XXXXXXXX隱框玻璃幕墻設(shè)計計算書
XXXXXXXX隱框玻璃幕墻設(shè)計計算書 一、設(shè)計計算依據(jù)： 1、XXXXXXXXXX樓建筑結(jié)構(gòu)施工圖。 2、規(guī)范： 《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范》JGJ 102-96； 《建筑幕墻》JG 3035-1996； 《建筑玻璃應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》JGJ 113-97； 《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GBJ 50009-01； 《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》GBJ 17-88。 3、工程基本條件 (1)、地區(qū)類別：C類 (2)、基本風(fēng)壓：Wo =0.30 kN/m2 (3)、風(fēng)力取值按規(guī)范要求考慮。 (4)、地震烈度：7度，設(shè)計基本地震加速度值0.10g (5)、年最大溫差：80oC (6)、建筑結(jié)構(gòu)類型：Du/H的限值=1/300。 二、設(shè)計荷載確定原則: 在作用于幕墻上的各種荷載中，主要有風(fēng)荷載、地震作用、幕墻結(jié)構(gòu)自重和由環(huán)境溫度 變化引起的作用效應(yīng)等等。在幕墻的節(jié)點設(shè)計中通過預(yù)留一定的間隙，消除了由各種構(gòu) 件和飾面材料熱脹冷縮引起的作用效應(yīng)。所以，作用于垂直立面幕墻的荷載主要是風(fēng)荷 載、地震作用，幕墻平面內(nèi)主要是幕墻結(jié)構(gòu)自重，其中風(fēng)荷載引起的效應(yīng)最大。 在進行幕墻構(gòu)件、連接件和預(yù)埋件承載力計算時，必須考慮各種荷載和作用效應(yīng)的分項 系數(shù)，即采用其設(shè)計值；進行位移和撓度計算時，各分項系數(shù)均取1.0，即采用其標(biāo)準(zhǔn)值 。 1、風(fēng)荷載 根據(jù)規(guī)范，垂直于幕墻表面上的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值，按下列公式(2.1)計算： W k = bz ms mz Wo ················(2.1) 式中: W k ---風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值( KN/m2)； bz---瞬時風(fēng)壓的陣風(fēng)系數(shù)； ms---風(fēng)荷載體型系數(shù)； mz--- 風(fēng)荷載高度變化系數(shù)，并與建筑的地區(qū)類別有關(guān)；按《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GBJ9取值； W o---基本風(fēng)壓( KN/m2)。 按規(guī)范要求，進行建筑幕墻構(gòu)件、連接件和錨固件承載力計算時，風(fēng)荷載分項系數(shù)應(yīng)取 γw= 1.4，即風(fēng)荷載設(shè)計值為： W= γw W k = 1.4W k ··············(2.2) 2、地震作用 幕墻平面外地震作用標(biāo)準(zhǔn)值計算公式如下： qEK =bEamax GkA ·················(2.3) 式中, qEK為垂直幕墻平面的分布水平地震作用；( KN/m2) bE為地震動力放大系數(shù)； amax為水平地震影響系數(shù)最大值； GkA為單位面積的幕墻結(jié)構(gòu)自重( KN/m2)。 按規(guī)范要求，地震作用的分項系數(shù)取γE= 1.3，即地震作用設(shè)計值為： qE= γE qEK = 1.3 qEK ·············(2.4) 3、幕墻結(jié)構(gòu)自重 按規(guī)范要求，幕墻結(jié)構(gòu)自重的分項系數(shù)取γG=1.2。 4、荷載組合 按規(guī)范要求對作用于幕墻同一方向上的各種荷載應(yīng)作最不利組合。對垂直立面上的幕墻 ，其平面外的荷載最不利荷載組合為： WK合=1.0 WK + 0.6 qEK ·············(2.5) W合 =1.0 W + 0.6 qE ·············(2.6) 其中, WK合為組合荷載的標(biāo)準(zhǔn)值( KN/m2)； W合 為組合荷載的設(shè)計值( KN/m2)。 