最新140系列全隐框玻璃幕墙设计强度计算书.docx
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最新140系列全隐框玻璃幕墙设计强度计算书
140系列全隐框玻璃幕墙设计强度计算书
140系列全隐框玻璃幕墙设计强度计算书
基本参数:
仪征地区幕墙总标高=21.8m
校核处设计层高:
3.6m
分格B×H=1.25m×1.550m
抗震6度设防
一、幕墙承受荷载计算:
1.风荷载标准值计算:
本幕墙设计按50年一遇风压计算
Wk:
作用在幕墙上的风荷载标准值(KN/m2)
Wo:
仪征50年一遇十分钟平均最大风压:
0.40KN/m2
根据现行《建筑结构荷载规范》附表D.4
(全国基本风压和雪压)中数值采用
βgz:
瞬时风压的阵风系数:
取2.0(GB50009-2001表7.5.1)
µs:
风荷载体型系数:
1.5
µz:
21.8m高处风压高度变化系数:
0.86
Wk=βgz×µs×µz×wo
=2.0×1.5×0.86×0.40
=1.032KN/m2
2.风荷载设计值:
W:
风荷载设计值:
KN/m2
rw:
风荷载作用效应的分项系数:
1.4
按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003(5.4.2)条规定采用
W=rw×WK=1.4×1.032=1.45KN/m2
3.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:
1.550m
B:
玻璃幕墙分格宽:
1.225m
GK=400×B×H/1000
=400×1.225×1.550/1000
=0.76KN
4.地震作用:
(1)垂直于玻璃幕墙平面的分布地震作用:
qEAK:
垂直于玻璃幕墙平面的分布水平地震作用KN/m2
βE:
动力放大系数:
可取5.0
按5.2.4条规定采用
αmax:
水平地震影响系数最大值:
0.04(6度设防)
按5.2.4条规定采用
Gk:
玻璃幕墙构件的重量:
0.76KN
B:
玻璃幕墙分格宽:
1.225m
H:
玻璃幕墙分格高:
1.550m
qEAk=βE×αmax×GK/B/H
=5×0.04×0.76/1.225/1.550
=0.080KN/m2
(2)平行于玻璃幕墙平面的集中水平地震作用:
PEAK:
平行于玻璃幕墙平面的集中水平地震作用(kN)
βE:
动力放大系数:
可取5.0
按5.2.4条规定采用
GK:
玻璃幕墙构件的重量:
0.76kN
PEAK=βE×αmax×GK
=5×0.04×0.76
=0.152KN
二、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:
B:
玻璃幕墙分格宽:
1.225m
H:
玻璃幕墙分格高:
1.550m
A:
玻璃板块面积:
A=B×H
=1.225×1.550
=1.90m2
2.玻璃厚度选取:
W:
风荷载设计值:
1.45kN/m2
A:
玻璃板块面积:
1.90m2
K3:
玻璃种类调整系数:
3.00
试算:
C=W×A×10/3/K3
=1.45×1.90×10/3/3.00
=3.06
T=2×SQRT(1+C)-2
=2×SQRT(1+3.06)-2
=2.03mm
玻璃选取厚度为:
6mm
3.玻璃板块自重:
GAk:
玻璃板块平均自重(不包括铝框):
t:
玻璃板块厚度:
6mm
25.6玻璃的体积密度,单位是kN/m35.2.1采用
GAk=25.6×t/1000
=25.6×6/1000
=0.154kN/m2
4.垂直于玻璃平面的分布地震作用:
αmax:
水平地震影响系数最大值:
0.04
qEAk:
垂直于玻璃平面的分布地震作用(kN/m2)
qEAk=5×αmax×GAk
=5×0.04×0.154
=0.031kN/m2
rE:
地震作用分项系数:
1.3
qEA:
垂直于玻璃平面的分布地震作用设计值kN/m2
qEA=rE×qEAk
=1.3×0.031
=0.0403kN/m2
5.玻璃的强度计算:
校核依据:
σ≤fg=84.00
q:
玻璃所受组合荷载:
a:
玻璃短边边长:
1.225m
b:
玻璃长边边长:
1.550m
t:
玻璃厚度:
6.0mm
φ1:
玻璃板面跨中弯曲系数,按边长比a/b查出
(b为长边边长)
表5.4.1得:
0.074
σw玻璃所受应力:
采用Sw+0.6SE组合:
q=W+0.6×qEA
=1.45+0.6×0.0403
=1.474kN/m2
σw=6×φ1×q×a2×1000/t2
=6×0.074×1.474×1.2252×1000/62
=27.28N/mm2
27.28N/mm2≤fg=84.00N/mm2
玻璃的强度满足!
