系列全隱框玻璃幕墻設(shè)計強(qiáng)度計算書.doc

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140系列全隱框玻璃幕墻設(shè)計強(qiáng)度計算書 基本參數(shù)：儀征地區(qū) 幕墻總標(biāo)高＝21.8m 校核處設(shè)計層高：3.6m 分格BH＝1.25m1.550m 抗震6度設(shè)防 一、幕墻承受荷載計算： 1．風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值計算： 本幕墻設(shè)計按50年一遇風(fēng)壓計算 Wk：作用在幕墻上的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值(KN/m2) Wo：儀征50年一遇十分鐘平均最大風(fēng)壓：0.40 KN/m2 根據(jù)現(xiàn)行《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》附表D.4 （全國基本風(fēng)壓和雪壓）中數(shù)值采用 βgz：瞬時風(fēng)壓的陣風(fēng)系數(shù)：取2.0(GB50009-2001表7.5.1) s：風(fēng)荷載體型系數(shù)：1.5 z：21.8m高處風(fēng)壓高度變化系數(shù)：0.86 Wk＝βgzszwo =2.01.50.860.40 =1.032 KN/m2 2．風(fēng)荷載設(shè)計值： W：風(fēng)荷載設(shè)計值：KN/m2 rw ：風(fēng)荷載作用效應(yīng)的分項系數(shù)：1.4 按《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范》JGJ102-2003(5.4.2)條規(guī)定采用 W=rwWK=1.41.032=1.45KN/m2 3．玻璃幕墻構(gòu)件重量荷載： GAK：玻璃幕墻構(gòu)件（包括玻璃和鋁框）的平均自重：400N/m2 GK：玻璃幕墻構(gòu)件（包括玻璃和鋁框）的重量： H：玻璃幕墻分格高：1.550m B：玻璃幕墻分格寬：1.225m GK=400BH/1000 =4001.2251.550/1000 =0.76KN 4．地震作用： （1）垂直于玻璃幕墻平面的分布地震作用： qEAK：垂直于玻璃幕墻平面的分布水平地震作用KN/m2 βE：動力放大系數(shù)：可取5.0 按5．2．4條規(guī)定采用 αmax：水平地震影響系數(shù)最大值：0.04 (6度設(shè)防) 按5．2．4條規(guī)定采用 Gk：玻璃幕墻構(gòu)件的重量：0.76KN B：玻璃幕墻分格寬：1.225m H：玻璃幕墻分格高：1.550m qEAk=βEαmaxGK/B/H =50.040.76/1.225/1.550 =0.080KN/m2 （2）平行于玻璃幕墻平面的集中水平地震作用： PEAK：平行于玻璃幕墻平面的集中水平地震作用 (kN) βE：動力放大系數(shù)：可取5.0 按5．2．4條規(guī)定采用 GK：玻璃幕墻構(gòu)件的重量：0.76kN PEAK=βEαmaxGK =50.040.76 =0.152KN 二、玻璃的選用與校核： 本工程選用玻璃種類為：鍍膜鋼化玻璃 1．玻璃面積： B：玻璃幕墻分格寬：1.225m H：玻璃幕墻分格高：1.550m A：玻璃板塊面積： A＝BH ＝1.2251.550 ＝1.90m2 2．玻璃厚度選?。? W：風(fēng)荷載設(shè)計值：1.45kN/ m2 A ：玻璃板塊面積：1.90m2 K3 ：玻璃種類調(diào)整系數(shù)：3.00 試算：C＝WA10/3/K3 ＝1.451.9010/3/3.00 ＝3.06 T＝2SQRT(1+C)-2 ＝2SQRT(1+3.06)-2 ＝2.03mm 玻璃選取厚度為：6mm 3．