[原创]一个幕墙玻璃结构计算书 [复制链接]

目　　　　录 第一章　工程概况 第二章　结构设计的原则 第三章　结构设计计算方法 第四章　结构设计计算的基本参数 第五章　隐框幕墙玻璃应力计算（玻璃种类的确定） 第六章　隐框幕墙立柱和横梁的设计计算 第七章　隐框幕墙立柱与横梁和力柱与连接件之间的连接设计计算 第八章　隐框幕墙结构胶设计计算 第九章　参考文献 第一章　工程概况 　　xxxx大厦位于xx市xx区，地面上总高79.1米。 第二章　结构设计原则 一、幕墙主要构件应悬挂在主体结构上。 　　二、幕墙及其连接件应有足够的承载力，刚度和相对于主体结构的位移能力。 　　三、抗震设计的玻璃幕墙，在设防烈度地震作用下经修理后幕墙仍可使用。 　　四、玻璃幕墙的构件，在重力荷载、风荷载、地震作用、温度作用和主体结构位移影响下，应具有安全性。 第三章　结构设计计算的方法 　　一、因结构设计的标准是在正常荷载作用下不产生损害，在这种情况下，幕墙亦处于弹性状态，所以其幕墙构件的内力计算应采用弹性计算方法。 　　二、幕墙承受荷载和作用产生的效应应按结构的设计条件和要求进行组合，以最不利的组合作为设计的依据，其截面最大应力设计值不应超过材料强度的设计值。 三、荷载和作用效应组合的分项系数，按下列规定采用 （一）：在进行幕墙构件、连接件、紧固件和预埋件承载力计算时，分项系数为： 重力荷载： G＝1.2 风荷载： W＝1.4 地震作用： E＝1.3 温度作用： T＝1.2 (二)    ：进行位移和挠度计算时分项系数为： 重力荷载： G＝1.0 风荷载： W＝1.0 地震作用： E＝1.0 温度作用： T＝1.0 四、    荷载和作用效应组合时，组合系数按下列规定采用： 　　（一）、当两个和两个以上的可变荷载或作用效应参加组合时，第一个可变荷载或作用效应的组合系数按1.0采用，第二个按0.6采用，第三个按0.2采用 。 ψW          风荷载效应组合系数 ψE          地震作用效应组合系数 ψT          温度作用效应组合系数 五、    荷载和作用效应的组合可按下列式进行组合： S＝GSG+WWSW+EESE+TTST S         荷载和作用效应组合后的设计值 SG　　　　　　　　重力荷载产生的效应 SW　　　　　　　　风荷载作用产生的效应 SE　　　　　　　　地震作用产生的效应 ST　　　　　　　　温度作用产生的效应 第四章　结构设计计算的基本参数 一、    工程的基本条件： 主楼玻璃幕墙层高取4.2m，玻璃最大分格为1200mm×1600mm。 二、    荷载和作用： （一）    、重力荷载： 幕墙结构材料的重力体积密度如下： 玻　璃：25.6KN/M3 铝合金：27.0KN/M3 （二）    、风荷载： 作用在幕墙上的风荷载标准值： WK=ZUZUSWO WK          作用在幕墙上风荷载标准值(KN/m2) Z　　　　　阵风风压系数，取2.25 UZ　　　　　风压高度变化系数：UZ＝0.713(Z/10)0.4 US　　　　　风荷载体型系数，取±1.5 WO　　　　　基本风压，重庆取0.3KN/m2 WK＝2.25×1.5×0.713(Z/10)0.4×0.30     ＝0.72(Z/10)0.4(KN/m2) （三）    、温度作用： 年温度变化T取80℃ （四）    、地震作用： 平面外地震作用 qEK＝βEαmaxG/A qEK          作用于幕墙平面外分布的水平地震作用； G　　　　　一个计算单元幕墙构件的重量； A　　　　　一个计算单元幕墙立面面积； αmax　　　　　　水平地震影响系数：按8度抗震设计，取0.16 βE　　　　　　　动力放大系数：取3.0 三、    材料的物理力学性能： （一）    、材料的物理性能： １、材料的线胀系数α： 　　钢　　　材：α＝1.2×10－5 　　铝合金型材：α＝2.35×10－5 　　玻　　　璃：α＝1.0×10－5 ２、材料的弹性模量： 玻      璃：E＝0.72×105N/mm2 铝合金型材：E＝0.7×105N/mm2 钢　　　材：E＝2.10×105N/mm2 (二)    、材料的力学性能： １、玻璃强度设计值： 厚    度    大面上强度    直边缘强度 15毫米厚钢化玻璃    fg＝40.0 N/mm2    fg＝28.0 N/mm2 12毫米厚玻璃    28.0 N/mm2    19.5 N/mm2 6毫米厚玻璃    28.0 N/mm2    19.5 N/mm2 　 ２、铝合金型材强度设计值： 合金类型    受拉　　受压    受剪 LD31    CS    fa＝138.3 N/mm2    fa＝80.2 N/mm2 ３、钢材及连接强度设计值： 品 种    厚 度    受弯 受拉 受压    受 剪    局 部 承 压 A3    ≤16mm    fa＝215 N/mm2    fa＝125 