钢结构隐框玻璃幕墙计算 .doc

钢结构隐框玻璃幕墙设计算书克莱斯科（北京）门窗有限公司目 录第一部分、 计算书1第一部分、 强度计算信息产品结构一、 计算依据及说明1、 工程概况说明 工程名称:00 工程所在城市:北京市 工程所属建筑物地区类别:C类 工程所在地区抗震设防烈度:八度(0.2g) 工程基本风压:0.45kN/m2 工程强度校核处标高:110m 2、 设计依据 序号标准名称标准号1建筑工程用索JG T 330-20112铝合金门窗工程技术规范JGJ 214-20103混凝土结构设计规范GB 50010-20104吊挂式玻幕墙支承装置JG 139-20105建筑抗震设计规范GB 50011-20106点支式玻幕墙支承装置JG 138-20107天然花岗石建筑板材GB/T 18601-20098石材幕墙接缝用密封胶GB/T 23261-20099铝型材截面几何参数算法及计算机程序要求YS/T 437-200910浮法玻璃GB11614.2-200911建筑抗震加固技术规程JGJ/T116-200912公共建筑节能改造技术规范JGJ176-200913建筑用安全玻璃 防火玻璃GB 15763.1-200914建筑陶瓷薄板应用技术规程JGJ/T 172-200915夹层玻璃GB15763.3-200916建筑玻璃应用技术规程JGJ 113-200917平板玻璃GB11614-200918铝合金建筑型材 阳极氧化、着色型材GB/T 5237.2-200819耐候结构钢GB/T4171-200820干挂空心陶瓷板JC/T1080-200821搪瓷用冷轧低碳钢板及钢带GB/T13790-200822铝合金建筑型材 隔热型材GB/T 5237.6-200823铝合金建筑型材 氟碳漆喷涂型材GB/T 5237.5-200824半钢化玻璃GB/T17841-200825铝合金建筑型材 电泳涂漆型材GB/T 5237.3-200826陶瓷板GB/T23266-200827铝合金建筑型材 基材GB/T 5237.1-200828中空玻璃稳态U值（传热系数）的计算和测定GB/T 22476-200829塑料门窗工程技术规程JGJ 103-200830建筑玻璃采光顶JG/T 231-200831建筑门窗玻璃幕墙热工计算规程JGJ/T 151-200832铝合金建筑型材 粉末喷涂型材GB/T 5237.4-200833热轧型钢GB/T706-200834建筑物防雷检测技术规范GB/T21434-200835小单元建筑幕墙JG/T 217-200836铝合金门窗GB/T 8478-200837冷弯型钢GB/T6725-200838建筑外门窗保温性能分级及检测方法GB/T8484-200839中国地震烈度表GB/T17742-200840普通装饰用铝塑复板GB/T22412-200841不锈钢棒GB/T 1220-200742不锈钢和耐热钢 牌号及化学成份GB/T20878-200743民用建筑能耗数据采集标准JG/T 154-200744建筑用不锈钢绞线JG/T 200-200745建筑幕墙GB/T 21086-200746铝合金结构设计规范GB 50429-200747百页窗用铝合金带材YS/T621-200748建筑外窗气密、水密、抗风压性能现场检测方法JGJ/T 211-200749中空玻璃用复合密封胶条JC/T 1022-200750建筑幕墙用瓷板JG/T217-200751建筑结构荷载规范GB 50009-200652混凝土加固设计规范GB50367-200653铝及铝合金轧制板材GB/T 3880-200654建筑设计防火规范GB 50016-200655绿色建筑评价标准GB/T50378-200656建筑用硬质塑料隔热条JG/T 174-200557钢化玻璃 GB15763.2-200558公共建筑节能设计标准GB 50189-200559建筑隔声评价标准GB/T50121-200560建筑结构用冷弯矩形钢管JG/T 178-200561干挂饰面石材及其金属挂件JC830·1830·2-200562建筑用隔热铝合金型材 穿条式JG/T 175-200563混凝土结构后锚固技术规程JGJ 145-200464混凝土用膨胀型、扩孔型建筑锚栓JG 160-200465玻璃幕墙工程技术规范JGJ 