玻璃幕墻強(qiáng)度計(jì)算

1、玻璃幕墻強(qiáng)度計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)工程地處北京市，幕墻危險(xiǎn)部位位于20m處，該處層間高為3.2m,最大分格 尺寸為按照國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范JGJ 1022003針對(duì) 本工程的實(shí)際情況，對(duì)幕墻的受力桿件、連接結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、玻璃構(gòu)件的許用面積和許 用強(qiáng)度以及工程中使用的膠劑等方面進(jìn)行計(jì)算和校核。一、設(shè)計(jì)荷載與作用幕墻設(shè)計(jì)計(jì)算中需要考慮的荷載與作用有：結(jié)構(gòu)自重、風(fēng)荷載、地震作用和溫度 作用，分別計(jì)算如下：1、風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值：Wk= B z , P s P z , Wo式中：Wk：為作用于幕墻上的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值，(kN/m2),且其值不應(yīng)小于LOKN/n?。3z：為瞬時(shí)風(fēng)壓的陣風(fēng)壓系數(shù)，取Bz =1.92oU

2、s：風(fēng)載荷的體型系數(shù)，按國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范GB 50009-2001 采用，取心= -1.2Pz：為風(fēng)壓高度變化系數(shù)，按國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范GB 50009-2001 采用，取U z=0.84 (按c類(lèi)地區(qū)20米高度取值)Wo：為基本風(fēng)壓值(kN/n?),按現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范GB 50009- 2001采用，在n=50年情況下，取Wo=0.45 kN/m2。Wk=1.92X1.2X 0.84 X 0.45=0.871 kN/m2因?yàn)?.871小于1.0所以取 Wk= 1.000 kN/n?2、結(jié)構(gòu)自重本工程選用玻璃形式為6+9+5mm玻璃。玻璃單位面積重量為：qGK

3、=25.6X 10-3X(6+5)X 1.2=0.3379kN/m2(附框加大 20%)幕墻所用鋁型材、附件面積重量為：0.12kN/m2式中:dt：在風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值作用下?lián)隙茸畲笾?mm)；Wk：垂直于玻璃幕墻平面的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值(N/mn?)； Wk =1.000 kN/m2；撓度系數(shù)，由玻璃板短邊與長(zhǎng)邊邊長(zhǎng)之比a/b,按玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范JGJ102-2003 中表 6.L3 采用；4=0.00727D：玻璃的剛度(Nmm)；t：玻璃的厚度(mm)；單片玻璃厚度，t=6mm,中空玻璃采用等效厚度，te=0.95也3 +=6.64 mmV：泊松比，按玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范JGJ102-2003

4、中表529采用；v =0.20r(：折減系數(shù)，由參數(shù) 按玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范JGJ102-2003中表采用；n=0.68Et3D =7-12(12)D=0.72x105x6.6434- 12X(b0.202)D=.4() Nmm4i uw.adf =-77Ddf=0.00727x 1,000 x 10004x0.68-1000-.40df=2.70 mm W=16.67 mm 60所以玻璃撓度滿(mǎn)足要求。四、全隱玻璃選用的結(jié)構(gòu)硅酮膠的強(qiáng)度驗(yàn)算1、結(jié)構(gòu)硅酮膠的粘結(jié)寬度Cs的驗(yàn)算：1)、在風(fēng)荷載和水平地震作用下結(jié)構(gòu)硅酮膠粘結(jié)寬度驗(yàn)算:Cs = (W+0.5qE)a/(2000fi)式中:Cs：結(jié)構(gòu)膠

5、的粘結(jié)寬度(mm),不得小于7mmW：作用在計(jì)算單元上的風(fēng)荷載設(shè)計(jì)值(kN/n?), W = 1.4X 1.000= 1.400kN/ m2 qE：作用在計(jì)算單元上的地震作用設(shè)計(jì)值(kN/n?), qE= 1.3 X0.183=0.238 kN/ m2 a：玻璃的短邊長(zhǎng)度(mm), a= 1000mmfi：膠的短期強(qiáng)度允許值，fi=0.2N/mm2Cs=(1.400+0.5X0.238)X1000(2000X0.2) = 3.80mm2)、在玻璃自重作用下，結(jié)構(gòu)硅酮膠的粘結(jié)寬度Cs驗(yàn)算：Cs =qGab2QOO(a + b)f2式中：Cs：結(jié)構(gòu)膠的粘結(jié)寬度(mm)；qG：幕墻玻璃單位面積重力荷

