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U型玻璃计算书

六安

U型玻璃

设计计算书

设计：

校对：

审核：

批准：

限责任公司

二〇一五年三月二十五日

U型玻璃设计计算书

11计算引用的规范、标准及资料

11.1幕墙设计规范：

《铝合金结构设计规范》GB50429-2007

《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003

《点支式玻璃幕墙工程技术规程》CECS127-2001

《建筑玻璃点支承装置》JG/T138-2010

《吊挂式玻璃幕墙支承装置》JG139-2001

《建筑玻璃应用技术规程》JGJ113-2009

《建筑幕墙》GB/T21086-2007

《建筑幕墙工程技术规范》DGJ08-56-2012

11.2建筑设计规范：

《地震震级的规定》GB/T17740-1999

《钢结构设计规范》GB50017-2003

《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010

《高处作业吊蓝》GB19155-2003

《工程抗震术语标准》JGJ/T97-2011

《混凝土结构后锚固技术规程》JGJ145-2004

《混凝土结构加固设计规范》GB50367-2006

《混凝土结构设计规范》GB50010-2010

《混凝土用膨胀型、扩孔型建筑锚栓》JG160-2004

《建筑防火封堵应用技术规程》CECS154：

2003

《建筑钢结构焊接技术规程》JGJ81-2002

《建筑工程抗震设防分类标准》GB50223-2008

《建筑工程预应力施工规程》CECS180：

2005

《建筑结构荷载规范》GB50009-2012

《建筑结构可靠度设计统一标准》GB50068-2001

《建筑抗震设计规范》GB50011-2010

《建筑设计防火规范》GB50016-2006

《建筑物防雷设计规范》GB50057-2010

《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB50018-2002

11.3玻璃规范：

《镀膜玻璃第1部分：

阳光控制镀膜玻璃》GB/T18915.1-2002

《镀膜玻璃第2部分：

低辐射镀膜玻璃》GB/T18915.2-2002

《防弹玻璃》GB17840-1999

《平板玻璃》GB11614-2009

《建筑用安全玻璃第3部分：

夹层玻璃》GB15763.3-2009

《建筑用安全玻璃第2部分：

钢化玻璃》GB15763.2-2005

《建筑用安全玻璃防火玻璃》GB15763.1-2009

《半钢化玻璃》GB/T17841-2008

《热弯玻璃》JC/T915-2003

《压花玻璃》JC/T511-2002

《中空玻璃》GB/T11944-2002

11.4钢材规范：

《建筑结构用冷弯矩形钢管》JG/T178-2005

《不锈钢棒》GB/T1220-2007

《不锈钢冷加工钢棒》GB/T4226-2009

《不锈钢冷轧钢板及钢带》GB/T3280-2007

《不锈钢热轧钢板及钢带》GB/T4237-2007

《不锈钢丝》GB/T4240-2009

《建筑用不锈钢绞线》JG/T200-2007

《不锈钢小直径无缝钢管》GB/T3090-2000

《彩色涂层钢板和钢带》GB/T12754-2006

《低合金钢焊条》GB/T5118-1995

《低合金高强度结构钢》GB/T1591-2008

《建筑幕墙用钢索压管接头》JG/T201-2007

《耐候结构钢》GB/T4171-2008

《高碳铬不锈钢丝》YB/T096—1997

《合金结构钢》GB/T3077-1999

《金属覆盖层钢铁制品热镀锌层技术要求》GB/T13912-2002

《冷拔异形钢管》GB/T3094-2000

《碳钢焊条》GB/T5117-1995

《碳素结构钢》GB/T700-2006

《碳素结构钢和低合金结构钢热轧薄钢板及钢带》GB/T912-2008

《碳素结构钢和低合金结构钢热轧厚钢板及钢带》GB/T3274-2007

《优质碳素结构钢》GB/T699-1999

11.5胶类及密封材料规范：

《丙烯酸酯建筑密封膏》JC484-2006

《幕墙玻璃接缝用密封胶》JC/T882-2001

《彩色涂层钢板用建筑密封胶》JC/T884-2001

《丁基橡胶防水密封胶粘带》JC/T942-2004

《工业用橡胶板》GB/T5574-2008