6.玻璃最大面积校核:
Azd:
玻璃的允许最大面积(m2)
Wk:
风荷载标准值:
1.03kN/m2
t:
玻璃厚度:
6.0mm
α1:
玻璃种类调整系数:
3.00
A:
计算校核处玻璃板块面积:
1.90m2
Azd=0.3×α1×(t+t2/4)/Wk(6.2.7-1)
=0.3×3×(6+62/4)/1.03
=13.50m2
A=1.90m2≤Azd=13.50m2
可以满足使用要求!
三、幕墙杆件计算:
幕墙立柱按简支梁力学模型进行设计计算:
1.选料:
(1)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数:
1.4
Wk:
风荷载标准值:
1.03KN/m2
B:
幕墙分格宽:
1.225m
qw=1.4×Wk×B
=1.4×1.03×1.225
=1.77KN/m
(2)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:
1.77KN/m
Hsjcg:
立柱计算跨度:
3.60m
Mw=qw×Hsjcg2/8
=1.77×3.602/8
=2.86KN.m
qEA:
地震作用设计值:
qEAK:
地震作用:
0.08KN/m2
γE:
幕墙地震作用分项系数:
1.3
qEA=1.3×qEAK
=1.3×0.08
=0.104kN/m2
qE:
地震作用设计值的线密度:
qE=qEA×B
=0.104×1.225
=0.127KN.m
ME:
地震作用下立柱弯矩(KN.m):
ME=qE×Hsjcg2/8
=0.127×3.62/8
=0.21KN.m
M:
幕墙立柱在风荷载和地震作用下产生弯矩(KN.m)
采用Sw+0.6SE组合
M=Mw+0.6×ME
=2.86+0.6×0.21
=2.98KN.m
W:
立柱抗弯矩预选值
W=M×103/1.05/84.2
=2.98×103/1.05/84.2
=33.75cm3
qwk:
风荷载标准值线密度
qwk=Wk×B
=1.03×1.225
=1.26KN/m
qEK:
地震作用标准值线密度
qEk=qEAK×B
=0.08×1.225
=0.098kN/m
(4)I1,I2:
立柱惯性矩预选值(cm4)
I1=900×(qwk+0.6×qEk)×Hsjcg3/384/0.7
=900×(1.26+0.6×0.098)×3.63/384/0.7
=206.02cm4
I2=5000×(qwk+0.6×qEk)×Hsjcg4/384/0.7/20
=5000×(1.26+0.6×0.098)×3.64/384/0.7/20
=206.02cm4
2.选用立柱型材的截面特性:
选用系列:
140
选用型材号:
1401
铝型材强度设计值:
84.200N/mm2
铝型材弹性模量:
E=7×106N/cm2
X轴惯性矩:
Ix=341.63cm4
Y轴惯性矩:
Iy=91.53cm4
X轴抵抗矩:
Wx1=52.46cm3
X轴抵抗矩:
Wx2=45.63cm3
型材截面积:
A=12.97cm2
型材计算校核处壁厚:
t=3.00mm
型材截面面积矩:
Ss=30.52cm3
塑性发展系数:
γ=1.05
3.幕墙立柱的强度计算:
校核依据:
N/A+m/γw≤fa=84.200N/mm2(拉弯构件)
(5.5.3)
B:
幕墙分格宽:
1.225m
GAK:
幕墙自重:
400N/m2
幕墙自重线荷载:
GK=400×B/1000
=400×1.225/1000
=0.49kN/m
Nk:
立柱受力:
NK=GK×Hsjcg
=0.49×3.6
=1.76kN
N:
立柱受力设计值:
rG:
结构自重分项系数:
1.2
N=1.2×Nk
=1.2×1.76
=2.12kN
α:
立柱计算强度(N/mm2)(立柱为接弯构件)
N:
立柱受力设计值:
2.12KN
A:
立柱型材截面积:
12.97cm2
M:
立柱弯矩:
3.58KN.m
Wx2:
立柱截面抗弯矩:
45.63cm3
γ:
塑性发展系数:
1.05
α=N×10/A+M×103/1.05/Wx2
=2.12×10/12.97+2.98×103/1.05/45.63
=63.83N/mm2
63.83N/mm2≤fa=84.200N/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
u=5×(qwk+0.6qEk)×Hsjcg4×1000/384/0.7/Ix
=5×(1.26+0.6×0.098)×3.64×1000/384/0.7/341.63
=12.06mm≤20mm
Du:
立柱挠度与立柱计算跨度比值:
Hsjcg:
立柱计算跨度:
3.6m
Du=U/Hsjcg/1000
=12.06/3.6/1000
=0.00335<1/180
挠度可以满足要求!