N/mm2    fa＝320 N/mm2 角焊缝        fa＝160 N/mm2    fa＝160 N/mm2     普通螺栓        fa＝170 N/mm2    fa＝130 N/mm2     铆钉        fa＝120 N/mm2    fa＝155 N/mm2     第五章　隐框幕墙玻璃的应力计算 （玻璃种类的确定） 玻璃设计要求在外荷载和作用下在玻璃中产生的应力设计值不超过玻璃强度设计值： 　＝Gv+WWWK+EEEK+TTTK≤fg            玻璃应力设计值 一、    主楼玻璃应力验算： （一）    、自重下的应力： 垂直幕墙在玻璃中产生的正应力标准值：EK 　EK＝0.0000256hG(N/mm2)   hG        玻璃板高度（mm） １、hG＝1600mm时：EK＝0.0000256×1600＝0.041 N/mm2 （二）    、风荷载下的应力： 风力垂直作用于玻璃板时，其弯曲应力标准值WK 　　　　     WK＝6Wka2/t2     Wk＝2.25×1.5×0.00030×1.1 　　　　＝0.0011 N/mm2（在30m高处）       a         玻璃短边边长(mm)，取1200mm       t         玻璃的厚度(mm)，取6mm       b         玻璃的长边边长(mm)，取1600mm                弯曲系数：a/b＝0.75时，＝0.0683 在30m高处1200mm×1600mm玻璃应力为：    WK＝6×0.0683×0.0011×12002/36＝18.03 N/mm2 　　（三）、在年温度变化下，玻璃边缘与边框之间发生挤压时，在玻璃中产生的挤压温度应力标准值tk： 　　　tk＝E[aT－(2c－d)/b] 　　　c        玻璃边缘与边框间的空隙(mm)，取12mm       d　　　　施工误差，可取为3mm       b　　　　玻璃长边尺寸(mm)取1600mm       T　　　　年最大温差，取80℃       E　　　　　玻璃的弹性模量(N/mm2)       tk＝0.72×105[1.0×10－5×80－(12×2－3)/1600＜0（不产生挤压应力） （四）    、平面外地震效应作用下应力标准值EK 　　　EK ＝6qEa2/t2 　qE＝βEαmaxG/A 　　　＝3×0.16×G/A 　　　＝0.48G/A 　1200mm×1600mm×6mm厚玻璃： 　qE＝0.48×25.6×0.006＝0.073KN/m2 　EK ＝6×0.0683×0.000073×12002/36 　　　＝1.2 N/mm2 (五)    、在30m高处：1200mm×1600mm×6mm玻璃最大应力 　＝1.2×0.041＋1×1.4×18.03＋0.6×1.3×1.2 　　＝26.22N/mm2＜fa＝28.0N/mm2 所以应采用6mm厚玻璃(fg=28.0N/mm2）能满足要求。 （七）    、结论。主楼隐框幕墙采用6mm厚玻璃，能满足要求。 第六章　隐框幕墙立柱和横梁的设计计算 　　一、设计原则： 　　（一）、偏心受拉的玻璃幕墙立柱截面承载力应符合下式要求： N/Ao+M/W≤fa （二）    、横梁为双向受弯、截面承载力应满足下式要求： Mx/Wx+My/Wy≤fa 　　（三）、横梁和立柱的挠度应根据其玻璃幕墙平面外的支承条件，按简支梁或连续梁计算。 横梁和立柱的最大挠度应符合下式要求，并且不应大于20mm。           U≤L/180 二、    主楼幕墙立柱的设计与计算： （一）    、立柱为偏心受拉构件，立柱截面承载力应满足下式要求：          N/Ao+M/W≤fa         N         立柱拉力设计值(N)         M         立柱弯矩设计值(N•mm)         Ao         立柱净截面面积(mm2)         W        弯矩作用方向净截面抵抗矩(mm2)                  塑性发展系数，取1.05         fa        材料强度设计值 　　（二）、30m高处幕墙（层高4.2m）荷载和作用效应的计算，立柱截面的选择，加强措施和计算。 　　