《混凝土建筑接缝用密封胶》JC/T881-2001

《建筑窗用弹性密封剂》JC485-2007

《建筑密封材料试验方法》GB/T13477.1～20-2002

《建筑用防霉密封胶》JC/T885-2001

《建筑用硅酮结构密封胶》GB16776-2005

《建筑用岩棉、矿渣棉绝热制品》GB/T19686-2005

《建筑用硬质塑料隔热条》JG/T174-2005

《聚氨酯建筑密封胶》JC/T482-2003

《聚硫建筑密封胶》JC/T483-2006

《绝热用岩棉、矿棉及其制品》GB/T11835-2007

《硫化橡胶或热塑性橡胶撕裂强度的测定》GB/T529-2008

《橡胶袖珍硬度计压入硬度试验方法》GB/T531-1999

《修补用天然橡胶胶粘剂》HG/T3318-2002

《中空玻璃用弹性密封胶》JC/T486-2001

《中空玻璃用丁基热熔密封胶》JC/T914-2003

11.6相关物理性能等级测试方法：

《玻璃幕墙工程质量检验标准》JGJ/T139-2001

《玻璃幕墙光学性能》GB/T18091-2000

《彩色涂层钢板和钢带试验方法》GB/T13448-2006

《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205-2001

《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB50204-2002（2011版）

《建筑防水材料老化试验方法》GB/T18244-2000

《建筑幕墙气密、水密、抗风压性能检测方法》GB/T15227-2007

《建筑幕墙抗震性能振动台试验方法》GB/T18575-2001

《建筑幕墙平面内变形性能检测方法》GB/T18250-2000

《建筑装饰装修工程质量验收规范》GB50210-2001

《金属材料室温拉伸试验方法》GB/T228-2002

11.7《建筑结构静力计算手册》（第二版）

11.8土建图纸：

12基本参数

12.1幕墙所在地区

六安地区；

12.2地面粗糙度分类等级

幕墙属于外围护构件，按《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）

A类：

指近海海面和海岛、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；

依照上面分类标准，本工程按B类地形考虑。

12.3抗震设防

按《建筑工程抗震设防分类标准》，建筑工程应分为以下四个抗震设防类别：

1.特殊设防类：

指使用上有特殊设施，涉及国家公共安全的重大建筑工程和地震时可能发生严重次生灾害等特别重大灾害后果，需要进行特殊设防的建筑，简称甲类；

2.重点设防类：

指地震时使用功能不能中断或需尽快恢复的生命线相关建筑，以及地震时可能导致大量人员伤亡等重大灾害后果，需要提高设防标准的建筑，简称乙类；

3.标准设防类：

指大量的除1、2、4款以外按标准要求进行设防的建筑，简称丙类；

4.适度设防类：

指使用上人员稀少且震损不致产生次生灾害，允许在一定条件下适度降低要求的建筑，简称丁类；

在围护结构抗震设计计算中：

1.特殊设防类，应按高于本地区抗震设防烈度提高一度的要求加强其抗震措施，同时，应按批准的地震安全性评价的结果且高于本地区抗震设防烈度的要求确定其地震作用；

2.重点设防类，应按高于本地区抗震设防烈度一度的要求加强其抗震措施，同时，应按本地区抗震设防烈度确定其地震作用；

3.标准设防类，应按本地区抗震设防烈度确定其抗震措施和地震作用；

4.适度设防类，应按本地区抗震设防烈度确定其抗震措施和地震作用；

根据国家规范《建筑抗震设计规范》GB50011-2010，六安地区地震基本烈度为：

7度，地震动峰值加速度为0.1g，由于本工程是标准设防类，因此实际抗震计算中的水平地震影响系数最大值应按本地区抗震设防烈度选取，也就是取：

αmax=0.08；

13幕墙承受荷载计算

13.1风荷载标准值的计算方法

幕墙属于外围护构件，按《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）计算：

wk=βgzμs1μzw0……8.1.1-2[GB50009-2012]

上式中：

wk：

作用在幕墙上的风荷载标准值（MPa）；

z：

计算点标高：

12m；

βgz：

高度z处的阵风系数；

根据不同场地类型,按以下公式计算：

βgz=1+2gI10（z/10）-α……条文说明部分8.6.1[GB50009-2012]

