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全玻璃幕墙
设计计算书
设计:
校对:
审核:
批准:
常州XX铝业有限公司
2005年1月22日
目录
一、计算引用的规范、标准及资料1
1.幕墙设计规范:
1
2.建筑设计规范:
1
3.铝材规范:
2
4.金属板及石材规范:
2
5.玻璃规范:
2
6.钢材规范:
3
7.胶类及密封材料规范:
3
8.门窗及五金件规范:
3
9.《建筑结构静力计算手册》(第二版)4
10.土建图纸:
4
二、基本参数4
1.幕墙所在地区:
4
2.地区粗糙度分类等级:
4
3.抗震烈度:
4
三、幕墙承受荷载计算4
1.风荷载标准值计算:
4
2.垂直于幕墙平面的分布水平地震作用标准值:
5
3.作用效应组合:
5
四、全玻璃幕墙大面玻璃的计算6
1玻璃板块荷载计算:
6
2.玻璃的强度计算:
8
3.玻璃最大挠度校核:
9
五、全玻璃幕墙玻璃肋及结构胶的校核10
1.肋截面高度的校核:
10
2.玻璃肋的挠度计算:
10
3.胶缝强度的校核:
10
全玻璃幕墙设计计算书
一、计算引用的规范、标准及资料
1.幕墙设计规范:
《建筑幕墙》JG3035-1996
《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003
《金属与石材幕墙工程技术规范》JGJ133-2001
《点支式玻璃幕墙工程技术规程》CECS127-2001
《全玻璃幕墙工程技术规程》DBJ/CT014-2001
《玻璃幕墙光学性能》GB/T18091-2000
《建筑幕墙物理性能分级》GB/T15225-94
《建筑幕墙空气渗透性能测试方法》GB/T15226-94
《建筑幕墙风压变形性能测试方法》GB/T15227-94
《建筑幕墙雨水渗透性能测试方法》GB/T15228-94
《建筑幕墙保温性能测试方法》GB8484
《建筑幕墙平面内变形性能检测方法》GB/T18250-2000
《建筑幕墙抗震性能振动台试验方法》GB/T18575-2001
《点支式玻璃幕墙支承装置》JG138-2001
《吊挂式玻璃幕墙支承装置》JG139-2001
2.建筑设计规范:
《建筑结构荷载规范》GB50009-2001
《钢结构设计规范》GB50017-2003
《冷弯薄壁型钢结构设计规范》GB50018-2002
《高层民用钢结构技术规程》JGJ99-98
《建筑设计防火规范》GBJ16-2001
《高层民用建筑设计防火规范》GB50045-2001
《建筑物防雷设计规范》GB50057-2000
《工程抗震术语标准》JGJ/T97-95
《中国地震烈度表》GB/T17742-1999
《建筑抗震设计规范》GB50011-2001
《建筑抗震设防分类标准》GB50223-1995
《中国地震动参数区划图》GB18306-2000
《采暖通风与空气调节设计规范》GBJ19-87
《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2002
《混凝土结构设计规范》GB50010-2002
《民用建筑热工设计规范》GB50176-93
《民用建筑隔声设计规范》GBJ118-88
《建筑结构可靠度设计统一标准》GB50068-2001
《建筑装饰工程施工质量验收规范》GB50210-2001
《建筑钢结构焊接规程》GB/T8162
《钢结构防火涂料》GB14907-2002
《碳钢焊条》GB/T5117-1995
《低合金钢焊条》GB/T5118-1995
《铝型材截面几何参数算法及计算机程序要求》YS/T437-2000
3.铝材规范:
《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
《铝及铝合金彩色涂层板、带材》YS/T431-2000
《铝塑复合板用铝带》YS/T432-2000
《铝合金建筑型材》GB/T5237-2000
《建筑铝型材基材》GB/T5237.1-2000