102-200366钢结构设计规范GB 50017-200367建筑钢结构焊接技术规程JGJ81-200268中空玻璃GB/T11944-200269建筑幕墙抗震性能振动台试验方法GB/T 18575-200170玻璃幕墙工程质量检验标准JGJ/T 139-200171混凝土接缝用密封胶JC/T 881-200172全玻璃幕墙工程技术规程DBJ/CT 014-200173幕墙玻璃接缝用密封胶JC/T 882-200174中空玻璃用弹性密封胶JC/T 486-200175建筑结构可靠度设计统一标准GB 50068-200176点支式玻璃幕墙工程技术规程CECS 127-200177建筑制图标准GB/T 50104-200178建筑用铝型材、铝板氟碳涂层JC 133-200079紧固件机械性能 不锈钢螺栓、螺钉、螺柱GB 3098.6-200080紧固件机械性能 自攻螺钉GB 3098.5-200081建筑幕墙平面内变形性能检测方法GB/T 18250-200082紧固件机械性能 螺母 细牙螺纹 GB 3098.4-200083紧固件机械性能 螺栓、螺钉和螺柱GB 3098.1-200084紧固件机械性能 螺母 粗牙螺纹GB 3098.2-200085紧固件机械性能 不锈钢 螺母GB 3098.15-200086螺纹紧固件应力截面积和承载面积GB/T 16823.1-19973、 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乡镇和城市郊区; C类指有密集建筑群的城市市区; D类指有密集建筑群且房屋较高的城市市区; 00按C类地区计算风压(2).风荷载计算: 幕墙属于薄壁外围护构件，根据建筑结构荷载规范GB50009-2012 8.1.1-2 采用 风荷载计算公式: =××× 其中: -作用在幕墙上的风荷载标准值(kN/m2) -瞬时风压的阵风系数,按建筑结构荷载规范GB50009-2012 条文说明8.6.1取定 根据不同场地类型,按以下公式计算:=1+2g()(-) 其中g为峰值因子取为2.5，I10为10米高名义湍流度,为地面粗糙度指数 A类场地: =0.12 ,=0.12 B类场地: =0.14 ,=0.15 C类场地: =0.23 ,=0.22 D类场地: =0.39 ,=0.30 -风压高度变化系数,按建筑结构荷载规范GB50009-2012取定, 根据不同场地类型,按以下公式计算: A类场地: =1.284×()0.24 B类场地: =1.000×()0.30 C类场地: =0.544×()0.44 D类场地: =0.262×()0.60 本工程属于C类地区 -风荷载体型系数,按建筑结构荷载规范GB50009-2012取定 -基本风压,按全国基本风压图,北京市地区取为0.45kN/m2(3).地震作用计算: =×× 其中: -水平地震作用标准值 -动力放大系数,按 5.0 取定 -水平地震影响系数最大值,按相应设防烈度取定: 6度(0.05g): =0.04 7度(0.1g): =0.08 7度(0.15g): =0.12 8度(0.2g): =0.16 8度(0.3g): =0.24 9度(0.4g): =0.32 北京市地区设防烈度为八度(0.2g),根据本地区的情况,故取=0.16 -幕墙构件的自重(N/m2)(4).荷载组合: 结构设计时，根据构件受力特点，荷载或作用的情况和产生的应力(内力)作用方向，选用最不利的组合，荷载和效应组合设计值按下式采用： + 各项分别为永久荷载：重力；可变荷载：风荷载、温度变化；偶然荷载：地震 水平荷载标准值: =+0.5×，维护结构荷载标准值不考虑地震组合 水平荷载设计值: q=1.4×+0.5×1.3× 荷载和作用效应组合的分项系数,按以下规定采用: 对永久荷载采用标准值作为代表值，其分项系数满足： a.当其效应对结构不利时：对由可变荷载效应控制的组合，取1.2；对有永久荷载效应控制的组合，取1.35 b.当其效应对结构有利时：一般情况取1.0； 可变荷载根据设计要求选代表值，其分项系数一般情况取1.4二、 荷载计算1、 风荷载标准值计算 : 作用在幕墙上的风荷载标准值(kN/m2) z : 计算高度110m : 110m高处风压高度变化系数(按C类区计算): (GB50009-2012 条文说明8.2.1) =0.544×()0.44=1.56247 : 10米高名义湍流度,对应A、B、C、D类地面粗糙度，分别取0.12、0.14、0.23、0.39。 (GB50009-2012 条文说明8.4.6) : 阵风系数 : (GB50009-2012 8.1.1-2) = 1 + 2×g××()(-) (GB50009-2012 条文说明8.6.1) = 1 + 2×2.5×0.23×()(-0.22) = 1.67856 :局部正风压体型系数 :局部负风压体型系数,通过计算确定 :建筑物表面正压区体型系数，按照(GB50009-2012 8.3.3)取1 :建筑物表面负压区体型系数，按照(GB50009-2012 8.3.3-2)取-1 对于封闭式建筑物，考虑内表面压力，按照(GB50009-2012 8.3.5)取-0.2或0.2 :立柱构件从属面积取9m2 :横梁构件从属面积取3m2 :维护构件面板的局部体型系数 =+0.2 =1.2 =-0.2 =-1.2 维护构件从属面积大于或等于25m2的体型系数计算 =×0.8+0.2 (GB50009-2012 8.3.4) =1 =×0.8-0.2 (GB50009-2012 8.3.4) =-1 对于直接承受荷载的面板而言，不需折减有 =1.2 =-1.2 同样，取立柱面积对数线性插值计算得到 =+(×0.8-)×+0.2 =1+(0.8-1)×+0.2 =1.06368 =+(×0.8-)×-0.2 =-1+(-0.8)-(-1)×-0.2 =-1.06368 同样，取横梁面积对数线性插值计算得到 =+(×0.8-)×+0.2 =1+(0.8-1)×+0.2 =1.13184 =+(×0.8-)×-0.2 =-1+(-0.8)-(-1)×-0.2 =-1.13184 按照以上计算得到 对于面板有: =1.2 =-1.2 对于立柱有: =1.06368 =-1.06368 对于横梁有: =1.13184 =-1.13184 面板正风压风荷载标准值计算如下 =××× (GB50009-2012 8.1.1-2) =1.67856×1.2×1.56247×0.45 =1.41626 kN/m2 面板负风压风荷载标准值计算如下 =××× (GB50009-2012 8.1.1-2) =1.67856×(-1.2)×1.56247×0.45 =-1.41626 kN/m2 同样，立柱正风压风荷载标准值计算如下 =××× (GB50009-2012 8.1.1-2) =1.67856×1.06368×1.56247×0.45 =1.25537 kN/m2 立柱负风压风荷载标准值计算如下 =××× (GB50009-2012 8.1.1-2) =-1.25537 kN/m2 同样，横梁正风压风荷载标准值计算如下 =××× (GB50009-2012 8.1.1-2) =1.33582 kN/m2 横梁负风压风荷载标准值计算如下 =××× (GB50009-2012 8.1.1-2) =-1.33582 kN/m2 2、 风荷载设计值计算 W: 风荷载设计值: kN/m2 w : 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JGJ 102-2003 5.1.6条规定采用 面板风荷载作用计算 Wp=w×Wkp=1.4×1.41626=1.98277kN/m2 Wn=w×Wkn=1.4×(-1.41626)=-1.98277kN/m2 立柱风荷载作用计算 Wvp=w×Wkvp=1.4×1.25537=1.75752kN/m2 Wvn=w×Wkvn=1.4×(-1.25537)=-1.75752kN/m2 横梁风荷载作用计算 Whp=w×Wkhp=1.4×1.33582=1.87015kN/m2 Whn=w×Wkhn=1.4×(-1.33582)=-1.87015kN/m2 3、 水平地震作用计算 GAK: 面板和构件平均平米重量取0.3072kN/m2 max: 水平地震影响系数最大值:0.16 qEk: 分布水平地震作用标准值(kN/m2) qEk=E×max×GAK (JGJ102-2003 5.3.4) =5×0.16×0.3072 =0.24576kN/m2 rE: 地震作用分项系数: 1.3 qEA: 分布水平地震作用设计值(kN/m2) qEA=rE×qEk =1.3×0.24576 =0.319488kN/m24、 荷载组合计算 幕墙承受的荷载作用组合计算，按照规范，考虑正风压、地震荷载组合: Szkp=Wkp =1.41626kN/m2 Szp=Wkp×w+qEk×E×E =1.41626×1.4+0.24576×1.3×0.5 =2.14251kN/m2 考虑负风压、地震荷载组合: Szkn=Wkn =-1.41626kN/m2 Szn=Wkn×w-qEk×E×E =-1.41626×1.4-0.24576×1.3×0.5 =-2.14251kN/m2 综合以上计算，取绝对值最大的荷载进行强度演算 采用面板荷载组合标准值为1.41626kN/m2 面板荷载组合设计值为2.14251kN/m2 立柱荷载组合标准值为1.25537kN/m2 横梁荷载组合标准值为1.33582kN/m2 三、 玻璃计算1、 玻璃面积 B: 该处玻璃幕墙分格宽: 1.5m H: 该处玻璃幕墙分格高: 2m A: 该处玻璃板块面积: A=B×H =1.5×2 =3m2 2、 玻璃板块自重 :中空玻璃板块平均自重(不包括铝框): 玻璃的体积密度为: 25.6(kN/m3) (JGJ102-2003 5.3.1) BL_w:中空玻璃外层玻璃厚度: 6mm BL_n:中空玻璃内层玻璃厚度: 6mm =25.6× =25.6× =0.3072kN/m23、 玻璃强度计算 选定面板材料为:6(TP)+12+6(TP)中空玻璃 校核依据: q: 玻璃所受组合荷载: 2.14251kN/m2 a: 玻璃短边边长: 1.5m b: 玻璃长边边长: 2m :中空玻璃外层玻璃厚度: 6mm :中空玻璃内层玻璃厚度: 6mm E: 玻璃弹性模量 : 72000N/mm2 m: 玻璃板面跨中弯曲系数,按边长比a/b查表 6.1.2-1得: 0.0683 : 折减系数,根据参数查表6.1.2-2 : 玻璃所受应力: q=2.14251kN/m2 荷载分配计算: =1.1×q× =1.1×2.14251× =1.17838 =q× =2.14251× =1.07126 =1.1×× =1.1×1.41626× =0.778943 =× =1.41626× =0.70813 参数计算: = (JGJ102-2003 6.1.2-3) = =42.2604 查表6.1.2-2 得o = 0.833219 = = =38.4185 查表6.1.2-2 得 = 0.846326 玻璃最大应力计算: =× (JGJ102-2003 6.1.2-1) =×0.833219 =25.1476N/mm2 =×i =×0.846326 =23.2211N/mm2 25.1476N/mm2=84N/mm2 23.2211N/mm2=84N/mm2 玻璃的强度满足 4、 玻璃跨中挠度计算 校核依据: =×1000=25mm D: 玻璃刚度(N·mm) : 玻璃泊松比: 0.2 E: 玻璃弹性模量 : 72000N/mm2 : 中空玻璃的等效厚度 =0.95× =0.95× =7.18155mm D= = =2.31491e+006N·mm : 玻璃所受组合荷载标准值:1.41626kN/m2 : 挠度系数,按边长比a/b查 表6.1.3得: 0.00663 参数计算: = (JGJ102-2003 6.1.2-3) =×109 =37.4371 : 折减系数,根据参数查表6.1.2-2 得 = 0.850251 : 玻璃组合荷载标准值作用下挠度最大值 =× (JGJ102-2003 6.1.3-2) =×0.850251×109 =17.4596mm 17.4596mm=25mm 玻璃的挠度满足四、 结构胶计算1、 结构胶宽度计算(1)组合荷载作用下结构胶粘结宽度的计算: : 组合荷载作用下结构胶粘结宽度 (mm) W: 风荷载设计值: 2.14251kN/m2 a: 矩形分格短边长度: 1.5m : 结构胶的短期强度允许值:0.2N/mm2 按5.6.2条规定采用 = (JGJ102-2003 5.6.3-1) = =8.03441mm 取9mm(2)自重效应胶缝宽度的计算: : 