幕墻工程玻璃幕墻設(shè)計計算書

幕墻工程玻璃幕墻設(shè)計計算書幕墻承受荷載計算風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值的計算方法幕墻屬于外圍護構(gòu)件，按建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范(GB50009-20012006年版)計算：wk=βgzμzμs1w0……7.1.1-2[GB50009-20012006年版]上式中：wk：作用在幕墻上的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值(MPa)；Z：計算點標(biāo)高：22m；βgz：瞬時風(fēng)壓的陣風(fēng)系數(shù)；根據(jù)不同場地類型,按以下公式計算(高度不足5m按5m計算)：βgz=K(1+2μf)其中K為地面粗糙度調(diào)整系數(shù)，μf為脈動系數(shù)A類場地：βgz=0.92×(1+2μf)其中：μf=0.387×(Z/10)-0.12B類場地：βgz=0.89×(1+2μf)其中：μf=0.5(Z/10)-0.16C類場地：βgz=0.85×(1+2μf)其中：μf=0.734(Z/10)-0.22D類場地：βgz=0.80×(1+2μf)其中：μf=1.2248(Z/10)-0.3對于B類地形，22m高度處瞬時風(fēng)壓的陣風(fēng)系數(shù)：βgz=0.89×(1+2×(0.5(Z/10)-0.16))=1.6745μz：風(fēng)壓高度變化系數(shù)；根據(jù)不同場地類型,按以下公式計算：A類場地：μz=1.379×(Z/10)0.24當(dāng)Z>300m時，取Z=300m，當(dāng)Z<5m時，取Z=5m；B類場地：μz=(Z/10)0.32當(dāng)Z>350m時，取Z=350m，當(dāng)Z<10m時，取Z=10m；C類場地：μz=0.616×(Z/10)0.44當(dāng)Z>400m時，取Z=400m，當(dāng)Z<15m時，取Z=15m；D類場地：μz=0.318×(Z/10)0.60當(dāng)Z>450m時，取Z=450m，當(dāng)Z<30m時，取Z=30m；對于B類地形，22m高度處風(fēng)壓高度變化系數(shù)：μz=1.000×(Z/10)0.32=1.287μs1：局部風(fēng)壓體型系數(shù)；按《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009-2001(2006年版)第7.3.3條：驗算圍護構(gòu)件及其連接的強度時，可按下列規(guī)定采用局部風(fēng)壓體型系數(shù)μs1：一、外表面1.正壓區(qū)按表7.3.1采用；2.負(fù)壓區(qū)-對墻面，取-1.0-對墻角邊，取-1.8二、內(nèi)表面對封閉式建筑物，按表面風(fēng)壓的正負(fù)情況取-0.2或0.2。本計算點為大面位置。按JGJ102-2003第5.3.2條文說明：風(fēng)荷載在建筑物表面分布是不均勻的，在檐口附近、邊角部位較大。根據(jù)風(fēng)洞試驗結(jié)果和國外的有關(guān)資料，在上述區(qū)域風(fēng)吸力系數(shù)可取-1.8，其余墻面可考慮-1.0，由于維護結(jié)構(gòu)有開啟的可能，所以還應(yīng)考慮室內(nèi)壓-0.2。對無開啟的結(jié)構(gòu)，《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》條文說明第7.3.3條指出“對封閉建筑物，考慮到建筑物內(nèi)實際存在的個別洞口和縫隙，以及機械通風(fēng)等因素，室內(nèi)可能存在正負(fù)不同的氣壓，參照國外規(guī)范，大多取±(0.2-0.25)的壓力系數(shù)，現(xiàn)取±0.2”。即不論有無開啟扇，均要考慮內(nèi)表面的局部體型系數(shù)。另注：上述的局部體型系數(shù)μs1(1)是適用于圍護構(gòu)件的從屬面積A小于或等于1m2的情況，當(dāng)圍護構(gòu)件的從屬面積A大于或等于10m2時，局部風(fēng)壓體型系數(shù)μs1(10)可乘以折減系數(shù)0.8，當(dāng)構(gòu)件的從屬面積小于10m2而大于1m2時，局部風(fēng)壓體型系數(shù)μs1(A)可按面積的對數(shù)線性插值，即：μs1(A)=μs1(1)+[μs1(10)-μs1(1)]logA在上式中：當(dāng)A≥10m2時，取A=10m2；當(dāng)A≤1m2時，取A=1m2；μs1(10)=0.8μs1(1)w0：基本風(fēng)壓值(MPa)，根據(jù)現(xiàn)行<<建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范>>GB50009-2001附表D.4(全國基本風(fēng)壓分布圖)中數(shù)值采用，但不小于0.3KN/m2，按重現(xiàn)期50年，上海地區(qū)取0.00055MPa；計算支撐結(jié)構(gòu)時的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值計算支撐結(jié)構(gòu)時的構(gòu)件從屬面積：A=1.15×5.85=6.7275m2LogA=0.828μs1(A)=μs1(1)+[μs1(10)-μs1(1)]logA=0.834μs1=0.834+0.2=1.034wk=βgzμzμs1w0=1.6745×1.287×1.034×0.00055=0.001226MPa計算面板材料時的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值計算面板材料時的構(gòu)件從屬面積：A=1.15×3=3.45m2LogA=0.538μs1(A)=μs1(1)+[μs1(10)-μs1(1)]logA=0.892μs1=0.892+0.2=1.092wk=βgzμzμs1w0=1