三、立柱計算 立柱一（第一處：138系列：[標(biāo)高：45.3m,SL-1] 根據(jù)大廈的建筑結(jié)構(gòu)特點，幕墻立柱懸掛在建筑主體結(jié)構(gòu)上，如圖所示。綜合考慮幕墻 標(biāo)高、幕墻的橫向分格寬度、所選立柱型材、樓層高度以及對立柱的固定方式，以下列 情況最為不利，須作立柱強度和剛度的校核。 1、部位要素 該處玻璃幕墻位于主樓，最大計算標(biāo)高按45.3 m計，幕墻結(jié)構(gòu)自重Gk/A=500 N/m2，幕墻 橫向計算分格寬度B=1200 mm。 2、力學(xué)模型 該處每條立柱與主體結(jié)構(gòu)通過鋼支座進行連接，最大跨距跨高L=3400mm；采用簡支梁力 學(xué)模型，如圖所示。 3、荷載確定 按該處幕墻橫向分格寬度B，取出一個縱向的計算單元，立柱受均布載作用，荷載取最大 值(標(biāo)高最高處的值)，對C類地區(qū)，該處風(fēng)壓高度變化系數(shù)為：mz=1.13，陣風(fēng)系數(shù)bz=1 .77 根據(jù)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) 從而，作用于立柱上的線荷載標(biāo)準(zhǔn)值和設(shè)計值分別為: qK=1200/1000×1.072=1.5264(N/mm) q=1200/1000×1.7736=2.12832(N/mm) 4、幕墻立柱(CDSL-1)參數(shù): 該處幕墻的立柱的橫截面參數(shù)如下: 橫截面主慣性矩： I=4219187 mm4 橫截面積： A=1734.749 mm2 彎矩作用方向的凈截面抵抗矩： W=58751.5 mm3 橫截面靜矩： Sz=61454.12 mm3 型材壁厚： t=3 mm 型材材料為： 鋁合金(6063-T5)； 強度設(shè)計值為： f=85.5N/mm2； 彈性模量為： E=70000 N/mm2。 5、立柱強度校核 根據(jù)JGJ102-96幕墻立柱截面最大應(yīng)力滿足： smax= NA0 + MgW ≤f 式中： smax 3/4 立柱中的最大應(yīng)力 (N/mm2) N 3/4 立柱中的拉力設(shè)計值 (N) A0 3/4 立柱凈截面面積 (mm2) M 3/4 立柱彎矩設(shè)計值 (N.mm) g 3/4 塑性發(fā)展系數(shù)，取為1.05； W 3/4 彎矩作用方向的凈截面抵抗矩；(mm3) 該處立柱跨中彎矩值最大，為： M= qL28 = =3075393.5(N.mm) 立柱承受拉力設(shè)計值為： N = 1.2GkA×L×B = 1.2×500×3400×1200/1000000 =2448 (N) 則： smax=NA0 + MgW = 24481734.749 + 3075393.51.05×58751.5 =51.3(N/mm2) 可見：smax ≤ f 所選立柱的強度滿足設(shè)計要求。 6、立柱剛度校核 幕墻立柱最大撓度： umax = 5qkL4384E.I =5×1.5264×34004384×70000×4219187 =8.982(mm) 式中： umax 3/4 立柱最大撓度；(mm) qk 3/4 立柱承受的標(biāo)準(zhǔn)線荷載；(N/mm) L 3/4 立柱長度；(mm) E 3/4 立柱材料的彈性模量；(N/mm2) I 3/4 立柱橫截面主慣性矩；(mm4) 根據(jù)規(guī)范對立柱剛度要求， 立柱的最大允許撓度為[u]=L180 且不大于20mm, 即， [u]=20 mm 可見， umax≤[u] 所選立柱的剛度滿足設(shè)計要求。 四、橫梁計算 [標(biāo)高：45.3m,HL-1] 綜合考慮橫梁所處位置的標(biāo)高、幕墻的橫向分格寬度、所選橫梁型材，以下列情況最為 不利，須作橫梁強度和剛度的校核。 1、部位基本參數(shù) 該處幕墻位于主樓；最大標(biāo)高為45.30m；飾面材料為玻璃，橫梁所受到的重力取為GK/A =500 N/m2；橫梁的計算長度取B=1200 mm；幕墻的縱向分格高度H= 1800mm。 2、力學(xué)模型 橫梁與立柱相接，相當(dāng)于兩端簡支。 