5.立柱抗剪计算:
校核依据:
γmax≤[γ]=48.900N/mm2
(1)Qwk:
风荷载作用下剪力标准值(kn)
Qwk=Wk×Hsjcg×B/2
=1.03×3.6×1.225/2
=2.27KN
(2)Qw:
风荷载作用下剪力设计值(KN)
Qw=1.4×Qwk
=1.4×2.27
=3.18kN
(3)QEK:
地震作用下剪力标准值(KN)
QEK=qEAK×Hsjcg×B/2
=0.08×3.6×1.225/2
=0.18KN
(4)QE:
地震作用下剪力设计值(KN)
QE=1.3×QEK
=1.3×0.18
=0.23KN
(5)Q:
立柱所受剪力:
采用Qw+0.6QE组合
Q=Qw+0.6×QE
=3.18+0.6×0.23
=3.32KN
(6)立柱剪应力:
τ:
立柱剪应力:
Ss:
立柱型材截面面积矩:
30.52cm3
Ix:
立柱型材截面惯性矩:
341.63cm4
t:
立柱壁厚:
3.000mm
τ=Q×Ss×100/Ix/t
=3.32×30.52×100/341.63/3.000
=9.88N/mm2
9.88N/mm2≤48.900N/mm2
立柱抗剪强度可以满足!
6.选用横梁型材的截面特性:
选用系列:
140
选用型材号:
1101
铝型材强度设计值:
84.200N/mm2
铝型材弹性模量:
E=7×106N/cm2
X轴惯性矩:
Ix=46.8cm4
Y轴惯性矩:
Iy=27.49cm4
X轴抵抗矩:
Wx1=13.37cm3
X轴抵抗矩:
Wx2=13.37cm3
Y轴抵抗矩:
Wy1=11.0cm3
Y轴抵抗矩:
Wy2=11.0cm3
型材截面积:
A=6.84cm2
型材计算校核处壁厚:
t=3.000mm
型材截面面积矩:
Ss=8.85m3
塑性发展系数:
γ=1.05
7.幕墙横梁的强度计算:
校核依据:
mx/γWx+my/γWy≤fa=84.200N/mm2(5.5.2)
(1)横梁在自重作用下的弯矩(KN.m)
H:
幕墙分格高:
1.550m
GAK:
横梁自重:
300N/m2
GK:
横梁自重荷载线密度:
GK=300×H/1000
=300×1.550/1000
=0.465KN/m
G:
横梁自重荷载设计值线密度(kN/m)
G=1.2×GK
=1.2×0.465
=0.558KN/m
Mx:
横梁在自重荷载作用下的弯矩(kN.m)
Mx=G×B2/8
=0.558×1.2252/8
=0.105KN.m
(2)横梁在风荷载作用下的弯矩(KN.m)
风荷载线密度:
qwk=B×Wk
=1.225×1.03
=1.26kN/m
风荷载设计值的线密度:
qw=1.4×qwk
=1.4×1.26
=1.77kN/m
Myw:
横梁在风荷载作用下的弯矩(kN.m)
Myw=qw×B2/12
=1.77×1.2252/12
=0.22KN.m
(3)地震作用下横梁弯矩
qEAK:
横梁平面外地震荷载:
βE:
动力放大系数:
5
αmax:
地震影响系数最大值:
0.040
GK:
幕墙构件自重:
300N/m2
qEAk=5×αmax×300/1000
=0.06Kn/m2
qEx:
横梁地震荷载线密度:
B:
幕墙分格宽:
1.225m
qEx=qEAk×B
=0.06×1.225
=0.074KN/m
qE:
横梁地震荷载设计值线密度:
γE:
地震作用分项系数:
1.3
qE=1.3×qEx
=1.3×0.074
=0.096KN/m
MyE:
地震作用下横梁弯矩:
MyE=qE×B2/12
=0.096×1.2252/12
=0.012KN.m
(4)横梁强度:
σ:
横梁计算强度(N/mm2)
采用SG+SW+0.6SE组合
WX1:
X轴抵抗矩:
13.37cm3
WY2:
Y轴抵抗矩:
11.0cm3
Υ:
塑性发展系数:
1.05
σ=(MX/WX1+MYW/WY2+0.6×MyE/Wy2)×102/1.05
=2.72N/mm2
2.72N/mm2≤fa=84.200N/mm2
横梁正应力强度可以满足!
