建筑幕墻結(jié)構(gòu)計(jì)算基礎(chǔ)

建筑幕墻結(jié)構(gòu)計(jì)算基礎(chǔ)第1頁/共133頁第一章概述1、幕墻計(jì)算現(xiàn)狀傳統(tǒng)的計(jì)算原理手工計(jì)算各類計(jì)算軟件發(fā)展迅速大型軟件受青睞手工計(jì)算與軟件聯(lián)合、互補(bǔ)。應(yīng)用規(guī)范第2頁/共132頁第2頁/共133頁2、目前存在問題計(jì)算人員實(shí)際經(jīng)驗(yàn)不足過渡依賴計(jì)算軟件形式主義距離優(yōu)化設(shè)計(jì)很遠(yuǎn)。第3頁/共132頁第3頁/共133頁3、今后發(fā)展趨勢有限元軟件功能細(xì)化計(jì)算人員更專業(yè)。計(jì)算規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)更詳細(xì)、準(zhǔn)確。第4頁/共132頁第4頁/共133頁第二章桿件計(jì)算第一節(jié)、概述與計(jì)算對象（1）單根桿件-框架幕墻的立柱、橫梁選用橫梁型材的截面特性:

選用型材材質(zhì):鋁合金6063-T5，斷面如圖：

型材強(qiáng)度設(shè)計(jì)值:85.500N/mm2

型材彈性模量:E=0.7×105N/mm2X軸慣性矩:Ix=156.662cm4Y軸慣性矩:Iy=85.870cm4X軸抵抗矩:Wx1=30.412cm3X軸抵抗矩:Wx2=32.311cm3Y軸抵抗矩:Wy1=23.424cm3Y軸抵抗矩:Wy2=13.243cm3

型材截面積:A=11.383cm2

型材計(jì)算校核處壁厚:t=2.000mm

型材截面面積矩:Ss=19.604cm3

塑性發(fā)展系數(shù):γ=1.05第5頁/共132頁第5頁/共133頁幕墻橫梁的強(qiáng)度計(jì)算

校核依據(jù):Mx/γWx+My/γWy≤fa=85.5(N/mm2)幕墻橫梁的抗剪強(qiáng)度計(jì)算

校核依據(jù):τmax≤[τ]=49.6N/mm2幕墻橫梁的剛度計(jì)算

校核依據(jù):Umax≤L/180

橫梁承受呈三角形分布線荷載作用.第6頁/共132頁第6頁/共133頁（2）多根桿件組成的結(jié)構(gòu)體系：-框架窗、單元板（立柱、橫梁、中挺）立柱公料材質(zhì):鋁合金6063-T5，型材斷面如圖：

型材強(qiáng)度設(shè)計(jì)值:85.500N/mm2

型材彈性模量:E=0.7×105N/mm2X軸慣性矩:Ix=401.788cm4Y軸慣性矩:Iy=76.622cm4X軸抵抗矩:Wx1=55.325cm3X軸抵抗矩:Wx2=38.866cm3

型材截面積:A=15.945cm2

型材計(jì)算校核處壁厚:t=3.000mm

型材截面面積矩:Sx=36.070cm3

塑性發(fā)展系數(shù):γ=1.05公立柱母立柱第7頁/共132頁第7頁/共133頁立柱母料材質(zhì):鋁合金6063-T5，型材斷面如圖：

型材強(qiáng)度設(shè)計(jì)值:85.500N/mm2

型材彈性模量:E=0.7×105N/mm2X軸慣性矩:Ix=381.848cm4Y軸慣性矩:Iy=26.989cm4X軸抵抗矩:Wx1=52.397cm3X軸抵抗矩:Wx2=37.028cm3

型材截面積:A=14.111cm2

型材計(jì)算校核處壁厚:t=3.000mm

型材截面面積矩:Sx=33.158cm3

塑性發(fā)展系數(shù):γ=1.05第8頁/共132頁第8頁/共133頁連續(xù)梁內(nèi)力表：M=系數(shù)*qL^2;Q=系數(shù)*qL;f=系數(shù)*qL^4/100EI第9頁/共132頁第9頁/共133頁簡支梁均布荷載作用內(nèi)力公式第10頁/共132頁第10頁/共133頁簡支梁梯形荷載作用內(nèi)力公式第11頁/共132頁第11頁/共133頁簡支梁三角形荷載作用內(nèi)力公式第12頁/共132頁第12頁/共133頁簡支梁集中荷載作用內(nèi)力公式ω-------分段比1/4第13頁/共132頁第13頁/共133頁-桁架鋼桁架、異型桁架、網(wǎng)架一般采用有限元分析軟件計(jì)算。1、3D3S2、Sap20003、Ansys4、Staad-剛架-殼體第14頁/共132頁第14頁/共133頁第二節(jié)、單根桿件計(jì)算框架式幕墻：立柱1）荷載

-風(fēng)荷載Wk=βzμsμzW0

βgz---高度Z處的陣風(fēng)系數(shù)

μz---風(fēng)壓高度變化系數(shù)

μs1—風(fēng)壓體型系數(shù)Wk---垂直作用在幕墻表面上的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值(kN/m2)W0---基本風(fēng)壓(kN/m2)