玻璃板塊自重： GAk：玻璃板塊平均自重（不包括鋁框）： t：玻璃板塊厚度：6mm 25.6 玻璃的體積密度，單位是kN/ m3 5.2.1采用 GAk＝25.6t/1000 ＝25.66/1000 ＝0.154 kN/ m2 4．垂直于玻璃平面的分布地震作用： αmax：水平地震影響系數(shù)最大值：0.04 qEAk：垂直于玻璃平面的分布地震作用(kN/ m2) qEAk＝5αmaxGAk ＝50.040.154 ＝0.031 kN/ m2 rE：地震作用分項系數(shù)：1.3 qEA ：垂直于玻璃平面的分布地震作用設(shè)計值kN/ m2 qEA＝rEqEAk ＝1.30.031 ＝0.0403 kN/ m2 5．玻璃的強(qiáng)度計算： 校核依據(jù)：σ≤fg＝84.00 q：玻璃所受組合荷載： a：玻璃短邊邊長：1.225m b：玻璃長邊邊長：1.550m t：玻璃厚度：6.0mm φ1：玻璃板面跨中彎曲系數(shù)，按邊長比a/b查出 （b為長邊邊長） 表5．4．1得：0.074 σw玻璃所受應(yīng)力： 采用Sw+0.6SE組合： q＝W+0.6qEA ＝1.45+0.60.0403 ＝1.474kN/ m2 σw＝6φ1qa21000/t2 ＝60.0741.4741.22521000/62 ＝27.28N/mm2 27.28N/mm2≤fg＝84.00 N/mm2 玻璃的強(qiáng)度滿足！ 6．玻璃最大面積校核： Azd：玻璃的允許最大面積(m2) Wk：風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值：1.03kN/ m2 t：玻璃厚度：6.0mm α1：玻璃種類調(diào)整系數(shù)：3.00 A：計算校核處玻璃板塊面積：1.90m2 Azd＝0.3α1(t+t2/4)/Wk (6.2.7-1) ＝0.33(6+62/4)/1.03 ＝13.50 m2 A＝1.90m2≤Azd＝13.50 m2 可以滿足使用要求！ 三、幕墻桿件計算： 幕墻立柱按簡支梁力學(xué)模型進(jìn)行設(shè)計計算： 1．選料： （1）風(fēng)荷載設(shè)計值的線密度： qw：風(fēng)荷載設(shè)計值的線密度 rw：風(fēng)荷載作用效應(yīng)的分項數(shù)：1.4 Wk：風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值：1.03KN/ m2 B：幕墻分格寬：1.225m qw=1.4WkB =1.41.031.225 =1.77KN/m （2）立柱彎矩： Mw：風(fēng)荷載作用下立柱彎矩：(kN.m) qw：風(fēng)荷載設(shè)計值的線密度：1.77KN/m Hsjcg：立柱計算跨度：3.60m Mw=qwHsjcg2/8 =1.773.602/8 =2.86KN.m qEA：地震作用設(shè)計值： qEAK：地震作用：0.08KN/ m2 γE：幕墻地震作用分項系數(shù)：1.3 qEA =1.3qEAK =1.30.08 =0.104kN/ m2 qE：地震作用設(shè)計值的線密度： qE= qEAB =0.1041.225 =0.127KN.m ME：地震作用下立柱彎矩(KN.m)： ME=qEHsjcg2/8 =0.1273.62/8 =0.21KN.m M：幕墻立柱在風(fēng)荷載和地震作用下產(chǎn)生彎矩(KN.m) 采用Sw+0.6SE組合 M=Mw+0.6ME =2.86+0.60.21 =2.98KN.m W：立柱抗彎矩預(yù)選值 W=M103/1.05/84.2 =2.98103/1.05/84.2 =33.75cm3 qwk：風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值線密度 qwk=WkB =1.031.225 =1.26KN/m qEK：地震作用標(biāo)準(zhǔn)值線密度 qEk =qEAKB =0.081.225 =0.098kN/m （4）I1，I2：立柱慣性矩預(yù)選值(cm4) I1=900(qwk+0.6qEk) Hsjcg3/384/0.7 =900(1.26+0.60.098) 3.63/384/0.7 =206.02cm4 I2=5000(qwk+0.6qEk) Hsjcg4/384/0.7/20 =5000(1.26+0.60.098) 3.64/384/0.7/20 =206.02 cm4 2．