玻璃幕墙设计计算书.docx
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玻璃幕墙设计计算书.docx
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玻璃幕墙设计计算书
玻璃幕墙设计计算书
1.设计依据:
1.1相关国家标准:
1.1.1玻璃幕墙工程技术规范(JGJ102-2003)
1.1.2建筑结构荷载规范(GB50009-2001)
1.1.3钢结构设计规范(GB50017-2003)
1.1.4混凝土结构设计规范(GB50010-2002)
1.2业主提供的相关资料:
1.2.1招标书
1.2.2建筑及结构施工图
1.2.3其它有关资料
2.幕墙材料选择:
2.1玻璃选择:
2.1.1玻璃类型:
单层
2.1.2玻璃种类:
钢化玻璃
2.1.3选用玻璃尺寸:
厚度tk=8(mm)
高度hk=3.8(m),宽度bk=1.36(m)
玻璃短边长度a=1.36(m),长边长度b=3.8(m)
玻璃短边÷长边=a/b=.358
2.1.4选用玻璃的强度设计值:
大面强度fgm=84(MPa)
侧面强度fgb=58.8(MPa)
2.1.5选用玻璃的相关物理指标:
弹性模量:
Eg=72000(MPa)
线胀系数:
α=.00001
泊松比:
ν=.2
重力密度:
γg=25.6(kN/m3)
2.2幕墙龙骨材质选择:
铝合金6063-T5
2.2.1铝型材的强度设计值:
抗拉、压强度设计值fat=85.5(MPa)
抗剪强度设计值fav=49.6(MPa)
局部承压强度设计值fac=120(MPa)
2.2.2铝型材的相关物理指标:
弹性模量:
Ea=70000(MPa)
线胀系数:
αa=.0000235
重力密度:
γa=28(kN/m3)
2.2.3铝合金立柱和横梁的挠度控制:
相对挠度:
≤1/180
3.幕墙荷载:
3.1荷载标准值:
3.1.1永久荷载标准值:
3.1.1.1玻璃自重荷载标准值:
qgk0=t0×γg/1000=.205(kPa)
其中:
t0为玻璃片总厚度,t0=8(mm)
3.1.1.2铝框自重荷载标准值:
初估qgak=0.2×qgk0
qgak=0.2×qgk0=.041(kPa)
3.1.1.3玻璃与铝框自重荷载标准值:
qgk=qgk0+qgak=.246(kPa)
3.1.2风荷载标准值:
3.1.2.1基本风压:
w0=0.75(kPa)(50年一遇)
3.1.2.2风荷载体形系数:
μs=1.2
3.1.2.3风荷载高度系数:
μz=.74
地面粗糙度类别:
C类
距地面高度:
12(m)
3.1.2.4阵风系数:
βz=2.049
3.1.2.5结构重要性系数:
γ=1
3.1.2.6风荷载标准值:
wk=γβzμzμsw0=1.36(kPa)
3.1.3地震作用标准值:
3.1.3.1抗震设防烈度:
7
设计基本地震加速度:
0.10g
3.1.3.2地震影响系数最大值:
αmax=.08
3.1.3.3地震动力放大系数:
βe=5
3.1.3.4垂直于玻璃幕墙平面的分布水平地震作用标准值:
qek=βeαmaxqgk=.098(kPa)
4.幕墙计算:
幕墙类型:
隐框
幕墙与水平面的夹角:
α=90°
4.1幕墙玻璃计算:
幕墙玻璃的支承条件:
四边简支
玻璃按四边简支板计算
玻璃的厚度:
t=8(mm)
4.1.1玻璃强度计算:
4.1.1.1在风荷载标准值作用下,玻璃板中部的应力:
按a/b=.358,
查得四边简支玻璃板的弯矩系数:
m=.1154
σwk=6mwka2/t2=27.21(MPa)
4.1.1.2在地震作用标准值作用下,玻璃板中部的应力:
σek=6mqeka2/t2=1.96(MPa)
4.1.1.3考虑玻璃板在外荷载作用下大挠度变形的影响,玻璃板