場地類別、建筑外輪廓、地區(qū)地域有關(guān)。第15頁/共132頁第15頁/共133頁2）截面特性外輪廓：整體、組合截面積A0=8311mm2

X軸慣性矩IX=11897866mm4X軸抵抗矩WX=86583mm3X軸面積矩SX=91392mm3塑性發(fā)展系數(shù)

γ=1.05型材壁厚t=2.5mm壁厚材質(zhì)6063-T5,T6第16頁/共132頁第16頁/共133頁3）支撐形式簡支梁---鉸接、固接、滑動鉸。第17頁/共132頁第17頁/共133頁4）計(jì)算結(jié)果橫梁1）荷載水平荷載：線性荷載輸入。豎向荷載：集中力2）截面特性開口、閉口。3）支撐形式一般采用鉸接，鋼結(jié)構(gòu)有時會采用固接。4）計(jì)算結(jié)果最大彎曲應(yīng)力、最大剪應(yīng)力，撓度mm。第18頁/共132頁第18頁/共133頁橫梁抗彎強(qiáng)度校核校核依據(jù)：

按《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范》JGJ102-2003第6.2.4條==83.195N/mm2＜fa=85.5N/mm2橫梁抗彎強(qiáng)度符合規(guī)范要求。第19頁/共132頁第19頁/共133頁橫梁抗剪強(qiáng)度校核校核依據(jù)：

按《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范》JGJ102-2003第6.2.5條1、豎直方向剪應(yīng)力t：橫梁截面垂直于X軸腹板的截面總寬度，取t=5.0mmτX：橫梁承受的豎直荷載產(chǎn)生的剪應(yīng)力=

=1.475N/mm2＜fav=49.6N/mm22、水平方向剪應(yīng)力t：橫梁截面垂直于Y軸腹板的截面總寬度，取t=5.0mmτY：橫梁承受的水平荷載產(chǎn)生的剪應(yīng)力=4.366N/mm2＜fav=49.6N/mm2橫梁抗剪強(qiáng)度符合規(guī)范要求。第20頁/共132頁第20頁/共133頁第21頁/共132頁第21頁/共133頁第三節(jié)、多桿結(jié)構(gòu)體系（1）框架體系-窗：第22頁/共132頁第22頁/共133頁1）荷載梯形荷載、三角形荷載窗豎挺荷載第23頁/共132頁第23頁/共133頁2）截面特性閉口型腔鎖五金件第24頁/共132頁第24頁/共133頁3）窗型第25頁/共132頁第25頁/共133頁4）支撐形式第26頁/共132頁第26頁/共133頁5）計(jì)算結(jié)果第27頁/共132頁第27頁/共133頁第28頁/共132頁第28頁/共133頁第29頁/共132頁第29頁/共133頁-單元板框架計(jì)算1）荷載2）截面特性3）分格4）連接形式5）計(jì)算結(jié)果第30頁/共132頁第30頁/共133頁幕墻框架圖單元式幕墻組成第31頁/共132頁第31頁/共133頁單元式幕墻立柱計(jì)算載荷分布：按等位移原理，協(xié)同作用。q=q1+q2----------------------(1)M=M1+M2-------------------(2)f1=f2----------------------------(3)Mx1=M*Ix1/(Ix1+Ix2)Mx2=M*Ix2/(Ix1+Ix2)內(nèi)力分配系數(shù)

立柱彎矩按公料、母料的抗彎剛度分配，分配系數(shù)計(jì)算如下：Ix=Ix1+Ix2=401.788+381.848=783.636cm4公料彎矩分配系數(shù)：a1=Ix1/Ix=401.788/783.636=0.51母料彎矩分配系數(shù)：a2=Ix2/Ix=381.848/783.636=0.49

立柱剪力及軸向力按公料、母料的抗剪剛度分配，分配系數(shù)計(jì)算如下：A=A1+A2=15.945+14.111=30.056cm2公料剪、軸力分配系數(shù)：b1=A1/A=15.945/30.056=0.53母料剪、軸力分配系數(shù)：b2=A2/A=14.111/30.056=0.47剛度分配系數(shù)第32頁/共132頁第32頁/共133頁內(nèi)力計(jì)算簡支梁受力：連續(xù)梁受力：M=q*L^2/8第33頁/共132頁第33頁/共133頁逐跨內(nèi)力分析：立柱按多跨鉸接連續(xù)靜定梁進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算：第1跨內(nèi)力：

RB1=5.536×3615×[1-(285/3615)2]/2-0×(285/3615)=9945NP2=9945NM1=5.536×36152×[1-(285/3615)2]2/8-0×285×[1-(1+285/3615)2/2+285/3615]=8931701N?mm

第2跨內(nèi)力：

RB2=5.536×3615×[1-(285/3615)2]/2-9945×(285/3615)=9161NP3=9161NMA2=-(9945×285+5.536×2852/2)=-3059097N?mmM2=5.536×36152×[1-(285/3615)2]2/8-9945×285×[1-(1+285/3615)2/2+285/3615]=7523383N?mm

第3跨內(nèi)力：

RB3=5.536×3615×[1-(285/3615)2]/2-9161×(285/3615)=9223NP4=9223NMA3=-(9161×285+5.536×2852/2)=-2835650N?mmM3=5.536×36152×[1-(285/3615)2]2/8-9161×285×[1-(1+285/3615)2/2+285/3615]=7634412N?mm