其中A、B、C、D四类地貌类别截断高度分别为：

5m、10m、15m、30m；

A、B、C、D四类地貌类别梯度高度分别为：

300m、350m、450m、550m；

也就是：

对A类场地：

当z>300m时，取z=300m，当z<5m时，取z=5m；

对B类场地：

当z>350m时，取z=350m，当z<10m时，取z=10m；

对C类场地：

当z>450m时，取z=450m，当z<15m时，取z=15m；

对D类场地：

当z>550m时，取z=550m，当z<30m时，取z=30m；

g：

峰值因子，取2.5；

I10：

10m高名义湍流度，对应A、B、C、D地面粗糙度，可分别取0.12、0.14、0.23和0.39；

α：

地面粗糙度指数，对应A、B、C、D地面粗糙度，可分别取0.12、0.15、0.22和0.30；

对于B类地形，12m高度处的阵风系数为：

βgz=1+2×2.5×0.14×（12/10）-0.15=1.6811

μz：

风压高度变化系数；

根据不同场地类型,按《建筑结构荷载规范》条文说明部分8.2.1提供的公式计算：

A类场地：

μzA=1.284×（z/10）0.24

B类场地：

μzB=1.000×（z/10）0.30

C类场地：

μzC=0.544×（z/10）0.44

D类场地：

μzD=0.262×（z/10）0.60

公式中的截断高度和梯度高度与计算阵风系数时相同，也就是：

对A类场地：

当z>300m时，取z=300m，当z<5m时，取z=5m；

对B类场地：

当z>350m时，取z=350m，当z<10m时，取z=10m；

对C类场地：

当z>450m时，取z=450m，当z<15m时，取z=15m；

对D类场地：

当z>550m时，取z=550m，当z<30m时，取z=30m；

对于B类地形，12m高度处风压高度变化系数：

μz=1.000×（12/10）0.30=1.0562

μs1：

局部风压体型系数；

按《建筑结构荷载规范》GB50009-2012第8.3.3条：

计算围护结构及其连接的风荷载时，可按下列规定采用局部体型系数μs1：

1封闭矩形平面房屋的墙面及屋面可按表8.3.3-1的规定采用；

2檐口、雨篷、遮阳板、边棱处的装饰条等突出构件，取-2.0；

3其它房屋和构筑物可按本规范第8.3.1条规定体型系数的1.25倍取值。

本计算点为墙面转角位置，按如上说明，查表得：

μs1

（1）=1.4

按《建筑结构荷载规范》GB50009-2012第8.3.5条：

计算围护结构风荷载时，建筑物内部压力的局部体型系数可按下列规定采用：

1封闭式建筑物，按其外表面风压的正负情况取-0.2或0.2；

2仅一面墙有主导洞口的建筑物：

—当开洞率大于0.02且小于或等于0.10时，取0.4μs1；

—当开洞率大于0.10且小于或等于0.30时，取0.6μs1；

—当开洞率大于0.30时，取0.8μs1；

3其它情况，应按开放式建筑物的μs1取值；

注：

1：

主导洞口的开洞率是指单个主导洞口与该墙面全部面积之比；

2：

μs1应取主导洞口对应位置的值；

本计算中建筑物内部压力的局部体型系数为0.2（封闭式建筑内表面）；

因此，对直接承受风压的面板结构来说，其局部风压体型系数为：

μs1=1.4+0.2

=1.6

w0：

基本风压值（MPa），根据现行《建筑结构荷载规范》GB50009-2012附表E.5中数值采用，但不小于0.3KN/m2，按重现期50年，六安地区取0.00035MPa；

13.2计算面板材料时的风荷载标准值

wk=βgzμzμs1w0

=1.6811×1.0562×1.6×0.00035

=0.000994MPa因为wk<0.001MPa，所以按JGJ102-2003，取wk=0.001MPa。

13.3垂直于幕墙平面的分布水平地震作用标准值

qEk=βEαmaxGk/A……5.3.4[JGJ102-2003]

qEk：

垂直于幕墙平面的分布水平地震作用标准值（MPa）；

βE：

动力放大系数,取5.0；

αmax：

水平地震影响系数最大值，取0.08；

Gk：

幕墙构件的重力荷载标准值（N）；

A：

幕墙构件的面积（mm2）；

13.4平行于幕墙平面的集中水平地震作用标准值

PEk=βEαmaxGk……5.3.5[JGJ102-2003]

PEk：

平行于幕墙平面的集中水平地震作用标准值（N）；

βE：

动力放大系数,取5.0；

αmax：

水平地震影响系数最大值，取0.08；

Gk：

幕墙构件的重力荷载标准值（N）；

按照JGJ102规范5.4节条文说明部分的规定，对于竖向幕墙和与水平面夹角大于75度、小于90度的斜玻璃幕墙，可不考虑竖向地震作用效应的计算和组合。

13.5作用效应组合

荷载和作用效应按下式进行组合：

S=γGSGk+ψwγwSwk+ψEγESEk……5.4.1[JGJ102-2003]

