用铝型材、铝板氟碳涂层》 JC 133-2000
《建筑用安全玻璃 防火玻璃》 GB 15763.1-2001
《混凝土接缝用密封胶》 JC/T 881-2001
《幕墙玻璃接缝用密封胶》 JC/T 882-2001
《石材幕墙接缝用密封胶》 JC/T 883-2001
《中空玻璃用弹性密封胶》 JC/T 486-2001
《天然花岗石建筑板材》 GB/T 18601-2001
Ⅱ. 基本计算公式:
(1).场地类别划分:
根据地面粗糙度, 场地可划分为以下类别:
A类近海面, 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;
金顶街街道办事处办公楼按C 类地区计算风压
(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 7.1.1 采用
风荷载计算公式: Wk=βgz ×μz ×μs ×W0
其中: Wk---作用在幕墙上的风荷载标准值(kN/m^2)
βgz---瞬时风压的阵风系数, 按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001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
A类场地: βgz=0.92*(1+2μf) 其中：μf=0.387*(Z/10)^(-0.12)
B类场地: βgz=0.89*(1+2μf) 其中：μf=0.5(Z/10)^(-0.16)
C类场地: βgz=0.85*(1+2μf) 其中：μf=0.734(Z/10)^(-0.22)
D类场地: βgz=0.80*(1+2μf) 其中：μf=1.2248(Z/10)^(-0.3)
μz---风压高度变化系数, 按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001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=(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
本工程属于C 类地区, 故μz=0.616×(Z/10)^0.44
μs---风荷载体型系数, 按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001取为：1.2
W0---基本风压, 按全国基本风压图, 北京地区取为0.450kN/m^2
(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, 按相应设防烈度取定:
6度: αmax=0.04
7度: αmax=0.08
8度: αmax=0.16
9度: αmax=0.32
北京设防烈度为8度, 故取αmax=0.160
GAK---幕墙构件的自重(N/m^2)
(4).荷载组合:
结构设计时，根据构件受力特点，荷载或作用的情况和产生的应力(内力) 作用方向，选用最不利的组合，荷载和效应组合设计值按下式采用：
γGSG+γw υwSw+γE υESE+γT υTST
各项分别为永久荷载：重力；可变荷载：风荷载、温度变化；偶然荷载：地震
水平荷载标准值: qk=Wk+0.5qEAk
水平荷载设计值: q=1.4Wk+0.5×1.3qEAk
荷载和作用效应组合的分项系数, 按以下规定采用:
①对永久荷载采用标准值作为代表值，其分项系数满足：
a.当其效应对结构不利时：对由可变荷载效应控制的组合，取1.2；对有永久荷载效应控制的组合，取1.35
b.当其效应对结构有利时：一般情况取1.0；对结构倾覆、滑移或是漂浮验算，取0.9 ②可变荷载根据设计要求选代表值，其分项系数一般情况取1.4
一、风荷载计算
1、标高为13.500处风荷载计算
(1). 风荷载标准值计算:
Wk: 作用在幕墙上的风荷载标准值(kN/m^2)
βgz: 13.500m高处阵风系数(按C 类区计算):
μf=0.734×(Z/10)^(-0.22)＝0.687
βgz=0.85×(1+2μf)=2.018
μz: 13.500m高处风压高度变化系数(按C 类区计算): (GB50009-2001)
μz=0.616×(Z/10)^0.44=0.740
风荷载体型系数μs=1.20
Wk=βgz ×μz ×μs ×W0 (GB50009-2001)
=2.018×0.740×1.2×0.450
=0.806 kN/m^2
因为Wk
(2). 风荷载设计值:
W: 风荷载设计值: kN/m^2
rw: 风荷载作用效应的分项系数：1.4
按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001 3.2.5 规定采用
W=rw×Wk=1.4×1.000=1.400kN/m^2
二、玻璃的选用与校核
玻璃的选用与校核:(第1处)
本处选用玻璃种类为: 6+12A+6LOW-E双钢化玻璃
1. 玻璃面积:
B: 该处玻璃幕墙分格宽: 1.800m
H: 该处玻璃幕墙分格高: 2.650m
A: 该处玻璃板块面积:
A=B×H
=1.800×2.650
=4.770m^2
2. 玻璃厚度选取:
Wk: 风荷载标准值: 1.000kN/m^2
A: 玻璃板块面积: 4.770m^2
K3: 玻璃种类调整系数: 1.500
试算:
C=Wk×A ×10/3/K3
=1.000×4.770×10/3/1.500
=10.600
T=2×(1+C)^0.5-2
=2×(1+10.600)^0.5-2
=4.812mm
玻璃选取厚度为: 6.0mm
3. 该处玻璃板块自重:
GAK: 玻璃板块平均自重(不包括铝框):
t: 玻璃板块厚度: 6.0mm
玻璃的体积密度为: 25.6(KN/M^3)
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)
GAK=25.6×(Bt_L+Bt_w)/1000
=25.6×(6.000+6.000)/1000
=0.307KN/m^2
4. 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: 0.160
qEAk: 垂直于玻璃平面的分布水平地震作用(kN/m^2)
qEAk=5×αmax ×GAK
=5×0.160×0.307
=0.246kN/m^2
rE: 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/m^2)
qEA=rE×qEAk
=1.3×qEAK
=1.3×0.246
=0.319kN/m^2
5. 玻璃的强度计算:
校核依据: σ≤ｆg=84.000 N/mm^2
Wk: 垂直于玻璃平面的风荷载标准值(N/mm^2)
qEK: 垂直于玻璃平面的地震作用标准值(N/mm^2)
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/mm^2)
σEk: 在垂直于玻璃平面的地震作用作用下玻璃截面的最大应力标准值(N/mm^2) θ: 参数(用于查玻璃板折减系数)
η: 折减系数
a: 玻璃短边边长: 1800.0mm
b: 玻璃长边边长: 2650.0mm
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)
ψ: 玻璃板的弯矩系数, 按边长比a/b查
表6.1.2-1得: 0.078
Wk1 中空玻璃分配到外侧玻璃的风荷载标准值 (N/mm^2)
Wk2 中空玻璃分配到内侧玻璃的风荷载标准值 (N/mm^2)
qEk1 中空玻璃分配到外侧玻璃的地震作用标准值 (N/mm^2)
qEk2 中空玻璃分配到内侧玻璃的地震作用标准值 (N/mm^2)
Wk1=1.1×Wk ×BT_w^3/(BT_w^3+BT_L^3)=0.550
Wk2=Wk×BT_L^3/(BT_w^3+BT_L^3)=0.500
qEk1=qEk×BT_w^3/(BT_w^3+BT_L^3)=0.123
qEk2=qEk×BT_L^3/(BT_w^3+BT_L^3)=0.123
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/mm^2) 在风荷载作用下外侧玻璃参数θ=Wk1×a^4/(E×t^4)
=61.88
η: 折减系数，按θ=61.88
查6.1.2-2表得:0.78
在风荷载作用下外侧玻璃最大应力标准值σWk=6×ψ×Wk1×a^2×η/t^2
=17.938N/mm^2
在地震作用下外侧玻璃参数θ=qEK1×a^4/(E×t^4)
=13.82
η: 折减系数，按θ=13.82
查6.1.2-2表得:0.94
在地震作用下外侧玻璃最大应力标准值σEk=6×ψ×qEk1×a^2×η/t^2
=4.883N/mm^2
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
=1.4×17.938+0.5×1.3×4.883
=28.287N/mm^2
在风荷载作用下内侧玻璃参数θ=Wk2×a^4/(E×t^4)
=56.25
η: 折减系数，按θ=56.25
查6.1.2-2表得:0.79
在风荷载作用下内侧玻璃最大应力标准值σWk=6×ψ×Wk1×a^2×η/t^2
=16.642N/mm^2
在地震作用下内侧玻璃参数θ=qEK2×a^4/(E×t^4)
=13.82
η: 折减系数，按θ=13.82
查6.1.2-2表得:0.94
在地震作用下内侧玻璃最大应力标准值σEk=6×ψ×qEk2×a^2×η/t^2
=4.883N/mm^2
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
=1.4×16.642+0.5×1.3×4.883
=26.473N/mm^2
中空玻璃最大应力设计值应为内、外侧玻璃最大应力设计值中的大者，为：28.287 N/mm^2 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te=0.95×(Bt_L^3+Bt_w^3)^(1/3)=7.2mm
ν: 泊松比，按JGJ 102-2003 5.2.9条采用，取值为 0.20
μ: 挠度系数: 0.008
D=(E×te^3)/12(1-ν^2)
=2314912.50 (N.mm)
df=μ×Wk ×a^4×η/D
=27.3 (mm)
由于玻璃最大应力设计值σ=28.287N/mm^2≤ｆg=84.000N/mm^2
玻璃的强度满足!