第4跨內(nèi)力：

RB4=5.536×3615×[1-(285/3615)2]/2-9223×(285/3615)=9218NP5=9218NMA4=-(9223×285+5.536×2852/2)=-2853266N?mmM4=5.536×36152×[1-(285/3615)2]2/8-9223×285×[1-(1+285/3615)2/2+285/3615]=7625659N?mm

第5跨內(nèi)力：

RB5=5.536×3615×[1-(285/3615)2]/2-9218×(285/3615)=9218NP6=9218NMA5=-(9218×285+5.536×2852/2)=-2851877N?mmM5=5.536×36152×[1-(285/3615)2]2/8-9218×285×[1-(1+285/3615)2/2+285/3615]=7626349N?mm廣東全球通大廈第34頁/共132頁第34頁/共133頁立柱的內(nèi)力分析第1跨內(nèi)力分析：RBi=qLi×[1-(Ai/Li)2]/2-Pi×(Ai/Li)，i=1=3.132×2850×[1-(850/2850)2]/2-0×(850/2850)=4066NMi=qLi2×[1-(Ai/Li)2]2/8，i=1=3.132×28502×[1-(850/2850)2]2/8=2639402N·mm第2跨內(nèi)力分析：Pi=RBi-1，i=2=4066NRBi=qLi×[1-(Ai/Li)2]/2-Pi×(Ai/Li)，i=2=3.132×2850×[1-(850/2850)2]/2-4066×(850/2850)=2853NMi=qLi2×[1-(Ai/Li)2]2/8-Pi×Ai×[1-(1+(Ai/Li))2/2+Ai/Li]，i=2=3.132×28502×[1-(850/2850)2]2/8-4066×850×[1-(1+(850/2850)2/2+850/2850]=1065062N·mmMA2=-(Pi×Ai+qAi2/2)，(i=2)=-4587535N·mm第3跨內(nèi)力分析：Pi=RBi-1，i=3=2853NRBi=qLi×[1-(Ai/Li)2]/2-Pi×(Ai/Li)，i=3=3.132×2850×[1-(850/2850)2]/2-2853×(850/2850)=3215NMi=qLi2×[1-(Ai/Li)2]2/8-Pi×Ai×[1-(1+(Ai/Li))2/2+Ai/Li]，i=3=3.132×28502×[1-(850/2850)2]2/8-2853×850×[1-(1+(850/2850)2/2+850/2850]=1534731N·mmMA3=-(Pi×Ai+qAi2/2)，(i=3)=-3556485N·mm天津國貿(mào)投標(biāo)計(jì)算第35頁/共132頁第35頁/共133頁橫梁計(jì)算幕墻橫梁按三角形簡支梁計(jì)算水平荷載；由于玻璃下面有墊塊，因此自重荷載按集中受力模型考慮。水平荷載作用豎向荷載作用第36頁/共132頁第36頁/共133頁按照等撓度原則，進(jìn)行荷載分配，對于三角形荷載簡支梁：

q1kB4/120EaI1y=q2kB4/120EaI2yq1k+q2k=qkq1k=qk×I1y/(I1y+I2y)=2.986×3867360/(3867360+5762240)=1.199N/mm

q2k=qk×I2y/(I1y+I2y)=2.986×5762240/(3867360+5762240)=1.787N/mm（設(shè)計(jì)值）

M1w=q1wB2/12

M1E=q1EB2/12（水平地震荷載）M1y=M1w+0.5M1E=q1B2/12=1.794×18402/12=506147.2N·mm

按橫梁抗彎強(qiáng)度計(jì)算公式，應(yīng)滿足：M1x/γW1nx+M1y/γW1ny≤fa

第37頁/共132頁第37頁/共133頁按《建筑幕墻》[5.1.9，b]，自重標(biāo)準(zhǔn)值作用下?lián)隙炔粦?yīng)超過其跨度的1/500，并且不應(yīng)大于3mm；

B/500=1840/500=3.68mm取：df2,lim=3mmdfx=P1kaB2/24EaIax×(3-4α2)=1361.6×150×18402/24/70000/529090×(3-4×(150/1840)2)=2.313mm因?yàn)?.313mm≤3mm，所以，單元橫框自重方向撓度可以滿足設(shè)計(jì)要求。第38頁/共132頁第38頁/共133頁平面內(nèi)變形分析《建筑幕墻GB/T21086-2007》第39頁/共132頁第39頁/共133頁第40頁/共132頁第40頁/共133頁框架式幕墻平面變形分析平面變形性能確定α：主體結(jié)構(gòu)的彈性層間位移角限值，取α=1/550。由主體結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，查《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范》JGJ102-2003條文說明中表4.1得γ：隱框玻璃幕墻板塊平面內(nèi)變形性能按《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范》JGJ102-2003第4.3.12條γ=3α=3×1/550=1/1831/150＞γ=1/183≥1/200該隱框玻璃幕墻的變形性能應(yīng)為Ⅲ級。第41頁/共132頁第41頁/共133頁第42頁/共132頁第42頁/共133頁《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范》JGJ102-2003第43頁/共132頁第43頁/共133頁單元板平面變形分析主體結(jié)構(gòu)類型為多、高層鋼結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)的層間位移角為：α=tan^-1(1/300)層高：h=3600mm。地震控制層間位移限值為：μlim=βh（β=3α=1/100，θ=0.57°）=3600/100=36.00mm如最大玻璃板塊HxW=2100x1200mm適應(yīng)變形值為μs=Lβ=2100/100=21.0mm對隱框結(jié)構(gòu)膠的延展性好，因此通過構(gòu)造與結(jié)構(gòu)膠完全能滿足地震荷載及風(fēng)載作用下的平面內(nèi)變形。對明框預(yù)留邊框距離a>21/2=10.5mm.第44頁/共132頁第44頁/共133頁上下±30mm單元板塊橫梁豎向位移量計(jì)算α：立柱材料的線膨脹系數(shù)最大單元板塊高度L:方向尺寸溫差ΔT:最大溫差λ：實(shí)際伸縮調(diào)整系數(shù)LA：梁在柱間計(jì)算跨度，取(mm)A：梁撓度限制名稱代號取值型材因熱脹冷縮引起的位移ΔLΔL=α×ΔT×L×λ=2.35X10-5×80×5200×1