.6745×1.287×1.092×0.00055=0.001294MPa垂直于幕墻平面的分布水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值qEAk=βEαmaxGk/A……5.3.4[JGJ102-2003]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0.08；Gk：幕墻構(gòu)件的重力荷載標(biāo)準(zhǔn)值(N)；A：幕墻構(gòu)件的面積(mm2)；作用效應(yīng)組合荷載和作用效應(yīng)按下式進行組合：S=γGSGk+ψwγwSwk+ψEγESEk……5.4.1[JGJ102-2003]上式中：S：作用效應(yīng)組合的設(shè)計值；SGk：重力荷載作為永久荷載產(chǎn)生的效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值；Swk、SEk：分別為風(fēng)荷載，地震作用作為可變荷載產(chǎn)生的效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值；γG、γw、γE：各效應(yīng)的分項系數(shù)；ψw、ψE：分別為風(fēng)荷載，地震作用效應(yīng)的組合系數(shù)。上面的γG、γw、γE為分項系數(shù)，按5.4.2、5.4.3、5.4.4[JGJ102-2003]規(guī)定如下：進行幕墻構(gòu)件強度、連接件和預(yù)埋件承載力計算時：重力荷載：γG：1.2；風(fēng)荷載：γw：1.4；地震作用：γE：1.3；進行撓度計算時；重力荷載：γG：1.0；風(fēng)荷載：γw：1.0；地震作用：可不做組合考慮；上式中，風(fēng)荷載的組合系數(shù)ψw為1.0；地震作用的組合系數(shù)ψE為0.5；幕墻立柱計算基本參數(shù)：1：計算點標(biāo)高：22m；2：力學(xué)模型：雙跨梁；3：立柱跨度：L=5850mm，短跨長L1=1450mm，長跨長L2=4400mm；4：立柱左分格寬：1150mm；立柱右分格寬：1150mm；5：立柱計算間距：B=1150mm；6：板塊配置：中空玻璃6+6mm；7：立柱材質(zhì)：6063-T6；8：安裝方式：偏心受拉；本處幕墻立柱按雙跨梁力學(xué)模型進行設(shè)計計算，受力模型如下：立柱型材選材計算(1)風(fēng)荷載作用的線荷載集度(按矩形分布)：qwk：風(fēng)荷載線分布最大荷載集度標(biāo)準(zhǔn)值(N/mm)；wk：風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值(MPa)；B：幕墻立柱計算間距(mm)；qwk=wkB=0.001226×1150=1.41N/mmqw：風(fēng)荷載線分布最大荷載集度設(shè)計值(N/mm)；qw=1.4qwk=1.4×1.41=1.974N/mm(2)水平地震作用線荷載集度(按矩形分布)：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0.08；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=βEαmaxG/A……5.3.4[JGJ102-2003]=5×0.08×0.0005=0.0002MPaqEk：水平地震作用線荷載集度標(biāo)準(zhǔn)值(N/mm)；B：幕墻立柱計算間距(mm)；qEk=qEAkB=0.0002×1150=0.23N/mmqE：水平地震作用線荷載集度設(shè)計值(N/mm)；qE=1.3qEk=1.3×0.23=0.299N/mm(3)幕墻受荷載集度組合：用于強度計算時，采用Sw+0.5SE設(shè)計值組合：……5.4.1[JGJ102-2003]q=qw+0.5qE=1.974+0.5×0.299=2.124N/mm用于撓度計算時，采用Sw標(biāo)準(zhǔn)值：……5.4.1[JGJ102-2003]qk=qwk=1.41N/mm(4)求支座反力R1及最大彎矩：由雙跨梁彎矩圖可知，兩支點0，2處彎矩為零，中支點彎矩最大為M1，而在均布荷載作用下，最大撓度在長跨內(nèi)出現(xiàn)。M1：中支座彎矩(N·mm)；R1：中支座反力(N)；M1=-q(L13+L23)/8L=-2.124×(14503+44003)/8/5850=-4004403.75N·mmR1=qL1/2-M1/L1+qL2/2-M1/L2=2.124×1450/2-(-4004403.75/1450)+2.124×4400/2-(-4004403.75/4400)=9884.45N確定材料的截面參數(shù)(1)截面的型材慣性矩要求：k2=0k1=4M1/(qL22)=4×4004403.75/(2.124×44002)=0.39查《建筑結(jié)構(gòu)靜力計算手冊》第二版表3-9附注說明：x0=A/4+2R1/3cos(θ+240)其中：A=2+k1-k2=2.39R=((A/4)2-k1/2)3/2=0.065θ=1/3arccos((A3-12k1A-8(1-2k1-k2))/64R)=26.751x0=A/4+2R1/3cos(θ+240)=2.39/4+2×0.0651/3cos(26.751+240)=0.552λ=x0(1-2k1+3k1x0-2x02-k1x02+x03)=0.1688代入df,lim=λqkL24/24EIxmin上式中：df,lim：按規(guī)范要求，立柱的撓度限值(mm)；qk：風(fēng)荷載線荷載集度標(biāo)準(zhǔn)值(N/mm)；L2：長跨長度(mm)；E：型材的彈性模量(MPa)，對6063-T6取70000MPa；Ixmin：材料需滿足的繞X軸最小慣性矩(mm4)；L2/180=4400/180=24.444按[5.1.1.2]《建筑幕墻》GB/T21086-2007的規(guī)定，對于構(gòu)件式玻璃幕墻或單元幕墻（其它形式幕墻或外維護結(jié)構(gòu)無絕對撓度限制）：當(dāng)跨距≤4