8.幕墙横梁的抗剪强度计算:
校核依据:
γmax≤[γ]=48.900N/mm2
(1)Qwk:
风荷载作用下横梁剪力标准值(Kn)
Wk:
风荷载标准值:
1.03KN/m2
B:
幕墙分格宽:
1.225m
Qwk=Wk×B2/4
=1.03×1.2252/4
=0.39KN
(2)QW:
风荷载作用下横梁剪力设计值(KN)
QW=1.4×QWK
=1.4×0.39
=0.54KN
(3)qEK:
地震作用下横梁剪力标准值(KN)
qEAK:
幕墙平面外地震作用:
0.06KN/m2
qEK=qEAK×B2/4
=0.06×1.2252/4
=0.023KN
(4)qE:
地震作用下横梁剪力设计值(kn)
γE:
地震作用分项系数:
1.3
qE=1.3×qEK
=1.3×0.023
=0.029kN
(5)Q:
横梁所受剪力:
采用Qw+0.6QE组合
Q=Qw+0.6×QE
=0.54+0.6×0.029
=0.56KN
(6)γ:
横梁剪应力
Ss:
横梁型材截面面积矩:
8.85cm3
Iy:
横梁型材截面惯性矩:
27.49cm4
t:
横梁壁厚:
3.0mm
γ=Q×Ss×100/Iy/t
=0.56×8.85×100/27.49/3.00
=5.98N/mm2
5.98N/mm2≤48.900N/mm2
横梁抗剪强度可以满足!
四、连接件计算:
1.横梁与立柱间连结
(1)横向节点(横梁与角码)
N1:
连接部位受总剪力:
采用Sw+0.6SE组合
N1=(Qw+0.6×QE)×1000
=(0.54+0.6×0.029)×1000
=557.4N
普通螺栓连接的抗剪强度计算值:
130N/mm2
Nv:
剪切面数:
1
D1:
螺栓公称直径:
5.000mm
D0:
螺栓有效直径:
4.250mm
Nvbh:
螺栓受剪承载能力计算:
Nvbh=1×3.14×D02×130/4
=1×3.14×4.2502×130/4
=1843.278N
Num1:
螺栓个数:
Num1=N1/Nvbh
=557.4/1843.278
=0.3个取1个
实际采用2个
Ncb:
连接部位幕墙横梁铝型材壁抗承压能力计算:
t:
幕墙横梁壁厚3.0mm
Ncb=D1×t×120
=5.000×3.0×120
=1800.000N
1800.000N≥557.4N
强度可以满足!
(2)竖向节点(角码与立柱)
横梁自重:
300N/m
GK:
横梁自重线荷载:
(N/m)
GK=300×H
=300×1.550
=465.00N/m
横梁自重线荷载设计值:
(N/m)
G=1.2×465.00
=558.00N/m
N2:
自重荷载:
(N)
N2=G×B/2
=558.00×1.225/2
=341.78N
N:
连接处组合荷载:
采用SG+SW+0.6SE组合
N=sqrt(N12+N22)
=sqrt(557.42+341.782)
=653.84N
Num2:
螺栓个数:
Num2=N/Nvbh
=0.36个取1个
实际采用2个
Ncbj:
连接部位铝角码壁抗承压能力计算:
Lct1:
铝角码壁厚:
4.00mm
Ncbj=D1×Lct1×120×Num2
=5.00×4.00×120×2
=4800N
4800N≥653.84N
强度可以满足!