=±9.7mmα=2.35X10-5

ΔT=80℃L=5200mm

λ=1加工誤差d1±2mm施工誤差d2±1.5mm主體結(jié)構(gòu)梁豎直變形位移量d3(LA/A)×20%=6.7mmLA=10000mm，A=300立柱徐變引起的橫梁位移d4d4=LX0.001=5200x0.001=5.2mm位移計(jì)算過程結(jié)果極限收縮位移ΔL+d1+d2+d3+d425.1mm極限擴(kuò)張位移ΔL+d1+d213.2mm設(shè)計(jì)單元板塊橫梁豎向伸縮縫30mm，滿足計(jì)算要求。單元板塊平面內(nèi)豎向位移設(shè)計(jì)第45頁/共132頁第45頁/共133頁左右±15mm名稱代號取值型材因熱脹冷縮引起的位移ΔLΔL=α×ΔT×L×λ=2.35X10-5×80×1700×1

=±3.2mmα=2.35X10-5

ΔT=80℃L=1700mm

λ=1加工誤差d1±1mm施工誤差d2±1.5mm位移計(jì)算過程結(jié)果極限收縮位移ΔL+d1+d25.7mm極限擴(kuò)張位移ΔL+d1+d25.7mmα：立柱材料的線膨脹系數(shù)最大單元板塊高度L:方向尺寸溫差ΔT:最大溫差λ：實(shí)際伸縮調(diào)整系數(shù)單元板塊平面立柱極限水平位移量計(jì)算設(shè)計(jì)單元板塊立柱水平

伸縮縫15mm，滿足計(jì)算要求。單元板塊平面內(nèi)水平位移設(shè)計(jì)第46頁/共132頁第46頁/共133頁（2）桁架-普通桁架1）荷載第47頁/共132頁第47頁/共133頁線性荷載輸入：第48頁/共132頁第48頁/共133頁2）截面特性方管、圓管、組合截面。上弦桿下弦桿腹桿斜腹桿第49頁/共132頁第49頁/共133頁3）桁架類型（鉸接節(jié)點(diǎn)、剛接節(jié)點(diǎn)）焊接桁架鉸接桁架混合型4）支撐形式（簡支、滑動、固接）鉸接支撐：耳板、銷軸拉桿上弦桿次桁架第50頁/共132頁第50頁/共133頁采光頂桁架受力圖采光頂桁架計(jì)算模型圖第51頁/共132頁第51頁/共133頁5）計(jì)算結(jié)果（整體、桿件）強(qiáng)度撓度穩(wěn)定性連接件（耳板、螺栓、鉚釘、銷軸）焊縫（三角形、對接）第52頁/共132頁第52頁/共133頁例題1：通過計(jì)算可知，鋼結(jié)構(gòu)體系最大位移：Fmax=115.6/1.4=82.6mm<L/300=36000/300=120mm主結(jié)構(gòu)鋼架：φ300(φ299)管：σmax=89.2N/mm2<[σ]=215N/mm2;φ180X12管：σmax=65.0N/mm2<[σ]=215N/mm2;次結(jié)構(gòu)桁架：φ195X12管：σmax=275.2N/mm2<[σ]=310N/mm2;通過。方管160X80X10:σmax=304.5N/mm2<[σ]=310N/mm2;通過。

支座反力：桁架HJ01：與主體結(jié)構(gòu)連接為鉸接：

Fx=416.6kNFy=345.9kNFz=417.2kN

注意，埋件應(yīng)根據(jù)受力不同區(qū)別設(shè)計(jì)。第53頁/共132頁第53頁/共133頁例題2鋼管φ203X8：σmax=46.5Mpa＜215MpaOk.鋼管φ273X14：σmax=31.3Mpa＜φ[σ]=0.6X215=129.0MpaOk.鋼管φ500X16：σmax=17.5Mpa＜φ[σ]=0.6X215=129.0MpaOk.鋼管φ400X16：σmax=11.2Mpa＜φ[σ]=0.6X215=129.0MpaOk.