選用立柱型材的截面特性： 選用系列：140 選用型材號：1401 鋁型材強(qiáng)度設(shè)計值：84.200N/mm2 鋁型材彈性模量：E=7106N/cm2 X軸慣性矩：Ix=341.63cm4 Y軸慣性矩：Iy=91.53cm4 X軸抵抗矩：Wx1=52.46cm3 X軸抵抗矩：Wx2=45.63cm3 型材截面積：A=12.97cm2 型材計算校核處壁厚：t=3.00mm 型材截面面積矩：Ss=30.52 cm3 塑性發(fā)展系數(shù)：γ=1.05 3． 幕墻立柱的強(qiáng)度計算： 校核依據(jù)：N/A+m/γw≤fa=84.200N/mm2（拉彎構(gòu)件） （5．5．3） B：幕墻分格寬：1.225m GAK：幕墻自重：400N／m2 幕墻自重線荷載： GK=400B/1000 =4001.225/1000 =0.49kN/m Nk：立柱受力： NK=GKHsjcg =0.493.6 =1.76kN N：立柱受力設(shè)計值： rG：結(jié)構(gòu)自重分項系數(shù)：1.2 N=1.2Nk =1.21.76 =2.12kN α：立柱計算強(qiáng)度（N／mm2）（立柱為接彎構(gòu)件） N：立柱受力設(shè)計值：2.12KN A：立柱型材截面積：12.97cm2 M：立柱彎矩：3.58KN.m Wx2：立柱截面抗彎矩：45.63cm3 γ：塑性發(fā)展系數(shù)：1.05 α=N10/A+M103/1.05/ Wx2 =2.1210/12.97+2.98103/1.05/45.63 =63.83N/mm2 63.83N/mm2≤fa=84.200 N/mm2 立柱強(qiáng)度可以滿足！ 4. 幕墻立柱的剛度計算： 校核依據(jù)：Umax≤[U]=20mm且Umax≤L/180 (5.5.5) u：立柱撓度 u=5(qwk+0.6qEk) Hsjcg41000/384/0.7/Ix =5(1.26+0.60.098) 3.641000/384/0.7/341.63 =12.06mm≤20mm Du：立柱撓度與立柱計算跨度比值： Hsjcg：立柱計算跨度：3.6m Du=U/Hsjcg/1000 =12.06/3.6/1000 =0.00335<1/180 撓度可以滿足要求！ 5．立柱抗剪計算： 校核依據(jù)：γmax≤[γ]=48.900N/mm2 （1）Qwk：風(fēng)荷載作用下剪力標(biāo)準(zhǔn)值(kn) Qwk=WkHsjcgB/2 = 1.033.61.225/2 =2.27KN （2）Qw：風(fēng)荷載作用下剪力設(shè)計值(KN) Qw=1.4Qwk =1.42.27 =3.18kN （3）QEK:地震作用下剪力標(biāo)準(zhǔn)值(KN) QEK=qEAKHsjcgB/2 = 0.083.61.225/2 =0.18KN （4）QE:地震作用下剪力設(shè)計值(KN) QE=1.3QEK =1.30.18 =0.23KN （5）Q:立柱所受剪力： 采用Qw+0.6QE組合 Q=Qw+0.6QE =3.18+0.60.23 =3.32KN （6）立柱剪應(yīng)力： τ：立柱剪應(yīng)力： Ss：立柱型材截面面積矩：30.52cm3 Ix：立柱型材截面慣性矩：341.63cm4 t：立柱壁厚：3.000mm τ=QSs100/Ix/t =3.3230.52100/341.63/3.000 =9.88N/mm2 9.88N/mm2≤48.900 N/mm2 立柱抗剪強(qiáng)度可以滿足！ 