由于玻璃的最大挠度df=27.3mm,小于或等于玻璃短边边长的60分之一30.000 (mm) 玻璃的挠度满足!
6. 玻璃温度应力计算:
校核依据: σmax ≤[σ]=58.800N/mm^2
(1)在年温差变化下, 玻璃边缘与边框间挤压在玻璃中产生的
挤压温度应力为:
E: 玻璃的弹性模量:0.72×10^5N/mm^2
α^t: 玻璃的线膨胀系数: 1.0×10^-5
△Ｔ: 年温度变化差: 68.100℃
c: 玻璃边缘至边框距离, 取 5mm
dc: 施工偏差, 可取:3mm ,按5.4.3选用
b: 玻璃长边边长:2.650m
在年温差变化下, 玻璃边缘与边框间挤压在玻璃中产生的
温度应力为:
σt1=E(a^t×△Ｔ-(2c-dc)/b/1000)
=0.72×△Ｔ-72×(2×5-3)/b
=0.72×68.100-72×(2×5-3)/2.650
=-141.157N/mm^2
计算值为负, 挤压应力取为零.
0.000N/mm^2＜58.800N/mm^2
玻璃边缘与边框间挤压温度应力可以满足要求
(2)玻璃中央与边缘温度差产生的温度应力:
μ1: 阴影系数: 按《玻璃幕墙工程技术规范》
JGJ 102-2003表5.4.4-1得1.000
μ2: 窗帘系数: 按《玻璃幕墙工程技术规范》
JGJ 102-2003表5.4.4-2得1.000
μ3: 玻璃面积系数: 按《玻璃幕墙工程技术规范》
JGJ 102-2003表5.4.4-3得1.134
μ4: 边缘温度系数: 按《玻璃幕墙工程技术规范》
JGJ 102-96表5.4.4-4得0.400
a: 玻璃线胀系数: 1.0×10^-5
I0: 日照量:3027.600(KJ/M^2h)
t0: 室外温度-10.000℃
t1: 室内温度40.000℃
Ｔc0: 室外侧玻璃中部温度(依据JGJ113-97 附录B 计算);
Ｔc1: 室内侧玻璃中部温度(依据JGJ113-97 附录B 计算);
A0: 室外侧玻璃总吸收率;
A1: 室内侧玻璃总吸收率;
α0: 室外侧玻璃的吸收率为0.142
α1: 室内侧玻璃的吸收率为0.142
τ0: 室外侧玻璃的透过率为0.075
τ1: 室内侧玻璃的透过率为0.075
γ0: 室外侧玻璃反射率为0.783
γ1: 室内侧玻璃反射率为0.783
A0=α0×［1+τ0×γ1/(1-γ0×γ1) ］ (JGJ113-97 B.0.3-7)
=0.164
A1=α1×τ0/(1-γ0×γ1) (JGJ113-97 B.0.3-8)
=0.028
当中空玻璃空气层厚为:12mm时
Ｔc0=I0×(0.0150×A0+0.00625×A1)+0.817×t0+0.183×t1 (JGJ113-97 B.0.3-5) =7.098℃
Ｔc1=I0×(0.00625×A0+0.0225×A1)+0.340×t0+0.560×t1 (JGJ113-97 B.0.3-6) =23.970℃
因此，中空玻璃中部温度最大值为max(Ｔc0, Ｔc1)=23.970℃
Ｔs: 玻璃边缘部分温度(依据JGJ113-97 附录B 计算):
Ｔs=(0.65×t0+0.35×t1) (JGJ113-97 B.0.4) =(0.65×-10.000+0.35×40.000)
=7.500℃
△t: 玻璃中央部分与边缘部分温度差:
△t=Ｔc-Ｔs
=16.470℃
玻璃中央与边缘温度差产生的温度应力:
σt2=0.74×E ×a ×μ1×μ2×μ3×μ4×(Ｔc-Ｔs)
=0.74×0.72×10^5×1.0×10^-5×μ1×μ2×μ3×μ4×△t =3.980N/mm^2
玻璃中央与边缘温度差产生的温度应力可以满足要求
7. 玻璃最大面积校核:
Azd: 玻璃的允许最大面积(m^2)
Wk: 风荷载标准值: 1.000kN/m^2
t1: 中空玻璃中较薄玻璃的厚度: 6.0mm
t2: 中空玻璃中较厚玻璃的厚度: 6.0mm
α2: 玻璃种类调整系数: 0.660
A: 计算校核处玻璃板块面积: 4.770m^2
Azd=α2×(t2+t2^2/4)×(1+(t1/t2)^3)/Wk= 19.800m^2
A=4.770m^2≤Azd=19.800m^2
可以满足使用要求
三、幕墙立柱计算:
幕墙立柱计算: (第1处)
幕墙立柱按简支梁力学模型进行设计计算：
1. 选料:
(1)风荷载线分布最大荷载集度设计值(矩形分布)
qw: 风荷载线分布最大荷载集度设计值(kN/m)
rw: 风荷载作用效应的分项系数：1.4
Wk: 风荷载标准值: 1.000kN/m^2
B: 幕墙分格宽: 1.800m
qw=1.4×Wk ×B
=1.4×1.000×1.800
=2.520kN/m
(2)立柱弯矩:
Mw: 风荷载作用下立柱弯矩(kN.m)
qw: 风荷载线分布最大荷载集度设计值: 2.520(kN/m)
Hsjcg: 立柱计算跨度: 6.000m
Mw=qw×Hsjcg^2/8
=2.520×6.000^2/8
=11.340kN·m
qEA: 地震作用设计值(KN/M^2):
GAk: 玻璃幕墙构件(包括玻璃和框) 的平均自重: 500N/m^2 垂直于玻璃幕墙平面的分布水平地震作用:
qEAk: 垂直于玻璃幕墙平面的分布水平地震作用 (kN/m^2) qEAk=5×αmax ×GAk
=5×0.160×500.000/1000
=0.400kN/m^2
γE: 幕墙地震作用分项系数: 1.3
qEA=1.3×qEAk
=1.3×0.400
=0.520kN/m^2
qE：水平地震作用线分布最大荷载集度设计值(矩形分布) qE=qEA×B
=0.520×1.800
=0.936kN/m
ME: 地震作用下立柱弯矩(kN·m):
ME=qE×Hsjcg^2/8
=0.936×6.000^2/8
=4.212kN·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
=11.340+0.5×4.212
=13.446kN·m
(3)W: 立柱抗弯矩预选值(cm^3)
W=M×10^3/1.05/215.0
=13.446×10^3/1.05/215.0
=59.561cm^3
qwk: 风荷载线分布最大荷载集度标准值(kN/m) qwk=Wk×B
=1.000×1.800
=1.800kN/m
qEk: 水平地震作用线分布最大荷载集度标准值(kN/m) qEk=qEAk×B
=0.400×1.800
=0.720kN/m
(4)I1,I2: 立柱惯性矩预选值(cm^4)
I1=900×(qwk+0.5×qEk) ×Hsjcg^3/384/2.1
=900×(1.800+0.5×0.720) ×6.000^3/384/2.1 =520.714cm^4
I2=5000×(qwk+0.5×qEk) ×Hsjcg^4/384/2.1/20
=5000×(1.800+0.5×0.720) ×6.000^4/384/2.1/20
=867.857cm^4
选定立柱惯性矩应大于: 867.857cm^4
2. 选用立柱型材的截面特性:
选用型材号: XC1\QY1502
型材强度设计值: 215.000N/mm^2
型材弹性模量: E=2.1×10^5N/mm^2
X轴惯性矩: Ix=1341.000cm^4
Y轴惯性矩: Iy=425.000cm^4
X轴抵抗矩: Wx1=62.082cm^3
X轴抵抗矩: Wx2=62.080cm^3
型材截面积: A=15.576cm^2
型材计算校核处壁厚: t=3.500mm
型材截面面积矩: Ss=38.099cm^3
塑性发展系数: γ=1.05
3. 幕墙立柱的强度计算:
校核依据: N/A+M/γ/w≤ｆa=215.0N/mm^2(拉弯构件) B: 幕墙分格宽: 1.800m
GAk: 幕墙自重: 500N/m^2
幕墙自重线荷载:
Gk=500×Wfg/1000
=500×1.800/1000
=0.900kN/m
Nk: 立柱受力:
Nk=Gk×Hsjcg
=0.900×6.000
=5.400kN
N: 立柱受力设计值:
rG: 结构自重分项系数: 1.2
N=1.2×Nk
=1.2×5.400
=6.480kN
σ: 立柱计算强度(N/mm^2)(立柱为拉弯构件) N: 立柱受力设计值: 6.480kN
A: 立柱型材截面积: 15.576cm^2
M: 立柱弯矩: 13.446kN·m
Wx2: 立柱截面抗弯矩: 62.080cm^3
γ: 塑性发展系数: 1.05
σ=N×10/A+M×10^3/1.05/Wx2
=6.480×10/15.576+13.446×10^3/1.05/62.080 =210.440N/mm^2
210.440N/mm^2≤ｆa=215.0N/mm^2
立柱强度可以满足
4. 幕墙立柱的刚度计算:
校核依据: Umax≤L/250
Umax: 立柱最大挠度
Umax=5×(qWk+0.5×qEk) ×Hsjcg^4×1000/384/2.1/Ix
立柱最大挠度Umax 为: 12.943mm≤15mm
Du: 立柱挠度与立柱计算跨度比值:
Hsjcg: 立柱计算跨度: 6.000m
Du=U/Hsjcg/1000
=12.943/6.000/1000
=0.002≤1/250
挠度可以满足要求
5. 立柱抗剪计算:
校核依据: τmax ≤[τ]=125.0N/mm^2
(1)Qwk: 风荷载作用下剪力标准值(kN)
Qwk=Wk×Hsjcg ×B/2
=1.000×6.000×1.800/2
=5.400kN
(2)Qw: 风荷载作用下剪力设计值(kN)
Qw=1.4×Qwk
=1.4×5.400
=7.560kN
(3)QEk: 地震作用下剪力标准值(kN)
QEk=qEAk×Hsjcg ×B/2
=0.400×6.000×1.800/2
=2.160kN
(4)QE: 地震作用下剪力设计值(kN)
QE=1.3×QEk
=1.3×2.160
=2.808kN
(5)Q: 立柱所受剪力:
采用Qw+0.5QE组合
Q=Qw+0.5×QE
=7.560+0.5×2.808
=8.964kN
(6)立柱剪应力:
τ: 立柱剪应力:
Ss: 立柱型材截面面积矩: 38.099cm^3
Ix: 立柱型材截面惯性矩: 1341.000cm^4
t: 立柱壁厚: 3.500mm
τ=Q×Ss ×100/Ix/t
=8.964×38.099×100/1341.000/3.500
=7.276N/mm^2
7.276N/mm^2≤125.0N/mm^2
立柱抗剪强度可以满足
四、立梃与主结构连接
立梃与主结构连接: (第1处)
Lct2: 连接处钢角码壁厚: 8.000mm
D2: 连接螺栓直径: 12.000mm
D0: 连接螺栓直径: 10.360mm
采用SG+SW+0.5SE组合
N1wk: 连接处风荷载总值(N):
N1wk=Wk×B ×Hsjcg ×1000
=1.000×1.800×6.000×1000
=10800.000N
连接处风荷载设计值(N) :
N1w=1.4×N1wk
=1.4×10800.000
=15120.000N
N1Ek: 连接处地震作用(N):
N1Ek=qEAk×B ×Hsjcg ×1000
=0.400×1.800×6.000×1000
=4320.000N
N1E: 连接处地震作用设计值(N):
N1E=1.3×N1Ek
=1.3×4320.000
=5616.000N
N1: 连接处水平总力(N):
N1=N1w+0.5×N1E
=15120.000+0.5×5616.000
=17928.000N
N2: 连接处自重总值设计值(N):
N2k=500×B ×Hsjcg
=500×1.800×6.000
=5400.000N
N2: 连接处自重总值设计值(N):
N2=1.2×N2k
=1.2×5400.000
=6480.000N
N: 连接处总合力(N):
N=(N1^2+N2^2)^0.5
=(17928.000^2+6480.000^2)^0.5
=19063.147N
Nvb: 螺栓的承载能力:
Nv: 连接处剪切面数: 2
Nvb=2×3.14×D0^2×130/4 (GBJ17-88 7.2.1-1) =2×3.14×10.360^2×130/4
=21905.971N
Num1: 立梃与建筑物主结构连接的螺栓个数:
Num1=N/Nvb
=19063.147/21905.971
=0.870个
取 2个
Ncbl: 立梃型材壁抗承压能力(N):
D2: 连接螺栓直径: 12.000mm
Nv: 连接处剪切面数: 4
t: 立梃壁厚: 3.500mm
Ncbl=D2×2×120×t ×Num1 (GBJ17-88 7.2.1) =12.000×2×120×3.500×2.000
=20160.000N
20160.000N ≥ 19063.147N
强度可以满足
Ncbg: 钢角码型材壁抗承压能力(N):
Ncbg=D2×2×267×Lct2×Num1 (GBJ17-88 7.2.1) =12.000×2×267×8.000×2.000
=102528.000N
102528.000N≥19063.147N
强度可以满足
五、幕墙预埋件总截面面积计算
幕墙预埋件计算: (第1处)
本工程预埋件受拉力和剪力
V: 剪力设计值:
V=N2
=6480.000N
N: 法向力设计值:
N=N1
=17928.000N
M: 弯矩设计值(N·mm):
e2: 螺孔中心与锚板边缘距离: 60.000mm
M=V×e2
=6480.000×60.000
=388800.000N·m
Num1: 锚筋根数: 4根
锚筋层数: 2层
Kr: 锚筋层数影响系数: 1.000
关于混凝土：混凝土标号C30
混凝土强度设计值:fc=15.000N/mm^2
按现行国家标准≤混凝土结构设计规范≥ GBJ10采用。
选用一级锚筋
锚筋强度设计值:fy=210.000N/mm^2
d: 钢筋直径: Φ12.000mm
αv: 钢筋受剪承载力系数:
αv=(4-0.08×d) ×(fc/fy)^0.5
=(4-0.08×12.000) ×(15.000/210.000)^0.5
=0.812
αv 取0.7
t: 锚板厚度: 8.000mm
αb: 锚板弯曲变形折减系数:
αb=0.6+0.25×t/d
=0.6+0.25×8.000/12.000
=0.767
Z: 外层钢筋中心线距离: 210.000mm
As: 锚筋实际总截面积:
As=Num1×3.14×d^2/4
=4.000×3.14×d^2/4
=452.160mm^2
锚筋总截面积计算值:
As1=(V/Kv+N/0.8/Kb+M/1.3/Kr/Kb/Z)/fy
=192.120mm^2
As2=(N/0.8/Kb+M/0.4/Kr/Kb/Z)/fy
=167.941mm^2
192.120mm^2≤452.160mm^2
167.941mm^2≤452.160mm^2
4根υ12.000锚筋可以满足要求
A : 锚板面积: 60000.000 mm^2
0.5fcA=450000.000 N
N=17928.000N≤0.5fcA
锚板尺寸可以满足要求
六、幕墙预埋件焊缝计算
幕墙预埋件焊缝计算: (第1处)
Hf:焊缝厚度6.000
L :焊缝长度100.000
σm:弯矩引起的应力
σm=6×M/(2×he ×lw^2×1.22) (GBJ17-88 7.1.2) =28.103N/mm^2
σn:法向力引起的应力
σn =N/(2×he ×Lw ×1.22) (GBJ17-88 7.1.2) =19.438N/mm^2
τ:剪应力
τ=V/(2×Hf ×Lw) (GBJ17-88 7.1.2) =6.000N/mm^2
σ:总应力
σ=((σm+σn)^2+τ^2)^0.5 (GBJ17-88 7.1.2) =47.918
47.918N/mm^2≤160N/mm^2
焊缝强度可以满足!