最大撓度fmax=32.5/1.4=23.2mmfmax/2L=23.2/2X6000=1/500<1/300,OK.第54頁/共132頁第54頁/共133頁(3）剛架1）荷載全球通南北飛翼幕墻結(jié)構(gòu)第55頁/共132頁第55頁/共133頁2）截面特性種類：管材、槽鋼、工字、鋼板。材料：鋼、不銹鋼、鋁合金。3）剛架類型焊接連接、螺栓組4）支撐形式（鉸接支座、剛接支座）5）計(jì)算結(jié)果（整體、桿件）強(qiáng)度撓度穩(wěn)定性（桿件整體、局部）第56頁/共132頁第56頁/共133頁單元號強(qiáng)度繞2軸整體穩(wěn)定繞3軸整體穩(wěn)定繞2軸抗剪應(yīng)力比繞3軸抗剪應(yīng)力比繞2軸W/l繞3軸W/l結(jié)果10.040.040.040.000.0101/2355滿足20.100.100.100.000.0101/796滿足30.070.070.070.000.0101/1184滿足40.100.110.110.000.0101/796滿足50.040.040.040.000.0101/2356滿足60.100.100.100.000.0101/796滿足70.100.110.100.000.0101/796滿足80.040.040.040.000.0101/2356滿足90.040.040.040.000.0101/1938滿足100.120.120.120.000.0101/653滿足110.080.080.080.000.0101/972滿足120.080.080.080.000.0101/972滿足130.250.250.250.010.001/10550滿足140.200.200.200.030.001/12860滿足150.220.220.220.030.001/12770滿足160.250.250.250.010.001/10550滿足170.190.190.190.030.001/5310滿足180.200.200.200.030.001/12860滿足190.290.290.290.010.001/7490滿足200.270.270.270.040.001/9380滿足210.290.290.290.040.001/8260滿足220.290.290.290.010.001/7490滿足230.000.000.000.000.001/6270滿足240.270.270.270.040.001/9380滿足250.290.290.290.010.001/6140滿足260.280.280.280.040.001/8000滿足270.280.280.280.040.001/6180滿足280.290.290.290.010.001/6140滿足本工程有2種材料：316不銹鋼鋁合金6063-T5設(shè)計(jì)驗(yàn)算結(jié)果表(強(qiáng)度和整體穩(wěn)定為(應(yīng)力/設(shè)計(jì)強(qiáng)度))3D3S有限元分析軟件計(jì)算結(jié)果第57頁/共132頁第57頁/共133頁（4）殼體異型結(jié)構(gòu)張拉膜結(jié)構(gòu)第58頁/共132頁第58頁/共133頁第三章板面計(jì)算1、玻璃計(jì)算1）荷載類型2）玻璃構(gòu)成（夾膠、中空、雙曲）3）物理特性4）支撐形式（邊鉸接、點(diǎn)支撐）5）計(jì)算結(jié)果（大面、小面、局部）強(qiáng)度撓度第59頁/共132頁第59頁/共133頁第60頁/共132頁第60頁/共133頁第61頁/共132頁第61頁/共133頁第62頁/共132頁第62頁/共133頁玻璃撓度校核第63頁/共132頁第63頁/共133頁不考慮大撓度效應(yīng)時玻璃應(yīng)力分布（第一主應(yīng)力）考慮大撓度效應(yīng)時玻璃應(yīng)力分布（第一主應(yīng)力）第64頁/共132頁第64頁/共133頁2、鋁板計(jì)算1）荷載類型2）鋁板構(gòu)造3）物理特性4）支撐形式（邊鉸接、邊固接）5）計(jì)算結(jié)果（大面、局部）強(qiáng)度撓度穩(wěn)定性第65頁/共132頁第65頁/共133頁3、石材計(jì)算1）荷載類型2）構(gòu)造形式（復(fù)雜、簡單、造型）3）物理特性4）支撐形式（點(diǎn)支撐、邊支撐）背拴、T型掛件、鋁合金掛件、背槽式、通槽掛5）計(jì)算結(jié)果（大面、小面、局部）強(qiáng)度撓度第66頁/共132頁第66頁/共133頁第67頁/共132頁第67頁/共133頁第68頁/共132頁第68頁/共133頁例題：水平方向荷載組合風(fēng)荷載+水平地震荷載風(fēng)荷載和水平地震作用組合標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算ψW：風(fēng)荷載作用效應(yīng)分項(xiàng)系數(shù)，取ψW=1.0按《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范》JGJ102-2003第5.4.3條規(guī)定ψE：地震荷載作用效應(yīng)分項(xiàng)系數(shù)，取ψE=0.5按《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范》JGJ102-2003第5.4.3條規(guī)定qK=ψW·WK+ψE·qEK =1.0×1.0+0.5×0.68 =1.34KN/m2風(fēng)荷載和水平地震作用組合設(shè)計(jì)值計(jì)算q=ψW·W+ψE·qE=1.0×1.4+0.5×0.884=1.842KN/m2第69頁/共132頁第69頁/共133頁板塊計(jì)算（1）、立面石材采用：30mm厚花崗石，板塊1490X740mm。板塊計(jì)算模型詳見下圖：（2）、計(jì)算結(jié)果與校核，本計(jì)算采用Ansys板單元shell63。計(jì)算結(jié)果詳見下列圖表。第70頁/共132頁第70頁/共133頁經(jīng)計(jì)算，在水平荷載作用下，石材板塊內(nèi)力與撓度如下：