6、載設(shè)計(jì)值(kN/n?), qG=1.2X25.6X 10-3X6=0.18kN/ m2；a：玻璃的短邊長(zhǎng)度，1000mm；b：玻璃的長(zhǎng)邊長(zhǎng)度；b= 1500mm；f2：膠的長(zhǎng)期強(qiáng)度允許值，f2=0.01N/mm2；Cs=0.18X 1000X1500/2000 X (1000+ 1500)X0.01=5.40mm工程中結(jié)構(gòu)膠寬度為12mm,故滿(mǎn)足要求。2、結(jié)構(gòu)硅酮膠粘結(jié)厚度按下式驗(yàn)算：tsUs/( 6 X(2+8)1/2Us=0hg式中：ts：結(jié)構(gòu)硅酮膠的粘結(jié)厚度(mm)；Us：幕墻玻璃的相對(duì)于鋁合金框的位移(mm)；0：風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值作用下主體結(jié)構(gòu)的樓層彈性層間位移角限值(rad)；hg：玻璃

7、面板高度(mm)；8 ：結(jié)構(gòu)硅酮膠的變位承受能力(15%)；Us=0hg=O.OOl X 1000=1.000ts 21.000/(0.15 X (2+0.15) 2= 1.76mm工程中結(jié)構(gòu)膠厚度為6mm,故滿(mǎn)足要求。五、幕墻連接強(qiáng)度校核1、連接件強(qiáng)度校核：/=W立柱與主體連接用連接件受結(jié)構(gòu)自重和地震作用，每單元的作用力由2個(gè)連接件 承受，連接件受力點(diǎn)距連接件根部的距離為100mm。f：為計(jì)算應(yīng)力值。fa：為Q235A鋼材的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，fa = 215N/mm2。Mi：為連接件根部所承受的豎直方向彎矩最大值。3X1O22=1O512O.ON mmPk:立柱單元自重荷載，W：為連接件根部抗彎截

8、面系數(shù)，W=-6h：為連接件根部厚度，h=8mm。B：為連接件根部寬度，b=100 mmo= 1.067= 1.067cm3f2：為連接件根部所承受的水平方向壓應(yīng)力最大值。f2 = P4-(8X 100)4-2=(1.4X1 XI0-3+0.503)X3200 x900 4-(8X100)4-2=1.52 X 10-3 X 3200 x900+800+2=2.7 N/mm2 M qt =+ 12w= 105120.0+(1.067 X 103)+ 2.7= 101.2 N/mm2V國(guó)= 215 N/mm2連接件強(qiáng)度滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求2、連接件與立柱之間連接用螺栓強(qiáng)度校核：螺栓的許用剪應(yīng)力工許=130

9、 N/mm2工程中，連接處采用2個(gè)M12X110的螺栓，每個(gè)螺栓承受的水平方向剪力由風(fēng)荷載和垂直于幕墻平面的水平地震作用效應(yīng)組合。0 E)XA4-2=(1.4X LOOOX 1O3+O.5X 1.3X0.18X 103)X3200X 15004-2二3647.0 N每個(gè)螺栓承受的豎直方向剪力：0 2=L2Pk + 2= L2X 1.752X 1()3 + 2= 1051.2 N每個(gè)螺栓承受的剪力：6 =版+%2220 =(3647.()2+1051.22)20 =(.0+.4)0 =3795.5 NM12螺栓截面積為Ai= n(d/2)2=3.14義(10.2/2)2=81.67mm2剪應(yīng)力

10、t = 0/Ai=3795.5/8L67=46.47N/mm2V t 許=130 N/mm2 螺栓強(qiáng)度滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。短跨線荷載 ql=1.4X 1,000X0.7=0.980 kN/m長(zhǎng)跨線荷載 ql=1.4X 1.000X0.7=0.980 kN/m233 1r _ J_ qJi _ q/i +%，2 。一/，28(/+4)r _ F qj? _ q& + %，2 B l2 28(/, +/2)Ra = (q)i +) -(% + Rb)3 -(/，1+%，2)-(/9L 乙q/l +%,2 J_T 夕 2,2 _ q/1 + 92,2 X 8(/+，2)J /2 28+4)J2、連接件與立

