全隐玻璃幕墙设计计算书

方 圆 一 厦 玻 璃 幕 墙 工 程

设 计 计 算 书

编制:

审核:

批准:

长江建筑装饰工程有限公司

二00九年七月三十日

玻璃幕墙设计计算书

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中小城镇和大城市郊区；

C类指有密集建筑群的大城市市区；

风荷鄂尔多斯市按C类地区

(2).风荷载计算：

WK：作用在幕墙上的风荷载标准值(KN/m2)

WK＝2.25×1.10×1.5×0.5＝1.856

(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3.0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

鄂尔多斯设防烈度为8度，故取αmax＝0.16

GAK――幕墙构件的自重(N/m2)

(4).荷载组合：

水平荷载标准值：qk=Wk＋0.6 qEAk

水平荷载设计值：q＝1.4 Wk＋0.6×1.3 qEAk

荷载和作用效应组合的分项系数，按以下规定采用：

A、承载力计算时：

重力荷载：1.2

风荷载：1.4

地震作用：1.3

B、挠度和变形计算时：

重力荷载：1.0

风荷载：1.0

地震作用：1.0

荷载和作用效应组合的组合系数，按以下规定采用：

第一个可变荷载按1.0取用

第二个可变荷载按0.6取用

一、风荷载计算

1、标高为29.00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/m2)

WK＝1.856 KN/m2

(2)风荷载设计值：

W：风荷载设计值：KN/m2

RW：风荷载作用效应的分项系数：1.4

按《玻璃幕墙工程技术规范》

W＝rW×WK＝1.4×1.856＝25.98 KN/m2

二、玻璃的选用与校核

玻璃的选用与校核：(第1处)

本处选用以来种类为：中空钢化玻璃

1、玻璃面积：

B：该处玻璃幕墙分格宽：1.05mm

H：该处玻璃幕墙分格高：1800mm

A：该处模量板块面积：

A＝B×H

＝1.05×1.8

=1. m2

2、玻璃厚度选取;

W：风荷载设计值：2.598 KN/m2

A：玻璃板块面积：1. m2

K3：玻璃种类调整系数：1.500

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/㎡)

BT_L：中空玻璃内侧玻璃厚度为：10.000(mm)

BT_W：中空玻璃外侧玻璃厚度为：8.000(mm)

GAK＝25.6×(BT_L＋BT_W)/1000

＝25.6×(10.000＋8.000)/1000

＝0.307 KN/m2

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：0.080

qEAK：垂直于玻璃平面的分布水平地震作用(KN/m2)

qEAK＝3×αmax×GAK (JGJ102－96 ＝3×0.16×0.307

＝0.147 KN/m2

γE：地震作用分项系数：1.3

5.2.4)

qEA＝γE×qEAK

＝1.3×qEAK

＝1.3×0.147

＝0.192 KN/m2

5、玻璃的强度计算：

校核依据：σ≤fg＝84.000 N/mm2

q：玻璃所受组合荷载：

a：玻璃短边边长：0.99

b：玻璃长边边长：1.5

t：玻璃厚度：8.0mm

ψ1：玻璃板面跨中弯曲系数，按边长比a/b查表得0.16

σw：玻璃所受应力：

采用SW＋0.6SE组合

q＝W＋0.6×qEA

＝2.598＋0.6×0.192

＝2.713 KN/m2

σw＝6×ψ×q×a2×1000/(1.2×t)2

＝6×0.16×2.713×0.992×1000/51.842

＝49.241 KN/m2

49.241 KN/m2≤fg＝84.000 N/mm2

玻璃的强度满足

6、玻璃温度应力计算：

校核依据：σ≤[σ]＝58.800 N/mm2

(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：0.72×105 N/mm2

at：玻璃的线膨胀系数：1.0×10－5

ΔT：年温度变化差：62.200℃

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：1.5

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(at×ΔT－(2c－dc)/b/1000)

