框式幕墙计算书.docx
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框式幕墙计算书.docx
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框式幕墙计算书
一、工程概况及基本参数:
1、工程地址:
浙江省
2、幕墙最高处标高:
10.7mz
3、幕墙形式及结构:
明框玻璃幕墙
4、地面粗糙度:
B类地形
5、抗震要求:
按7度抗震设防
6、幕墙分格B×H=1.4m×1.47m,
(以立面10.7m处来进行设计验算,楼层高度为5.4m,在楼层面下2.7m加支点,立柱跨度为2.7m)。
根据《玻璃幕墙工程技术规范》计算如下:
二、幕墙承受荷载计算
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)
wo:
基本风压,温州50年一遇十分钟平均最大风压为:
0.60KN/m2,根据现行《建筑结构荷载规范》GB50009-2001附图(全国基本风压分布图)中数值采用。
βz:
瞬时风压的阵风系数:
取2.25
μs:
风荷载体型系数1.5
μz:
风压高度变化系数(按B类区计算)μz=1.03(标高10.7m处)
Wk=βzμsμzwo=2.25×1.5×1.03×0.60=2.09KN/m2
2、风荷载设计值
W:
风荷载设计值:
KN/m2
γw:
风荷载作用效应系数1.4。
按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-96(5.1.6)条规定采用。
W=γw×Wk=1.4×2.09=2.93KN/m2
2、玻璃幕墙构件重量荷载
GAK:
玻璃幕墙构件(包括玻璃和铝框)的平均自重:
400N/m2
GK:
玻璃幕墙构件(包括玻璃和铝框的重量)
H:
玻璃幕墙分格高:
H=1.47m
B:
玻璃幕墙分格宽:
B=1.4m
GK=400×B×H/1000=400×1.4×1.47/1000=0.82KN
4、地震作用
⑴垂直于玻璃幕墙平面的分布水平地震作用
qEAk:
垂直于玻璃幕墙平面的分布水平地震作用力(KN/m2)
βE:
动力放大系数,可取3.0,按5.2.4条规定采用
αmax:
水平地震影响系数最大值0.080,按5.2.4条规定采用
GK:
玻璃幕墙构件的重量
H:
玻璃幕墙分格高
B:
玻璃幕墙分格宽
qEAk=3×αmax×GAK(5.2.4)
qEAk=3×0.08×0.4NK/m2=0.096KN/m2
三、玻璃的选用与校核
本工程选用玻璃种类为:
镀膜钢化玻璃
1、玻璃面积
H:
玻璃幕墙分格高H=1470mm
B:
玻璃幕墙分格宽B=1400mm
A:
玻璃板面积
A=B×H=1.4×1.470=2.06m2
2、玻璃厚度选取
Wk:
风荷载标准值
A:
玻璃板块面积
KS:
玻璃种类调整系数:
3.0
计算:
C=Wk×A×10/3/KS
C=2.09×2.06×10/3/3=4.78
T=2×-2
T=2×2.4-2=2.8mm
取钢化镀膜玻璃厚度为6mm。
3、玻璃板块密度
GAK:
玻璃板块自重
T:
玻璃板块厚度:
6mm
玻璃的体积密度为25.6KN/m3
GAK=25.6×6/1000=0.154KN/m2
4、垂直于玻璃幕墙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:
垂直于玻璃幕墙平面的分布水平地震作用(KN/m2)
qEAK=3×αmax×GAK
=3×0.08×0.154=0.037KN/m2
NE:
地震作用分项系数:
1.3
qEA:
垂直于玻璃幕墙平面的分布水平地震作用(KN/m2)
qEA=NE×qEAK=1.3×0.037=0.048KN/m2
5、玻璃强度计算
校核依据δ≤fy=84.000N/mm2
q:
玻璃所受组合荷载
a:
玻璃短边边长a=1.4m
b:
玻璃长边边长:
b=1.47m
t:
玻璃厚度:
6mm
φ:
玻璃板面跨中弯曲系数,按边长比a/b=0.95查表5.15a得φ=0.0483
δw:
玻璃所受力:
采用SW+0.6SE
q=Wk+0.6qEA=2.09+0.6×0.048=2.12KN/m2
δW=6×φ×q×a2×1000/t2=6×0.0483×2.12×1.42×1000/62
=33.45N/mm2≤84.20N/mm2
玻璃的强度满足要求
6、玻璃温度应力的计算