11、柱之間連接用螺栓強(qiáng)度校核：螺栓的許用剪應(yīng)力t許=130 N/mm2工程中，連接處采用2個(gè)M12XU0的螺栓，1）、主支點(diǎn)的受力計(jì)算主支點(diǎn)承受整個(gè)單元的重力作用，并承受局部由風(fēng)荷載和垂直于幕墻平面的水 平作用效應(yīng)組合。0 E)XAH-2=(1.4X 1.000X 10-3 + 0.5 3) X 3200X15002=3647.0 N每個(gè)螺栓承受的豎直方向剪力：0 2=L2Pk + 2= 1.2X 1.752X 1034-2=1051.2 N每個(gè)螺栓承受的剪力：0二折+葭20 =(3647.02+1051.22)_i_20 =(.0+.4)0 =3795.5 NM12螺栓截面積為Ai= Ji(d/

12、2)2=3.14X (10.2/2)M 1.67mm2剪應(yīng)力 t = 0 /Ai=3795.5 /81.67=46.47N/mm2 工許=130 N/mm2 螺栓強(qiáng)度滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。2、連接件與立柱之間連接用螺栓強(qiáng)度校核：螺栓的許用剪應(yīng)力丁許=130 N/mm0 =(.0+.4)工程中，連接處采用2個(gè)M12X110的螺栓，每個(gè)螺栓承受的水平方向剪力：由風(fēng) 荷載和垂直于幕墻平面的水平地震作用效應(yīng)組合0 E)XA4-2=(1.4X 1.000X W0 =3795.5 NM12螺栓截面積為Ai= n(d/2)2=3.14X (10.2/2)M 1.67mm2剪應(yīng)力 t = 0 /Ai=3795.5 /

13、81.67=46.47N/mm2 十許=130 N/mm2螺栓強(qiáng)度滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。+0.5X 1.3X0.18X 10 3)X3200X 1500D2二3647.0 N每個(gè)螺栓承受的豎直方向剪力：0 2=L2Pk + 2= 1.2X 1.752X1032=1051.2 N每個(gè)螺栓承受的剪力：0 =折+%220 =(3647.02+1051.22)3、錨板強(qiáng)度校核：本工程采用200X300mm的8mm厚的Q235A鋼錨板，錨筋直徑d=10mm,錨筋 數(shù)量為6個(gè)?；炷翉?qiáng)度等級(jí)為C30。剪力、法向拉力和彎矩共同作用時(shí)，錨筋的總截面面積As按以下公式計(jì)算，并取 其中較大值：AsNAs2NMH1O.Sa

14、hfY 1.3arahfYzMHQAarahfyZ式中：As：錨筋的總截面面積，As =6 n (d/2)2 =6X 3.14X (10/2)2 =471.0 mm2V：剪力設(shè)計(jì)值，V = 1.2X 1.752X 103=2102.4NN：法向拉(或壓)力設(shè)計(jì)值，且必須NW0.5LA。N=(1.4X 1.000X 10-3+0.5X1.3X0.184X1 O-3) X3200X 1192=5796.4 N且必須N0.5fcAo其中：fc為混凝土軸心受壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，C30的fc =12.5N /mm2A 為錨板的面積，A = 300X200=60000 mm20.5fcA=0.5 X12.5X

15、60000=375000NN=5796.4NM：彎矩設(shè)計(jì)，M = VX 100 = 2102.4X 100 = 210240N mmar：鋼筋層數(shù)影響系數(shù)，ar=1.0av：錨筋受剪承載力系數(shù)，取即=(4.0-0.08)邑=0.77當(dāng)即大于0.7時(shí)，取樂(lè)0.7ab：錨板彎曲折減系數(shù)，ab=0.5+0.25t/d=0.8t：錨板厚度t=8mmd：錨筋直徑，d=10mmz：外層錨筋中心線之間的距離，z= 130mmfy：錨筋強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，fy = 215N/mm2按式計(jì)算：As = 2102.4/(lX0.7X215)+ 5796.4/(0.8 X 0.8 X 215)+ 210240/(1.3 X