上式中：

S：

作用效应组合的设计值；

SGk：

重力荷载作为永久荷载产生的效应标准值；

Swk、SEk：

分别为风荷载，地震作用作为可变荷载产生的效应标准值；

γG、γw、γE：

各效应的分项系数；

ψw、ψE：

分别为风荷载，地震作用效应的组合系数。

上面的γG、γw、γE为分项系数，按5.4.2、5.4.3、5.4.4[JGJ102-2003]规定如下：

进行幕墙构件强度、连接件和预埋件承载力计算时：

重力荷载：

γG：

1.2；

风荷载：

γw：

1.4；

地震作用：

γE：

1.3；

进行挠度计算时；

重力荷载：

γG：

1.0；

风荷载：

γw：

1.0；

地震作用：

可不做组合考虑；

上式中，风荷载的组合系数ψw为1.0；

地震作用的组合系数ψE为0.5；

14U型玻璃计算

基本参数：

1：

计算点标高：

12m；

2：

力学模型：

按简支梁形式计算；

3：

玻璃跨度：

L=5000mm；

4：

玻璃类型：

夹层玻璃；

5：

玻璃翼朝向：

室外；

6：

玻璃安装方式：

双排连接，垂直布置；

7：

玻璃材料物理性能级截面参数：

U玻璃型号：

U玻璃264×60×7；

玻璃强度设计值：

30MPa；

玻璃弹性模量E：

70000MPa；

玻璃截面积A：

2579.806mm2；

翼板部分截面抗弯矩Wx1：

13710mm3；

板面部分截面抗弯矩Wx2：

53990mm3；

绕Y轴截面抗弯矩Wy：

172770mm3；

X轴截面惯性矩Ix：

656000mm4；

Y轴截面惯性矩Iy：

22805600mm4；

（对于夹层玻璃，该处的各抗弯矩和惯性矩采用的是内片玻璃参数）

U型玻璃可以按简支梁力学模型进行设计计算，受力模型如下：

14.1U型玻璃荷载计算

（1）风荷载作用的线荷载集度（按矩形分布）：

qwk：

风荷载线分布最大荷载集度标准值（N/mm）；

wk：

风荷载标准值（MPa）；

B：

U型玻璃宽度，也就是承载宽度（mm）；

qwk=wkB

=0.001×264

=0.264N/mm

qw：

风荷载线分布最大荷载集度设计值（N/mm）；

qw=1.4qwk

=1.4×0.264

=0.3696N/mm

（2）水平地震作用线荷载集度（按矩形分布）：

qEk：

水平地震作用线荷载集度标准值（N/mm）；

qEAk：

垂直于幕墙平面的分布水平地震作用标准值（MPa）；

βE：

动力放大系数,取5.0；

αmax：

水平地震影响系数最大值，取0.08；

Gk：

幕墙构件的重力荷载标准值（N），（含面板和框架）；

A：

幕墙构件的面积（mm2）；

qEAk=βEαmaxGk/A……5.3.4[JGJ102-2003]

qEk=qEAkB

qEk=5.0×0.08×0.0000256×2579.806

=0.0264N/mm

qE：

水平地震作用线荷载集度设计值（N/mm）；

qE=1.3qEk

=1.3×0.0264

=0.0343N/mm

（3）幕墙受荷载集度组合：

用于强度计算时，采用Sw+0.5SE设计值组合：

……5.4.1[JGJ102-2003]

q=qw+0.5qE

=0.3696+0.5×0.0343

=0.387N/mm

用于挠度计算时，采用Sw标准值：

……5.4.1[JGJ102-2003]