的应力折减系数η:
由θ=(wk+0.5qek)a4/(Egt4)=16.3
查得玻璃板的应力折减系数:
η=.935
4.1.1.4玻璃板中部的组合应力:
σ=η(ψwγwσwk+ψeγeσek)
=36.81(MPa) 其中: η: 应力折减系数=.935 γw: 风荷载分项系数=1.4 γe: 地震作用分项系数=1.3 ψw: 风荷载组合值系数=1.0 ψe: 地震作用组合值系数=0.5 4.1.2玻璃刚度计算: 玻璃板中部的挠度: u=η(μwka4)/D=16.2(mm) <玻璃板短边边长的1/60=22.7(mm)(满足) 其中: η: 挠度折减系数 由θ=wka4/(Egt4)=15.8,查得: η=.937 μ: 四边简支玻璃板的挠度系数 由a/b=.358,查得: μ=.01189 D: 玻璃板的刚度 D=Egt3/[12×(1-ν2)]=3200000(N·mm) 4.2硅酮结构密封胶计算: 4.2.1硅酮结构密封胶粘接宽度计算: 结构胶在风荷载或地震作用下的强度设计值: f1=.2(MPa) 结构胶在永久荷载作用下的强度设计值: f2=.01(MPa) 4.2.1.1在风荷载和水平地震作用下,结构胶粘接宽度 cs1=(w+0.5qe)a/(2000f1)=6.7(mm) 其中: w--风荷载设计值,w=1.4wk=1.9(kPa) qe--地震作用设计值,qe=1.3qek=.13(kPa) a--玻璃板短边长度,a=1360(mm) 4.2.1.2在玻璃永久荷载作用下,结构胶粘接宽度 cs2=qgab/[2000(a+b)f2]=12.5(mm) 其中: qg--玻璃自重荷载设计值,qg=1.2qgk0=.25(kPa) a--玻璃板短边长度,a=1360(mm) b--玻璃板长边长度,b=3800(mm) 4.2.1.3故结构胶粘接宽度应≥12.5(mm) 4.2.2硅酮结构密封胶粘接厚度计算: ts=us/[δ(2+δ)]1/2=13.4(mm) 其中: us--幕墙玻璃相对于铝框的位移,us=θhk=6.91(mm) θ--楼层弹性层间位移角限值 根据主体结构的结构类型: 钢筋混凝土框架 得: θ=1/550(rad) hk--玻璃面板高度,hk=3800(mm) δ--硅酮结构密封胶变位承受能力,δ=0.125 故结构胶粘接厚度应≥13.4(mm) 4.3幕墙铝合金骨架计算: 玻璃幕墙类别: 框架式 4.3.1幕墙铝合金横梁计算: 选用的铝合金型材的代号: 155 其截面的几何参数如下: 截面惯性矩: Iax=410715(mm4)Iay=731313(mm4) 截面抵抗矩: Wax=9779(mm3)Way=1875(mm3) 截面面积: Aa=950(mm2) 4.3.1.1在荷载标准值作用下,横梁的内力及挠度: 4.3.1.1.1在风荷载标准值作用下,横梁的内力及挠度: 按三角形分布的分布荷载计算,见附图4-1: 附图4-1 线载集度: qwk=2×(wkbk/2)=1.8496(kN/m) 跨中最大弯矩: Mwk=qwkbk2/12=.29(kN·m) 跨内最大剪力: Vwk=qwkbk/4=.63(kN) 跨中最大挠度: uwk=qwkbk4/(120EaIay)=1.03(mm) 4.3.1.1.2在地震作用标准值作用下,横梁的内力及挠度: 按三角形分布的分布荷载计算,见附图4-1: 线载集度: qekx=2×(qekbk/2)=.13328(kN/m) 跨中最大弯矩: Mek=qekxbk2/12=.021(kN·m) 跨内最大剪力: Vek=qekxbk/4=.05(kN) 跨中最大挠度: uek=qekxbk4/(120EaIay)=.074(mm) 4.3.1.1.3在重力荷载标准值作用下,横梁的内力及挠度: 玻璃与铝框自重荷载: qgk=.246(kPa) 按受二集中荷载的简支梁计算,见附图4-2: 