最大撓度：fmax=0.3mm；最大拉應(yīng)力：σmax=2.3N/mm2<[σ]=8.0N/mm2/2.15=3.72N/mm2,通過。金屬與石材幕墻工程技術(shù)規(guī)范JGJ133第71頁/共132頁第71頁/共133頁金屬與石材幕墻工程技術(shù)規(guī)范JGJ133第72頁/共132頁第72頁/共133頁第73頁/共132頁第73頁/共133頁第四章埋件計(jì)算1、預(yù)埋件-平板埋件第74頁/共132頁第74頁/共133頁第75頁/共132頁第75頁/共133頁第76頁/共132頁第76頁/共133頁第77頁/共132頁第77頁/共133頁第78頁/共132頁第78頁/共133頁第79頁/共132頁第79頁/共133頁1）荷載（拉壓力、剪力、彎矩）2）埋件構(gòu)造（鋼筋、鋼板、錨板）3）主體混凝土性能參數(shù)4）計(jì)算結(jié)果承載力極值第80頁/共132頁第80頁/共133頁法向拉力設(shè)計(jì)值N＝4.3kN彎矩設(shè)計(jì)值M＝1.329kN·m剪力設(shè)計(jì)值V＝63.9kN受力直錨筋的層數(shù)n＝2層每層直錨筋的根數(shù)、直徑為：2Φ12直錨筋的間距b1＝100mm沿剪力方向最外層錨筋中心線之間的距離z＝100mm常用埋件計(jì)算例題：第81頁/共132頁第81頁/共133頁錨板厚度t＝10mm錨板寬度B＝300mm錨板高度H＝180mm錨板的彎曲變形折減系數(shù)αb混凝土強(qiáng)度等級：C30fc＝14.3N/mm筋的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fy＝300N/mm錨筋的總截面面積As驗(yàn)算當(dāng)有剪力、法向拉力和彎矩共同作用時，應(yīng)按混凝土規(guī)范式10.9.1－2及式10.9.1－2兩個公式計(jì)算，并取其中的較大值：As≥V/αr/αv/fy+N/0.8/αb/fy+M/1.3/αr/αb/fy/z

As≥N/0.8/αb/fy+M/0.4/αr/αb/fy/z

第82頁/共132頁第82頁/共133頁錨筋的受剪承載力系數(shù)αv按混凝土規(guī)范式10.9.1－5計(jì)算：αv＝(4.0-0.08*d)*(fc/fy)^0.5＝(4.0-0.08*12)*(14.3/300)^0.5＝0.66錨板的彎曲變形折減系數(shù)αb按混凝土規(guī)范式10.9.1－6計(jì)算：αb＝0.6+0.25*t/d＝0.6+0.25*10/12＝0.81當(dāng)錨筋層數(shù)n＝2時，錨筋層數(shù)影響系數(shù)αr＝1.00錨筋的總截面面積As＝2*2*π*(12/2)^2＝452mmAs1＝V/αr/αv/fy+N/0.8/αb/fy+M/1.3/αr/αb/fy/z

As1＝63944/1.00/0.66/300+4274/0.8/0.81/300+1329292/1.3/1.00/0.81/300/100

＝321+22+42＝385mm≤As＝452mmAs2＝N/0.8/αb/fy+M/0.4/αr/αb/fy/z

As2＝4274/0.8/0.81/300+1329292/0.4/1.00/0.81/300/100

＝22+137＝159mm≤As＝452mm第83頁/共132頁第83頁/共133頁錨筋間距和錨筋至構(gòu)件邊緣的距離按混凝土規(guī)范第10.9.6條，對受剪預(yù)埋件，其錨筋的間距b、b1不應(yīng)大于300mm，且b1不應(yīng)小于6d和70mm；錨筋至構(gòu)件邊緣的距離c1，不應(yīng)小于6d和70mm，b、c不應(yīng)小于3d和45mm。即：b、b1≤300mm，b、c≥45mm，b1、c1≥72mm

錨板的構(gòu)造要求錨板的厚度宜大于錨筋直徑的0.6倍。受拉和受彎預(yù)埋件的錨板厚度尚宜大于b/8。錨板的厚度t＝10mm＞Max{0.6d,b/8}＝Max{7.2,6.3}＝7.2mm錨筋中心至錨板邊緣的距離t1＞Max{2d,20}＝24mm錨板最小寬度Bmin＝1*50+2*24mm＝98mm≤B＝300mm，滿足要求。錨板最小高度Hmin＝1*100+2*24mm＝148mm≤H＝180mm，滿足要求。當(dāng)錨筋直徑不大于20mm時，宜采用壓力埋弧焊。HRB335級、HRB440級鋼筋采用手工焊時，焊縫高度不宜小于0.6d＝7mm。第84頁/共132頁第84頁/共133頁鋼結(jié)構(gòu)埋件計(jì)算舉例：第85頁/共132頁第85頁/共133頁鋼結(jié)構(gòu)天幕采光頂埋件計(jì)算預(yù)埋件EM01計(jì)算