《建筑铝型材阳极氧化、着色型材》GB/T5237.2-2000
《建筑铝型材电泳涂漆型材》GB/T5237.3-2000
《建筑铝型材粉末喷涂型材》GB/T5237.4-2000
《建筑铝型材氟碳漆喷涂型材》GB/T5237.5-2000
《变形铝及铝合金化学成份》GB/T3190-1996
《铝及铝合金阳极氧化-阳极氧化膜的总规范》GB8013-1987
《铝及铝合金轧制板材》GB/T3880-1997
《建筑用铝型材、铝板氟碳涂层》JC133-2000
4.金属板及石材规范:
《天然花岗石荒料》JC/T204-2001
《天然大理石荒料》JC/T202-2001
《天然板石》GB/T18600-2001
《天然花岗石建筑板材》GB/T18601-2001
《天然大理石建筑板材》JC/T79-2001
《干挂石材幕墙用环氧胶粘剂》JC/T887-2001
《天然饰面石材术语》GB/T13890-92
《建筑材料放射性核素限量》GB6566-2001
《干挂天然花岗岩,建筑板材及其不锈钢配件》JC830-1998
《铝塑复合板》GB/T17748-1999
《建筑瓷板装饰工程技术规范》CECS101:
98
《建筑装饰用微晶玻璃》JC/T872-2000
5.玻璃规范:
《建筑玻璃应用技术规程》JGJ113-2003
《普通平板玻璃》GB4871-1995
《浮法玻璃》GB11614-1999
《钢化玻璃》GB/T9963-1998
《幕墙用钢化玻璃与半钢化玻璃》GB/T17841-1999
《建筑用安全玻璃防火玻璃》GB15763.1-2001
《中空玻璃》GB/T11944-2002
《夹层玻璃》GB9962-1999
《镀膜玻璃第一部分阳光控制镀膜玻璃》GB/T18915.1-2002
《镀膜玻璃第二部分低辐射镀膜玻璃》GB/T18915.2-2002
《热反射玻璃》JC693-1998
《热弯玻璃》JC/T915-2003
6.钢材规范:
《不锈钢棒》GB/T1220-1992
《不锈钢冷加工钢棒》GB/T4226
《不锈钢冷扎钢板》GB/T3280
《不锈钢热扎钢板》GB/T4237-92
《不锈钢热扎钢带》GB/T5090
《冷拔异形钢管》GB/T3094-2000
《碳素结构钢》GB/T700-1988
《优质碳素结构钢》GB/T699
《合金结构钢》GB/T3077
《不锈钢和耐热钢冷扎带钢》GB/T4239
《高耐候结构钢》GB/T4171-2000
《焊接结构用耐候钢》GB/T4172-2000
《低合金高强度结构钢》GB/T1591-1994
《碳素结构和低合金结构钢热轧薄钢板及钢带》GB/T912
《碳素结构和低合金结构钢热轧厚钢板及钢带》GB/T3274
《结构用无缝钢管》JBJ102
《金属覆盖层钢铁制品热镀锌层技术要求》GB/T13912-1992
7.胶类及密封材料规范:
《混凝土接缝用密封胶》JC/T881-2001
《硅酮建筑密封胶》GB/14683-2003
《建筑用硅酮结构密封胶》GB16776-2003
《聚硫建筑密封胶》JC483-1992
《中空玻璃用弹性密封剂》JC486-2001
《幕墙玻璃接缝用密封胶》JC/T882-2001
《石材幕墙接缝用密封胶》JC/T883-2001
《中空玻璃用丁基热熔密封胶》JC/T914-2003
《彩色钢板用建筑密封胶》JC/T884-2001
《工业用橡胶板》GB/T5574-1994
《绝热用岩棉、矿棉及其制品》GB/T11835-98
《建筑用防霉密封胶》JC/T885-2001
《建筑表面用有机硅防水剂》JC/T902-2002
《聚氨酯建筑密封胶》JC/T482-2003
8.门窗及五金件规范:
《铝合金门》GB/T8478
《铝合金窗》GB/T8479-2003
《建筑外窗抗风压性能分级及检测方法》GB/T7106-2002
《建筑外窗气密性能分级及检测方法》GB/T7107-2002
《建筑外窗水密性能分级及检测方法》GB/T7108-2002
《建筑外窗空气隔声性能分级及检测方法》GB/T8485-2002