在幕墻平面內(nèi)，橫梁受到飾面板材的重力作用，可視為均布線荷載qG； qG=1.2 GK/A.H =1.2×500 ×1800/106= 1.08(kN/m) 在幕墻平面外，橫梁受到風(fēng)壓等荷載作用，其受力面積為上左圖陰影部分；其中q是陰影 面積承受的最大設(shè)計線荷載； q= 1.1824(kN/m)， 相應(yīng)的最大標(biāo)準(zhǔn)線荷載： qK=0.8445 (kN/m) 因此橫梁是一個雙彎構(gòu)件。 3、幕墻橫梁(HL-01)參數(shù): 該處幕墻橫梁的橫截面參數(shù)如下: 橫截面積： A=981.1502 mm2 橫截面X-X慣性矩： IX=625950.9 mm4 橫截面X-X最小抵抗矩： WX=17124.66 mm3 橫截面Y-Y慣性矩： IY=341991.9 mm4 橫截面Y-Y最小抵抗矩： WY=11398.02 mm3 橫梁的材料為： 鋁合金(6063-T5) 其強度設(shè)計值為： f=85.5N/mm2； 其彈性模量為： E=70000 N/mm2。 4、橫梁強度校核 根據(jù)JGJ102-96幕墻橫梁截面最大應(yīng)力滿足： smax= MXg.WX+ MYg.WY≤f 式中： smax 3/4 橫梁中的最大應(yīng)力 (N/mm2) MX 3/4 繞X軸(幕墻平面內(nèi)方向)的彎矩設(shè)計值 (N.mm) MY 3/4 繞Y軸(垂直幕墻平面方向)的彎矩設(shè)計值 (N.mm) g 3/4 材料塑性發(fā)展系數(shù)，取為1.05； MX= qG.B28 = 1.08×120028 =194400(N.mm) MY= q.B212 = 1.1824×1200212 =141888(N.mm) 則： smax=MXg.WX+ MYg.WY = 1944001.05×17124.66 + 1418881.05×11398.02 =15.85(N/mm2) 可見：smax ≤ f 所選橫梁的強度滿足設(shè)計要求。 5、橫梁剛度校核 該處幕墻橫梁最大撓度是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 橫梁在幕墻平面外的最大撓度；(mm) qk 3/4 橫梁承受的標(biāo)準(zhǔn)線荷載；(N/mm) B 3/4 橫梁長度；(mm) E 3/4 橫梁材料的彈性模量；(N/mm2) IY 3/4 橫梁橫截面主慣性矩(對Y-Y軸)；(mm4) 橫梁在幕墻平面內(nèi)由自重引起的撓度umaxX為： umaxX = 5qGKB4384EIX =5×1.2/1.2×12004384×70000×625950.9 = 0.618(mm) 從而，橫梁的最大撓度為： umax =umaxX 2+umaxY2 = 1.222 + 0.6182 = 1.36(mm) 根據(jù)規(guī)范對橫梁的剛度要求， 橫梁的最大允許撓度為[u]=B/ 180 ，且不大于20mm。 即， [u]= 5.5556mm 可見， umax≤[u] 所選橫梁的剛度滿足設(shè)計要求。 五、玻璃計算 [標(biāo)高:45.3m,6鋼化鍍膜玻璃)] 綜合考慮玻璃所處位置的標(biāo)高、玻璃分格寬度和高度以及玻璃的厚度等因素，以下列情 況最為不利，須作玻璃的強度校核。 該處6鋼化鍍膜玻璃位于主樓；標(biāo)高取為45.3 m；幕墻自重按500N/m2計，垂直于玻璃面 的組合荷載設(shè)計值為1.7736 kN/m2，組合荷載標(biāo)準(zhǔn)值為1.2721kN/m2，所用玻璃長寬尺寸 分別為a=1200mm，b=1800mm，玻璃厚度為6mm；玻璃跨中的強度設(shè)計值為fg=84 N/mm2。 1、強度校核： 玻璃板中最大應(yīng)力 根據(jù)《規(guī)范》，玻璃在垂直于幕墻平面的風(fēng)荷載和地震的作用下，其最大應(yīng)力按下式計算 ： s max = 6.y.W合.a2t2 式中： smax 3/4 玻璃中的最大應(yīng)力 (N/mm2) ψ 3/4 3/4 跨中彎矩系數(shù),0.1046 W合 3/4 3/4 組合荷載設(shè)計值, kN/m2 a 3/4 3/4 玻璃短邊邊長, mm t 3/4 3/4 玻璃的厚度, mm 則：smax= 6.y.W合.a2t2 = 6×0.1046×1.7736×92021000×62 =26.17(N/mm2) 可見：smax ≤ fg 因此所選玻璃跨中的強度滿足設(shè)計要求。 玻璃中部與邊緣溫度差產(chǎn)生的溫度應(yīng)力，按下式計算： s邊=0.74.E.a.m1.m2.m3.m4.