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铝单板幕墙计算书

北京xx大厦外装饰工程铝单板幕墙

设计计算书

设计：

校对：

审核：

批准：

沈阳yy铝业工程有限公司

二〇一一年三月二十九日

目录

1计算引用的规范、标准及资料1

1.1幕墙设计规范：

1

1.2建筑设计规范：

1

1.3铝材规范：

2

1.4金属板及石材规范：

2

1.5玻璃规范：

2

1.6钢材规范：

3

1.7胶类及密封材料规范：

3

1.8五金件规范：

4

1.9相关物理性能等级测试方法：

4

1.10《建筑结构静力计算手册》（第二版）5

1.11土建图纸：

5

2基本参数5

2.1幕墙所在地区5

2.2地面粗糙度分类等级5

2.3抗震设防5

3幕墙承受荷载计算6

3.1风荷载标准值的计算方法6

3.2计算支撑结构时的风荷载标准值7

3.3计算面板材料时的风荷载标准值7

3.4垂直于幕墙平面的分布水平地震作用标准值7

3.5作用效应组合8

4幕墙立柱计算8

4.1立柱型材选材计算9

4.2确定材料的截面参数10

4.3选用立柱型材的截面特性11

4.4立柱的抗弯强度计算11

4.5立柱的挠度计算12

4.6立柱的抗剪计算12

5幕墙横梁计算13

5.1横梁型材选材计算14

5.2确定材料的截面参数15

5.3选用横梁型材的截面特性16

5.4幕墙横梁的抗弯强度计算17

5.5横梁的挠度计算17

5.6横梁的抗剪计算18

6铝单板的选用与校核19

6.1铝单板荷载计算19

6.2B板的强度、挠度校核20

6.3铝单板的加强肋（支座）强度、挠度校核21

7连接件计算22

7.1横梁与角码间连接23

7.2角码与立柱连接24

7.3立柱与主结构连接25

8幕墙埋件计算（后锚固结构）26

8.1荷载标准值计算27

8.2锚栓群中承受拉力最大锚栓的拉力计算28

8.3群锚受剪内力计算29

8.4锚栓或植筋钢材破坏时的受拉承载力计算29

8.5混凝土锥体受拉破坏承载力计算29

8.6锚栓或植筋钢材受剪破坏承载力计算31

8.7混凝土楔形体受剪破坏承载力计算32

8.8混凝土剪撬破坏承载能力计算33

8.9拉剪复合受力承载力计算34

9幕墙转接件强度计算34

9.1受力分析34

9.2转接件的强度计算34

10幕墙焊缝计算35

10.1受力分析35

10.2焊缝特性参数计算35

10.3焊缝校核计算36

11铝单板幕墙幕墙胶类及伸缩缝计算36

11.1立柱连接伸缩缝计算36

11.2耐侯胶胶缝计算37

12幕墙板块压板计算37

12.1压板的弯矩设计值计算37

12.2压板的应力计算37

12.3螺栓抗拉强度验算38

13附录常用材料的力学及其它物理性能39

铝单板幕墙设计计算书

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

《玻璃幕墙点支承装置》JG138-2010

《吊挂式玻璃幕墙支承装置》JG139-2001

《建筑瓷板装饰工程技术规范》CECS101：

98

《建筑幕墙》GB/T21086-2007

《金属与石材幕墙工程技术规范》JGJ133-2001

《小单元建筑幕墙》JG/T216-2008

11.2建筑设计规范：

《地震震级的规定》GB/T17740-1999

《钢结构防火涂料》GB14907-2002

《钢结构设计规范》GB50017-2003

《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2002

《高层民用建筑设计防火规范》GB50045-95（2005年版）

《高处作业吊蓝》GB19155-2003

《工程抗震术语标准》JGJ/T97-2010

《工程网络计划技术规程》JGJ/T121-99

《混凝土结构后锚固技术规程》JGJ145-2004

《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

《建筑表面用有机硅防水剂》JC/T902-2002

《建筑材料放射性核素限量》GB6566-2010

《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》GB50009-2001（2006年版、局部修订）

《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

《民用建筑设计通则》GB50352-2005

《预应力筋用锚具、夹具和连接器应用技术规程》JGJ85-2010

11.3铝材规范：

《变形铝及铝合金化学成份》GB/T3190-2008

《建筑用隔热铝合金型材》JG175-2011

《建筑用铝型材、铝板氟碳涂层》JG/T133-2000

《铝合金建筑型材第1部分基材》GB5237.1-2008

《铝合金建筑型材第2部分阳极氧化、着色型材》GB5237.2-2008

《铝合金建筑型材第3部分电泳涂漆型材》GB5237.3-2008

《铝合金建筑型材第4部分粉末喷涂型材》GB5237.4-2008

《铝合金建筑型材第5部分氟碳漆喷涂型材》GB5237.5-2008

《铝合金建筑型材第6部分隔热型材》GB5237.6-2004

《铝及铝合金彩色涂层板、带材》YS/T431-2000

《一般工业用铝及铝合金板、带材》GB/T3880.1～3-2006