《铝合金门窗工程设计、施工及验收规范》DBJ15-30-2002
《建筑外窗采光性能分级及检测方法》GB/T11976-2002
《地弹簧》GB/T9296
《平开铝合金窗执手》GB/T9298
《铝合金窗不锈钢滑撑》GB/T9300
《铝合金门插销》GB/T9297
《铝合金窗撑挡》GB/T9299
《铝合金门窗拉手》GB/T9301
《铝合金窗锁》GB/T9302
《铝合金门锁》GB/T9303
《闭门器》GB/T9305
《推拉铝合金门窗用滑轮》GB/T9304
《紧固件螺栓和螺钉》GB/T5277
《十字槽盘头螺钉》GB/T818
《紧固件机械性能螺栓、螺钉和螺柱》GB3098.1-2000
《紧固件机械性能螺母粗牙螺纹》GB3098.2-2000
《紧固件机械性能螺母细牙螺纹》GB3098.4-2000
《紧固件机械性能自攻螺钉》GB3098.5-2000
《紧固件机械性能不锈钢螺栓、螺钉、螺柱》GB3098.6-2000
《紧固件机械性能不锈钢螺母》GB3098.15-2000
《螺纹紧固件应力截面积和承载面积》GB/T16823.1-1997
9.《建筑结构静力计算手册》(第二版)
10.土建图纸:
二、基本参数
1.幕墙所在地区:
北京地区;
2.地区粗糙度分类等级:
幕墙属于薄壁外围护构件,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类地区考虑。
3.抗震烈度:
按照国家规范《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)、《中国地震动参数区划图》(GB18306-2000)规定,北京地区地震基本烈度为8度,地震动峰值加速度为0.2g,水平地震影响系数最大值为:
αmax=0.16。
三、幕墙承受荷载计算
1.风荷载标准值计算:
幕墙属于薄壁外围护构件,按建筑结构荷载规范(GB50009-2001)计算:
wk=βgzμzμsw0……7.1.1-2[GB50009-2001]
上式中:
wk:
作用在幕墙上的风荷载标准值(MPa);
Z:
计算点标高:
100m;
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:
βgz=K(1+2μf)
其中K为地区粗糙度调整系数,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类地区,100m高度处瞬时风压的阵风系数:
βgz=0.85*(1+2*(0.734(Z/10)-0.22))=1.602
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类地区,100m高度处风压高度变化系数:
μz=0.616*(Z/10)0.44=1.697
μs:
风荷载体型系数,根据计算点体型位置取1.2;
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,按重现期50年,北京地区取0.00045MPa;
wk=βgzμzμsw0
=1.602*1.697*1.2*0.00045
=0.001468MPa
2.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);
3.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;
进行位移及挠度计算时;
重力荷载:
γG:
1.0;
风荷载:
γw:
1.0;
地震作用:
γE:
1.0;
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;
四、全玻璃幕墙大面玻璃的计算
基本参数:
1:
计算点标高:
100m;
2:
分格尺寸:
宽*高=B*H=1500mm*4000mm;
3:
玻璃配置:
中空玻璃,外片钢化玻璃10mm,内片钢化玻璃10mm;
模型简图为:
1玻璃板块荷载计算:
(1)外片玻璃荷载计算:
t1:
外片玻璃厚度(mm);
t2:
内片玻璃厚度(mm);
wk:
作用在幕墙上的风荷载标准值(MPa);
GAk1:
外片玻璃单位面积自重标准值(仅指玻璃)(MPa);
qEAk1:
外片玻璃地震作用标准值(MPa);
γg1:
外片玻璃的体积密度(N/mm3);
wk1:
分配到外片上的风荷载作用标准值(MPa);
qk1:
分配到外片玻璃上的荷载组合标准值(MPa);
q1:
分配到外片玻璃上的荷载组合设计值(MPa);
GAk1=γg1t1
=0.0000256*10
=0.000256MPa
qEAk1=βEαmaxGAk1
=5*0.16*0.000256
=0.000205MPa
wk1=1.1wkt13/(t13+t23)
=1.1*0.001468*103*(103+103)
=0.000807MPa
qk1=wk1+0.5qEAk1
=0.000807+0.5*0.000205
=0.000909MPa
q1=1.4wk1+0.5*1.3qEAk1
=1.4*0.000807+0.5*1.3*0.000205
=0.001263MPa
(2)内片玻璃荷载计算:
t1:
外片玻璃厚度(mm);
t2:
内片玻璃厚度(mm);
wk:
作用在幕墙上的风荷载标准值(MPa);
GAk2:
内片玻璃单位面积自重标准值(仅指玻璃)(MPa)
qEAk2:
内片玻璃地震作用标准值(MPa)
γg2:
内片玻璃的体积密度(N/mm3);
wk2:
分配到内片上的风荷载作用标准值(MPa);
qk2:
分配到内片玻璃上的荷载组合标准值(MPa);
q2:
分配到内片玻璃上的荷载组合设计值(MPa);
GAk2=γg2t2
=0.0000256*10
=0.000256MPa
qEAk2=βEαmaxGAk2
=5*0.16*0.000256
=0.000205MPa
wk2=wkt23/(t13+t23)
=0.001468*103*(103+103)
=0.000734MPa
qk2=wk2+0.5qEAk2
=0.000734+0.5*0.000205
=0.000836MPa
q2=1.4wk2+0.5*1.3qEAk2
=1.4*0.000734+0.5*1.3*0.000205
=0.001161MPa
(3)玻璃板块整体荷载组合计算:
用于强度计算时,采用Sw+0.5SE设计值组合:
……5.4.1[JGJ102-2003]
q=1.4wk+0.5*1.3(qEAk1+qEAk1)
=1.4*0.001468+0.5*1.3*(0.000205+0.000205)
=0.002322MPa
用于挠度计算时,采用Sw+0.5SE标准值组合:
……5.4.1[JGJ102-2003]
qk=wk+0.5*(qEAk1+qEAk2)
=0.001468+0.5*(0.000205+0.000205)
=0.001673MPa
2.玻璃的强度计算:
校核依据:
σ≤[fg]
(1)外片校核:
θ1:
外片玻璃的计算参数;
η1:
外片玻璃的折减系数;
qk1:
作用在外片玻璃上的荷载组合标准值(MPa);
a:
玻璃跨度(mm);
E:
玻璃的弹性模量(MPa);
t1:
外片玻璃厚度(mm);
θ1=qk1a4/Et14……6.1.2-3[JGJ102-2003]
=0.000909*15004/72000/104
=6.391
按系数θ1,查表6.1.2-2[JGJ102-2003],η1=0.989;
σ1:
外片玻璃在组合荷载作用下的板中最大应力设计值(MPa);
q1:
作用在幕墙外片玻璃上的荷载组合设计值(MPa);
a:
玻璃跨度(mm);
t1:
外片玻璃厚度(mm);
m1:
外片玻璃弯矩系数,取m1=0.125;
σ1=6m1q1a2η1/t12……6.1.2[JGJ102-2003]
=6*0.125*0.001263*15002*0.989/102
=21.079MPa
21.079MPa≤fg=84MPa(钢化玻璃)
外片玻璃的强度满足要求!