校核依据δmax≤[δ]=58.8N/mm2
①在年温差变化下,玻璃边缘支边框间挤压在玻璃中产生的挤压的温度应力为:
E:
玻璃的弹性模量:
0.72×105N/mm2
α:
玻璃的线膨胀系数:
1.0×10-5
ΔT:
年温差变化差80.00℃
C:
玻璃边缘到边框距离:
取5mm
b:
玻璃长边边长:
b=1.47m
d:
施工偏差可取:
3mm,按5.4.3选用
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:
бt1=E×[α×ΔT-(2c-d)/b/1000]N/mm2
=0.72×105×[1×10-5×80-(2×5-3)/147×103)]
бt1=0.72×80-72(2×5-3)/1.47=-138N/mm2
计算值为负,挤压应力取为零,
即:
0.000N/mm2<58.800N/mm2
玻璃边缘与边框间挤压温度应力可满足要求。
②玻璃中央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》JGJ102-9.6表5.4.4-1得1.300
μ2:
窗帘系数:
按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-9.6表5.4.4-2得1.300
μ3:
玻璃面积系数:
按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-9.6表5.4.4-3得μ3=1.038
μ4:
边缘温度系数:
按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-9.6表5.4.4-4得μ4=0.400
TC玻璃中央部分温度
a:
玻璃的线膨胀系数1.0×10-5
a0:
玻璃吸热率:
0.122
室外热传递系数,取15w/m2R
t0:
室外设计温度-10.00℃
t1:
室内设计温度35.00℃
TC=(a0×700+15×t0+8×t1)/(15+8)
=(0.122×700+15×(-10.00)+8×35)/(15+8)
=9.365℃
TS=(15×t0+8×t1)/(15+8)=(15×(-10.00)+8×35)=5.652℃
ΔT:
玻璃中央部分与边缘部分温度之差
ΔT=TC-TS=3.713℃
玻璃中央部分与边缘部分温度差产生的温度应力
бt2=0.74×E×a×μ1×μ2×μ31×μ4(TC-TS)N/mm2
=0.74×0.72×105×1.0×10-5×1.3×1.3×1.038×0.4×3.713N/mm2=1.388N/mm2
玻璃中央部分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:
玻璃允许的最大面积(m2)
t:
玻璃厚度6mm
a1玻璃种类调整系数:
3.000
A:
计算校核处玻璃板块面积A=2.06m2
Azd=0.3×a1×(t+t2/4)/WK=0.3×3×(6+62/4)/2.09=6.46m2
A=2.06m2≤Azd1=6.46m2
四、幕墙杆件计算
1、选料
⑴风荷载设计值的线密度
qW:
风荷载设计值的线密度
rw:
风荷载作用效应的分项系数:
1.4
Wk:
风荷载标准值
B:
幕墙分格宽0.96m
qw=1.4×WK×B
qw=1.4×2.09×1.4=4.10KN/m
⑵立柱弯矩
MW:
风荷载作用下立柱弯矩(KN·m)
qW:
风荷载设计值的线密度
Hsjcg:
立柱计算跨度2.7m
Mw=qw×(2.73+2.73)/8(L1+L2)=4.10×(2.73+2.73)/8(2.7+2.7)=3.73KN·m
qEAK:
地震作用设计值
qEAK:
地震作用:
0.037KN/m2
γE:
幕墙地震作用分项系数:
1.3
qEA=1.3×0.096=0.12KN/m2
qE:
地震作用设计值的线密度
qE=qEA×B
qE=0.12×1.4=0.17KN/m
L1=2700mm
L1=2700mm
ME:
地震作用下立柱弯矩(KN/m)
ME=qe×(2.73+2.73)/8(2.7+2.7)=0.17×(2.73+2.73)/8(2.7+2.7)=0.15KN·m
M:
幕墙立柱在风荷载和地震作用产生弯矩(KN/m2)
采用MW+0.6ME
M=3.73+0.6×0.15=3.82KN/m
⑶W:
立柱抗弯矩预选值(cm3)
W=M×103/1.05/84.2