＝0.72×ΔT－72×(2×5－3)/b

＝0.72×62.200－72×(2×5－3)/1.5

＝－291.216 N/mm2

计算值为负，挤压应力取为零

0.000 N/mm2<58.800 N/mm2

玻璃边缘与边框间挤压温度应力可以满足要求

(2)玻璃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》

μ2：窗帘系数：按《玻璃幕墙工程技术规范》

μ3：玻璃面积系数：按《玻璃幕墙工程技术规范》

μ4：边缘温度系数：按《玻璃幕墙工程技术规范》

a：玻璃线胀系数：1.0×10－5

I0：日照量：3027.600(KJ/M2h)

t0：室外温度－30.000℃

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0.122

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：室外侧玻璃的反射率为0.783

γ1：室内侧玻璃的反射率为0.785

A0＝α0×[1＋τ0×γ1/(1－γ0×γ1)]

＝0.1

A1＝α1×τ0/(1－γ0×γ1)

＝0.024

当中空玻璃空气层厚为：0mm时

Tc0＝I0×(0.0148×A0＋0.00724×A1)＋0.788×t0＋0.212×t1

＝－7.305℃

Tc1＝I0×(0.00724×A0＋0.0207×A1)＋0.394×t0＋0.606×t1

＝17.496℃

因此，中空玻璃中部温度最大值为max(Tc0 ，Tc1)＝17.496℃

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×－30.000＋0.35×40.000)

＝－5.500℃

Δt：玻璃部分与边缘部分温度差：

Δt＝Tc－Ts

＝22.996℃

玻璃与边缘温度差产生的温度应力：

σt2＝0.74×E×a×μ1×μ2×μ3×μ4×(Tc－Ts)

＝0.74×0.72×105×1.0×10－5×μ1×μ2×μ3×μ4×Δt

＝7.440

玻璃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(m2)

WK：风荷载标准值：1.856 KN/m2

t1：中空玻璃中较薄玻璃的厚度：8.0mm

t2：中空玻璃中较厚玻璃的厚度：10.0mm

α2：玻璃种类调整系数：0.660

A：计算校核处玻璃板块面积：1.485 m2

Azd＝α2×(t2＋t22/4)＋(1+(t1/t2) 3)/ WK＝5.965m2

A＝2.0 m2≤Azd＝5.965m2

可以满足使用要求

三、幕墙玻璃板块结构胶计算:

幕墙玻璃板块结构胶计算：

1、按风荷载和自重效应，计算结构硅酮密封胶的宽度：

(1)风荷载作用下结构胶粘结宽度的计算：

Cs1：风荷载作用下结构胶粘结宽度(mm)

WK：风荷载标准值：1.856 KN/m2

a：矩形分格短边长度：0.99

f1：结构胶的短期强度允许值：0.14 N/mm2

按5.6.3条规定采用

Cs1＝WK×a/2/0.14

＝1.956×0.99/2/0.14

=6.56 取14mm

(2)自重效应胶缝宽度的计算：

Cs2：自重效应胶缝宽度(mm)

B：幕墙分格宽：0.99m

H：幕墙分格高：1.50m

t：玻璃厚度：8.0mm

f2：结构胶的长期强度允许值：0.007 N/mm2

按5.6.3条规定采用

Cs2＝H×B×(BT_L＋BT_W)×25.6/(H＋B)/2/7

＝15.26mm 取18mm

(3)结构硅酮密封胶的最大计算宽度：18mm

2、结构硅酮密封胶粘接厚度的计算：

ts：结构胶的粘结厚度：mm

δ：结构硅酮密封胶的变位承受能力：12.5％

ΔT：年温差：62.2℃

Us：玻璃板块在年温差作用下玻璃与铝型材相对位移量：mm

铝型材线膨胀系数：a1＝2.35×10－5

玻璃线膨胀系数：a2＝1×10－5

Us＝b×ΔT×(2.35－1)/100

＝2.240×62.200×(2.35－1)/100

＝1.881mm

Ts＝Us/(δ×(2+δ)) 0.5

＝1.881/(0.125×(2+0.125)) 0.5

=3.6mm

3、胶缝推荐宽度为：18mm

qEAk：垂直与玻璃幕墙平面的分布水平地震作用(KN/m2)

qEAk＝3×αmax×GAK

＝3×0.16×500.000/1000

=0.24 KN/m2

γE：幕墙地震作用分项系数：1.3

qEA＝1.3×qEAk

＝1.3×0.24

＝0.312 KN/m2

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

＝0.312×2.240

＝0.688 KN/m

ME：地震作用下立柱弯矩(KN·m)