附图4-2 平行于幕墙平面的集中荷载: Pgky=qgkhkbksinα/2=.636(kN) 其中: hk--玻璃高度,hk=3.8(mm) bk--玻璃宽度,by=1.36(mm) 跨中最大弯矩: Mgky=Pgkybd=.095(kN·m) 其中: bd--玻璃垫块至横梁端部的距离,bd=0.15(m) 跨内最大剪力: Vgky=Pgky=.636(kN) 跨中最大挠度: ugky=Pgkyαbk3(3-4α2)/(24EaIax)=.75(mm) 其中: α=bd/bk=.11 bd--玻璃垫块至横梁端部的距离,bd=0.15(m) bk--横梁跨度,bk=1.36(m) 4.3.1.2横梁验算: 4.3.1.2.1抗剪强度验算: 横梁水平方向(x轴)的剪力组合设计值: Vx=ψwγwVwk+ψeγeVek=.91(kN) 横梁竖直方向(y轴)的剪力组合设计值: Vy=γgVgky=.76(kN) 其中: γg--永久荷载分项系数,γg=1.2 γw--风荷载分项系数,γw=1.4 γe--地震作用分项系数,γe=1.3 ψw--风荷载组合值系数,ψw=1.0 ψe--地震作用组合值系数,ψe=0.5 验算: 横梁竖直方向(y轴): Vy(by2ty/8+bxbytx/4)/(Iaxty) =3.5(MPa) 其中: bx--横梁截面水平方向宽度,bx=73(mm) by--横梁截面竖直方向宽度,by=70(mm) tx--横梁截面水平腹板厚度,tx=3(mm) tx--横梁截面竖直腹板厚度,ty=3(mm) Iax--截面绕x轴的毛截面惯性矩,Iax=410715(mm4) 横梁水平方向(x轴): Vx(bx2tx/8+bxbyty/4)/(Iaytx) =2.42(MPa) 其中: bx--横梁截面水平方向宽度,bx=73(mm) by--横梁截面竖直方向宽度,by=70(mm) tx--横梁截面水平腹板厚度,tx=3(mm) tx--横梁截面竖直腹板厚度,ty=3(mm) Iay--截面绕y轴的毛截面惯性矩,Iay=731313(mm4) 4.3.1.2.2局部稳定验算: 横梁截面水平腹板为双侧加劲部位: 横梁截面水平腹板宽度bx=73(mm) 横梁截面水平腹板厚度tx=3(mm) 横梁截面水平腹板宽厚比bx/tx=24.33≤50(满足) 横梁截面竖直腹板为双侧加劲部位: 横梁截面竖直腹板宽度by=70(mm) 横梁截面竖直腹板厚度ty=3(mm) 横梁截面竖直腹板宽厚比by/ty=23.33≤50(满足) 4.3.1.2.3刚度验算: 在风荷载标准值作用下,横梁的挠度: uwk=1.03(mm) 在重力荷载标准值作用下,横梁的挠度: ugky=.75(mm) 4.3.2幕墙铝合金立柱计算: 选用的铝合金型材的代号: 155 其截面的几何参数如下: 截面惯性矩: Iax=6719438(mm4)Iay=1445269(mm4) 截面抵抗矩: Wax=86147(mm3)Way=40146(mm3) 截面面积: Aa=1927(mm2) 立柱按跨度L=3.8m简支梁计算。 4.3.2.1在荷载标准值作用下,立柱的内力及挠度: 4.3.2.1.1在风荷载标准值作用下,立柱的内力及挠度: 按均布荷载计算,立柱计算简图见附图4-3: 附图4-3 线载集度: qwk=wkbk=1.85(kN/m) 跨中最大弯矩: Mwk=qwkL2/8=3.34(kN·m) 跨中最大挠度: uwk=5qwkL4/(384EaIax)=10.7(mm) 4.3.2.1.2在地震作用标准值作用下,立柱的内力及挠度: 按均布荷载计算,见附图4-3: 线载集度: qlek=qekbk=.13(kN/m) 跨中最大弯矩: Mek=qlekL2/8=.23(kN·m) 跨中最大挠度: uek=5qlekL4/(384EaIax)=.8(mm) 4.3.2.1.3在重力荷载标准值作用下,立柱的内力: 立柱的承重方式为上端悬挂。 