500mm時，絕對撓度不應(yīng)該大于20mm；當(dāng)跨距＞4500mm時，絕對撓度不應(yīng)該大于30mm；對本例取：df,lim=20mm代入上式：Ixmin=λqkL24/24Edf,lim=0.1688×1.41×44004/24/70000/20=2654990.574mm4(2)截面的型材抵抗矩要求：Wnx：立柱凈截面抵抗矩預(yù)選值(mm3)；Mx：彎矩組合設(shè)計值即M1(N·mm)；γ：塑性發(fā)展系數(shù)：對于冷彎薄壁型鋼龍骨，按《冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》GB50018-2002，取1.00；對于熱軋型鋼龍骨，按JGJ133或JGJ102規(guī)范,取1.05；對于鋁合金龍骨，按最新《鋁合金結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》GB50429-2007，取1.00； fa：型材抗彎強度設(shè)計值(MPa)，對6063-T6取150；Wnx=Mx/γfa=4004403.75/1.00/150=26696.025mm3選用立柱型材的截面特性按上一項計算結(jié)果選用型材號：120×65鋁材型材的抗彎強度設(shè)計值：150MPa型材的抗剪強度設(shè)計值：τa=85MPa型材彈性模量：E=70000MPa繞X軸慣性矩：Ix=2675840mm4繞Y軸慣性矩：Iy=689240mm4繞X軸凈截面抵抗矩：Wnx1=36201mm3繞X軸凈截面抵抗矩：Wnx2=35638mm3型材凈截面面積：An=1120.8mm2型材線密度：γg=0.030262N/mm型材截面垂直于X軸腹板的截面總寬度：t=5mm型材受力面對中性軸的面積矩：Sx=24559mm3塑性發(fā)展系數(shù)：γ=1.00立柱的抗彎強度計算(1)立柱軸向拉力設(shè)計值：Nk：立柱軸向拉力標(biāo)準(zhǔn)值(N)；qGAk：幕墻單位面積的自重標(biāo)準(zhǔn)值(MPa)；A：立柱單元的面積(mm2)；B：幕墻立柱計算間距(mm)；L：立柱跨度(mm)；Nk=qGAkA=qGAkBL=0.0005×1150×5850=3363.75NN：立柱軸向拉力設(shè)計值(N)；N=1.2Nk=1.2×3363.75=4036.5N(2)抗彎強度校核：按雙跨梁(受拉)立柱強度公式，應(yīng)滿足：N/An+Mx/γWnx≤fa……6.3.7[JGJ102-2003]上式中：N：立柱軸力設(shè)計值(N)；Mx：立柱彎矩設(shè)計值(N·mm)；An：立柱凈截面面積(mm2)；Wnx：在彎矩作用方向的凈截面抵抗矩(mm3)；γ：塑性發(fā)展系數(shù)：對于冷彎薄壁型鋼龍骨，按《冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》GB50018-2002，取1.00；對于熱軋型鋼龍骨，按JGJ133或JGJ102規(guī)范,取1.05；對于鋁合金龍骨，按最新《鋁合金結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》GB50429-2007，取1.00；fa：型材的抗彎強度設(shè)計值，取150MPa；則：N/An+Mx/γWnx=4036.5/1120.8+4004403.75/1.00/35638=115.965MPa≤150MPa立柱抗彎強度滿足要求。立柱的撓度計算因為慣性矩預(yù)選是根據(jù)撓度限值計算的，所以只要選擇的立柱慣性矩大于預(yù)選值，撓度就滿足要求：實際選用的型材慣性矩為：Ix=2675840mm4預(yù)選值為：Ixmin=2654990.574mm4實際撓度計算值為：df=λqkL24/24EIx=0.1688×1.41×44004/24/70000/2675840=19.844mm而df,lim=20mm所以，立柱撓度滿足規(guī)范要求。立柱的抗剪計算校核依據(jù)：τmax≤τa=85MPa(立柱的抗剪強度設(shè)計值)(1)求中支座剪力設(shè)計值：采用Vw+0.5VE組合Vw1左=-(qL1/2-M1/L1)=-(2.124×1450/2-(-4004403.75/1450))=-4301.558NVw1右=qL2/2-M1/L2=2.124×4400/2-(-4004403.75/4400)=5582.892N取V=5582.892N(2)立柱剪應(yīng)力：τmax：立柱最大剪應(yīng)力(MPa)；V：立柱所受剪力(N)；Sx：立柱型材受力面對中性軸的面積矩(mm3)；Ix：立柱型材截面慣性矩(mm4)；t：型材截面垂直于X軸腹板的截面總寬度(mm)；τmax=VSx/Ixt=5582.892×24559/2675840/5=10.248MPa10.248MPa≤85MPa立柱抗剪強度滿足要求!幕墻橫梁計算基本參數(shù)：1：計算點標(biāo)高：22m；2：橫梁跨度：B=1150mm；3：橫梁上分格高：3000mm；橫梁下分格高：750mm；4：橫梁計算間距：H=1875mm；5：力學(xué)模型：三角荷載簡支梁；6：板塊配置：中空玻璃6+6mm；7：橫梁材質(zhì)：6063-T5；因為B≤H，所以本處幕墻橫梁按三角形荷載簡支梁力學(xué)模型進行設(shè)計計算，受力模型如下：橫梁型材選材計算(1)橫梁在風(fēng)荷載作用下的線荷載集度(按三角形分布)：qwk：風(fēng)荷載線分布最大荷載集度標(biāo)準(zhǔn)值(N/mm)；wk：風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值(MPa)；B：橫梁跨度(mm)；qwk=wkB=0.001226×1150=1.41N/mmqw：風(fēng)荷載線分布最大荷載集度設(shè)計值(N/mm)；qw=1.4qwk=1.4×1.41=1.974N/mm(2)垂直于幕墻平面的分布水平地震作用的線荷載集度(按三角形分布)：qEAk：垂直于幕墻平面的分布水平地震作用(