16、 0.8 X 215 X130)= 63.33mm2按式計(jì)算：As = 5796.4/(0.8 X 0.7X215)+210240/(0.4 X0.8X215X 130)= 71.65 mm2以上兩項(xiàng)均小于As =471.0mm2。故預(yù)埋件強(qiáng)度滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。4、焊縫的強(qiáng)度計(jì)算本工程埋件與連接件之間采用E43系列型焊條的手工三面角焊焊接，埋件與連接 件鋼材型號(hào)為Q235Ao埋件的厚度to=8mm；連接件的厚度t=8mm；連接件正面角 焊焊邊長(zhǎng)度乙=100 mm；側(cè)面角焊邊長(zhǎng)度4= 80mm；角焊縫的抗拉、抗壓、抗剪設(shè) 計(jì)強(qiáng)度= 160N/mm2。1)水平方向焊縫承受的最大應(yīng)力計(jì)算：c M N/v

17、 =1Wf Af式中：力：水平方向的最大應(yīng)力M：結(jié)構(gòu)自重作用下產(chǎn)生的彎矩 M=GxAxeA ：幕墻單元面積(mn?), a = 3200X 1192=.0mm2e： 偏心距(mm), e= 100mm1.752 X 1 O-3 X 100 X .0 = 668282.88N mmhf ：焊縫厚度 hf =r-2(mm), hf=8-2=6mm。lf:焊縫計(jì)算總長(zhǎng)度lf =4x(/-10)+2x(/2-10)=4X(100-10)+2 X (80-10) = 500mmW/：焊縫截面抵抗矩w =-xOJxhfxljf 6 f 1W = L 0.7 x 6 x 50()2 = 175000mm3/

18、 6N：水平方向幕墻單元承受最大壓力N=W X B X H = (1.4 X 1.000 X 10 3+0.5 X 1.3 X 0.18 X IO 3) X 3200 X 1192=5796.4N為：焊縫的計(jì)算截面積Af = 0.7 x/zz. x/f =0.7X6X500 = 2100 mm2fx=668282.88/175000+5796.4/2100=6.6N/mm2 /=160 N/mm22)垂直方向焊縫承受的應(yīng)力計(jì)算：式中：fy:垂直方向的最大組合應(yīng)力I橫：正面焊縫計(jì)算總長(zhǎng)度/橫=4x(/10)=4X(100-10)=360 mm07:正面焊縫承受應(yīng)力_ P0.7/i/ x /橫o-

19、z=1.2X 1.752X 1034-(0.7X6X 360)= 1.3905N/mm2儲(chǔ)：正面焊縫設(shè)計(jì)強(qiáng)度增大系數(shù) 為 =1.22/垂：側(cè)面焊縫計(jì)算總長(zhǎng)度/垂=2x(410)=2X(80-10)=140 mmTf ：側(cè)面焊縫承受剪應(yīng)力0.7力/ x /垂0.7力/ x /垂二(L2X 1.752 X 103)/(0.7X 6X140) =3.58N/mm2故所選連接件的焊縫厚度、長(zhǎng)度均滿(mǎn)足垂直方向應(yīng)力的要求。G = 0.3379+0.12 =0.46kN/m2玻璃幕墻單位面積自重載荷：幕墻單元構(gòu)件重量：Pk=0.46X3.2X 1.19=1.752 kN最大分格板塊重：Pb=0.3379X

20、1 X 1.5=0.507kN3、地震作用垂直于幕墻平面的分布水平地震作用：qEK= 0 E a max Gk/A式中：qEk：垂直于幕墻平面的分布水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值(kN/n?)；Be：動(dòng)力放大系數(shù)，可取5.0；a max：地震影響系數(shù)最大值，按7度抗震設(shè)計(jì)，取amax = 0.08；Gk：玻璃幕墻構(gòu)件(包括玻璃面板和鋁框)的重力荷載標(biāo)準(zhǔn)值(kN)；A：玻璃幕墻平面面積(rrP)qEK=5.0 X 0.08 X 0.46=0.183 kN/m24、溫度作用幕墻桿件在溫度變化過(guò)程中產(chǎn)生熱脹冷縮，最大溫差取80,故極限變化量為：L=L a AT式中：L：受溫度影響產(chǎn)生的變化量。L：桿件的長(zhǎng)度，1