七、幕墙横梁计算
幕墙横梁计算: (第1处)
1. 选用横梁型材的截面特性:
选用型材号: XC5\XF023
型材强度设计值: 215.000N/mm^2
型材弹性模量: E=2.1×10^5N/mm^2
X轴惯性矩: Ix=72.589cm^4
Y轴惯性矩: Iy=46.375cm^4
X轴抵抗矩: Wx1=18.143cm^3
X轴抵抗矩: Wx2=18.143cm^3
Y轴抵抗矩: Wy1=15.456cm^3
Y轴抵抗矩: Wy2=15.461cm^3
型材截面积: A=7.976cm^2
型材计算校核处壁厚: t=3.000mm
型材截面面积矩: Ss=10.899cm^3
塑性发展系数: γ=1.05
2. 幕墙横梁的强度计算:
校核依据: Mx/γWx+My/γWy ≤ｆa=215.0
(1)横梁在自重作用下的弯矩(kN·m)
H: 玻璃面板高度: 2.125m
GAk: 横梁自重: 400N/m^2
Gk: 横梁自重荷载线分布均布荷载集度标准值(kN/m):
Gk=400×H/1000
=400×2.125/1000
=0.850kN/m
G: 横梁自重荷载线分布均布荷载集度设计值(kN/m)
G=1.2×Gk
=1.2×0.850
=1.020kN/m
Mx: 横梁在自重荷载作用下的弯矩(kN·m)
Mx=G×B^2/8
=1.020×1.856^2/8
=0.439kN·m
(2)横梁在风荷载作用下的弯矩(kN·m)
风荷载线分布最大荷载集度标准值(三角形分布)
qwk=Wk×B
=1.000×1.856
=1.856kN/m
风荷载线分布最大荷载集度设计值
qw=1.4×qwk
=1.4×1.856
=2.598kN/m
Myw: 横梁在风荷载作用下的弯矩(kN·m)
Myw=qw×B^2/12
=2.598×1.856^2/12
=0.746kN·m
(3)地震作用下横梁弯矩
qEAk: 横梁平面外地震荷载:
βE: 动力放大系数: 5
αmax: 地震影响系数最大值: 0.160
Gk: 幕墙构件自重: 400 N/m^2
qEAk=5×αmax ×400/1000
=5×0.160×400/1000
=0.320kN/m^2
qex: 水平地震作用线分布最大荷载集度标准值
B: 幕墙分格宽: 1.856m
水平地震作用线分布最大荷载集度标准值(三角形分布)
qex=qEAk×B
=0.320×1.856
=0.594KN/m
qE: 水平地震作用线分布最大荷载集度设计值
γE: 地震作用分项系数: 1.3
qE=1.3×qex
=1.3×0.594
=0.772kN/m
MyE: 地震作用下横梁弯矩:
MyE=qE×B^2/12
=0.772×1.856^2/12
=0.222kN·m
(4)横梁强度:
σ: 横梁计算强度(N/mm^2):
采用SG+SW+0.5SE组合
Wx1: X轴抵抗矩: 18.143cm^3
Wy2: y轴抵抗矩: 15.461cm^3
γ: 塑性发展系数: 1.05
σ=(Mx/Wx1+Myw/Wy2+0.5×MyE/Wy2)×10^3/1.05
=75.828N/mm^2
75.828N/mm^2≤ｆa=215.0N/mm^2
横梁正应力强度可以满足
3. 幕墙横梁的抗剪强度计算:
校核依据: τmax ≤[τ]=125.0N/mm^2
(1)Qwk: 风荷载作用下横梁剪力标准值(kN)
Wk: 风荷载标准值: 1.000kN/m^2
B: 幕墙分格宽: 1.856m
风荷载线分布呈三角形分布时：
Qwk=Wk×B^2/4
=1.000×1.856^2/4
=0.861kN
(2)Qw: 风荷载作用下横梁剪力设计值(kN)
Qw=1.4×Qwk
=1.4×0.861
=1.206kN
(3)QEk: 地震作用下横梁剪力标准值(kN)
地震作用线分布呈三角形分布时：
QEk=qEAk×B^2/4
=0.320×1.856^2/4
=0.276kN
(4)QE: 地震作用下横梁剪力设计值(kN)
γE: 地震作用分项系数: 1.3
QE=1.3×QEk
=1.3×0.276
=0.358kN
(5)Q: 横梁所受剪力:
采用Qw+0.5QE组合
Q=Qw+0.5×QE
=1.206+0.5×0.358
=1.385kN
(6)τ: 横梁剪应力
Ss: 横梁型材截面面积矩: 10.899cm^3
Iy: 横梁型材截面惯性矩: 46.375cm^4
t: 横梁壁厚: 3.000mm
τ=Q×Ss ×100/Iy/t
=1.385×10.899×100/46.375/3.000
=10.848N/mm^2
10.848N/mm^2≤125.0N/mm^2
横梁抗剪强度可以满足
4. 幕墙横梁的刚度计算
校核依据: Umax≤L/250
横梁承受呈三角形分布线荷载作用时的最大荷载集度：
qwk：风荷载线分布最大荷载集度标准值(KN/m)
qwk=Wk×B
=1.000×1.856
=1.856KN/m
qex: 水平地震作用线分布最大荷载集度标准值(KN/m)
qex=qEAk×B
=0.320×1.856
=0.594KN/m
水平方向由风荷载和地震作用产生的弯曲:
U1=(qwk+0.5×qex) ×Wfg^4×1000/2.1/Iy/120
=2.186mm
自重作用产生的弯曲:
U2=5×GK ×Wfg^4×1000/384/2.1/Ix
=0.862mm
综合产生的弯曲为:
U=(U1^2+U2^2)^0.5
=2.350mm
Du=U/Wfg/1000
=2.350/1.856/1000
=0.001≤1/250
挠度可以满足要求
八、横梁与立柱连接件计算
横梁与立柱连接件计算: (第1处)
1. 横梁与立柱间连结
(1)横向节点(横梁与角码)
N1: 连接部位受总剪力:
采用Sw+0.5SE组合
N1=(Qw+0.5×QE) ×1000
=(1.206+0.5×0.358) ×1000
=1384.784N
普通螺栓连接的抗剪强度计算值: 130N/mm^2
Nv: 剪切面数: 1
D1: 螺栓公称直径: 5.000mm
D0: 螺栓有效直径: 4.250mm
Nvbh: 螺栓受剪承载能力计算:
Nvbh=1×3.14×D0^2×130/4 (GBJ17-88 7.2.1-1) =1×3.14×4.250^2×130/4
=1843.278N
Num1: 螺栓个数:
Num1=N1/Nvbh
=1384.784/1843.278
=0.751
取 2 个
Ncb: 连接部位幕墙横梁铝型材壁抗承压能力计算:
t: 幕墙横梁壁厚:3.000mm
Ncb=D1×t ×120 ×Num1 (GBJ17-88 7.2.1) =5.000×3.000×120× 2.000
=3600.000N
3600.000N≥1384.784N
强度可以满足
(2)竖向节点(角码与立柱)
Gk: 横梁自重线荷载(N/m):
Gk=400×H
=400×2.125
=850.000N/m
横梁自重线荷载设计值(N/m)
G=1.2×Gk
=1.2×850.000
=1020.000N/m
N2: 自重荷载(N):
N2=G×B/2
=1020.000×1.856/2
=946.560N
N: 连接处组合荷载:
采用SG+SW+0.5SE
N=(N1^2+N2^2)^0.5
N=(1384.784^2+946.560^2)^0.5
=1677.380N
Num2: 螺栓个数:
Num2=N/Nvbh
=0.910
取 2 个
Ncbj: 连接部位钢角码壁抗承压能力计算:
Lct1: 铝角码壁厚:4.000mm
Ncbj=D1×Lct1×267×Num2 (GBJ17-88 7.2.1) =5.000×4.000×267× 2.000
=10680.000N
10680.000N≥1677.380N
强度可以满足
北京金顶街街道办事处办公楼
玻璃幕墙设计计算书
基本参数: 北京地区
抗震8度设防
Ⅰ. 设计依据:
《建筑结构荷载规范》 GB 50009-2001
《建筑抗震设计规范》 GB 50011-2001
《建筑结构可靠度设计统一标准》 GB 50068-2001
《建筑幕墙》 JG 3035-96
《玻璃幕墙工程技术规范》 JGJ 102-2003
《玻璃幕墙工程质量检验标准》 JGJ/T 139-2001
《金属与石材幕墙工程技术规范》 JGJ 133-2001
《建筑制图标准》 GB/T 50104-2001
《建筑玻璃应用技术规程》 JGJ 113-2003
《全玻璃幕墙工程技术规程》 DBJ/CT 014-2001
《点支式玻璃幕墙工程技术规程》 CECS 127:2001
《点支式玻幕墙支承装置》 JC 1369-2001
《吊挂式玻幕墙支承装置》 JC 1368-2001
《建筑铝型材 基材》 GB/T 5237.1-2000
《建筑铝型材 阳极氧化、着色型材》 GB/T 5237.2-2000
《建筑铝型材 电泳涂漆型材》 GB/T 5237.3-2000
《建筑铝型材 粉末喷涂型材》 GB/T 5237.4-2000
《建筑铝型材 氟碳漆喷涂型材》 GB/T 5237.5-2000
《玻璃幕墙学性能》 GB/T 18091-2000
《建筑幕墙平面内变形性能检测方法》 GB/T 18250-2000
《建筑幕墙抗震性能振动台试验方法》 GB/T 18575-2001
《紧固件机械性能 螺栓、螺钉和螺柱》 GB 3098.1-2000
《紧固件机械性能 螺母 粗牙螺纹》 GB 3098.2-2000
《紧固件机械性能 螺母 细牙螺纹 》 GB 3098.4-2000
《紧固件机械性能 自攻螺钉》 GB 3098.5-2000
《紧固件机械性能 不锈钢螺栓、螺钉、螺柱》 GB 3098.6-2000
《紧固件机械性能 不锈钢 螺母》 GB 3098.15-2000
《螺纹紧固件应力截面积和承载面积》 GB/T 16823.1-1997
《焊接结构用耐候钢》 GB/T 4172-2000
《浮法玻璃》 GB 11614-1999
《夹层玻璃》 GB 9962-1999
《钢化玻璃 》 GB/T 9963-1998
《幕墙用钢化玻璃与半钢化玻璃》 GB 17841-1999
《铝及铝合金轧制板材》 GB/T 3880-1997
《铝塑复合板》 GB/T 17748
《干挂天然花山岗石，建筑板材及其不锈钢配件》 JC 830.1,830.2-1998
《建筑用铝型材、铝板氟碳涂层》 JC 133-2000
《建筑用安全玻璃 防火玻璃》 GB 15763.1-2001