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0.08；Gk：幕墻構(gòu)件的重力荷載標(biāo)準(zhǔn)值(N)，(主要指面板組件)；A：幕墻平面面積(mm2)；qEAk=βEαmaxGk/A……5.3.4[JGJ102-2003]=5.0×0.08×0.0004=0.00016MPaqEk：橫梁受水平地震作用線荷載集度標(biāo)準(zhǔn)值(N/mm)；B：橫梁跨度(mm)；qEk=qEAkB=0.00016×1150=0.184N/mmqE：橫梁受水平地震作用線荷載集度設(shè)計值(N/mm)；qE=1.3qEk=1.3×0.184=0.239N/mm(3)幕墻橫梁受荷載集度組合：用于強度計算時，采用Sw+0.5SE設(shè)計值組合：……5.4.1[JGJ102-2003]q=qw+0.5qE=1.974+0.5×0.239=2.094N/mm用于撓度計算時，采用Sw標(biāo)準(zhǔn)值：……5.4.1[JGJ102-2003]qk=qwk=1.41N/mm(4)橫梁在風(fēng)荷載及地震組合作用下的彎矩值(按三角形分布)：My：橫梁受風(fēng)荷載及地震作用彎矩組合設(shè)計值(N·mm)；Mw：風(fēng)荷載作用下橫梁產(chǎn)生的彎矩(N·mm)；ME：地震作用下橫梁產(chǎn)生的彎矩(N·mm)；B：橫梁跨度(mm)；Mw=qwB2/12ME=qEB2/12采用Sw+0.5SE組合：My=Mw+0.5ME=qB2/12=2.094×11502/12=230776.25N·mm(5)橫梁在自重荷載作用下的彎矩值(按矩形分布)：Gk：橫梁自重線荷載標(biāo)準(zhǔn)值(N/mm)；H1：橫梁自重荷載作用高度(mm)，對掛式結(jié)構(gòu)取橫梁下分格高，對非掛式結(jié)構(gòu)取橫梁上分格高；Gk=0.0004×H1=0.0004×3000=1.2N/mmG：橫梁自重線荷載設(shè)計值(N/mm)；G=1.2Gk=1.2×1.2=1.44N/mmMx：橫梁在自重荷載作用下的彎矩設(shè)計值(N·mm)；B：橫梁跨度(mm)；Mx=GB2/8=1.44×11502/8=238050N·mm確定材料的截面參數(shù)(1)橫梁抵抗矩預(yù)選：Wnx：繞X軸橫梁凈截面抵抗矩預(yù)選值(mm3)；Wny：繞Y軸橫梁凈截面抵抗矩預(yù)選值(mm3)；Mx：橫梁在自重荷載作用下的彎矩設(shè)計值(N·mm)；My：風(fēng)荷載及地震作用彎矩組合設(shè)計值(N·mm)；γx，γy：塑性發(fā)展系數(shù)：對于冷彎薄壁型鋼龍骨，按《冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》GB50018-2002，取1.00；對于熱軋型鋼龍骨，按JGJ133或JGJ102規(guī)范,取1.05；對于鋁合金龍骨，按最新《鋁合金結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》GB50429-2007，均取1.00； fa：型材抗彎強度設(shè)計值(MPa)，對6063-T5取90；按下面公式計算：Wnx=Mx/γxfa=238050/1.00/90=2645mm3Wny=My/γyfa=230776.25/1.00/90=2564.181mm3(2)橫梁慣性矩預(yù)選：df1,lim：按規(guī)范要求，橫梁在水平力標(biāo)準(zhǔn)值作用下的撓度限值(mm)；df2,lim：按規(guī)范要求，橫梁在自重力標(biāo)準(zhǔn)值作用下的撓度限值(mm)；B：橫梁跨度(mm)；按相關(guān)規(guī)范，鋼材橫梁的相對撓度不應(yīng)大于L/250，鋁材橫梁的相對撓度不應(yīng)大于L/180；《建筑幕墻》GB/T21086-2007還有如下規(guī)定：按[5.1.1.2]，對于構(gòu)件式玻璃幕墻或單元幕墻（其它形式幕墻或外維護結(jié)構(gòu)無絕對撓度限制）：當(dāng)跨距≤4500mm時，絕對撓度不應(yīng)該大于20mm；當(dāng)跨距＞4500mm時，絕對撓度不應(yīng)該大于30mm；按[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/180=1150/180=6.389mmB/500=1150/500=2.3mm對本例取：df1,lim=6.389mmdf2,lim=2.3mmqk：風(fēng)荷載作用線荷載集度標(biāo)準(zhǔn)值(N/mm)；E：型材的彈性模量(MPa)，對6063-T5取70000MPa；Iymin：繞Y軸最小慣性矩(mm4)；B：橫梁跨度(mm)；df1,lim=qkB4/120EIymin……(受風(fēng)荷載與地震作用的撓度計算)Iymin=qkB4/120Edf1,lim=1.41×11504/120/70000/6.389=45951.353mm4Ixmin：繞X軸最小慣性矩(mm4)；Gk：橫梁自重線荷載標(biāo)準(zhǔn)值(N/mm)；df2,lim=5GkB4/384EIxmin……(自重作用下產(chǎn)生的撓度計算)Ixmin=5GkB4/384Edf2,lim=5×1.2×11504/384/70000/2.3=169740.513mm4選用橫梁型材的截面特性按照上面的預(yù)選結(jié)果選取型材：選用型材號：65型材型材抗彎強度設(shè)計值：90MPa型材抗剪強度設(shè)計值：55MPa型材彈性模量：E=70000MPa繞X軸慣性矩：Ix=260560mm4繞Y軸慣性矩：Iy=686240mm4繞X軸凈截面抵抗矩：Wnx1=9466mm3繞X軸凈截面抵抗矩：Wnx2=7156mm3繞Y軸凈截面抵抗矩：：Wny1=16548mm3繞Y軸凈截面抵抗矩：：Wny2=13695mm3型材凈截面面積：An=828.2mm2型材線密度：γg=0.022361N/mm橫梁與立柱連接時角片與橫梁連接處橫梁壁厚：t=3mm橫梁截面垂直于X軸腹板的截面總寬度：tx=5mm橫梁截面垂直于Y軸腹板的