W=3.82×103/1.05/84.2=43.21cm3
qWK:
风荷载标准值的线密度(KN/m)
qWK=WK×B
qWK=2.09×1.4=2.93KN/m
qEK:
地震作用标准值的线密度(KN/m)
qEK=qEAK×B
qEK=0.096×1.4=0.1KN/m
采用qWK+0.6qEK
qK=2.93+0.6×0.1=2.99KN/m
⑷立柱惯性矩预选值(cm4)
qwk:
风荷载标准值线密度(KN/m)
qEK:
地震作用标准值线密度(KN/m)
4)立柱惯性矩预选值(cm4)
Ix1=(1.4355×Ro-0.409×qk×L1)×L13×103/24×E×Ux
Ro―支座O反力(双跨梁)
Ro=[L12/2(L13+L23)/8(L1+L2)]×qk/L1
=[2.72/2(2.73+2.73)/8(2.7+2.7)]×2.99/2.7=2.57KN
Ix=(1.4355×3.7-0.409×2.99×2.7)×2.73×103/24×0.7×20=117.7cm4
选定惯性矩应大于:
117.7cm4
2、选用立柱型材的截面特性
选用150明框铝合金型材系列系列,
铝型材强度设计值:
84.2N/mm2
铝型材弹性模量:
7×106N/mm2
X轴惯性矩:
IX=241.4cm4
X轴抵抗矩:
WX=32.19cm3
型材截面面积:
A=10.08cm2
型材计算处壁厚:
t=3mm
塑性发展系数:
δ=1.05
3、幕墙立柱强度计算
校核依据:
N/A+m/γ≤fa=84.200N/mm2(拉弯构件)(5.5.3)
B:
幕墙分格宽1.4m
GAK:
幕墙自重:
400N/m2
幕墙自重线荷载
GK=400×B/1000
GK=400×1.4/1000=0.56KN/m
立柱受力:
NK=GK×Hsjcg
NK=0.56×5.4=3.02KN
γG:
结构自重分项系数:
1.2
N=1.2×NK=1.2×3.02=3.6KN
δ:
立柱计算强度(N/mm2)(立柱为拉弯构件)
N:
立柱受力设计值
A:
型材截面面积:
A=10.08cm2
M:
立柱弯距
WX:
立柱截面抗弯距:
32.19cm3
γ:
塑性发展系数:
1.05
δ=N/A+M/1.05/WX
δ=3.6×103/(10.08×100)+2.06×103/(1.05×32.19
=64.52N/mm2≤84.2N/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]=20mm且Umax≤L/180(5.5.5)
U:
立柱挠度
Umax=(1.4355×Ro1-0.409×qw×L1)×L13×103/24/E/Ix
Umax=(1.4355×3.7-0.409×2.99×2.7)×2.73×103/24/0.7/241.4
=9.75mm≤20mm且≤L/180mm(双跨梁)
挠度可以满足要求.
Du:
立柱挠度与立柱计算跨度比值:
Hsjcg:
立柱计算跨度:
5.40m
Du=U/Hsjcg/1000=9.75/5.4/1000=0.0018<.5.4/180=0.03
挠度可满足设计要求
5、立柱抗剪计算:
校核依据:
Tmax≤[T]=48.900N/mm2
(1)qwk:
风荷载作用下剪力标准值(KN)
Qwk=WK×Hsjcg×B/2
Qwk=2.09×5.4×1.4/2=7.9KN
(2)Qw:
风荷载作用下剪力设计值(KN)
Qw=1.4×qwk
Qw=1.4×7.9=11.06KN
(3)QEK:
地震作用下剪力标准值(KN)
QEK=qEAk×Hsjcg×B/2
QEK=0.096×5.4×1.4/2=0.36KN
(4)QE:
地震作用下剪力设计值(KN)
QE=1.3×qEK
QE=1.3×0.36=0.47KN
(5)q:
立柱所受剪力
采用QW+0.6QE
Q=11.06+0.6×0.47=11.34KN
(6)立柱剪应力:
T:
立柱剪应力
SS:
立柱型材截面面积矩:
25.2m3
IX:
立柱型材截面惯性矩:
241.40cm4
t:
立柱壁厚:
3mm
T=Q×SS×100/IX/t
T=11.34×25.2×100/241.40/3=39.46N/mm2≤48.90N/mm2
立柱抗剪强度可以满足
6、选用横梁型材的截面特性:
铝型材强度设计值:
84.2N/mm2
铝型材弹性模量:
7×106N/mm3
X轴惯性矩:
IX=29.07cm4
Y轴惯性矩:
Iy=9.69cm4
X轴抵抗矩:
WX=19.41cm3
Y轴抵抗矩:
Wy=7.76cm3
型材截面面积:
A=5.65cm2
型材截面积矩:
SS=14.12cm3
塑性发展系数:
δ=1.05
7、幕墙横梁的强度计算:
校核依据:
Mx/γwx+My/γwy≤84.200N/mm2(5.5.2)
⑴横梁在自重作用下的弯矩。
(KN·m)
H:
幕墙分格高
GAK:
横梁自重:
300N/m2
GK:
横梁自重荷载线密度
GK=300×H/1000
GK=300×5.4/1000=1.62KN/m
G:
横梁自重荷载设计值线密度(KN/m)
G=1.2×GK
G=1.2×1.62=1.94KN/m
Mx:
横梁在自重荷载作用下的弯矩(KN/m)
Mx=G×B2/8
Mx=1.94×1.42/8=0.48KN/m
(2)横梁在风荷载作用下的弯距。
(KN/m)
风荷载线密度:
横梁承受三角形荷载作用。
qwk=Wk×B
qwk=2.09×1.4=2.93KN/m
风荷载设计值的线密度:
qw=1.4×qwk
qw=1.4×2.93=4.10KN/m
Myw:
横梁在风荷载作用下的弯矩:
(KN/m)
Myw=qw×B2/12
Myw=4.10×1.42/12=0.67KN/m
(3)地震作用下横梁弯矩:
(KN/m)
qEAK:
横梁平面处地震荷载:
βE:
动力放大系数:
3
αmax:
地震影晌系数最大值:
0.080
Gk:
幕墙构件自重:
300N/m2
qEAK=3×αmax×300/1000=3×0.080×300/1000=0.072KN/m2
qEx:
横梁地震荷载线密度
B:
幕墙分格宽
qEx=qEAK×B
qEx=0.072×1.4=0.1KN/m
qE:
横梁地震荷载设计值线密度
γE:
地震作用下横梁弯矩
MyE:
地震作用下横梁弯矩
MyE=qEX×B2/12
MyE=0.1×1.42/12=0.016KN/m
(4)横梁强度:
δ:
横梁计算强度(N/mm2)
采用SG+SW+0.6SE
Wx:
X轴抵抗矩:
19.41cm3
Wy:
Y轴抵抗矩:
7.76cm3
γ:
塑性发展系数:
1.05
δ=(Mx/Wx+Myw/Wy+0.6×MyE/Wy)×103/1.05
δ=(0.11/7.76+0.67/19.41+0.6×0.009/19.41)×103/1.05
=46.63N/mm2≤fa=84.200N/mm2
横梁正应力强度可以潢足。
8、幕墙横梁的抗剪强度计算:
校核依据:
Tmax≤[T]=84.200N/mm2
⑴Qwk:
风荷载作用下横梁剪力标准值(KN)
Wk:
风荷载标准值
B:
幕墙分格宽
Qwk=Wk×B2/4
Qwk=2.09×1.42/4=1.02KN
⑵Qw:
风荷载作用下横梁剪力设计值(KN)
Qw=1.4×Qwk
Qw=1.4×1.02=1.43KN
⑶QEK:
地震作用下横梁剪力标准值(KN)
qEAK:
幕墙平面处地震作用
QEK=qEAK×B2/4
QEK=0.096×1.42/4=0.05KN
⑷QE:
地震作下横梁剪力设计值(KN)
γE:
地震作用分项系数:
1.3
QE=1.3×qEK
QE=1.3×0.05=0.065KN
⑸Q:
横梁所受承载力:
采用QW+0.6QE组合
Q=QW+0.6QE=1.43+0.6×0.065=1.47KN
⑹T:
横梁剪应力:
SS:
横梁型材截面面积矩:
14.12cm3
Iy:
横梁型材截面惯性矩:
29cm4
t:
横梁壁厚:
3mm
T=Q×SS×100/Iy/t
T=1.47×14.12×100/29/3=23.86N/mm2≤48.9N/mm2
满足设计要求
9、幕墙横梁的刚度计算:
校核依据:
Umax≤[U]且Umax≤L/180
横梁承受三角形荷载作用:
qWK=WK×B
qWK=2.09×1.4=2.93KN/m
qEX:
地震作用标准线密度(KN/m)
qEX=qEAK×B
qEX=0.096×1.4=0.1KN/m
水平方向由风荷载和地震作用产生的弯曲:
U1=(qWK+0.6×qEX)×B4×103/0.7/IX/120
U1=(2.93+0.6×0.1)×1.44×103/0.7/29/120=4.72mm
自重作用产生的弯曲:
U2=5×GK×B4×103/384/0.7/Iy
U2=5×0.82×1.44×103/384/0.7/9.69=6.05mm
综合产生的弯曲为:
U=
=7.67mm≤20mm
Du=U/B/1000