ME＝(L13＋L23)/8/(L1＋L2)×qw

＝(4.4003＋0.4003)/8/(4.400＋0.400)×0.688

＝0.776 KN·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＋0.6SE组合

M＝MW＋0.6ME

＝1.527＋0.6×0.776

＝1.993KN·m

qWK：风荷载线分布最大荷载集度标准值(KN/m)

qWK＝Wk×B

＝1.856×2.240

＝4.157 KN/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

＝0.24×2.240

＝0.537 KN/m

2、选用立柱型材的截面特征：

型材强度设计值：215.000 N/mm2

型材弹性模量：E＝21.0×106 N/cm2

X轴惯性矩：IX＝682.280 cm4

Y轴惯性矩：IY＝219.900 cm4

X轴抵抗矩：WX＝105.000 cm3

型材截面积：A＝22.680 cm2

型材计算校核处壁厚：t＝6.000mm

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＝215.0 N/mm2(拉弯构件)

B：幕墙分格宽：0.99m

GAK：幕墙自重：500 N/m2

幕墙自重线荷载：

GK＝500×Wfg/1000

＝500×2.240/1000

＝1.120 KN/m

NK：立柱受力：

NK＝GK×Hsjcg

＝1.120×3.6

＝4.032KN

N：立柱受力设计值：

rG：结构自重分项系数：1.2

N＝1.2×NK

＝1.2×4.032

＝4.84KN

σ：立柱计算强度(N/mm2) (立柱为拉弯构件)

N：立柱受力设计值：4.84KN

A：立柱型材截面积：22.680 cm2

M：立柱弯矩：18.706 KN·m

WX2：立柱截面积抗弯矩：105.000 cm3

γ：塑性发展系数：1.05

σ＝N×10/A＋M×103/1.05/WX2

＝4.84×10/22.680＋18.706×103/1.05/105.000

＝168.105 N/mm2

168.105 N/mm2≤fa＝215.0 N/mm2

立柱强度可以满足

4、幕墙立柱的刚度计算：

校核依据：Umax≤[U]＝15mm且Umax≤L/300

Umax：立柱最大挠度

Umax＝1000×[1.4355×R0－0.409×(qWK＋0.6×qEK)×L1] ×L13/(24×2.4×LA)

立柱最大挠度Umax为：9.474mm≤15mm

Du：立柱挠度与立柱计算跨度比值：

Hsjcg：立柱计算跨度：3.600mm

Du＝U/Hsjcg/1000

＝9.474/3.600/1000

＝0.002≤1/300

挠度可以满足要求

五、立梃与主结构连接

立梃与主结构连接：

Lct2：连接处钢角码壁厚：10.000mm

D2：连接螺栓直径：16.000mm

D0：连接螺栓直径：14.120mm

采用SG＋SW＋0.6SE组合

N1wk：连接处风荷载总值(N)：

N1wk＝Wk×B×Hsjcg×1000

＝1.856×2.240×3.600×1000

＝14966.784N

连接处风荷载设计值(N)：

N1w＝1.4×N1wk

＝1.4×14966.784

＝20953.491 N

N1Ek：连接处地震作用(N)：

N1Ek＝qEAK×B×Hsjcg×1000

＝0.120×2.240×3.600×1000

＝967.68N

N1E：连接处地震作用设计值(N)：

N1E＝1.3×N1Ek

＝1.3×967.68

＝1257.68N

N1：连接处水平总力(N)：

N1＝N1w＋0.6×N1E

＝20953.491＋0.6×1257.84

＝21708.281N

N2：连接处自重总值设计值(N)：

N2K＝500×B×Hsjcg

＝500×2.240×3.600

＝4032N

N2：连接处自重总值设计值(N)：

N2＝1.2×N2K

＝1.2×4032

＝4838.4N

N：连接处总合力(N)：

N＝(N12＋N22)0.5

＝(21708.2822＋4838.4002)0.5

＝30958.236N

Nvb：螺栓的承载能力：

Nv：连接处剪切面数：2

Nvb＝2×3.14×D02×130/4 ＝2×3.14×14.1202×130/4

＝40692.3N

－88 7.2.1－1)