受力節(jié)點(diǎn)見下圖，在樓板處為鉸接支座。第86頁/共132頁第86頁/共133頁第87頁/共132頁第87頁/共133頁第88頁/共132頁第88頁/共133頁第89頁/共132頁第89頁/共133頁-槽式埋件第90頁/共132頁第90頁/共133頁1）荷載（拉壓力、剪力、彎矩）2）埋件構(gòu)造、分類（鋼板槽、錨筋）3）主體混凝土性能參數(shù)4）計(jì)算結(jié)果承載力極值第91頁/共132頁第91頁/共133頁P(yáng)articularqualityfeaturesassociatedwithHALFENcast-inchannelsare:highbearingloadsupto32kNor108kN/msmalledgedistancesofminimum5cmeasytoadjustassemblywithoutnoiseanddirtofficiallyapprovedforstaticanddynamicloadsahighdegreeofcorrosionprotectionavailablebothinstainlesssteelandhot-dipgalvanized

第92頁/共132頁第92頁/共133頁2、后置埋件-平板埋件第93頁/共132頁第93頁/共133頁1）荷載（拉壓力、剪力、彎矩）2）埋件構(gòu)造（錨栓、鋼板）化學(xué)錨固機(jī)械錨固3）主體混凝土性能參數(shù)4）計(jì)算結(jié)果承載力極值第94頁/共132頁第94頁/共133頁化學(xué)錨栓選型：第95頁/共132頁第95頁/共133頁慧魚化學(xué)錨栓設(shè)計(jì)參數(shù)第96頁/共132頁第96頁/共133頁第97頁/共132頁第97頁/共133頁第98頁/共132頁第98頁/共133頁第99頁/共132頁第99頁/共133頁第100頁/共132頁第100頁/共133頁第101頁/共132頁第101頁/共133頁膨脹螺栓螺栓材料常用材料：Q215、Q235、25和45號鋼，對于重要的或特殊用途的螺紋聯(lián)接件，可選用15Cr，20Cr，40Cr，15MnVB，30CrMrSi等機(jī)械性能較高的合金鋼。第102頁/共132頁第102頁/共133頁-復(fù)雜后置埋件通過鋼板焊接組合形成。焊縫計(jì)算：第103頁/共132頁第103頁/共133頁第104頁/共132頁第104頁/共133頁第105頁/共132頁第105頁/共133頁焊縫驗(yàn)算（1）計(jì)算說明由于角鋼的翼緣的側(cè)向剛度較低，一般不考慮其承受剪力，故全部剪力由腹板上的一條長110mm的焊縫承擔(dān)，彎矩和拉力則由全部焊縫來承擔(dān)。（2）焊縫有效截面的幾何參數(shù)hf：焊縫高度，取hf=8mmtmin：被焊接的兩塊鋼板中，厚度最小的鋼板厚度，取tmin=8mmhfmax：允許焊縫最大高度hfmax=1.2tmin=1.2×8=9.6mmtmax：被焊接的兩塊鋼板中，厚度最大的鋼板厚度，取tmax=8mmhfmin：允許焊縫最小高度hfmin=1.5tmax^0.5=1.5×8^0.5=4.2mmhfmin=4.2mm＜hf=8mm＜hfmax=9.6mmL1：豎向焊縫有效長度L1=110-10=100mmA1：豎向焊縫計(jì)算截面面積A1=0.7hf·L1=0.7×8×100=560mm2整個焊縫的總截面特性面積A=1680mm慣性矩I=2268800mm4抵抗矩W=32448mm3（3）焊縫強(qiáng)度驗(yàn)算σ：由彎矩和拉力產(chǎn)生的垂直于焊縫長度方向的應(yīng)力=18.9N/mm2＜ffw=160N/mm2σ1：由彎矩和拉力產(chǎn)生的垂直于焊縫長度方向的豎向焊縫應(yīng)力σ1=σ=18.9N/mm2τ1：由剪力產(chǎn)生的豎向焊縫剪應(yīng)力τ1=V3/2A1=4.627×103/2/560=4.13N/mm2β：正面角焊縫的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值提高系數(shù)，取β=1.22=16N/mm2＜ffw=160N/mm2焊縫滿足設(shè)計(jì)要求。第106頁/共132頁第106頁/共133頁第五章連接件計(jì)算1、上墻件-框架式幕墻上墻件材料：鋼板螺栓調(diào)節(jié)件連接壁厚第107頁/共132頁第107頁/共133頁荷載計(jì)算（1）M12螺栓承受的剪力V1：M12螺栓承受的豎直方向剪力V1=N=4.627KN（見第四章第二節(jié)）V2：M12螺栓承受的水平方向剪力V2=2V=2×6.751=13.5KN（見第四章第二節(jié)）V：M12螺栓承受的剪力V==14.271KN（2）焊縫承受的荷載V3：焊縫承受的豎直方向剪力V3=V1=4.627KNM：焊縫受到的彎矩作用M=V3·d1=4.627×0.08=0.37KN·mN：焊縫承受的拉力N=V2=13.5KN第108頁/共132頁第108頁/共133頁3、M12螺栓驗(yàn)算n：螺栓個數(shù)，n=2nV：每個螺栓剪切面數(shù)A0：M12螺栓有效面積,取A0=84.3mm2NVb：M12螺栓的抗剪能力NVb=n·nV·A0·fV=2×2×84.3×245=82614N＞V=14271NM12不銹鋼螺栓滿足設(shè)計(jì)要求。立柱局部抗壓承載力d：M12螺栓孔徑，取d=12mm∑t：穿過立柱的總壁厚∑t=2t=2×2.5=5mmn：螺栓個數(shù)，n=2NCb：立柱局部承壓能力NCb=n·d·∑t·fab=2×12×5×120.0=14400N＞V=14271N立柱局部承壓能力滿足設(shè)計(jì)要求。第109頁/共132頁第109頁/共133頁-單元板上墻件材料：鋼板、鋁板螺栓調(diào)整螺栓連接壁厚第110頁/共132頁第110頁/共133頁N1:連接處水平總力(N):Nl=q1×Hsjcg=5.536×3900=21590.400kN/mN2:連接處自重總值設(shè)計(jì)值(N):N2=3089.0NN:連接處總合力(N):N=(N12+N22)0.5=(21590.4002+3089.0002)0.5=22810.257ND2:連接不銹鋼螺栓（A2-70）直徑:12.000mmD0:連接螺栓有效直徑:10.360mmNvb:不銹鋼螺栓的承載能力:Nv:連接處剪切面數(shù):1Nvb=Nv×3.14×D02×fv/4=1×3.14×10.3602×245/4=20642.000NNum1:立梃與建筑物主結(jié)構(gòu)連接的螺栓個數(shù):Num1=N/Nvb=22810.257/20642.000=1.105個