截面總寬度：ty=4.5mm型材受力面對中性軸的面積矩(繞X軸)：Sx=6002mm3型材受力面對中性軸的面積矩(繞Y軸)：Sy=10608mm3塑性發(fā)展系數(shù)：γx=γy=1.00幕墻橫梁的抗彎強度計算按橫梁抗彎強度計算公式，應(yīng)滿足：Mx/γxWnx+My/γyWny≤fa……6.2.4[JGJ102-2003]上式中：Mx：橫梁繞X軸方向(幕墻平面內(nèi)方向)的彎矩設(shè)計值(N·mm)；My：橫梁繞Y軸方向(垂直于幕墻平面方向)的彎矩設(shè)計值(N·mm)；Wnx：橫梁繞X軸方向(幕墻平面內(nèi)方向)的凈截面抵抗矩(mm3)；Wny：橫梁繞Y軸方向(垂直于幕墻平面方向)的凈截面抵抗矩(mm3)；γx，γy：塑性發(fā)展系數(shù)：對于冷彎薄壁型鋼龍骨，按《冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》GB50018-2002，取1.00；對于熱軋型鋼龍骨，按JGJ133或JGJ102規(guī)范,取1.05；對于鋁合金龍骨，按最新《鋁合金結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》GB50429-2007，取1.00；fa：型材的抗彎強度設(shè)計值，取90MPa。采用SG+Sw+0.5SE組合，則：Mx/γxWnx+My/γyWny=238050/1.00/7156+230776.25/1.00/13695=50.117MPa≤90MPa橫梁抗彎強度滿足要求。橫梁的撓度計算因為慣性矩預(yù)選是根據(jù)撓度限值計算的，所以只要選擇的橫梁慣性矩大于預(yù)選值，撓度就滿足要求：實際選用的型材慣性矩為：Ix=260560mm4Iy=686240mm4預(yù)選值為：Ixmin=169740.513mm4Iymin=45951.353mm4橫梁撓度的實際計算值如下：df1=qkB4/120EIy=1.41×11504/120/70000/686240=0.428mmdf2=5GkB4/384EIx=5×1.2×11504/384/70000/260560=1.498mmdf1,lim=6.389mmdf2,lim=2.3mm所以，橫梁撓度滿足規(guī)范要求。橫梁的抗剪計算校核依據(jù)：τmax≤τa=55MPa(型材的抗剪強度設(shè)計值)(1)Vwk：風(fēng)荷載作用下剪力標(biāo)準(zhǔn)值(N)：Vwk=qwkB/4=1.41×1150/4=405.375N(2)Vw：風(fēng)荷載作用下剪力設(shè)計值(N)：Vw=1.4Vwk=1.4×405.375=567.525N(3)VEk：地震作用下剪力標(biāo)準(zhǔn)值(N)：VEk=qEkB/4=0.184×1150/4=52.9N(4)VE：地震作用下剪力設(shè)計值(N)：VE=1.3VEk=1.3×52.9=68.77N(5)Vx：水平總剪力(N)；Vx：橫梁受水平總剪力(N)：采用Vw+0.5VE組合：Vx=Vw+0.5VE=567.525+0.5×68.77=601.91N(6)Vy：垂直總剪力(N)：Vy=1.2×0.0004×BH1/2=1.2×0.0004×1150×3000/2=828N(7)橫梁剪應(yīng)力校核：τx：橫梁水平方向剪應(yīng)力(MPa)；Vx：橫梁水平總剪力(N)；Sy：橫梁型材受力面對中性軸的面積矩(mm3)(繞Y軸)；Iy：橫梁型材截面慣性矩(mm4)；ty：橫梁截面垂直于Y軸腹板的截面總寬度(mm)；τx=VxSy/Iyty……6.2.5[JGJ102-2003]=601.91×10608/686240/4.5=2.068MPa2.068MPa≤55MPaτy：橫梁垂直方向剪應(yīng)力(MPa)；Vy：橫梁垂直總剪力(N)；Sx：橫梁型材受力面對中性軸的面積矩(mm3)(繞X軸)；Ix：橫梁型材截面慣性矩(mm4)；tx：橫梁截面垂直于X軸腹板的截面總寬度(mm)；τy=VySx/Ixtx……6.2.5[JGJ102-2003]=828×6002/260560/5=3.815MPa3.815MPa≤55MPa橫梁抗剪強度能滿足!玻璃板塊的選用與校核基本參數(shù)：1：計算點標(biāo)高：22m；2：玻璃板尺寸：寬×高=B×H=1150mm×3000mm；3：玻璃配置：中空玻璃，外片鋼化玻璃6mm,內(nèi)片鋼化玻璃6mm；模型簡圖為：玻璃板塊荷載計算：(1)外片玻璃荷載計算：t1：外片玻璃厚度(mm)；t2：內(nèi)片玻璃厚度(mm)；wk：作用在板塊上的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值(MPa)；GAk1：外片玻璃單位面積自重標(biāo)準(zhǔn)值(僅指玻璃)(MPa)；qEAk1：外片玻璃地震作用標(biāo)準(zhǔn)值(MPa)；γg1：外片玻璃的體積密度(N/mm3)；wk1：分配到外片上的風(fēng)荷載作用標(biāo)準(zhǔn)值(MPa)；qk1：分配到外片玻璃上的荷載組合標(biāo)準(zhǔn)值(MPa)；q1：分配到外片玻璃上的荷載組合設(shè)計值(MPa)；GAk1=γg1t1=0.0000256×6=0.000154MPaqEAk1=βEαmaxGAk1=5×0.08×0.000154=0.000062MPawk1=1.1wkt13/(t13+t23)=1.1×0.001294×63/(63+63)=0.000712MPaqk1=wk1+0.5qEAk1=0.000712+0.5×0.000062=0.000743MPaq1=1.4wk1+0.5×1.3qEAk1=1.4×0.000712+0.5×1.3×0.000062=0.001037MPa(2)內(nèi)片玻璃荷載計算：t1：外片玻璃厚度(mm)；t2：內(nèi)片玻璃厚度(mm)；wk：作用在板塊上的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值(MPa)；GAk2：內(nèi)片玻璃單位面積自重標(biāo)準(zhǔn)值(僅指