(2)内片校核:
θ2:
内片玻璃的计算参数;
η2:
内片玻璃的折减系数;
qk2:
作用在内片玻璃上的荷载组合设计值(MPa);
a:
玻璃跨度(mm);
E:
玻璃的弹性模量(MPa);
t2:
内片玻璃厚度(mm);
θ2=qk2a4/Et24……6.1.2-3[JGJ102-2003]
=0.000836*15004/72000/104
=5.878
按系数θ2,查表6.1.2-2[JGJ102-2003],η2=0.993
σ2:
内片玻璃在组合荷载作用下的板中最大应力设计值(MPa);
q2:
作用在幕墙内片玻璃上的荷载组合设计值(MPa);
a:
玻璃跨度(mm);
t2:
内片玻璃厚度(mm);
m2:
内片玻璃弯矩系数,取m2=0.125;
σ2=6m2q2a2η2/t22……6.1.2[JGJ102-2003]
=6*0.125*0.001161*15002*0.993/102
=19.455MPa
19.455MPa≤fg=84MPa(钢化玻璃)
内片玻璃的强度满足要求!
3.玻璃最大挠度校核:
校核依据:
df=ημqka4/D≤df,lim……6.1.3-2[JGJ102-2003]
上面公式中:
df:
玻璃板挠度计算值(mm);
η:
玻璃挠度的折减系数;
μ:
玻璃挠度系数,取μ=0.013;
qk:
板块整体水平荷载作用组合标准值(MPa)
a:
玻璃板块跨度(mm);
D:
玻璃的弯曲刚度(N·mm);
df,lim:
许用挠度,取跨度的1/60,为25mm;
其中:
D=Ete3/(12(1-υ2))……6.1.3-1[JGJ102-2003]
上式中:
E:
玻璃的弹性模量(MPa);
te:
玻璃的等效厚度(mm);
υ:
玻璃材料泊松比,为0.2;
te=0.95*(t13+t23)1/3……6.1.5-3[JGJ102-2003]
=0.95*(103+103)1/3
=11.969mm
D=Ete3/(12(1-υ2))
=72000*11.9693/(12*(1-0.22))
=10716516.039N·mm
θ:
玻璃板块的计算参数;
θ=qka4/Ete4……6.1.2-3[JGJ102-2003]
=0.001673*15004/72000/11.9694
=5.732
按参数θ,查表6.1.2-2[JGJ102-2003],η=0.994
df=ημqka4/D
=0.994*0.013*0.001673*15004/10716516.039
=10.213mm
10.213mm≤df,lim=25mm(中空玻璃)
能满足要求!
五、全玻璃幕墙玻璃肋及结构胶的校核
1.肋截面高度的校核:
校核依据:
hr≥(3qLh2/(4fgt))0.5
上面公式中:
hr:
玻璃肋的截面高度(mm);
q:
板块水平荷载作用下组合设计值(MPa);
L:
两肋之间的玻璃面板跨度(mm);
h:
玻璃肋上下支点间距,即计算跨度(mm);
t:
玻璃肋截面厚度(mm);
fg:
玻璃侧面强度设计值(MPa);
对于夹层玻璃做为玻璃肋,厚度取双片厚度和:
24mm;
(3qLh2/(4fgt))0.5
=(3*0.002322*1500*40002/(4*19.5*24))0.5
=298.844mm
实际选用的玻璃肋宽度为:
200mm<298.844mm
不满足要求。
2.玻璃肋的挠度计算:
校核依据:
df=≤df,lim
上面公式中:
df:
在水平荷载标准值作用下肋挠度(mm);
df,lim:
玻璃肋的挠度限值,取计算跨度的1/200,为20mm;
qk:
板块水平荷载作用下组合标准值(MPa);
L:
两肋之间的玻璃面板跨度(mm);
h:
玻璃肋上下支点间距,即计算跨度(mm);
E:
玻璃的弹性模量(MPa);
t:
玻璃肋截面厚度(mm);
hr:
玻璃肋的截面高度(mm);
对于夹层玻璃做为玻璃肋,厚度取双片厚度和:
24mm;
5qkLh4/(16Ethr3)
=
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