《混凝土接缝用密封胶》 JC/T 881-2001
《幕墙玻璃接缝用密封胶》 JC/T 882-2001
《石材幕墙接缝用密封胶》 JC/T 883-2001
《中空玻璃用弹性密封胶》 JC/T 486-2001
《天然花岗石建筑板材》 GB/T 18601-2001
Ⅱ. 基本计算公式:
(1).场地类别划分:
根据地面粗糙度, 场地可划分为以下类别:
A类近海面, 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;
金顶街街道办事处办公楼按C 类地区计算风压
(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 7.1.1 采用
风荷载计算公式: Wk=βgz ×μz ×μs ×W0
其中: Wk---作用在幕墙上的风荷载标准值(kN/m^2)
βgz---瞬时风压的阵风系数, 按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001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
A类场地: βgz=0.92*(1+2μf) 其中：μf=0.387*(Z/10)^(-0.12)
B类场地: βgz=0.89*(1+2μf) 其中：μf=0.5(Z/10)^(-0.16)
C类场地: βgz=0.85*(1+2μf) 其中：μf=0.734(Z/10)^(-0.22)
D类场地: βgz=0.80*(1+2μf) 其中：μf=1.2248(Z/10)^(-0.3)
μz---风压高度变化系数, 按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001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=(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
本工程属于C 类地区, 故μz=0.616×(Z/10)^0.44
μs---风荷载体型系数, 按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001取为：1.2
W0---基本风压, 按全国基本风压图, 北京地区取为0.450kN/m^2
(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, 按相应设防烈度取定:
6度: αmax=0.04
7度: αmax=0.08
8度: αmax=0.16
9度: αmax=0.32
北京设防烈度为8度, 故取αmax=0.160
GAK---幕墙构件的自重(N/m^2)
(4).荷载组合:
结构设计时，根据构件受力特点，荷载或作用的情况和产生的应力(内力) 作用方向，选用最不利的组合，荷载和效应组合设计值按下式采用：
γGSG+γw υwSw+γE υESE+γT υTST
各项分别为永久荷载：重力；可变荷载：风荷载、温度变化；偶然荷载：地震
水平荷载标准值: qk=Wk+0.5qEAk
水平荷载设计值: q=1.4Wk+0.5×1.3qEAk
荷载和作用效应组合的分项系数, 按以下规定采用:
①对永久荷载采用标准值作为代表值，其分项系数满足：
a.当其效应对结构不利时：对由可变荷载效应控制的组合，取1.2；对有永久荷载效应控制的组合，取1.35
b.当其效应对结构有利时：一般情况取1.0；对结构倾覆、滑移或是漂浮验算，取0.9 ②可变荷载根据设计要求选代表值，其分项系数一般情况取1.4
一、风荷载计算
1、标高为13.500处风荷载计算
(1). 风荷载标准值计算:
Wk: 作用在幕墙上的风荷载标准值(kN/m^2)
βgz: 13.500m高处阵风系数(按C 类区计算):
μf=0.734×(Z/10)^(-0.22)＝0.687
βgz=0.85×(1+2μf)=2.018
μz: 13.500m高处风压高度变化系数(按C 类区计算): (GB50009-2001)
μz=0.616×(Z/10)^0.44=0.740
风荷载体型系数μs=1.20
Wk=βgz ×μz ×μs ×W0 (GB50009-2001)
=2.018×0.740×1.2×0.450
=0.806 kN/m^2
因为Wk
(2). 风荷载设计值:
W: 风荷载设计值: kN/m^2
rw: 风荷载作用效应的分项系数：1.4
按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001 3.2.5 规定采用
W=rw×Wk=1.4×1.000=1.400kN/m^2
二、玻璃的选用与校核
玻璃的选用与校核:(第1处)
本处选用玻璃种类为: 6+12A+6LOW-E双钢化玻璃
1. 玻璃面积:
B: 该处玻璃幕墙分格宽: 1.800m
H: 该处玻璃幕墙分格高: 2.650m
A: 该处玻璃板块面积:
A=B×H
=1.800×2.650
=4.770m^2
2. 玻璃厚度选取:
Wk: 风荷载标准值: 1.000kN/m^2
A: 玻璃板块面积: 4.770m^2
K3: 玻璃种类调整系数: 1.500
试算:
C=Wk×A ×10/3/K3
=1.000×4.770×10/3/1.500
=10.600
T=2×(1+C)^0.5-2
=2×(1+10.600)^0.5-2
=4.812mm
玻璃选取厚度为: 6.0mm
3. 该处玻璃板块自重:
GAK: 玻璃板块平均自重(不包括铝框):
t: 玻璃板块厚度: 6.0mm
玻璃的体积密度为: 25.6(KN/M^3)
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)
GAK=25.6×(Bt_L+Bt_w)/1000
=25.6×(6.000+6.000)/1000
=0.307KN/m^2
4. 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: 0.160
qEAk: 垂直于玻璃平面的分布水平地震作用(kN/m^2)
qEAk=5×αmax ×GAK
=5×0.160×0.307
=0.246kN/m^2
rE: 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/m^2)
qEA=rE×qEAk
=1.3×qEAK
=1.3×0.246
=0.319kN/m^2
5. 玻璃的强度计算:
校核依据: σ≤ｆg=84.000 N/mm^2
Wk: 垂直于玻璃平面的风荷载标准值(N/mm^2)
qEK: 垂直于玻璃平面的地震作用标准值(N/mm^2)
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/mm^2)
σEk: 在垂直于玻璃平面的地震作用作用下玻璃截面的最大应力标准值(N/mm^2) θ: 参数(用于查玻璃板折减系数)
η: 折减系数
a: 玻璃短边边长: 1800.0mm
b: 玻璃长边边长: 2650.0mm
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)
ψ: 玻璃板的弯矩系数, 按边长比a/b查
表6.1.2-1得: 0.078
Wk1 中空玻璃分配到外侧玻璃的风荷载标准值 (N/mm^2)
Wk2 中空玻璃分配到内侧玻璃的风荷载标准值 (N/mm^2)
qEk1 中空玻璃分配到外侧玻璃的地震作用标准值 (N/mm^2)
qEk2 中空玻璃分配到内侧玻璃的地震作用标准值 (N/mm^2)
Wk1=1.1×Wk ×BT_w^3/(BT_w^3+BT_L^3)=0.550
Wk2=Wk×BT_L^3/(BT_w^3+BT_L^3)=0.500
qEk1=qEk×BT_w^3/(BT_w^3+BT_L^3)=0.123
qEk2=qEk×BT_L^3/(BT_w^3+BT_L^3)=0.123
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/mm^2) 在风荷载作用下外侧玻璃参数θ=Wk1×a^4/(E×t^4)
=61.88
η: 折减系数，按θ=61.88
查6.1.2-2表得:0.78
在风荷载作用下外侧玻璃最大应力标准值σWk=6×ψ×Wk1×a^2×η/t^2
=17.938N/mm^2
在地震作用下外侧玻璃参数θ=qEK1×a^4/(E×t^4)
=13.82
η: 折减系数，按θ=13.82
查6.1.2-2表得:0.94
在地震作用下外侧玻璃最大应力标准值σEk=6×ψ×qEk1×a^2×η/t^2
=4.883N/mm^2
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
=1.4×17.938+0.5×1.3×4.883
=28.287N/mm^2
在风荷载作用下内侧玻璃参数θ=Wk2×a^4/(E×t^4)
=56.25
η: 折减系数，按θ=56.25
查6.1.2-2表得:0.79
在风荷载作用下内侧玻璃最大应力标准值σWk=6×ψ×Wk1×a^2×η/t^2
=16.642N/mm^2
在地震作用下内侧玻璃参数θ=qEK2×a^4/(E×t^4)
=13.82
η: 折减系数，按θ=13.82
查6.1.2-2表得:0.94
在地震作用下内侧玻璃最大应力标准值σEk=6×ψ×qEk2×a^2×η/t^2
=4.883N/mm^2
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
=1.4×16.642+0.5×1.3×4.883
=26.473N/mm^2
中空玻璃最大应力设计值应为内、外侧玻璃最大应力设计值中的大者，为：28.287 N/mm^2 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te=0.95×(Bt_L^3+Bt_w^3)^(1/3)=7.2mm
ν: 泊松比，按JGJ 102-2003 5.2.9条采用，取值为 0.20
μ: 挠度系数: 0.008
D=(E×te^3)/12(1-ν^2)
=2314912.50 (N.mm)
df=μ×Wk ×a^4×η/D
=27.3 (mm)
由于玻璃最大应力设计值σ=28.287N/mm^2≤ｆg=84.000N/mm^2
玻璃的强度满足!