１、风荷载：Wk，W，qwk，qw，Mwk，Mw 1)    风荷载标准值：Wk＝βz Uz Ua Wo                     ＝2.25×1.5×0.30×0.713×(z/10)0.4     　　　　　　　　＝0.72(z/10)0.4 (KN/m2)     　　　　　　　　＝0.72(30/10)0.4     　　　　　　　　＝1.11 KN/m2   (30高处) 2)    风荷载设计值：W＝w Wk              　　　　＝1.4×1.11     　　　　　　　 　＝1.554 KN/m2 3)    风荷载线载标准值：qwk＝B•Wk     　　　　　　　　　　　＝1.2×1.11     　　　　　　　　　　　＝1.332 KN/m 4)    风荷载线载设计值：qw＝B•W     　　　　　　　　　　　＝1.2×1.554     　　　　　　　　　　　＝1.865 KN/m 5)    风荷载产生的弯矩标准值：Mwk＝qwk•Ｌ2／8     　　　　　　　　　　　　　　＝1.332×4.22/8     　　　　　　　　　　　　　　＝2.94 KN•M 6)    风荷载产生的弯矩设计值：Mw＝qw•Ｌ2／8 　　　　　　　　　　　　　　　　　　＝1.865×4.22/8 　　　　　　　　　　　　　　　　　　＝4.11KN•M 　　２、地震作用：qEAK，qEK，ME 1)    幕墙平面外地震作用标准值：qEAK＝βEαmaxG/A     　　　　　　　　　　　　　　　　＝3×0.16×G/A     ＝0.48G/A     G        计算处一个楼层在一个分格框上的重量：     G＝25600×A•L•t＋49.44×4.2＋30×1.2       ＝25600×1.2×4.2×0.006＋49.44×4.2＋30×1.2       ＝1017.8N     A        计算处一个楼层在一个分格框上的面积     A＝1.2×4.2＝5.04m2     qEAK＝0.48×1.0178/5.04          ＝0.097 KN/m2 2)    幕墙平面外地震作用线荷载标准值qEK：     qEK＝qEAK•B         ＝0.097×1.2＝0.1164 KN/m 3)    幕墙平面外地震作用线荷载设计值qE：     qE＝E•qEAK•B        ＝1.3×0.097×1.2        ＝0.15 KN/m 4)    幕墙平面外地震作用弯矩标准值MEK：     MEK＝qEKL2/8          ＝0.1164×4.22/8          ＝0.257KN•M 5)    幕墙平面外地震作用弯矩设计值：ME     ME＝qEL2/8         ＝0.15×4.22/8         ＝0.33KN•M ３、荷载和作用效应的组合： 　　 总弯矩设计值：M M＝WMW＋EME    ＝1×4.11＋0.6×0.33    ＝4.308 KN/m 　 　总线荷载和作用标准值：qK qK＝WqWK＋EqEK     ＝1.0×1.332＋0.6×0.1164     ＝1.4 KN/m ４、立挺需要最小截面抵抗矩：   WX＝M/•fa      ＝4308000/1.05×138.3      ＝29666mm3      ＝29.666cm3 ５、立挺需要的最小惯性矩：IX   U＝5qKL4/384EIX≤L/180或20mm   L/180＝4200/180＝23.3mm＞20mm   IX≥5qKL4/384×20E     ≥5×1.4×42004/384×20×0.70×105     ≥4051687mm4＝405.1687cm4 　　６、结论：而130立挺截面抵抗矩Wx＝48.2cm3，截面惯性Ix＝420.7cm4，所以满足刚、强度要求。 　　７、刚强度的验算 1)    抗弯强度的验算：     荷载和作用产生的总应力      ＝N/Ao＋W MW/•WX＋EME/WX      N＝G      ＝N/Ao＋1.0 MW/1.05•WX＋0.6ME/WX        ＝1017.8/1193.5＋4110000/1.05×48200＋0.6×372000/1.05×48200        ＝0.852＋81.2＋7.35        ＝89.4N/mm2＜fa＝138.3N/mm2 2)    挠度验算：     　最大挠度U＝5(WqWK＋EqEK) L4/384EIX             　U＝5×1.4×42004/384×0.7×105×4.207×106     　          ＝19.2mm＜L/180＝4200/180＝23.3mm 3)    结论：西南铝加工厂系列立挺能满足刚强度要求。 　　