玻璃)(MPa)qEAk2：內(nèi)片玻璃地震作用標(biāo)準(zhǔn)值(MPa)γg2：內(nèi)片玻璃的體積密度(N/mm3)；wk2：分配到內(nèi)片上的風(fēng)荷載作用標(biāo)準(zhǔn)值(MPa)；qk2：分配到內(nèi)片玻璃上的荷載組合標(biāo)準(zhǔn)值(MPa)；q2：分配到內(nèi)片玻璃上的荷載組合設(shè)計值(MPa)；GAk2=γg2t2=0.0000256×6=0.000154MPaqEAk2=βEαmaxGAk2=5×0.08×0.000154=0.000062MPawk2=wkt23/(t13+t23)=0.001294×63/(63+63)=0.000647MPaqk2=wk2+0.5qEAk2=0.000647+0.5×0.000062=0.000678MPaq2=1.4wk2+0.5×1.3qEAk2=1.4×0.000647+0.5×1.3×0.000062=0.000946MPa(3)玻璃板塊整體荷載組合計算：用于強度計算時，采用Sw+0.5SE設(shè)計值組合：……5.4.1[JGJ102-2003]q=1.4wk+0.5×1.3(qEAk1+qEAk2)=1.4×0.001294+0.5×1.3×(0.000062+0.000062)=0.001892MPa用于撓度計算時，采用Sw標(biāo)準(zhǔn)值：……5.4.1[JGJ102-2003]wk=0.001294MPa玻璃的強度計算：校核依據(jù)：σ≤[fg](1)外片校核：θ1：外片玻璃的計算參數(shù)；η1：外片玻璃的折減系數(shù)；qk1：作用在外片玻璃上的荷載組合標(biāo)準(zhǔn)值(MPa)；a：分格短邊長度(mm)；E：玻璃的彈性模量(MPa)；t1：外片玻璃厚度(mm)；θ1=qk1a4/Et14……6.1.2-3[JGJ102-2003]=0.000743×11504/72000/64=13.927按系數(shù)θ1，查表6.1.2-2[JGJ102-2003]，η1=0.944；σ1：外片玻璃在組合荷載作用下的板中最大應(yīng)力設(shè)計值(MPa)；q1：作用在板塊外片玻璃上的荷載組合設(shè)計值(MPa)；a：玻璃短邊邊長(mm)；b：玻璃長邊邊長(mm)；t1：外片玻璃厚度(mm)；m1：外片玻璃彎矩系數(shù)，按邊長比a/b查表6.1.2-1[JGJ102-2003]得m1=0.113；σ1=6m1q1a2η1/t12……6.1.2[JGJ102-2003]=6×0.113×0.001037×11502×0.944/62=24.382MPa24.382MPa≤fg1=84MPa(鋼化玻璃)外片玻璃的強度滿足要求!(2)內(nèi)片校核：θ2：內(nèi)片玻璃的計算參數(shù)；η2：內(nèi)片玻璃的折減系數(shù)；qk2：作用在內(nèi)片玻璃上的荷載組合標(biāo)準(zhǔn)值(MPa)；a：分格短邊長度(mm)；E：玻璃的彈性模量(MPa)；t2：內(nèi)片玻璃厚度(mm)；θ2=qk2a4/Et24……6.1.2-3[JGJ102-2003]=0.000678×11504/72000/64=12.708按系數(shù)θ2，查表6.1.2-2[JGJ102-2003]，η2=0.949σ2：內(nèi)片玻璃在組合荷載作用下的板中最大應(yīng)力設(shè)計值(MPa)；q2：作用在板塊內(nèi)片玻璃上的荷載組合設(shè)計值(MPa)；a：玻璃短邊邊長(mm)；b：玻璃長邊邊長(mm)；t2：內(nèi)片玻璃厚度(mm)；m2：內(nèi)片玻璃彎矩系數(shù)，按邊長比a/b查表6.1.2-1[JGJ102-2003]得m2=0.113；σ2=6m2q2a2η2/t22……6.1.2[JGJ102-2003]=6×0.113×0.000946×11502×0.949/62=22.36MPa22.36MPa≤fg2=84MPa(鋼化玻璃)內(nèi)片玻璃的強度滿足要求!玻璃最大撓度校核：校核依據(jù)：df=ημwka4/D≤df,lim……6.1.3-2[JGJ102-2003]上面公式中：df：玻璃板撓度計算值(mm)；η：玻璃撓度的折減系數(shù)；μ：玻璃撓度系數(shù)，按邊長比a/b查表6.1.3[JGJ102-2003]得μ=0.01157；wk：風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值(MPa)a：玻璃板塊短邊尺寸(mm)；D：玻璃的彎曲剛度(N·mm)；df,lim：許用撓度，取短邊長的1/60，為19.167mm；其中：D=Ete3/(12(1-υ2))……6.1.3-1[JGJ102-2003]上式中：E：玻璃的彈性模量(MPa)；te：玻璃的等效厚度(mm)；υ：玻璃材料泊松比，為0.2；te=0.95×(t13+t23)1/3……6.1.5-3[JGJ102-2003]=0.95×(63+63)1/3=7.182mmD=Ete3/(12(1-υ2))=72000×7.1823/(12×(1-0.22))=2315347.704N·mmθ：玻璃板塊的計算參數(shù)；θ=wka4/Ete4……6.1.2-3[JGJ102-2003]=0.001294×11504/72000/7.1824=11.814按參數(shù)θ，查表6.1.2-2[JGJ102-2003]，η=0.953df=ημwka4/D=0.953×0.01157×0.001294×11504/2315347.704=10.778mm10.778mm≤df,lim=19.167mm(中空玻璃)玻璃撓度能滿足要求!