由于玻璃的最大挠度df=27.3mm,小于或等于玻璃短边边长的60分之一30.000 (mm) 玻璃的挠度满足!
6. 玻璃温度应力计算:
校核依据: σmax ≤[σ]=58.800N/mm^2
(1)在年温差变化下, 玻璃边缘与边框间挤压在玻璃中产生的
挤压温度应力为:
E: 玻璃的弹性模量:0.72×10^5N/mm^2
α^t: 玻璃的线膨胀系数: 1.0×10^-5
△Ｔ: 年温度变化差: 68.100℃
c: 玻璃边缘至边框距离, 取 5mm
dc: 施工偏差, 可取:3mm ,按5.4.3选用
b: 玻璃长边边长:2.650m
在年温差变化下, 玻璃边缘与边框间挤压在玻璃中产生的
温度应力为:
σt1=E(a^t×△Ｔ-(2c-dc)/b/1000)
=0.72×△Ｔ-72×(2×5-3)/b
=0.72×68.100-72×(2×5-3)/2.650
=-141.157N/mm^2
计算值为负, 挤压应力取为零.
0.000N/mm^2＜58.800N/mm^2
玻璃边缘与边框间挤压温度应力可以满足要求
(2)玻璃中央与边缘温度差产生的温度应力:
μ1: 阴影系数: 按《玻璃幕墙工程技术规范》
JGJ 102-2003表5.4.4-1得1.000
μ2: 窗帘系数: 按《玻璃幕墙工程技术规范》
JGJ 102-2003表5.4.4-2得1.000
μ3: 玻璃面积系数: 按《玻璃幕墙工程技术规范》
JGJ 102-2003表5.4.4-3得1.134
μ4: 边缘温度系数: 按《玻璃幕墙工程技术规范》
JGJ 102-96表5.4.4-4得0.400
a: 玻璃线胀系数: 1.0×10^-5
I0: 日照量:3027.600(KJ/M^2h)
t0: 室外温度-10.000℃
t1: 室内温度40.000℃
Ｔc0: 室外侧玻璃中部温度(依据JGJ113-97 附录B 计算);
Ｔc1: 室内侧玻璃中部温度(依据JGJ113-97 附录B 计算);
A0: 室外侧玻璃总吸收率;
A1: 室内侧玻璃总吸收率;
α0: 室外侧玻璃的吸收率为0.142
α1: 室内侧玻璃的吸收率为0.142
τ0: 室外侧玻璃的透过率为0.075
τ1: 室内侧玻璃的透过率为0.075
γ0: 室外侧玻璃反射率为0.783
γ1: 室内侧玻璃反射率为0.783
A0=α0×［1+τ0×γ1/(1-γ0×γ1) ］ (JGJ113-97 B.0.3-7)
=0.164
A1=α1×τ0/(1-γ0×γ1) (JGJ113-97 B.0.3-8)
=0.028
当中空玻璃空气层厚为:12mm时
Ｔc0=I0×(0.0150×A0+0.00625×A1)+0.817×t0+0.183×t1 (JGJ113-97 B.0.3-5) =7.098℃
Ｔc1=I0×(0.00625×A0+0.0225×A1)+0.340×t0+0.560×t1 (JGJ113-97 B.0.3-6) =23.970℃
因此，中空玻璃中部温度最大值为max(Ｔc0, Ｔc1)=23.970℃
Ｔs: 玻璃边缘部分温度(依据JGJ113-97 附录B 计算):
Ｔs=(0.65×t0+0.35×t1) (JGJ113-97 B.0.4) =(0.65×-10.000+0.35×40.000)
=7.500℃
△t: 玻璃中央部分与边缘部分温度差:
△t=Ｔc-Ｔs
=16.470℃
玻璃中央与边缘温度差产生的温度应力:
σt2=0.74×E ×a ×μ1×μ2×μ3×μ4×(Ｔc-Ｔs)
=0.74×0.72×10^5×1.0×10^-5×μ1×μ2×μ3×μ4×△t =3.980N/mm^2
玻璃中央与边缘温度差产生的温度应力可以满足要求
7. 玻璃最大面积校核:
Azd: 玻璃的允许最大面积(m^2)
Wk: 风荷载标准值: 1.000kN/m^2
t1: 中空玻璃中较薄玻璃的厚度: 6.0mm
t2: 中空玻璃中较厚玻璃的厚度: 6.0mm
α2: 玻璃种类调整系数: 0.660
A: 计算校核处玻璃板块面积: 4.770m^2
Azd=α2×(t2+t2^2/4)×(1+(t1/t2)^3)/Wk= 19.800m^2
A=4.770m^2≤Azd=19.800m^2
可以满足使用要求
三、幕墙立柱计算:
幕墙立柱计算: (第1处)
幕墙立柱按简支梁力学模型进行设计计算：
1. 选料:
(1)风荷载线分布最大荷载集度设计值(矩形分布)
qw: 风荷载线分布最大荷载集度设计值(kN/m)
rw: 风荷载作用效应的分项系数：1.4
Wk: 风荷载标准值: 1.000kN/m^2
B: 幕墙分格宽: 1.800m
qw=1.4×Wk ×B
=1.4×1.000×1.800
=2.520kN/m
(2)立柱弯矩:
Mw: 风荷载作用下立柱弯矩(kN.m)
qw: 风荷载线分布最大荷载集度设计值: 2.520(kN/m)
Hsjcg: 立柱计算跨度: 6.000m
Mw=qw×Hsjcg^2/8
=2.520×6.000^2/8
=11.340kN·m
qEA: 地震作用设计值(KN/M^2):
GAk: 玻璃幕墙构件(包括玻璃和框) 的平均自重: 500N/m^2 垂直于玻璃幕墙平面的分布水平地震作用:
qEAk: 垂直于玻璃幕墙平面的分布水平地震作用 (kN/m^2) qEAk=5×αmax ×GAk
=5×0.160×500.000/1000
=0.400kN/m^2
γE: 幕墙地震作用分项系数: 1.3
qEA=1.3×qEAk
=1.3×0.400
=0.520kN/m^2
qE：水平地震作用线分布最大荷载集度设计值(矩形分布) qE=qEA×B
=0.520×1.800
=0.936kN/m
ME: 地震作用下立柱弯矩(kN·m):
ME=qE×Hsjcg^2/8
=0.936×6.000^2/8
=4.212kN·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
=11.340+0.5×4.212
=13.446kN·m
(3)W: 立柱抗弯矩预选值(cm^3)
W=M×10^3/1.05/215.0
=13.446×10^3/1.05/215.0
=59.561cm^3
qwk: 风荷载线分布最大荷载集度标准值(kN/m) qwk=Wk×B
=1.000×1.800
=1.800kN/m
qEk: 水平地震作用线分布最大荷载集度标准值(kN/m) qEk=qEAk×B
=0.400×1.800
=0.720kN/m
(4)I1,I2: 立柱惯性矩预选值(cm^4)
I1=900×(qwk+0.5×qEk) ×Hsjcg^3/384/2.1
=900×(1.800+0.5×0.720) ×6.000^3/384/2.1 =520.714cm^4
I2=5000×(qwk+0.5×qEk) ×Hsjcg^4/384/2.1/20
=5000×(1.800+0.5×0.720) ×6.000^4/384/2.1/20
=867.857cm^4
选定立柱惯性矩应大于: 867.857cm^4
2. 选用立柱型材的截面特性:
选用型材号: XC1\QY1502
型材强度设计值: 215.000N/mm^2
型材弹性模量: E=2.1×10^5N/mm^2
X轴惯性矩: Ix=1341.000cm^4
Y轴惯性矩: Iy=425.000cm^4
X轴抵抗矩: Wx1=62.082cm^3
X轴抵抗矩: Wx2=62.080cm^3
型材截面积: A=15.576cm^2
型材计算校核处壁厚: t=3.500mm
型材截面面积矩: Ss=38.099cm^3
塑性发展系数: γ=1.05
3. 幕墙立柱的强度计算:
校核依据: N/A+M/γ/w≤ｆa=215.0N/mm^2(拉弯构件) B: 幕墙分格宽: 1.800m
GAk: 幕墙自重: 500N/m^2
幕墙自重线荷载:
Gk=500×Wfg/1000
=500×1.800/1000
=0.900kN/m
Nk: 立柱受力:
Nk=Gk×Hsjcg
=0.900×6.000
=5.400kN
N: 立柱受力设计值:
rG: 结构自重分项系数: 1.2
N=1.2×Nk
=1.2×5.400
=6.480kN
σ: 立柱计算强度(N/mm^2)(立柱为拉弯构件) N: 立柱受力设计值: 6.480kN
A: 立柱型材截面积: 15.576cm^2
M: 立柱弯矩: 13.446kN·m
Wx2: 立柱截面抗弯矩: 62.080cm^3
γ: 塑性发展系数: 1.05
σ=N×10/A+M×10^3/1.05/Wx2
=6.480×10/15.576+13.446×10^3/1.05/62.080 =210.440N/mm^2
210.440N/mm^2≤ｆa=215.0N/mm^2
立柱强度可以满足
4. 幕墙立柱的刚度计算:
校核依据: Umax≤L/250
Umax: 立柱最大挠度
Umax=5×(qWk+0.5×qEk) ×Hsjcg^4×1000/384/2.1/Ix
立柱最大挠度Umax 为: 12.943mm≤15mm
Du: 立柱挠度与立柱计算跨度比值:
Hsjcg: 立柱计算跨度: 6.000m
Du=U/Hsjcg/1000
=12.943/6.000/1000
=0.002≤1/250
挠度可以满足要求
5. 立柱抗剪计算:
校核依据: τmax ≤[τ]=125.0N/mm^2
(1)Qwk: 风荷载作用下剪力标准值(kN)
Qwk=Wk×Hsjcg ×B/2
=1.000×6.000×1.800/2
=5.400kN
(2)Qw: 风荷载作用下剪力设计值(kN)
Qw=1.4×Qwk
=1.4×5.400
=7.560kN
(3)QEk: 地震作用下剪力标准值(kN)
QEk=qEAk×Hsjcg ×B/2
=0.400×6.000×1.800/2
=2.160kN
(4)QE: 地震作用下剪力设计值(kN)
QE=1.3×QEk
=1.3×2.160
=2.808kN
(5)Q: 立柱所受剪力:
采用Qw+0.5QE组合
Q=Qw+0.5×QE
=7.560+0.5×2.808
=8.964kN
(6)立柱剪应力:
τ: 立柱剪应力:
Ss: 立柱型材截面面积矩: 38.099cm^3
Ix: 立柱型材截面惯性矩: 1341.000cm^4
t: 立柱壁厚: 3.500mm
τ=Q×Ss ×100/Ix/t
=8.964×38.099×100/1341.000/3.500
=7.276N/mm^2
7.276N/mm^2≤125.0N/mm^2
立柱抗剪强度可以满足
四、立梃与主结构连接
立梃与主结构连接: (第1处)
Lct2: 连接处钢角码壁厚: 8.000mm
D2: 连接螺栓直径: 12.000mm
D0: 连接螺栓直径: 10.360mm
采用SG+SW+0.5SE组合
N1wk: 连接处风荷载总值(N):
N1wk=Wk×B ×Hsjcg ×1000
=1.000×1.800×6.000×1000
=10800.000N
连接处风荷载设计值(N) :
N1w=1.4×N1wk
=1.4×10800.000
=15120.000N
N1Ek: 连接处地震作用(N):
N1Ek=qEAk×B ×Hsjcg ×1000
=0.400×1.800×6.000×1000
=4320.000N
N1E: 连接处地震作用设计值(N):
N1E=1.3×N1Ek
=1.3×4320.000
=5616.000N
N1: 连接处水平总力(N):
N1=N1w+0.5×N1E
=15120.000+0.5×5616.000
=17928.000N
N2: 连接处自重总值设计值(N):
N2k=500×B ×Hsjcg
=500×1.800×6.000
=5400.000N
N2: 连接处自重总值设计值(N):
N2=1.2×N2k
=1.2×5400.000
=6480.000N
N: 连接处总合力(N):
N=(N1^2+N2^2)^0.5
=(17928.000^2+6480.000^2)^0.5
=19063.147N
Nvb: 螺栓的承载能力:
Nv: 连接处剪切面数: 2
Nvb=2×3.14×D0^2×130/4 (GBJ17-88 7.2.1-1) =2×3.14×10.360^2×130/4
=21905.971N
Num1: 立梃与建筑物主结构连接的螺栓个数:
Num1=N/Nvb
=19063.147/21905.971
=0.870个
取 2个
Ncbl: 立梃型材壁抗承压能力(N):
D2: 连接螺栓直径: 12.000mm
Nv: 连接处剪切面数: 4
t: 立梃壁厚: 3.500mm
Ncbl=D2×2×120×t ×Num1 (GBJ17-88 7.2.1) =12.000×2×120×3.500×2.000
=20160.000N
20160.000N ≥ 19063.147N
强度可以满足
Ncbg: 钢角码型材壁抗承压能力(N):
Ncbg=D2×2×267×Lct2×Num1 (GBJ17-88 7.2.1) =12.000×2×267×8.000×2.000
=102528.000N
102528.000N≥19063.147N
强度可以满足
五、幕墙预埋件总截面面积计算
幕墙预埋件计算: (第1处)
本工程预埋件受拉力和剪力
V: 剪力设计值:
V=N2
=6480.000N
N: 法向力设计值:
N=N1
=17928.000N
M: 弯矩设计值(N·mm):
e2: 螺孔中心与锚板边缘距离: 60.000mm
M=V×e2
=6480.000×60.000
=388800.000N·m
Num1: 锚筋根数: 4根
锚筋层数: 2层
Kr: 锚筋层数影响系数: 1.000
关于混凝土：混凝土标号C30
混凝土强度设计值:fc=15.000N/mm^2
按现行国家标准≤混凝土结构设计规范≥ GBJ10采用。
选用一级锚筋
锚筋强度设计值:fy=210.000N/mm^2
d: 钢筋直径: Φ12.000mm
αv: 钢筋受剪承载力系数:
αv=(4-0.08×d) ×(fc/fy)^0.5
=(4-0.08×12.000) ×(15.000/210.000)^0.5
=0.812
αv 取0.7
t: 锚板厚度: 8.000mm
αb: 锚板弯曲变形折减系数:
αb=0.6+0.25×t/d
=0.6+0.25×8.000/12.000
=0.767
Z: 外层钢筋中心线距离: 210.000mm
As: 锚筋实际总截面积:
As=Num1×3.14×d^2/4
=4.000×3.14×d^2/4
=452.160mm^2
锚筋总截面积计算值:
As1=(V/Kv+N/0.8/Kb+M/1.3/Kr/Kb/Z)/fy
=192.120mm^2
As2=(N/0.8/Kb+M/0.4/Kr/Kb/Z)/fy
=167.941mm^2
192.120mm^2≤452.160mm^2
167.941mm^2≤452.160mm^2
4根υ12.000锚筋可以满足要求
A : 锚板面积: 60000.000 mm^2
0.5fcA=450000.000 N
N=17928.000N≤0.5fcA
锚板尺寸可以满足要求
六、幕墙预埋件焊缝计算
幕墙预埋件焊缝计算: (第1处)
Hf:焊缝厚度6.000
L :焊缝长度100.000
σm:弯矩引起的应力
σm=6×M/(2×he ×lw^2×1.22) (GBJ17-88 7.1.2) =28.103N/mm^2
σn:法向力引起的应力
σn =N/(2×he ×Lw ×1.22) (GBJ17-88 7.1.2) =19.438N/mm^2
τ:剪应力
τ=V/(2×Hf ×Lw) (GBJ17-88 7.1.2) =6.000N/mm^2
σ:总应力
σ=((σm+σn)^2+τ^2)^0.5 (GBJ17-88 7.1.2) =47.918
47.918N/mm^2≤160N/mm^2
焊缝强度可以满足!