2.立梃与主结构连接
Lct2:
连接处钢角码壁厚:
8.00mm
D2:
连接螺栓直径:
12.00mm
D0:
连接螺栓直径:
10.36mm
采用SG+SW+0.6SE组合
N1WK:
连接处风荷载总值:
(N)
N1WK=WK×B×Hsjcg×1000
=1.03×1.225×3.6×1000
=4542.3N
连接处风荷载设计值:
(N)
N1W=1.4×N1WK
=1.4×4542.3
=6359.22N
N1EK:
连接处地震作用:
N1EK=qEAK×B×Hsjcg×1000
=0.06×1.225×3.6×1000
=264.6N
N1E:
连接处地震作用设计值:
(N)
N1E=1.3×N1EK
=1.3×264.6
=343.98N
N1:
连接处水平总力:
(N)
N1=N1W+0.6N1E
=6359.22+0.6×343.98
=6565.61N
N2:
连接处自重总值设计值:
N2K=400×B×Hsjcg
=400×1.225×3.6
=1764.0N
N2:
连接处自重总值设计值:
(N)
N2=1.2×N2K
=1.2×1764.0
=2116.8N
N:
连接处总合力:
(N)
N=sqrt(N12+N22)
=sqrt(6565.612+2116.82)
=6898.41N
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
=21905.97N
Numl:
立梃与建筑物主结构连接的螺栓个数:
Numl=N/Nvb
=6898.41/21905.97
=0.31个取1个
实际采用2个
Ncb1:
立梃型材壁抗承压能力:
D2:
连接螺栓直径:
12.00mm
Nv:
连接处剪切面数:
4
t:
立梃壁厚:
3.00mm
Ncb1=D2×4×120×t
=12.00×4×120×3.00
=17280.00N
17280.00N≥6898.41N
强度可以满足!
Ncbg钢角码型材壁抗承压能力:
(N)
Ncbg=D2×2×267×Lct2
=12.00×2×267×8×2
=102528.00N
102528.00N≥6898.41N
强度可以满足!
五、幕墙玻璃板块结构胶计算:
本工程选用结构胶类型为:
DGM-6018
1.按风荷载和自重效应,计算结构硅酮密封胶的宽度:
(1)风载荷作用下结构胶粘结宽度的计算:
Csl:
风载荷作用下结构胶粘结宽度(mm)
WK:
风载荷标准值:
1.03KN/m2
B:
矩形分格短边长度:
1.550m
fl:
结构胶的短期强度允许值:
0.20N/mm2
按5.6.3条规定采用
Csl=WK×a/2/0.20(5.6.3-1)
=1.03×1.550/2/0.2
=3.99mm取6mm
(2)自重效应胶缝宽度的计算:
Cs2:
自重效应胶缝宽度(mm)
B:
幕墙分格宽1.225mm:
H:
幕墙分格高:
1.550mm
t:
玻璃厚度:
6.00mm
f2:
结构胶的长期强度允许值:
0.01N/mm2
按5.6.3条规定采用
Cs2=H×B×t×25.6/(H+B)/2/10
=5.26mm取12mm
结构硅酮密胶的最大计算宽度:
12.0mm
2.结构硅酮密胶粘结厚度的计算:
ts:
结构胶的粘结厚度:
mm
δ:
结构胶酮密封胶的变位承受能力:
12.5%
Δt:
年温差:
80.0℃
Us:
玻璃板块在年温差作用玻璃与铝型材相对位移量:
mm
铝型材线膨胀系数:
a1=2.35×105
玻璃线膨胀系数:
a2=1×105
Us=b×Δt×(2.35-1)/100
=1.225×80.0×(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.胶缝选定宽度为:
12mm
4.胶缝选定厚度为:
6mm
5.胶缝强度验算
(1)短期荷载和作用在结构胶中产生的拉应力:
WK:
风荷载标准值:
1.03kN/m2
B:
幕墙分格宽:
1.225m
Cs:
结构胶粘结宽度:
12mm
δ1=WK×B×0.5/Cs
=1.03×1.225×0.5/12
=0.053kN/mm2
(2)短期荷载和作用在结构胶中产生的剪应力:
H:
幕墙分格高:
1.550m
t:
玻璃厚度:
6.0mm
δ2=12.8×H×B×t/CS/(B+H)/1000
=0.00438N/mm2
(3)短期荷载和作用在结构胶中产生的总应力:
δ=sqrt(δ12+δ22)
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