（三）、横梁所受荷载和作用效应的计算，刚强度的验算： 　　１、计算处幕墙组件（玻璃）单位面积自重标准值： 　　　　GAK＝25600×t          t       玻璃厚          GAK＝25600×0.006              ＝153.6 N/m2 　　２、计算处幕墙组件（玻璃）自重线荷载标准值GK 　　　　　GK＝H•GAK（H为玻璃高）               ＝1.6×153.6               ＝245.76 N/m 　　３、计算处幕墙组件玻璃自重线荷载设计值 　　　　　　G＝1.2GK               ＝1.2×245.76               ＝295 N/m 　　４、由幕墙组件自重产生的竖向弯矩设计值MX＝GB2/8（B为玻璃宽） 　　　　　MX＝295×1.22/8＝53.1 N•M 　　５、风荷载线分布最大荷载集度标准值qWK 　　　　　qWK＝WK•B/2×2 　　　　　     ＝WK•B 　　　　　     ＝1110×1.2 　　　　　     ＝1332 N/m 　　其设计值qW＝1.4 qWK 　　　　　　qW＝1.4×1332 　　　　　　    ＝1864.8 N/m 　　６、由风荷载产生的水平方向弯矩设计值MYW： 　　　　　　MYW＝qW•B2/12 　　　　　　      ＝1864.8×1.22/12 　　　　　　      ＝223.8 N/m 　　７、单位面积水平地震作用标准qEAK： 　　　　　　qEAK＝Emax•GAK 　　　　　　      ＝3×0.16×153.6 　　　　　　      ＝73.728 N/m2 　　８、水平地震作用线分布最大集度标准值qEK： 　　　　　　qEK＝qEAK•B/2×2 　　　　　　     ＝qEAK×B＝73.728×1.2＝88.47 N/m 　　其设计值：qE＝1.3 qEK 　　　　　　　   ＝1.3×88.47 　　　　　　　   ＝115 N/m 　　９、由水平地震产生的弯矩设计值MYE： 　　　　　　MYE＝qE•B2/12 　　　　　　     ＝115×1.22/12 　　　　　　     ＝13.8 N•M 　　１０、荷载和作用效应的组合： 　　采用SG＋WSW＋ESE 　　１１、已知与立挺相配套的横档的下列参数： 　　　　　　A＝907.9mm2  WX＝9cm3   WY＝18.1cm3 　　　　　　IY＝67.9cm4     IX＝41.8cm4 　　１２、总应力： 　　　　　＝MX/WX＋MYW/WY＋0.6MYE/WY 　　　　　  ＝53100/1.05×9000＋223800/1.05×18100＋0.6×13800/1.05×18100 　　　　　  ＝5.6＋11.78＋0.73 　　　　　  ＝18.11N/mm2＜fa＝138.3N/mm2 　　    所以满足强度要求： 　　１３、挠度验算： 　　　　　UX＝5GK•B4/384EIX 　　　　　    ＝5×0.24576×12004/384×0.7×105×4.18×105 　　　　　    ＝0.227mm＜1200/180＝6.66mm 　　　  UY＝5(WqWK＋EqEK)B4/384EIY 　　　     ＝5[(1×1.332＋0.6×0.08847)×12004/384×0.7×6.79×1010 　　　     ＝0.79＜1200/180＝6.66mm    所以两个方向的挠度满足要求。 第七章　立柱与横梁和立柱与连接之间连接计算 　　一、立柱与横梁连接验算： 　　（一）、横梁与立挺之间通过角铝（角铝厚b＝3mm）用5×15的封闭钢铆钉进行连接。 １、风荷载产生的剪力标准值VWK          WK•B•B/2 VWK＝              　　×2/2               2      ＝WK•B2/4      ＝1.11×1.22/4      ＝0.4KN ２、风荷载产生的剪力设计值： VW＝WVWK＝1.4×0.4＝0.56KN ３、幕墙平面外地震作用产生的剪力标准值：           qEAK•B•B/2 VEK＝              　　×2/2                2          ＝ qEAK•B2/4      ＝0.073×1.22/4      ＝0.026KN ４、幕墙平面外地震作用产生的剪力设计值：   VE＝EVEK      ＝1.3×0.026      ＝0.033KN ５、平面外荷载和作用产生的总剪力设计值V    V＝WVW＋EVE      ＝1×0.56＋0.6×0.033      ＝0.58KN ６、在计算处一个分格框构件自重标准值GK：   GK＝26500×H×B×t＋30×1.2      ＝26500×1.6×1.2×0.006＋30×1.2      ＝341N ７、在计算处一个分格框构件自重设计值G：    G＝VGGK      ＝1.2×341      ＝409N ８、竖向作用N1   N1＝G/2      ＝409/2      ＝204.5N ９、合力N2：   N2＝√V2＋N12      ＝√5802＋204.52＝615N １０、一颗铆钉抗剪承受能力NVr NVr＝NV•fsd2/4     ＝1×155×3.14×52/4     ＝3041.8N １１、需要铆钉的数量n：   n＝N2/ NVr    ＝615/3041.8    ＝0.202颗，取为两颗 １２、铆钉的承受能力验算：    铆钉的承受能力：NCr   NCr＝d∑bfa      ＝5×6×120      ＝3600N＞N2＝615N 所以铆钉的承压能力满足要求。 １３、铝角码承压能力验算： 铝角码承压能力Ncb：   Ncb＝d∑bfa      ＝5×3×2×138.3      ＝4149N＞N2＝615N 所以铝角码承压能力满足要求。 （二）    、立柱与连接件之间的连接验算： 用L80×80×8的角钢，长度L＝80mm相连，连接件焊接在预埋件上（见设计大样） １、每层每根立柱承受的荷载标准值：   N1WK＝WK•B•L         ＝1.11×1.2×4.2         ＝5.6KN 其设计值：N1W＝EN1WK                ＝1.4×5.6                ＝7.84KN ２、每层每根立挺承受的幕墙平面外地震作用标准值：   NIEK＝qEAK•B•L        ＝0.073×1.2×4.2        ＝0.36KN 其设计值：N1E＝WN1EK                ＝1.3×0.36                ＝0.468KN ３、幕墙平面外荷载和作用组合值：N1＝WN1W＋EN1E ４、每层每根立挺承受自重标准值：    N2K＝GAK•B•L        ＝1.304×1.2×4.2        ＝6.57KN 其设计值：N2＝GN2K              ＝1.2×6.57              ＝7.88KN ６、合力：N＝√N12＋N22              ＝√7.882＋8.122              ＝11.3KN ７、一个螺栓抗剪承载能力：   Nvb＝nvdo2fa/4＝2×3.14×112×130/4       ＝24696.1N   NV       抗剪面面数，为2   do        螺栓有效直径为11mm   fa         螺栓抗剪强度设计值：130N/mm2 ８、需要螺栓数量为：n＝N/NV                       ＝11.3/24.6961                       ＝0.46颗，取两颗 ９、立柱壁承压能力：Ncb＝d∑t•fa d         螺栓直径取12mm ∑t         立挺壁承压总厚度（为壁厚4倍） fa           型材抗压强度设计值：为138.3N/mm2 Ncb＝12×3×4×138.3      ＝19.92KN＞N＝11.3KN １０、角钢壁承压能力：Ncb＝d∑t•fs      d            螺栓直径取12mm ∑t          角钢承压总厚度（为4倍角钢厚） fs            角钢抗压设计强度为320N/mm2   Ncb＝12×8×4×320       ＝122.9KN＞N＝11.3KN 所以立挺和角钢均满足抗压要求。 第八章 幕墙结构胶的计算 一、    设计的原则： 　　结构硅酮密封胶中的应力可由所承受的短期和长期荷载和作用计算，并应符合下列条件： K1或K1≤f1 K2或K2≤f2 K1或K1        为短期荷载或作用在结构硅酮密封胶中产生的拉应力或剪应力标准值。 K2或K2        为长期荷载或作用在结构硅酮密封胶中产生的拉应力或剪应力标准值。 　　f1          结构胶短期强度允许值：f1＝0.14N/mm2 f2          结构胶长期强度允许值：f2＝0.007N/mm2 二、    结构胶粘接宽、厚度计算： （一）    、在风荷载作用下，结构胶的粘接宽度：CS1    CS1＝Wka/2000f1        ＝1.11×1200/2000×0.14        ＝4.75mm （二）    、在玻璃自重作用下，结构胶的粘接宽度：CS2   CS2＝qEKab/2000(a＋b)f2       ＝25600×109×6×1200×1600/200(1200＋1600)×0.007       ＝7.4mm （三）    、结构胶粘接厚度ta： 　　   ta≥a/√(2＋)    a ＝B(H)(铝－玻)×80       ＝1900(2.35×15－1×105)×80       ＝2.052mm               结构胶延伸率，美国道康宁公司   DC－995结构胶为0.125    ta＝2.052√0.125(2＋0.125)      ＝4mm 　　三、结论：设计结构胶粘接宽度为20mm，厚度为6mm，满足DC－995结构胶计算和构造要求。 第十章　结构计算参考文献 １、陈建东著《玻璃幕墙工程规范应用手册》 ２、赵西安著《幕墙工程手册》 ３、李家宝著《结构计算手册》 ４、《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102－96 　　 　　　　 xxxxxxxx工程公司 一九九九年四月三十日