(GBJ17

Num1：立梃与建筑物主结构连接的螺栓个数：

Num1＝N/ Nvb

＝40955.996/40692.3

＝1

取2个

Ncb1：立梃型材壁抗承压能力N)：

D2：连接螺栓直径：16.000mm

Nv：连接处剪切面数：4

t：立梃壁厚：6.000mm

Ncb1＝D2×2×120×t×Num1

＝16.000×2×120×6.000×2.000

＝46080N

46080N≥30958.236N

强度能满足

Ncbg：钢角码型材壁抗承压能力(N)：

Ncbg＝D2×2×267×Lct2×Num1

＝16.000×2×267×10.000×2.000

＝1708800.000N

1708800.000N≥40955.996N

强度可以满足

六、幕墙预埋件总截面面积计算

幕墙预埋件计算：

本工程预埋件受拉力合理剪力

V：剪力设计值：

V＝N2

＝4838.4N

N：法向力设计值：

N＝N1

＝24708.281N

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

＝4838.4×60.000

＝290304N·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＝15.000 N/mm2

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＝210.000 N/mm2

d：钢筋直径：Φ12.000mm

av：钢筋受剪承载力系数：

av＝(4－0.08×d)×(fc/fy)0.5

＝(4－0.08×12.000)×(15.000/210.000)0.5

＝0.812

av取0.7

t：锚板厚度：8.000mm

ab：锚板弯曲变形折减系数：

ab＝0.6＋0.25×t/d

＝0.6＋0.25×10.000 /12.000

＝0.808

Z：外层钢筋中心线距离：210.000mm

As：锚筋实际总截面面积：

As＝Num1×3.14×d2/4

＝4.000×3.14×12.0002/4

＝452.160 mm2

锚筋总截面面积计算值：

As1＝(V/Kv＋N/0.8/Kb＋M/1.3/Kr/Kb/Z)/fy

＝350.0mm2

As2＝(N/0.8/Kb＋M/0.4/Kr/Kb/Z)/fy

＝324.971 mm2

350.0mm2≤452.160 mm2

324.971mm2≤452.160 mm2

4根Φ12.000锚筋可以满足要求

A：锚板面积：60000.000 mm2

0.5 fc A＝450000.000N

N＝21708.281N≤0.5 fc A

锚板尺寸可以满足要求

七、幕墙预埋件焊缝计算

幕墙预埋件焊缝计算：

Hf：焊接厚度8.000

L：焊缝长度150.00

σm：弯矩引起的应力

σm＝6×M/(2×hc×Lw2×1.22)

＝8.672N/mm2

σn：法向力引起的应力

σn＝N/(2×he×Lw×1.22)

＝21.142 N/mm2

τ：剪应力

τ＝V/(2×Hf×Lw)

＝2.880N/mm2

σ：总应力

σ＝((σm＋σn) 2＋τ2) 0.5

＝29.953

29.953N/mm2≤160 N/mm2

焊缝强度可以满足

八、幕墙横梁计算

幕墙横梁计算：

1、选用横梁型材的截面特性：

型材强度设计值：84.200 N/mm2

型材弹性模量：E＝7.0×106 N/cm2

X轴惯性矩：IX＝354.090 cm4

Y轴惯性矩：IY＝226.040 cm4

X轴抵抗矩：WX＝49.500 cm3

Y轴抵抗矩：WY＝39.680 cm3

型材截面积：A＝18.970 cm2

型材计算校核处壁厚：t＝4.000mm

塑性发展系数：Y＝1.05

2、幕墙横梁的强度计算：

校核依据：Mx/γWx＋My/γWy≤f＝84.2 N/mm2

(1)横梁在自重作用下的弯矩(KN·m)

H：幕墙分格高：1.5m

GAK：横梁自重：400 N/m2

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

＝400×1.5/1000

＝0.6 KN/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

＝1.2×0.6

＝0.72 KN/m

Mx：横梁在自重荷载作用下的弯矩(KN·m)