自重效应胶缝宽度 (mm) B: 幕墙分格宽: 1.5m H: 幕墙分格高: 2m :玻璃板块自重:0.3072 : 结构胶的长期强度允许值: 0.01N/mm2 按5.6.2条规定采用 = (JGJ102-2003 5.6.3-3) =×1000 =15.7989mm 取16mm (3)结构硅酮密封胶的最小计算宽度: 16mm2、 结构胶厚度计算(1)温度变化效应胶缝厚度的计算: : 温度变化效应结构胶的粘结厚度: mm : 结构硅酮密封胶的温差变位承受能力: 0.125 : 年温差: 0 : 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: al=2.35×10-5 玻璃线膨胀系数: aw=1×10-5 = = =0mm = (JGJ102-2003 5.6.5) = =0mm(2)地震作用下胶缝厚度的计算: : 地震作用下结构胶的粘结厚度: mm H: 幕墙分格高: 2m :幕墙层间变位设计变位角1/550 : 结构硅酮密封胶的地震变位承受能力: 0.41 = = =3.65819mm (3)结构硅酮密封胶的最小计算厚度: 4mm3、 结构胶强度计算(1)设计选定胶缝宽度和厚度: 胶缝选定宽度为: 16 mm 胶缝选定厚度为: 8 mm 幕墙玻璃相对于铝合金框的位移: Us = × = ×2×1000 = 3.63636mm(2)短期荷载和作用在结构胶中产生的拉应力: W: 风荷载以及地震荷载组合设计值: 2.14251kN/m2 a: 矩形分格短边长度: 1.5m : 结构胶粘结宽度: 16 mm = = =0.10043N/mm2(3)永久荷载和作用在结构胶中产生的剪应力: H: 幕墙分格高: 2m B: 幕墙分格宽: 1.5m = = =0.00987429N/mm20.01N/mm2 结构胶长期强度满足要求 (4)短期荷载和作用在结构胶中产生的总应力: = = =0.100914N/mm20.2N/mm2 结构胶短期强度满足要求 五、 立柱计算1、 立柱荷载计算(1)风荷载线分布最大荷载集度设计值(矩形分布) qw: 风荷载线分布最大荷载集度设计值(kN/m) rw: 风荷载作用效应的分项系数：1.4 Wk: 风荷载标准值: 1.25537kN/m2 Bl: 幕墙左分格宽: 1.5m Br: 幕墙右分格宽: 1.5m qwk=Wk× =1.25537× =1.88306kN/m qw=1.4×qwk =1.4×1.88306 =2.63628kN/m(2)分布水平地震作用设计值 GAkl: 立柱左边幕墙构件(包括面板和框)的平均自重: 0.5kN/m2 GAkr: 立柱右边幕墙构件(包括面板和框)的平均自重: 0.5kN/m2 qEAkl=5×max×GAkl (JGJ102-2003 5.3.4) =5×0.16×0.5 =0.4kN/m2 qEAkr=5×max×GAkr (JGJ102-2003 5.3.4) =5×0.16×0.5 =0.4kN/m2 qek= = =0.6kN/m qe=1.3×qek =1.3×0.6 =0.78kN/m(3)立柱荷载组合 立柱所受组合荷载标准值为: qk=qwk =1.88306kN/m 立柱所受组合荷载设计值为: q =qw+E×qe =2.63628+0.5×0.78 =3.02628kN/m 立柱计算简图如下: (4)立柱弯矩: 通过有限元分析计算得到立柱的弯矩图如下: 立柱弯矩分布如下表: 列表条目12345678910偏移(m)0.0000.5631.1251.6882.2502.7503.3133.8754.4385.000弯矩(kN.m)0.0003.7776.5968.4589.3639.3638.4586.5963.7770.000 最大弯矩发生在2.5m处 M: 幕墙立柱在风荷载和地震作用下产生弯矩(kN·m) M=9.45712kN·m 立柱在荷载作用下的轴力图如下: 立柱在荷载作用下的支座反力信息如下表: 支座编号X向反力(kN)Y向反力(kN)转角反力(kN.m)n0-7.566-n1-7.566-4.500-2、 选用立柱型材的截面特性 选定立柱材料类别: 钢-Q235 选用立柱型材名称: 钢管140x80x4 型材强度设计值: 