七、幕墙横梁计算
幕墙横梁计算: (第1处)
1. 选用横梁型材的截面特性:
选用型材号: XC5\XF023
型材强度设计值: 215.000N/mm^2
型材弹性模量: E=2.1×10^5N/mm^2
X轴惯性矩: Ix=72.589cm^4
Y轴惯性矩: Iy=46.375cm^4
X轴抵抗矩: Wx1=18.143cm^3
X轴抵抗矩: Wx2=18.143cm^3
Y轴抵抗矩: Wy1=15.456cm^3
Y轴抵抗矩: Wy2=15.461cm^3
型材截面积: A=7.976cm^2
型材计算校核处壁厚: t=3.000mm
型材截面面积矩: Ss=10.899cm^3
塑性发展系数: γ=1.05
2. 幕墙横梁的强度计算:
校核依据: Mx/γWx+My/γWy ≤ｆa=215.0
(1)横梁在自重作用下的弯矩(kN·m)
H: 玻璃面板高度: 2.125m
GAk: 横梁自重: 400N/m^2
Gk: 横梁自重荷载线分布均布荷载集度标准值(kN/m):
Gk=400×H/1000
=400×2.125/1000
=0.850kN/m
G: 横梁自重荷载线分布均布荷载集度设计值(kN/m)
G=1.2×Gk
=1.2×0.850
=1.020kN/m
Mx: 横梁在自重荷载作用下的弯矩(kN·m)
Mx=G×B^2/8
=1.020×1.856^2/8
=0.439kN·m
(2)横梁在风荷载作用下的弯矩(kN·m)
风荷载线分布最大荷载集度标准值(三角形分布)
qwk=Wk×B
=1.000×1.856
=1.856kN/m
风荷载线分布最大荷载集度设计值
qw=1.4×qwk
=1.4×1.856
=2.598kN/m
Myw: 横梁在风荷载作用下的弯矩(kN·m)
Myw=qw×B^2/12
=2.598×1.856^2/12
=0.746kN·m
(3)地震作用下横梁弯矩
qEAk: 横梁平面外地震荷载:
βE: 动力放大系数: 5
αmax: 地震影响系数最大值: 0.160
Gk: 幕墙构件自重: 400 N/m^2
qEAk=5×αmax ×400/1000
=5×0.160×400/1000
=0.320kN/m^2
qex: 水平地震作用线分布最大荷载集度标准值
B: 幕墙分格宽: 1.856m
水平地震作用线分布最大荷载集度标准值(三角形分布)
qex=qEAk×B
=0.320×1.856
=0.594KN/m
qE: 水平地震作用线分布最大荷载集度设计值
γE: 地震作用分项系数: 1.3
qE=1.3×qex
=1.3×0.594
=0.772kN/m
MyE: 地震作用下横梁弯矩:
MyE=qE×B^2/12
=0.772×1.856^2/12
=0.222kN·m
(4)横梁强度:
σ: 横梁计算强度(N/mm^2):
采用SG+SW+0.5SE组合
Wx1: X轴抵抗矩: 18.143cm^3
Wy2: y轴抵抗矩: 15.461cm^3
γ: 塑性发展系数: 1.05
σ=(Mx/Wx1+Myw/Wy2+0.5×MyE/Wy2)×10^3/1.05
=75.828N/mm^2
75.828N/mm^2≤ｆa=215.0N/mm^2
横梁正应力强度可以满足
3. 幕墙横梁的抗剪强度计算:
校核依据: τmax ≤[τ]=125.0N/mm^2
(1)Qwk: 风荷载作用下横梁剪力标准值(kN)
Wk: 风荷载标准值: 1.000kN/m^2
B: 幕墙分格宽: 1.856m
风荷载线分布呈三角形分布时：
Qwk=Wk×B^2/4
=1.000×1.856^2/4
=0.861kN
(2)Qw: 风荷载作用下横梁剪力设计值(kN)
Qw=1.4×Qwk
=1.4×0.861
=1.206kN
(3)QEk: 地震作用下横梁剪力标准值(kN)
地震作用线分布呈三角形分布时：
QEk=qEAk×B^2/4
=0.320×1.856^2/4
=0.276kN
(4)QE: 地震作用下横梁剪力设计值(kN)
γE: 地震作用分项系数: 1.3
QE=1.3×QEk
=1.3×0.276
=0.358kN
(5)Q: 横梁所受剪力:
采用Qw+0.5QE组合
Q=Qw+0.5×QE
=1.206+0.5×0.358
=1.385kN
(6)τ: 横梁剪应力
Ss: 横梁型材截面面积矩: 10.899cm^3
Iy: 横梁型材截面惯性矩: 46.375cm^4
t: 横梁壁厚: 3.000mm
τ=Q×Ss ×100/Iy/t
=1.385×10.899×100/46.375/3.000
=10.848N/mm^2
10.848N/mm^2≤125.0N/mm^2
横梁抗剪强度可以满足
4. 幕墙横梁的刚度计算
校核依据: Umax≤L/250
横梁承受呈三角形分布线荷载作用时的最大荷载集度：
qwk：风荷载线分布最大荷载集度标准值(KN/m)
qwk=Wk×B
=1.000×1.856
=1.856KN/m
qex: 水平地震作用线分布最大荷载集度标准值(KN/m)
qex=qEAk×B
=0.320×1.856
=0.594KN/m
水平方向由风荷载和地震作用产生的弯曲:
U1=(qwk+0.5×qex) ×Wfg^4×1000/2.1/Iy/120
=2.186mm
自重作用产生的弯曲:
U2=5×GK ×Wfg^4×1000/384/2.1/Ix
=0.862mm
综合产生的弯曲为:
U=(U1^2+U2^2)^0.5
=2.350mm
Du=U/Wfg/1000
=2.350/1.856/1000
=0.001≤1/250
挠度可以满足要求
八、横梁与立柱连接件计算
横梁与立柱连接件计算: (第1处)
1. 横梁与立柱间连结
(1)横向节点(横梁与角码)
N1: 连接部位受总剪力:
采用Sw+0.5SE组合
N1=(Qw+0.5×QE) ×1000
=(1.206+0.5×0.358) ×1000
=1384.784N
普通螺栓连接的抗剪强度计算值: 130N/mm^2
Nv: 剪切面数: 1
D1: 螺栓公称直径: 5.000mm
D0: 螺栓有效直径: 4.250mm
Nvbh: 螺栓受剪承载能力计算:
Nvbh=1×3.14×D0^2×130/4 (GBJ17-88 7.2.1-1) =1×3.14×4.250^2×130/4
=1843.278N
Num1: 螺栓个数:
Num1=N1/Nvbh
=1384.784/1843.278
=0.751
取 2 个
Ncb: 连接部位幕墙横梁铝型材壁抗承压能力计算:
t: 幕墙横梁壁厚:3.000mm
Ncb=D1×t ×120 ×Num1 (GBJ17-88 7.2.1) =5.000×3.000×120× 2.000
=3600.000N
3600.000N≥1384.784N
强度可以满足
(2)竖向节点(角码与立柱)
Gk: 横梁自重线荷载(N/m):
Gk=400×H
=400×2.125
=850.000N/m
横梁自重线荷载设计值(N/m)
G=1.2×Gk
=1.2×850.000
=1020.000N/m
N2: 自重荷载(N):
N2=G×B/2
=1020.000×1.856/2
=946.560N
N: 连接处组合荷载:
采用SG+SW+0.5SE
N=(N1^2+N2^2)^0.5
N=(1384.784^2+946.560^2)^0.5
=1677.380N
Num2: 螺栓个数:
Num2=N/Nvbh
=0.910
取 2 个
Ncbj: 连接部位钢角码壁抗承压能力计算:
Lct1: 铝角码壁厚:4.000mm
Ncbj=D1×Lct1×267×Num2 (GBJ17-88 7.2.1) =5.000×4.000×267× 2.000
=10680.000N
10680.000N≥1677.380N
强度可以满足