Mx＝G×B2/8

＝0.72×2.2402/8

＝0.451KN·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(梯形分布)

qWK＝WK×H

＝1.856×1.5

＝2.784KN/m

风荷载线分布最大荷载集度设计值

qW＝1.4×qWK

＝1.4×2.784

＝3.8KN/m

Myw：横梁在风荷载作用下的弯矩

Myw＝qW×B2×(3－H2/B2)/24

＝3.8×2.2402×(3－1.52/2.2402)/24

＝2.117KN/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：3

αmax：地震影响系数最大值：0.16

GK：幕墙构件自重：400 N/m2

qeak＝3×αmax×400 /1000

＝3×0.16×400 /1000

＝0.192 KN/m2

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：0.99m

水平地震作用线分布最大荷载集度标准值(梯形分布)

qex＝qEAK×H

＝0.192×0.99

＝0.190 KN/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

＝1.3×0.190

=0.247 KN/m

MyE：地震作用下横梁弯矩：

MyE＝qE×B2×(3－H2/B2)/24

＝0.247×2.2402×(3－0.992/2.2402)/24

＝0.144KN·m

(4)横梁强度：

σ：横梁计算强度(N/mm2)

采用SG＋SW＋0.6SE组合

WX1：X轴抵抗矩：49.500 cm3

Wy2：Y轴抵抗矩：39.680cm3

γ：塑性发展系数：1.05

σ＝(Mx/WX1＋Myw/Wy2＋0.6 ×MyE/Wy2) ×103/1.05

＝61.266 N/mm2

61.266 N/mm2≤f＝84.2N/mm2

横梁正应力强度可以满足

3、幕墙横梁的刚度计算

校核依据：Umax≤[U]＝20mm且Umax≤L/180

横梁承受呈梯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×H

＝1.856×0.99

＝1.837 KN/m

qex：水平地震作用线分布最大荷载集度标准值(KN/m)

qex＝qEAK×H

＝0.192×0.99

＝0.191 KN/m

水平方向由风荷载和地震作用产生的弯曲：

U1＝(qwk＋0.6×qex)×Wfg4×1000×(25/8－5×(Hfg /2/ Wfg) 2 ＋2× (Hfg/ 2 / Wfg) 4) /0.7/Ly/120

＝5.023mm

自重作用产生的弯曲：

U2＝5×Gk×Wfg4×1000/384/0.7/Lx

＝0.776mm

综合产生的弯曲为：

U＝(U12＋U22)0.5

＝6.845mm<=20mm

Du＝U/Wfg/1000

＝6.845/2.240/1000

＝0.003≤1/180

挠度可以满足要求

九、横梁与立柱连接件计算

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＋0.6SE组合

N1＝(QW＋0.6×QE)×1000

＝(6.190＋0.6×0.211)×1000

＝6315.915N

普通螺栓连接的抗剪强度计算值：130 N/mm2

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×D02×130/4

＝1×3.14×4.2502×130/4

＝1843.278N

Num1：螺栓个数：

Num1＝N1/ Nvbh

＝6315.915/1843.278

＝3.426

取4个

Ncb：连接部位幕墙横梁型材壁抗承压能力计算：

t：幕墙横梁壁厚：4.000mm

Ncb＝D1×t×120×Num1

＝5.000×4.000×120×4.000

＝9600.000N

9600.000N≥6315.915N

强度可以满足

(2)竖向节点(角码和立柱)

Gk：横梁自重线荷载(N/m)

Gk＝400×H

＝400×1.5

=600 N/m

横梁自重线荷载设计值(N/m)

G＝1.2×Gk

＝1.2×600

=720 N/m

N2：自重荷载(N)

N2＝G×B/2

＝720×2.240/2

＝806.4N

采用SG＋SW＋0.6SE组合

N＝(N12＋N22)0.5

＝(6315.9152＋806.42)0.5

＝6824.26N

Num2：螺栓个数：

Num2＝N/ Nvbh

＝3.453

取4个

Ncbj：连接部位铝角码壁抗承压能力计算：

L ct1：铝角码壁厚：5.000mm

Ncbj＝D1×L ct1×120×Num2

＝5.000×5.000×120×4.000

＝12000.000N

12000.000N≥6824.26N

强度可以满足