6．選用橫梁型材的截面特性： 選用系列：140 選用型材號：1101 鋁型材強(qiáng)度設(shè)計值：84.200N/mm2 鋁型材彈性模量：E=7106N/cm2 X軸慣性矩：Ix=46.8cm4 Y軸慣性矩：Iy=27.49cm4 X軸抵抗矩：Wx1=13.37cm3 X軸抵抗矩：Wx2=13.37cm3 Y軸抵抗矩：Wy1=11.0cm3 Y軸抵抗矩：Wy2=11.0cm3 型材截面積：A=6.84cm2 型材計算校核處壁厚：t=3.000mm 型材截面面積矩：Ss=8.85m3 塑性發(fā)展系數(shù)：γ=1.05 7．幕墻橫梁的強(qiáng)度計算： 校核依據(jù)：mx/γWx+my/γWy≤fa=84.200N/mm2 （5．5．2） （1）橫梁在自重作用下的彎矩(KN.m) H：幕墻分格高：1.550m GAK：橫梁自重：300N/ m2 GK：橫梁自重荷載線密度： GK=300H/1000 =3001.550/1000 =0.465KN/m G：橫梁自重荷載設(shè)計值線密度(kN/m) G=1.2GK =1.20.465 =0.558KN/m Mx：橫梁在自重荷載作用下的彎矩(kN.m) Mx=GB2/8 = 0.5581.2252/8 =0.105KN.m （2）橫梁在風(fēng)荷載作用下的彎矩(KN.m) 風(fēng)荷載線密度： qwk=BWk =1.2251.03 =1.26kN/m 風(fēng)荷載設(shè)計值的線密度： qw=1.4qwk =1.41.26 =1.77kN/m Myw：橫梁在風(fēng)荷載作用下的彎矩(kN.m) Myw=qwB2/12 = 1.771.2252/12 =0.22KN.m （3）地震作用下橫梁彎矩 qEAK：橫梁平面外地震荷載： βE：動力放大系數(shù)：5 αmax：地震影響系數(shù)最大值：0.040 GK：幕墻構(gòu)件自重：300N/m2 qEAk=5αmax300/1000 =0.06Kn/ m2 qEx：橫梁地震荷載線密度： B：幕墻分格寬：1.225m qEx=qEAkB =0.061.225 =0.074KN/m qE：橫梁地震荷載設(shè)計值線密度： γE：地震作用分項系數(shù)：1.3 qE=1.3qEx =1.30.074 =0.096KN/m MyE：地震作用下橫梁彎矩： MyE=qEB2/12 =0.0961.2252/12 =0.012 KN.m （4）橫梁強(qiáng)度： σ：橫梁計算強(qiáng)度(N/mm2) 采用SG+SW+0.6SE組合 WX1：X軸抵抗矩：13.37cm3 WY2：Y軸抵抗矩：11.0 cm3 Υ:塑性發(fā)展系數(shù)：1.05 σ=(MX/WX1+MYW/WY2+0.6MyE/Wy2)102/1.05 =2.72N/mm2 2.72N/mm2≤fa=84.200N/mm2 橫梁正應(yīng)力強(qiáng)度可以滿足！ 8．幕墻橫梁的抗剪強(qiáng)度計算： 校核依據(jù)：γmax≤[γ] =48.900N/mm2 （1）Qwk：風(fēng)荷載作用下橫梁剪力標(biāo)準(zhǔn)值(Kn) Wk：風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值：1.03KN/m2 B：幕墻分格寬：1.225m Qwk=WkB2/4 =1.031.2252/4 =0.39KN （2）QW：風(fēng)荷載作用下橫梁剪力設(shè)計值(KN) QW=1.4QWK =1.40.39 =0.54KN （3）qEK：地震作用下橫梁剪力標(biāo)準(zhǔn)值(KN) qEAK：幕墻平面外地震作用：0.06KN/m2 qEK= qEAKB2/4 =0.061.2252/4 =0.023KN （4）qE：地震作用下橫梁剪力設(shè)計值(kn) γE：地震作用分項系數(shù)：1.3 