連接件計算基本參數(shù)：1：計算點標(biāo)高：22m；2：立柱計算間距：B1=1150mm；3：橫梁計算分格尺寸：寬×高=B×H=1150mm×1875mm；4：幕墻立柱跨度：L=5850mm，短跨L1=1450mm，長跨L2=4400mm；5：板塊配置：中空玻璃；6：龍骨材質(zhì)：立柱為：6063-T6；橫梁為：6063-T5；7：立柱與主體連接鋼角碼壁厚：6mm；8：立柱與主體連接螺栓公稱直徑：12mm；9：立柱與橫梁連接處鋁角碼厚度：4mm；10：橫梁與角碼連接螺栓公稱直徑：6mm；11：立柱與角碼連接螺栓公稱直徑：12mm；12：立柱受力模型：雙跨；13：連接形式：螺栓連接；因為B≤H，所以本處幕墻橫梁按三角形荷載模型進行設(shè)計計算：橫梁與角碼間連接(1)風(fēng)荷載作用下橫梁剪力設(shè)計值(按三角形分布)：Vw=1.4wkB2/4=1.4×0.001226×11502/4=567.485N(2)地震作用下橫梁剪力標(biāo)準(zhǔn)值(按三角形分布)：VEk=βEαmaxGk/A×B2/4=5.0×0.08×0.0004×11502/4=52.9N(3)地震作用下橫梁剪力設(shè)計值：VE=1.3VEk=1.3×52.9=68.77N(4)連接部位總剪力N1：采用Sw+0.5SE組合：N1=Vw+0.5VE=567.485+0.5×68.77=601.87N(5)連接螺栓計算：Nv1b：螺栓受剪承載能力設(shè)計值(N)；nv1：剪切面數(shù)：取1；d：螺栓桿直徑：6mm；fv1b：螺栓連接的抗剪強度設(shè)計值，對奧氏體不銹鋼（A50）取190MPa；Nv1b=nv1πd2fv1b/4=1×3.14×62×190/4=5369.4NNnum1：螺栓個數(shù)：Nnum1=N1/Nv1b=601.87/5369.4=0.112個實際取2個(6)連接部位橫梁型材壁抗承壓能力計算：Nc1：連接部位幕墻橫梁型材壁抗承壓能力設(shè)計值(N)；Nnum1：橫梁與角碼連接螺栓數(shù)量：2個；d：螺栓公稱直徑：6mm；t1：連接部位橫梁壁厚：3mm；fc1：型材抗壓強度設(shè)計值，對6063-T5取185MPa；Nc1=Nnum1dt1fc1=2×6×3×185=6660N6660N≥601.87N強度可以滿足!角碼與立柱連接(1)自重荷載計算：N2k：自重荷載標(biāo)準(zhǔn)值(N)：B：橫梁寬度(mm)；Hg：橫梁受自重荷載分格高(mm)；N2k=0.0004×B×Hg/2=0.0004×1150×3000/2=690NN2：自重荷載(N)：N2=1.2×N2k=1.2×690=828N(2)連接處組合荷載N：采用SG+Sw+0.5SEN=(N12+N22)1/2=(601.872+8282)0.5=1023.636N(3)連接處螺栓強度計算：Nv2b：螺栓受剪承載能力設(shè)計值(N)；nv2：剪切面數(shù)：取1；d：螺栓桿直徑：12mm；fv2b：螺栓連接的抗剪強度設(shè)計值，對奧氏體不銹鋼（A50）取190MPa；Nv2b=nv2πd2fv2b/4=1×3.14×122×190/4=21477.6NNnum2：螺栓個數(shù)：Nnum2=N/Nv2b=1023.636/21477.6=0.048個實際取2個(4)連接部位立柱型材壁抗承壓能力計算：Nc2：連接部位幕墻立柱型材壁抗承壓能力設(shè)計值(N)；Nnum2：連接處螺栓個數(shù)；d：螺栓公稱直徑：12mm；t2：連接部位立柱壁厚：2.5mm；fc2：型材的承壓強度設(shè)計值，對6063-T6取240MPa；Nc2=Nnum2dt2fc2=2×12×2.5×240=14400N14400N≥1023.636N強度可以滿足!(5)連接部位鋁角碼壁抗承壓能力計算：Nc3：連接部位幕墻鋁角碼壁抗承壓能力設(shè)計值(N)；Nnum2：連接處螺栓個數(shù)；d：螺栓公稱直徑：12mm；t3：角碼壁厚：4mm；fc3：型材的承壓強度設(shè)計值，對6063-T5取185MPa；Nc3=Nnum2dt3fc3=2×12×4×185=17760N17760N≥1023.636N強度可以滿足!立柱與主結(jié)構(gòu)連接(1)連接處水平剪切總力計算：對雙跨梁，中支座反力R1，即為立柱連接處最大水平剪切總力。qw：風(fēng)荷載線分布集度設(shè)計值(N/mm)；qw=1.4wkB1=1.4×0.001226×1150=1.974N/mmqE：地震作用線分布集度設(shè)計值(N/mm)；qE=1.3βEαmaxGk/A×B1=1.3×5.0×0.08×0.0005×1150=0.299N/mm采用Sw+0.5SE組合：q=qw+0.5×qE=1.974+0.5×0.299=2.124N/mmN1：連接處水平剪切總力(N)；R1：中支座反力(N)；N1=R1=qL(L12+3L1L2+L22)/8L1L2=2.124×5850×(14502+3×1450×4400+44002)/8/1450/4400=9884.45N(2)連接處重力總力：NGk：連接處自重總值標(biāo)準(zhǔn)值(N)；B1：立柱計算間距(mm)；L：立柱跨度(mm)；NGk=0.0005×B1L=0.0005×1150×5850=3363.75NNG：連接處自重總值設(shè)計值(N)：NG=1.2NGk=1.2×3363.75=4036.5N(3)連接處總剪力：N：連接處總剪力(N)：N=(N12+NG2)0.5=(9884.452+4036.52)0.5=10676.876N(4)螺栓承載力計算：Nv3b：螺栓受剪承載能力設(shè)計值(N)；nv3：剪切面數(shù)：取2；d：螺栓桿直徑：12mm；fv3b：螺栓連接的抗剪強度設(shè)計值，對奧氏體不銹鋼（A50）取190MPa；Nv3b=nv3πd2fv3b/4=2×3.14×122×190/4=42955.2NNnum3：螺栓個數(shù)：Nnum3=N/Nv3b=10676.876/42955.2=0.249個實際取2個(5)立柱型材壁抗承壓能力計算：Nc4：立柱型材壁抗承壓能力(N)；nv3：剪切面數(shù)：取2；Nnum3：連接處螺栓個數(shù)；d：螺栓公稱直徑：12mm；t2：連接部位立柱壁厚：2.5mm；fc4：型材的承壓強度設(shè)計值，對6063-T6取240MPa；Nc4=nv3×Nnum3dt2fc4=2×2×12×2.5×240=28800N28800N≥10676.876N強度可以滿足要求!