qk=qwk

=0.264N/mm

（4）U型玻璃在组合荷载作用下的弯矩设计值：

Mx：

弯矩组合设计值（N·mm）；

Mw：

风荷载作用下产生的弯矩设计值（N·mm）；

ME：

地震作用下产生的弯矩设计值（N·mm）；

L：

U型玻璃跨度（mm）；

采用Sw+0.5SE组合：

Mw=qwL2/8

ME=qEL2/8

Mx=Mw+0.5ME

=qL2/8

=0.387×50002/8

=1209375N·mm

U型玻璃的抗弯强度计算

按简支梁抗弯强度公式,应满足：

σ=Mx/Wnx≤fg

上式中：

Mx：

弯矩组合设计值（N·mm）；

对于单片的U型玻璃，该参数就是上面计算得到的Mx；

对于夹层的U型玻璃，参考JGJ102-2003关于夹层玻璃计算的规定，该参数为参数Mx再乘以系数1/2，2层玻璃强度相同；

Wnx：

在弯矩作用方向的净截面抵抗矩（mm3），翼板朝向室外时取面板部分的抗弯矩，翼板朝向室内时取翼板部分抗弯矩；

对于夹层玻璃，该参数采用内片玻璃参数；

fg：

玻璃的抗弯强度设计值，取30MPa；

则：

σ=Mx/Wnx

=1/2×1209375/53990

=11.2MPa≤30MPa

U型玻璃抗弯强度能满足要求。

14.2U型玻璃的挠度计算

根据简支梁挠度计算公式，得：

df=5qkL4/384EIx

对于单片的U型玻璃，该处qk就是上面计算得到的qk；

对于夹层的U型玻璃，按等刚度分配原理，该处qk为上面计算所得参数qk再乘以系数1/2；

对于夹层玻璃，公式中的惯性矩采用内片玻璃参数；

df=5qkL4/384EIx

=5×1/2×0.264×50004/384/70000/656000

=23.393mm

而df,lim=5000/200=25mm

所以，U型玻璃挠度能满足规范要求。

15附录常用材料的力学及其它物理性能

一、玻璃的强度设计值fg（MPa）

JGJ102-2003表5.2.1

种类

厚度（mm）

大面

侧面

普通玻璃

5

28.0

19.5

浮法玻璃

5～12

28.0

19.5

15～19

24.0

17.0

≥20

20.0

14.0

钢化玻璃

5～12

84.0

58.8

15～19

72.0

50.4

≥20

59.0

41.3

二、长期荷载作用下玻璃的强度设计值fg（MPa）

JGJ113-2009表4.1.9

种类

厚度（mm）

大面

侧面

平板玻璃

5～12

9

6

15～19

7

5

≥20

6

4

半钢化玻璃

5～12

28

20

15～19

24

17

≥20

20

14

半钢化玻璃

5～12

42

30

15～19

36

26

≥20

30

21

三、铝合金型材的强度设计值（MPa）

GB50429-2007表4.3.4

铝合金牌号

状态

厚度

强度设计值

（mm）

抗拉、抗压

抗剪

6061

T4

不区分

90

55

T6

不区分

200

115

6063

T5

不区分

90

55

T6

不区分

150

85

6063A

T5

≤10

135

75

T6

≤10

160

90

四、钢材的强度设计值（1-热轧钢材）fs（MPa）

JGJ102-2003表5.2.3

钢材牌号

厚度或直径d（mm）

抗拉、抗压、抗弯

抗剪

端面承压

Q235

d≤16

215

125

325

Q345

d≤16

310

180

400

五、钢材的强度设计值（2-冷弯薄壁型钢）fs（MPa）

GB50018-2002表4.2.1

钢材牌号

抗拉、抗压、抗弯

抗剪

端面承压

Q235

205

120

310

Q345

300

175

400

六、材料的弹性模量E（MPa）

JGJ102-2003表5.2.8、JGJ133-2001表5.3.9

材料

E

材料

E

玻璃

0.72×105

不锈钢绞线

1.2×105～1.5×105

铝合金、单层铝板

0.70×105

高强钢绞线

1.95×105

钢、不锈钢

2.06×105

钢丝绳

0.8×105～1.0×105

消除应力的高强钢丝

2.05×105

花岗石板

0.8×105

蜂窝铝板10mm

0.35×105

铝塑复合板4mm

0.2×105

蜂窝铝板15mm

0.27×105

铝塑复合板6mm

0.3×105

蜂窝铝板20mm

0.21×105

七、材料的泊松比υ

JGJ102-2003表5.2.9、JGJ133-2001表5.3.10、GB50429-2007表4.3.7

材料

υ

材料

υ

玻璃

0.2

钢、不锈钢

0.3

铝合金

0.3（按GB50429）

高强钢丝、钢绞线

0.3

铝塑复合板

0.25

蜂窝铝板

0.25

花岗岩

0.125

八、材料的膨胀系数α（1/℃）

JGJ102-2003表5.2.10、JGJ133-2001表5.3.11、GB50429-2007表4.3.7

材料

α

材料

α

玻璃

0.8×10-5～1.0×10-5

不锈钢板

1.80×10-5

铝合金、单层铝板

2.3×10-5（按GB50429）

混凝土

1.00