設(shè)計(jì)有4個（公、母料上各有2個獨(dú)立受力的螺栓），受力可以滿足要求。不銹鋼螺栓驗(yàn)算第111頁/共132頁第111頁/共133頁Ncbl:立梃型材（6063-T5）壁抗承壓能力(N):D2:連接螺栓直徑:12.000mmNv:連接處剪切面數(shù):4t:立梃局部壁厚:5.000mm(螺栓處局部加厚)+6.0mm(鋁合金卡塊)=11.0mm(如圖中標(biāo)注)Ncbl=D2×fce×t×Num1

=12.000×120×11.000×4.000=63360.0N63360.000N≥22810.257N

鋁立柱局部承壓強(qiáng)度可以滿足。Ncbg:鋁合金掛碼型材(Q235)壁抗承壓能力(N):Lct2:連接處鋁合金掛碼壁厚:12.000mmNcbg=D2×fce×Lct2×Num1=12.000×120×12.000×4.000=69120.000N69120.000N≥22810.257N

鋁合金掛碼局部承壓強(qiáng)度可以滿足。鋁合金連接件驗(yàn)算第112頁/共132頁第112頁/共133頁2、耳板1）荷載2）截面尺寸3）銷軸形式4）焊縫尺寸5）計(jì)算結(jié)果第113頁/共132頁第113頁/共133頁3、五金件1）荷載2）截面尺寸3）銷軸形式4）焊縫尺寸5）計(jì)算結(jié)果-門、窗五金鎖點(diǎn)計(jì)算傳動計(jì)算第114頁/共132頁第114頁/共133頁1、幕墻承受荷載計(jì)算風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值的計(jì)算方法

參考天津國際貿(mào)易中心項(xiàng)目風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)報告，按最大風(fēng)壓值：wk=4.1KPa=4100Pa，校核鎖點(diǎn)時的玻璃面密度取G=0.014X25.6=0.358kPa；開啟窗鎖點(diǎn)計(jì)算基本參數(shù)：1：分格尺寸：1500mm×700mm(1)風(fēng)荷載作用：qwk：風(fēng)荷載線分布最大荷載標(biāo)準(zhǔn)值(N/mm2)；wk：風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值(MPa)；qwk=wk=0.004100N/mm2(2)水平地震作用：qEAk：垂直于幕墻平面的分布水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值(MPa)；

βE：動力放大系數(shù)，取5.0；

αmax：水平地震影響系數(shù)最大值，取0.12；Gk：幕墻構(gòu)件的重力荷載標(biāo)準(zhǔn)值(N)，(含面板和框架)；A：幕墻平面面積(mm2)；qEAk=βEαmaxGk/A……5.3.4[JGJ102-2003]=5×0.12×0.000358=0.00021MPaqEk：水平地震作用線荷載集度標(biāo)準(zhǔn)值(N/mm)；B：開啟扇分格寬度(mm)；qE：水平地震作用線荷載集度設(shè)計(jì)值(N/mm)；qE=1.3qEk=1.3×0.00021=0.00028N/mm2(3)幕墻受荷載集度組合：用于強(qiáng)度計(jì)算時，采用Sw+0.5SE設(shè)計(jì)值組合：

……5.4.1[JGJ102-2003]q=1.4qkw+0.5qE=1.4×0.0041+0.5×0.00028

=5.88kN/m2N=5.88×0.7×1.5=6.17kN第115頁/共132頁第115頁/共133頁2、窗扇受力計(jì)算作用鎖點(diǎn)剪力許用值為[V]=1200N.窗扇為上懸開啟，六點(diǎn)鎖設(shè)計(jì)，在閉合狀態(tài)時，鎖點(diǎn)受力如下：

其中：計(jì)算荷載方程：QX1=(1/2X0.5+4/5X1.2+1.5)V3V3=6170/(1/2X0.5+4/5X1.2+1.5)=2276N

所以單點(diǎn)剪力V=V3