(6)鋼角碼型材壁抗承壓能力計算：Nc5：鋼角碼型材壁抗承壓能力(N)；nv4：剪切面數(shù)：取2；Nnum3：連接處螺栓個數(shù)；d：連接螺栓直徑：12mm；t4：幕墻鋼角碼壁厚：6mm；fc5：鋼角碼的抗壓強度設(shè)計值，對Q235取305MPa；Nc5=nv4×Nnum3dt4fc5=2×2×12×6×305=87840N87840N≥10676.876N強度可以滿足要求!幕墻埋件計算(土建預(yù)埋)基本參數(shù)：1：計算點標(biāo)高：22m；2：幕墻立柱跨度：L=5850mm，短跨L1=1450mm，長跨L2=4400mm；3：立柱計算間距：B=1150mm；4：立柱力學(xué)模型：雙跨梁；5：埋件位置：側(cè)埋；6：板塊配置：中空玻璃；7：混凝土強度等級：C25；荷載標(biāo)準(zhǔn)值計算(1)垂直于幕墻平面的分布水平地震作用：qEk=βEαmaxGk/A=5.0×0.08×0.0005=0.0002MPa(2)連接處水平總力計算：對雙跨梁，中支座反力R1，即為立柱連接處最大水平總力。qw：風(fēng)荷載線荷載設(shè)計值(N/mm)；qw=1.4wkB=1.4×0.001226×1150=1.974N/mmqE：地震作用線荷載設(shè)計值(N/mm)；qE=1.3qEkB=1.3×0.0002×1150=0.299N/mm采用Sw+0.5SE組合：……5.4.1[JGJ102-2003]q=qw+0.5qE=1.974+0.5×0.299=2.124N/mmN：連接處水平總力(N)；R1：中支座反力(N)；N=R1=qL(L12+3L1L2+L22)/8L1L2=2.124×5850×(14502+3×1450×4400+44002)/8/1450/4400=9884.45N(3)立柱單元自重荷載標(biāo)準(zhǔn)值：Gk=0.0005×BL=0.0005×1150×5850=3363.75N(4)校核處埋件受力分析：V：剪力(N)；N：軸向拉力(N)，等于中支座反力R1；e0：剪力作用點到埋件距離，即立柱螺栓連接處到埋件面距離(mm)；V=1.2Gk=1.2×3363.75=4036.5NN=R1=9884.45NM=e0×V=80×4036.5=322920N·mm埋件計算校核依據(jù)，同時滿足以下兩個條件：a：AS≥V/aravfy+N/0.8abfy+M/1.3arabfyzC.0.1-1[JGJ102-2003]b：AS≥N/0.8abfy+M/0.4arabfyzC.0.1-2[JGJ102-2003]其中：AS：錨筋的總截面面積(mm2)；V：剪力設(shè)計值(N)；ar：鋼筋層數(shù)影響系數(shù)，二層取1.0，三層取0.9，四層取0.85；av：鋼筋受剪承載力系數(shù)，不大于0.7；fy：錨筋抗拉強度設(shè)計值(MPa)，按[GB50010]選取，但不大于300MPa；N：法向拉力設(shè)計值(N)；ab：錨板彎曲變形折減系數(shù)；M：彎矩設(shè)計值(N·mm)；z：沿剪力作用方向最外層錨筋中心線之間的距離(mm)；另外：d：錨筋直徑(mm)；t：錨板厚度(mm)；fc：混凝土軸心抗壓強度設(shè)計值(MPa)，按[GB50010]選?。籥v=(4.0-0.08d)×(fc/fy)0.5C.0.1-5[JGJ102-2003]=(4.0-0.08×12)×(11.9/210)0.5=0.724因為av>0.7,所以取0.7ab=0.6+0.25t/dC.0.1-6[JGJ102-2003]=0.6+0.25×8/12=0.767AS=nπd2/4=4×3.14×122/4=452.16mm2V/aravfy+N/0.8abfy+M/1.3arabfyz=4036.5/1/0.7/210+9884.45/0.8/0.767/210+322920/1.3/1/0.767/210/110=118.188mm2≤AS=452.16mm2N/0.8abfy＋M/0.4arabfyz=9884.45/0.8/0.767/210+322920/0.4/1/0.767/210/110=122.274mm2≤AS=452.16mm2所以，預(yù)埋件錨筋總截面積可以滿足承載力要求。錨板總面積校核A：錨板總面積(mm2)；fc：混凝土軸心抗壓強度設(shè)計值(MPa)，按[GB50010]選取；0.5fcA=0.5×11.9×60000=357000NN=9884.45N≤0.5fcA埋板面積滿足要求。錨筋長度計算計算依據(jù)：la=1.1×α×(fy/ft)×dC.0.5[JGJ102-2003]在上面的公式中：la：受拉鋼筋的錨固長度(mm)；ft：混凝土軸心抗拉強度設(shè)計值(MPa)，按[GB50010]選取，當(dāng)混凝土強度高于C40時，按C40取值；fy：錨筋抗拉強度設(shè)計值(MPa)，按[GB50010]選?。籨：錨筋公稱直徑(mm)；α：錨筋的外型系數(shù)，光圓筋取0.16，帶肋筋取0.14；la=1.1×α×(fy/ft)×d=1.1×0.16×(210/1.27)×12=349.228mm如果錨筋的拉應(yīng)力設(shè)計值小于鋼筋抗拉強度設(shè)計值，按規(guī)范C.0.5第3條規(guī)定，錨固長度可適當(dāng)減小，以不小于15倍錨固鋼筋直徑為宜，實際選用的錨筋長度為180mm；所以，可以滿足要求！幕墻轉(zhuǎn)接件強度計算基本參數(shù)：1：轉(zhuǎn)接件斷面面積：A=750mm2；2：轉(zhuǎn)接件斷面抵抗矩：W=15625mm3；受力分析轉(zhuǎn)接件的受力情況根據(jù)前面埋件的計算結(jié)果，有：V：剪力(N)N：軸向拉力(N)M：彎矩(N·mm)V=4036.5NN=9884.45NM=322920N·mm轉(zhuǎn)接件的強度計算校核依據(jù)：σ=N/A/2+M/γW/2≤f上式中：σ：轉(zhuǎn)接件的抗彎強度(MPa)；f：轉(zhuǎn)接件抗彎強度設(shè)計值，為215MPa；N：轉(zhuǎn)接件所受軸向拉力(N)；M：轉(zhuǎn)接件所受彎矩(N·mm)；γ：塑性發(fā)展系數(shù)，取1.05；W：轉(zhuǎn)接件斷面抵抗矩(mm3)；σ=N/A/2+M/γW/2