《铝型材截面几何参数算法及计算机程序要求》YS/T437-2009

《有色电泳涂漆铝合金建筑型材》YS/T459-2003

11.4金属板及石材规范：

《干挂饰面石材及其金属挂件》JC830.1、2-2005

《建筑装饰用微晶玻璃》JC/T872-2000

《建筑幕墙用瓷板》JG/T217-2007

《建筑装饰用搪瓷钢板》JG/T234-2008

《微晶玻璃陶瓷复合砖》JC/T994-2006

《超薄天然石材复合板》JC/T1049-2007

《铝幕墙板、板基》YS/T429.1-2000

《铝幕墙板、氟碳喷漆铝单板》YS/T429.2-2000

《建筑幕墙用铝塑复合板》GB/T17748-2008

《铝塑复合板用铝带》YS/T432-2000

《天然板石》GB/T18600-2009

《天然大理石荒料》JC/T202-2001

《天然大理石建筑板材》GB/T19766-2005

《天然花岗石荒料》JC/T204-2001

《天然花岗石建筑板材》GB/T18601-2009

《天然石材统一编号》GB/T17670-2008

《天然饰面石材术语》GB/T13890-2008

11.5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

《幕墙用钢化玻璃与半钢化玻璃》GB17841-2008

《热弯玻璃》JC/T915-2003

《压花玻璃》JC/T511-2002

《中空玻璃》GB/T11944-2002

11.6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

《不锈钢小直径无缝钢管》GB/T3090-2000

《擦窗机》GB19154-2003

《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/T5117-1999

《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

11.7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

《干挂石材幕墙用环氧胶粘剂》JC887-2001

《工业用橡胶板》GB/T5574-1994

《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

《建筑装饰用天然石材防护剂》JC/T973-2005

《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/T529-1999

《石材用建筑密封胶》JC/T883-2001

《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

11.8五金件规范：

《封闭型沉头抽芯铆钉》GB/T12616-2004

《封闭型平圆头抽芯铆钉》GB/T12615-2004

《紧固件螺栓和螺钉》GB/T5277-1985

《紧固件公差螺栓、螺钉、螺柱和螺母》GB/T3103.1-2002

《紧固件机械性能不锈钢螺母》GB/T3098.15-2000

《紧固件机械性能不锈钢螺栓、螺钉、螺柱》GB/T3098.6-2000

《紧固件机械性能抽芯铆钉》GB/T3098.19-2004

《紧固件机械性能螺母、粗牙螺纹》GB/T3098.2-2000

《紧固件机械性能螺母、细牙螺纹》GB/T3098.4-2000

《紧固件机械性能螺栓、螺钉和螺柱》GB/T3098.1-2010

《紧固件机械性能自攻螺钉》GB/T3098.5-2000

《紧固件术语盲铆钉》GB/T3099-2004

《螺纹紧固件应力截面积和承载面积》GB/T16823.1-1997

《十字槽盘头螺钉》GB/T818-2000

《铜合金铸件》GB/T13819-1992

《锌合压铸件》GB/T13821-1992

《铝合金压铸件》GB/T15114-2009

《铸件尺寸公差与机械加工余量》QB/T6414-1999

《电动采光排烟窗》JG189-2006

11.9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

《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

11.10《建筑结构静力计算手册》（第二版）

11.11土建图纸：

12基本参数

12.1幕墙所在地区

北京地区；

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》（GB50009-2001）

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C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；

在维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，北京地区地震基本烈度为：

8度，地震动峰值加速度为0.2g，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=0.16；

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（GB50009-20012006年版）计算：

wk=βgzμzμs1w0……7.1.1-2[GB50009-20012006年版]