qE=1.3qEK =1.30.023 =0.029kN （5）Q：橫梁所受剪力： 采用Qw+0.6QE組合 Q=Qw+0.6QE =0.54+0.60.029 =0.56KN （6）γ：橫梁剪應(yīng)力 Ss：橫梁型材截面面積矩：8.85cm3 Iy：橫梁型材截面慣性矩：27.49cm4 t：橫梁壁厚：3.0mm γ=QSs100/Iy/t =0.568.85100/27.49/3.00 =5.98N/mm2 5.98 N/mm2≤48.900N/mm2 橫梁抗剪強(qiáng)度可以滿足！ 四、連接件計算： 1．橫梁與立柱間連結(jié) （1）橫向節(jié)點（橫梁與角碼） N1：連接部位受總剪力： 采用Sw+0.6SE組合 N1=(Qw+0.6QE) 1000 =(0.54+0.60.029) 1000 =557.4N 普通螺栓連接的抗剪強(qiáng)度計算值：130N/mm2 Nv：剪切面數(shù)：1 D1：螺栓公稱直徑：5.000mm D0：螺栓有效直徑：4.250mm Nvbh：螺栓受剪承載能力計算： Nvbh=13.14D02130/4 =13.144.2502130/4 =1843.278N Num1：螺栓個數(shù)： Num1=N1/ Nvbh =557.4/1843.278 =0.3個 取1個 實際采用2個 Ncb：連接部位幕墻橫梁鋁型材壁抗承壓能力計算： t ：幕墻橫梁壁厚3.0mm Ncb=D1t120 =5.0003.0120 =1800.000N 1800.000N ≥557.4N 強(qiáng)度可以滿足！ （2）豎向節(jié)點（角碼與立柱） 橫梁自重：300N/m GK：橫梁自重線荷載：(N/m) GK=300H =3001.550 =465.00N/m 橫梁自重線荷載設(shè)計值：(N/m) G=1.2465.00 =558.00N/m N2：自重荷載：(N) N2=GB/2 =558.001.225/2 =341.78N N：連接處組合荷載： 采用SG+SW+0.6SE組合 N=sqrt(N12+N22) =sqrt(557.42+341.782) =653.84N Num2:螺栓個數(shù)： Num2=N/Nvbh =0.36 個 取1個 實際采用2個 Ncbj:連接部位鋁角碼壁抗承壓能力計算： Lct1：鋁角碼壁厚：4.00mm Ncbj=D1Lct1120Num2 =5.004.001202 =4800N 4800N≥653.84N 強(qiáng)度可以滿足！ 2．立梃與主結(jié)構(gòu)連接 Lct2：連接處鋼角碼壁厚：8.00mm D2：連接螺栓直徑：12.00mm D0：連接螺栓直徑：10.36mm 采用SG+SW+0.6SE組合 N1WK：連接處風(fēng)荷載總值：(N) N1WK=WKBHsjcg1000 =1.031.2253.61000 =4542.3N 連接處風(fēng)荷載設(shè)計值：(N) N1W=1.4N1WK =1.44542.3 =6359.22N N1EK：連接處地震作用： N1EK=qEAKBHsjcg1000 =0.061.2253.61000 =264.6N N1E：連接處地震作用設(shè)計值：(N) N1E=1.3N1EK =1.3264.6 =343.98N N1：連接處水平總力：(N) N1=N1W+0.6N1E =6359.22+0.6343.98 =6565.61N N2：連接處自重總值設(shè)計值： N2K=400BHsjcg =4001.2253.6 =1764.0 N N2：連接處自重總值設(shè)計值：(N) N2=1.2N2K =1.21764.0 =2116.8N N：連接處總合力：(N) N=sqrt(N12+N22) =sqrt(6565.612+2116.82) =6898.41N Nvb：螺栓的承載能力： Nv：連接處剪切面數(shù)：2 Nvb=23.14D02130/4 =23.1410.362130/4 =21905.97N Numl：立梃與建筑物主結(jié)構(gòu)連接的螺栓個數(shù)： Numl=N/Nvb =6898.41/21905.97 =0.31個 取1個 實際采用2個 Ncb1：立梃型材壁抗承壓能力： D2：連接螺栓直徑：12.00mm Nv：連接處剪切面數(shù)：4 t：立梃壁厚：3.00mm Ncb1=D24120t =12.0041203.00 =17280.00N 17280.00N≥6898.41N 強(qiáng)度可以滿足！ Ncbg鋼角碼型材壁抗承壓能力：(N) Ncbg=D22267Lct2 =12.00226782 =102528.00N 102528.00N≥6898.41N 強(qiáng)度可以滿足！ 五、幕墻玻璃板塊結(jié)構(gòu)膠計算： 本工程選用結(jié)構(gòu)膠類型為：DGM-6018 1．按風(fēng)荷載和自重效應(yīng)，計算結(jié)構(gòu)硅酮密封膠的寬度： （1）風(fēng)載荷作用下結(jié)構(gòu)膠粘結(jié)寬度的計算： Csl: 風(fēng)載荷作用下結(jié)構(gòu)膠粘結(jié)寬度（mm） WK：風(fēng)載荷標(biāo)準(zhǔn)值：1.03KN/m2 B：矩形分格短邊長度：1.550m fl：結(jié)構(gòu)膠的短期強(qiáng)度允許值：0.20N/mm2 按5．6．3條規(guī)定采用 Csl=WKa/2/0.20 (5.6.3-1) =1.031.550/2/0.2 =3.99mm 取6mm （2）自重效應(yīng)膠縫寬度的計算： Cs2：自重效應(yīng)膠縫寬度(mm) B：幕墻分格寬1.225mm： H：幕墻分格高：1.550mm t：玻璃厚度：6.00mm f2：結(jié)構(gòu)膠的長期強(qiáng)度允許值：0.01 N/mm2 按5．6．3條規(guī)定采用 Cs2=HBt25.6/(H+B)/2/10 =5.26mm 取12mm 結(jié)構(gòu)硅酮密膠的最大計算寬度：12.0mm 2. 結(jié)構(gòu)硅酮密膠粘結(jié)厚度的計算: ts：結(jié)構(gòu)膠的粘結(jié)厚度：mm δ：結(jié)構(gòu)膠酮密封膠的變位承受能力：12.5% Δt：年溫差：80.0℃ Us：玻璃板塊在年溫差作用玻璃與鋁型材相對位移量：mm 鋁型材線膨脹系數(shù)：a1=2.35105 玻璃線膨脹系數(shù)：a2=1105 Us=bΔt(2.35-1)/100 =1.22580.0(2.35-1)/100 =1.323mm Ts=Us/sqrt(δ(2+δ)) (5.6.5) =1.323/sqrt(0.125(2+0.125)) =2.57mm 3．膠縫選定寬度為：12mm 4．膠縫選定厚度為：6mm 5．膠縫強(qiáng)度驗算 （1）短期荷載和作用在結(jié)構(gòu)膠中產(chǎn)生的拉應(yīng)力： WK：風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值：1.03kN/m2 B：幕墻分格寬：1.225m Cs：結(jié)構(gòu)膠粘結(jié)寬度：12mm δ1=WKB0.5/Cs =1.031.2250.5/12 =0.053kN/mm2 （2）短期荷載和作用在結(jié)構(gòu)膠中產(chǎn)生的剪應(yīng)力： H：幕墻分格高：1.550m t：玻璃厚度：6.0mm δ2=12.8HBt/CS/(B+H)/1000 =0.00438 N/mm2 （3）短期荷載和作用在結(jié)構(gòu)膠中產(chǎn)生的總應(yīng)力： δ=sqrt(δ12+δ22) =sqrt(0.0532+0.004382) =0.0532 N/mm2 ≤0.2N/mm2 結(jié)構(gòu)膠強(qiáng)度可以滿足要求！ 計算：朱西亭 審核：孫海濤 二OO六年五月十日