Du=7.67/1.4/1000=0.0055≤5.4/180=0.03
五、连接件计算:
1、横梁与立柱间连接:
⑴、横梁节点(横梁与角码)
N1:
连接部位受总剪力:
采用QW+0.6QE组合
N1=(QW+0.6QE)×1000
=1.43×1000=1430N
普通螺栓连接的抗剪强度计算值:
130N/mm2
NV:
剪切面数:
1
D1:
螺钉公称直径:
6mm
D0:
螺钉有效直径:
5.060mm
Nvbh:
螺钉受剪承载力计算:
Nvbh=1×3.14×D02×130/4=1×3.14×5.062×130/4=2612N
Num1:
螺栓个数:
N1取其中最大值进行计算:
Num1=N1/Nvbh=1430/2612=0.55取2个
Ncb:
连接部位幕墙横梁铝材壁厚抗承压能力计算。
t:
幕墙横梁壁厚:
3mm
Ncb=D1×t×120×Num1
Ncb=6×3×120×2=4320N≥N1=1430N
强度可以满足设计要求
⑵、竖向节点(角码与立柱)
幕墙自重:
300N/m2
GK:
横梁自重线荷载(N/m)
GK=300×H
GK=300×5.4=1620N/m
横梁自重线荷载设计值(N/m)
G=1.2GK
G=1.2×1620=1944N/m
N2=G×B/2=1944×1.4/2=1361N
N:
连接件组合荷载:
采用SG+SW+0.6SE组合
N==1974N
Num2=N/Nvbh=1974/2612=0.75个取1个
Ncbj:
连接部位铝角码壁厚抗承压能力计算:
Lctl:
:
铝角码壁厚:
3mm
Ncbj=D1×Lctl×120×Num2=6×3×120×1=2160N≥N=1974N
2、立挺与主结构连接:
Lct2:
连接钢角码壁厚:
8mm
D2:
螺钉公称直径:
12mm
D0:
螺钉有效直径:
10.36mm
采用SG+SW+0.6SE组合
NWK:
连接处风荷载总值:
(N)取其中最大值
NWK=WK×B×Hsjcg×1000=2.09×1.4×5.4×1000=15800N
连接处风荷载设计值:
(N)
NW=1.4×NWK=1.4×15800=22120N
NEK:
连接处地震作用:
(N)
NEK=qEAK×B×Hsjcg×1000=0.096×1.4×5.4×1000=726N
NE=1.3×NEK=1.3×726=944N
N:
连接处水平总力(N)
N1=NW+0.6NE=22120+(0.6×944)=22686N
N2:
连接处自重总值标准值(N)
NK=400×B×Hsjcg=400×1.4×2.7=1512N
N2:
连接处自重总值设计值(N)
N2=1.2×NK=1.2×1512=18144N
N:
连接处总合力(N)
N==29049N
Nvb:
螺栓的承载能力:
Nv:
连接处剪切面数:
2
Nvb=2×3.14×D02×130/4=2×3.14×10.362×130/4=21906N
NUM1:
立挺与建筑物主体结构连接的螺栓个数:
NUM1=N/Nvb=29049/21906=1.33个取2个
立挺与建筑物连接处2处
Ncb1:
立挺型材壁厚抗承压能力(N)
D2:
连接螺栓直径:
12mm
Nv:
连接处剪切面数:
4
t:
立挺壁厚:
3mm
Ncb1=D2×4×120×t=12×4×150×3=21600N≥181444N
强度可以满足
Ncbg:
钢角码型材壁抗承压能力(N)
Ncbg=D2×2×267×Lct2
=12×2×267×8
=51264N≥29049N
六、幕墙玻璃板块结构胶计算:
本工程选用结构胶类型为:
SS621结构胶
1、按风荷载和自重效应计算结构硅硐密封胶的宽度:
⑴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)
a:
矩形分格短边长度:
f1:
结构胶的短期强度允许值:
0.14N/mm2
按5.6.3条规定采用
CS1=WK×a/2/0.14
CS1=2.09×1.4/2/0.14=10.45mm
取12mm
按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-96(5.6.4-1)条规定。
⑵自重效应胶缝宽度的计算:
DS2:
自重效应胶缝宽度(mm)
B:
幕墙分格宽:
H:
幕墙分格高:
t:
玻璃厚度:
6.0mm
f2:
结构胶的长
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