上式中：

wk：

作用在幕墙上的风荷载标准值（MPa）；

Z：

计算点标高：

65m；

βgz：

瞬时风压的阵风系数；

根据不同场地类型,按以下公式计算（高度不足5m按5m计算）：

βgz=K（1+2μf）

其中K为地面粗糙度调整系数，μf为脉动系数

A类场地：

βgz=0.92×（1+2μf）其中：

μf=0.387×（Z/10）-0.12

B类场地：

βgz=0.89×（1+2μf）其中：

μf=0.5（Z/10）-0.16

C类场地：

βgz=0.85×（1+2μf）其中：

μf=0.734（Z/10）-0.22

D类场地：

βgz=0.80×（1+2μf）其中：

μf=1.2248（Z/10）-0.3

对于C类地形，65m高度处瞬时风压的阵风系数：

βgz=0.85×（1+2×（0.734（Z/10）-0.22））=1.6766

μz：

风压高度变化系数；

根据不同场地类型,按以下公式计算：

A类场地：

μz=1.379×（Z/10）0.24

当Z>300m时，取Z=300m，当Z<5m时，取Z=5m；

B类场地：

μz=（Z/10）0.32

当Z>350m时，取Z=350m，当Z<10m时，取Z=10m；

C类场地：

μz=0.616×（Z/10）0.44

当Z>400m时，取Z=400m，当Z<15m时，取Z=15m；

D类场地：

μz=0.318×（Z/10）0.60

当Z>450m时，取Z=450m，当Z<30m时，取Z=30m；

对于C类地形，65m高度处风压高度变化系数：

μz=0.616×（Z/10）0.44=1.4037

μs1：

局部风压体型系数；

按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001（2006年版）第7.3.3条：

验算围护构件及其连接的强度时，可按下列规定采用局部风压体型系数μs1：

一、外表面

1.正压区按表7.3.1采用；

2.负压区

-对墙面，取-1.0

-对墙角边，取-1.8

二、内表面

对封闭式建筑物，按表面风压的正负情况取-0.2或0.2。

本计算点为大面位置。

按JGJ102-2003第5.3.2条文说明：

风荷载在建筑物表面分布是不均匀的，在檐口附近、边角部位较大。

根据风洞试验结果和国外的有关资料，在上述区域风吸力系数可取-1.8，其余墙面可考虑-1.0，由于维护结构有开启的可能，所以还应考虑室内压-0.2。

对无开启的结构，《建筑结构荷载规范》条文说明第7.3.3条指出“对封闭建筑物，考虑到建筑物内实际存在的个别洞口和缝隙，以及机械通风等因素，室内可能存在正负不同的气压，参照国外规范，大多取±（0.2-0.25）的压力系数，现取±0.2”。

即不论有无开启扇，均要考虑内表面的局部体型系数。

另注：

上述的局部体型系数μs1

（1）是适用于围护构件的从属面积A小于或等于1m2的情况，当围护构件的从属面积A大于或等于10m2时，局部风压体型系数μs1（10）可乘以折减系数0.8，当构件的从属面积小于10m2而大于1m2时，局部风压体型系数μs1（A）可按面积的对数线性插值，即：

μs1（A）=μs1

（1）+[μs1（10）-μs1

（1）]logA

在上式中：

当A≥10m2时，取A=10m2；

当A≤1m2时，取A=1m2；

μs1（10）=0.8μs1

（1）

w0：

基本风压值（MPa），根据现行<<建筑结构荷载规范>>GB50009-2001附表D.4（全国基本风压分布图）中数值采用，但不小于0.3KN/m2，按重现期50年，北京地区取0.00045MPa；

13.2计算支撑结构时的风荷载标准值

计算支撑结构时的构件从属面积：

A=1.1×4.2=4.62m2

LogA=0.665

μs1（A）=μs1

（1）+[μs1（10）-μs1

（1）]logA

=0.867

μs1=0.867+0.2

=1.067

wk=βgzμzμs1w0

=1.6766×1.4037×1.067×0.00045

=0.00113MPa

13.3计算面板材料时的风荷载标准值

计算面板材料时的构件从属面积：

A=1.38×1.1=1.518m2

LogA=0.181

μs1（A）=μs1

（1）+[μs1（10）-μs1

（1）]logA

=0.964

μs1=0.964+0.2

=1.164

wk=βgzμzμs1w0

=1.6766×1.4037×1.164×0.00045

=0.001233MPa

13.4垂直于幕墙平面的分布水平地震作用标准值

qEAk=βEαmaxGk/A……5.3.4[JGJ102-2003]

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0.16；

Gk：

幕墙构件的重力荷载标准值（N）；

A：

幕墙构件的面积（mm2）；

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；

14幕墙立柱计算

基本参数：

1：

计算点标高：

65m；

2：

力学模型：

双跨梁；

3：

立柱跨度：

L=4200mm，短跨长L1=700mm，长跨长L2=3500mm；

4：

立柱左分格宽：

1100mm；立柱右分格宽：

1100mm；

5：

立柱计算间距：

B=1100mm；

6：

板块配置：

铝单板；

7：

立柱材质：

6063-T5；

8：

安装方式：

偏心受拉；

本处幕墙立柱按双跨梁力学模型进行设计计算，受力模型如下：

14.1立柱型材选材计算

（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：

幕墙立柱计算间距（mm）；

qwk=wkB

=0.00113×1100

=1.243N/mm

qw：

风荷载线分布最大荷载集度设计值（N/mm）；

qw=1.4qwk

=1.4×1.243

=1.74N/mm

（2）水平地震作用线荷载集度（按矩形分布）：

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0.16；

Gk：

幕墙构件的重力荷载标准值（N），（含面板和框架）；

A：

幕墙平面面积（mm2）；

qEAk=βEαmaxG/A……5.3.4[JGJ102-2003]

=5×0.16×0.0004

=0.00032MPa

qEk：

水平地震作用线荷