21、豎=0101,1橫=0101。a ：鋁材線膨脹系數(shù)。a =2.35X10-5。T：極限溫差，取=80L 豎二義2.35 X10-5X 80=6.02mmL 橫=義 2.35 X10-5X 80=2.82mm為消除溫度變化給幕墻構(gòu)件帶來(lái)的影響，在兩支構(gòu)件之間留出伸縮縫，以消除構(gòu)件 溫度應(yīng)力。考慮到層間位移量和桿件加工、安裝誤差，伸縮量取值按下式計(jì)算：L縫=(23)4L,故豎縫取20mm,橫縫取6mm。所以，在后面的計(jì)算中，不必再計(jì)入溫度應(yīng)力。5、荷載和作用效應(yīng)組合1）、荷載和作用效應(yīng)的分項(xiàng)系數(shù)：進(jìn)行幕墻構(gòu)件、連接件和預(yù)埋件承載力計(jì)算時(shí):重力荷載fg = 1.2風(fēng)荷載 rw=1.4地震作用 fe=

22、1.3進(jìn)行位移和撓度計(jì)算時(shí)：重力荷載 fg=1.0風(fēng)荷載 rw=1.0地震作用 fe=1.02）、水平作用效應(yīng)組合系數(shù)：風(fēng)荷載 力w=LO地震作用 力e=0.53）、組合形式：Si = tgG+“ w rw Wk+力 EtEqE二、幕墻桿件設(shè)計(jì)與計(jì)算一）、橫梁的計(jì)算1、橫梁型材的截面特性6063T5鋁型材強(qiáng)度設(shè)計(jì)值：受拉、受壓 fa=85.5N/mm2受 剪 fa=49.6N/mm2鋁型材彈性模量：E=0.7X105N/mm2橫梁名稱(chēng)：MY60-012X軸慣性矩：Ix = 22.5cm4Y 軸慣性矩：Iy= 18.96 cm4X 軸抵抗矩：Wx = 7.503 cm3Y軸抵抗矩：Wv = 6.

23、8cm3塑性開(kāi)展系數(shù)：r=L052、幕墻橫梁的荷載計(jì)算1、豎直方向線荷載由自重組成Hi：最大板件分格高：1000mmH：橫梁計(jì)算分格高：1000mmW：最大板件分格寬：1192 mm玻璃單位面積重量為：Gi=0.3379 kN/m2qG：自重荷載線荷載：qG = GiXH+0.011(梁重)= 0.3379X1000X103+0.011= 0.35N/mm2、水平方向線荷載由風(fēng)荷載和水平地震作用組成 風(fēng)荷載的線荷載：qw = WKXHi= 1.000X10-3X1000= 1.000 N/mm水平地震作用下地震線荷載：QE 水=qEk X H1=0.184X10-3X1000= 0.184 N

24、/mm3、幕墻橫梁的強(qiáng)度校核橫梁的支承按簡(jiǎn)支梁考慮，承受矩形荷載：My：橫梁在水平方向荷載作用下的彎矩(N mm)My = q X B2/8 = (L4 X qw+0.5 X 1.3 X qE 水)X B2+ 8 =(1.4X 1.000+0.5 X 1.3 X 0.184) X 11922 8 = (1.400+0.12)X119224-8 = 269893.1 N mmMx = qXB2 + 8= 1.2XqGXB24-8=1.2 X 0.35X119224-8二74595.4N mm=(74595.4/7503+269893.1 /6800) 1.05=47.27 N/mm2fa=85.

25、5N/mm2橫梁正應(yīng)力強(qiáng)度可以滿(mǎn)足要求4、幕墻橫梁的剛度計(jì)算校核依據(jù)：U max 18C式中：Umax：為橫梁最大撓度值。U：為橫梁允許撓度值。水平方向由風(fēng)荷載產(chǎn)生的彎曲：Ui = 5qXB44-(384XEXIY)= 5XqwXB(384XE XIY)=5 X 1.000X 11924(384X7X 104X 18.96X 104)=1.98mm1.98mm 1/180=6.62mm豎直方向由自重作用產(chǎn)生的彎曲：P2 = 5XqGXB4(384XEXIx)= 5X0.35X 11924(384 X 7X104 X 22.5X 104)=0.58mm0.58mmW 1/180 = 6.62mm橫梁剛度滿(mǎn)足要求二)、幕墻立柱的計(jì)算1、立柱型材的截面特性6063 T5鋁型