215N/mm2 型材弹性模量: E=206000N/mm2 X轴惯性矩: Ix=445.053cm4 Y轴惯性矩: Iy=185.343cm4 X轴上部抵抗矩: Wx1=63.579cm3 X轴下部抵抗矩: Wx2=63.579cm3 Y轴左部抵抗矩: Wy1=46.3357cm3 Y轴右部抵抗矩: Wy2=46.3357cm3 型材截面积: A=16.8736cm2 型材计算校核处抗剪壁厚: t=4mm 型材截面面积矩: Ss=38.8791cm3 塑性发展系数: =1.05 3、 立柱强度计算 校核依据: +a Bl: 幕墙左分格宽: 1.5m Br: 幕墙右分格宽: 1.5m Hv: 立柱长度 GAkl: 幕墙左分格自重: 0.5kN/m2 GAKr: 幕墙右分格自重: 0.5kN/m2 幕墙自重线荷载: Gk= = =0.75kN/m rG: 结构自重分项系数: 1.2 G:幕墙自重线荷载设计值0.9kN/m f: 立柱计算强度(N/mm2) A: 立柱型材截面积: 16.8736cm2 Nl: 当前杆件最大轴拉力(kN) Ny: 当前杆件最大轴压力(kN) Mmax:当前杆件最大弯矩(kN.m) Wz: 立柱截面抵抗矩(cm3) : 塑性发展系数: 1.05 立柱通过有限元计算得到的应力校核数据表格如下: 编号NlNyMmaxWzAfzb04.5000.0009.45763.57916.8736144.330 通过上面计算可知,立柱杆件b0的应力最大,为144.33N/mm2a=215N/mm2,所以立柱承载力满足要求4、 立柱的刚度计算 校核依据: Umax 且 Umax30mm Dfmax: 立柱最大允许挠度: 通过有限元分析计算得到立柱的挠度图如下: 立柱挠度分布如下表: 列表条目12345678910偏移(m)0.0000.5631.1251.6882.2502.7503.3133.8754.4385.000挠度(mm)0.0005.87410.95314.63416.51516.51514.63410.9535.8740.000 最大挠度发生在2.5m处,最大挠度为16.7149mm30mm Dfmax=×1000 =×1000 =20mm 立柱最大挠度Umax为: 16.7149mm20mm 挠度满足要求5、 立柱抗剪计算 校核依据: max=125N/mm2 通过有限元分析计算得到立柱的剪力图如下: 立柱剪力分布如下表: 列表条目12345678910偏移(m)0.0000.5631.1251.6882.2502.7503.3133.8754.4385.000剪力(kN)-7.566-5.863-4.161-2.459-0.7570.7572.4594.1615.8637.566 最大剪力发生在0m处 : 立梃剪应力: Q: 立梃最大剪力: 7.56569kN Ss: 立柱型材截面面积矩: 38.8791cm3 Ix: 立柱型材截面惯性矩: 445.053cm4 t: 立柱抗剪壁厚: 4mm = = =16.5232N/mm2 16.5232N/mm2125N/mm2 立柱抗剪强度可以满足六、 立柱与主结构连接计算1、 立柱与主结构连接计算 连接处角码材料 : 钢-Q235 连接螺栓材料 : C级普通螺栓-4.8级 : 连接处角码壁厚: 8mm : 连接螺栓直径: 12mm : 连接螺栓有效直径: 10.36mm : 连接处水平总力(N): =Q =-7.56571kN : 连接处自重总值设计值(N): =-4.5kN N: 连接处总合力(N): N= =×1000 =8802.84N : 螺栓的承载能力: : 连接处剪切面数: 2 =2×3.14××140 (GB 50017-2003 7.2.1-1) =2×3.14××140 =23603N : 立梃与建筑物主结构连接的螺栓个数: = = =0.372954个 取2个 : 立梃型材壁抗承压能力(N): : 连接处剪切面数: 2×2 t: 立梃壁厚: 4mm =×2×325×t× (GB 50017-2003 7.2.1-3) =12×2×325×4×2 =62400N 8802.84N 62400N 立梃型材壁抗承压能力满足 : 角码型材壁抗承压能力(N): =×2×325×× (GB 50017-2003