(TC-TS)lbfg邊 式中，E 3/4 3/4 玻璃的彈性模量，取為70000N/mm2； a 3/4 3/4 玻璃的線膨脹系數(shù)，取為0.00001； m1 3/4 3/4 陰影系數(shù)，取為1.3； m2 3/4 3/4 窗簾系數(shù)，取為1.1； m3 3/4 3/4 玻璃面積系數(shù)，取為1.0604； m4 3/4 3/4 邊緣嵌縫材料溫度系數(shù)，取為0.4； (TC-TS) 3/4 3/4 玻璃中間部分與邊緣部分的溫度差，取為50℃； fg邊 3/4 3/4 玻璃邊緣強度設(shè)計值，為19.5N/mm2。 s邊=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) 可見，s邊 lbfg邊 因此玻璃由于中央與邊緣溫差所產(chǎn)生的應(yīng)力滿足設(shè)計要求。 六、結(jié)構(gòu)膠膠形計算 [標(biāo)高:45.3m,D.C.983] 綜合考慮幕墻所處位置的標(biāo)高、分格寬度和高度等因素，對下列不利處進行結(jié)構(gòu)膠膠形 設(shè)計(膠厚和膠寬)。 該處玻璃幕墻位于主樓，屬全隱幕墻；標(biāo)高為45.3m；風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值為WK= 1.272kN/m2。 年最大溫差為DT = 80oC，建筑結(jié)構(gòu)的最大層間變位角為q= 1/267。 玻璃體積密度按gG=2.56噸/米3計，線脹系數(shù)為a=0.00001，厚度為t=12mm，垂直安裝 ， 最大寬高尺寸分別為 1200mm，1800mm。 采用D.C.983結(jié)構(gòu)膠，結(jié)構(gòu)硅酮密封膠短期強度設(shè)計值f1=0 .14N/mm2，結(jié)構(gòu)硅酮密封膠 長期強度設(shè)計值f2= 0.007N/mm2，結(jié)構(gòu)膠完全固化后在溫差效應(yīng)作用下的最大變位承受 能力dT=0.15，結(jié)構(gòu)膠完全固化后在地震效應(yīng)作用下的最大變位承受能力dE=0.4。 1、膠縫寬度 (1)、風(fēng)荷載作用所需膠縫寬度： Cs1=WK.短邊2000.f1 =1.272×12002000×0.14 = 5.45(mm) (2)、自重作用所需膠縫寬度： Cs1=t.gG.a.b2000.(a+b).f2 =6×0.001×10×2.56×1200×18002000× (1200+1800)×0.007 =5.93 (mm) 取打膠寬度10mm。 2、膠縫厚度 (1)、溫度效應(yīng)作用所需膠縫厚度： ts1 =DLdT.(2+dT) =1.620.1×(2+0 .15) = 3.494(mm) 其中, ts1 3/4 3/4 溫度效應(yīng)作用所需打膠厚度 DL 3/4 3/4 玻璃的相對位移量(以長邊計) DL=L×|a鋁-a| × DT =1800×|0.0000235 -0.00001| ×80 =1.62 (mm) a鋁 3/4 3/4 為鋁材的線膨脹系數(shù)0.0000235。 (2)、地震作用所需膠縫厚度： 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 膠縫變形折減系數(shù),取0.6 取打膠厚度為6mm。 所以，結(jié)構(gòu)膠膠形設(shè)計為：寬度10mm×厚度6mm。 七、幕墻組件的固定塊及其間距計算 [標(biāo)高:45.3m,GJK-01] 綜合考慮幕墻所處位置的標(biāo)高、分格尺寸等因素，對下列不利處進行固定塊設(shè)計計算。 該處幕墻位于主樓，標(biāo)高取為45.3m，幕墻自重按500N/m2計；標(biāo)準(zhǔn)荷載為WK合= 1.272k N/m2；設(shè)計荷載為W合= 1.7736k N/m2。 幕墻組件尺寸為a×b為 1200mm×1800mm。 固定塊為雙面的壓塊，材質(zhì)為鋁合金(6063- T5)，彈性模量為70000N/mm2，抗彎強度設(shè)計值為85.5N/mm2；尺寸b1×h×t為50mm×42mm× 6.5mm；安裝間距不超過d=400mm。每個固定塊由1個M6的螺栓固定。 1、固定塊強度校核 螺孔中心至固定塊受力頂端的距離L=21mm。 固定塊的凈截面...
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