重力荷载产生的轴力为拉力。 轴力: Ngk=qgkbkLsinα=1.27(kN) 4.3.2.2立柱验算: 4.3.2.2.1强度验算: 立柱的轴力设计值: N=γgNgk=1.52(kN) 立柱的弯矩组合设计值: M=ψwγwMwk+ψeγeMek=4.83(kN·m) 其中: γg--永久荷载分项系数,γg=1.2 γw--风荷载分项系数,γw=1.4 γe--地震作用分项系数,γe=1.3 ψw--风荷载组合值系数,ψw=1.0 ψe--地震作用组合值系数,ψe=0.5 验算: N/Aa+M/(γWax) =54.19(MPa) 其中: Aa--立柱的净截面面积,Aa=1927(mm2) Wax--截面绕x轴的净截面抵抗矩,Wax=86147(mm3) γ--塑性发展系数,γ=1.05 fat--型材抗弯强度设计值,fat=85.5(MPa) 4.3.2.2.2刚度验算: 在风荷载标准值作用下,立柱的挠度: uwk=10.7(mm)<跨度/180=21.11(mm)(满足) 5.连接计算: 立柱与角码的连接节点见附图5-1、5-2。 附图5-1(横剖) 附图5-2(竖剖) 5.1立柱与角码的连接螺栓的计算: 5.1.1连接螺栓材质: 1Cr18Ni9Ti 螺栓直径: d=12(mm) 5.1.2一个连接螺栓的设计承载力: 抗拉承载力设计值: Ntb=14(kN) 双剪抗剪承载力设计值: Nvb=21.4(kN) 5.1.3连接付的内力: 由重力荷载标准值作用: 垂直力: Fgk=1.5qgk0bkL=1.59(kN) 其中: bk--立柱间距(m) L--立柱长度(m) qgk0--幕墙玻璃每平方米重量(kPa) 1.5--考虑骨架的重量 由风荷载标准值作用: 水平力: Nwk=wkbkL=7.03(kN) 由地震作用标准值作用: 水平力: Nek=βeαmaxFgk=.64(kN) 其中: βe、αmax意义同前。 垂直剪力设计值: Vmax=1.2Fgk=1.91(kN) 水平剪力设计值: Vw=1.4Nwk+0.6×1.3×Nek=10.34(kN) 5.1.4螺栓验算: 一个螺栓双剪的抗剪承载力Nvb=21.4(kN) 每一楼层有一个支座承受水平力和垂直力。 每个支座有两个螺栓。 支座可按下式验算: 单个螺栓所受的合成剪力: Vh=(Vw2+Vmax2)1/2/2 =5.26(kN) 螺栓可靠。 5.2角码验算: 角码采用Q235钢,每支座由两个角钢角码组成。 角码长边长度b1=110(mm),短边长度b2=80(mm) 角码宽度b3=100(mm),角码壁厚tb=8(mm) 幕墙重心至埋件表面的距离hb=150(mm) 5.2.1拉应力: σl=(Vw/2)/Aj=6.46(MPa) 其中: Aj为一支角码的受拉截面积 Aj=b3×tb=800(mm2) 5.2.2弯曲应力: σm=M1/Wj=10.5(MPa) 其中: M1为一支角码承受的弯矩 M1=(Vmax/2)×hb=.14(kN·m) M为预埋件承受的弯矩 M=2M1=.28(kN·m) Wj为一支角码的截面抵抗矩 Wj=tbb32/6=13333(mm3) 5.2.3剪应力: τ=(Vmax/2)/Aj=1.19(MPa) 5.2.4折算应力验算: [(σl+σm)2+3τ2]1/2 =17.08(MPa) 角码可靠。 其中: f为选用钢材的强度设计值,对Q235钢: f=215(MPa) 6.埋件计算: 6.1埋件编号: 01 6.2.埋件承受的作用: 剪力设计值: V=Vmax=1.91(kN) 法向拉力设计值: N=Vw=10.34(kN) 弯矩设计值: M=.28(kN·m) 6.3.锚筋材料选择: 6.3.1锚筋种类: HPB235(Q235) 6.3.2锚筋抗拉强度设计值fy=210(MPa) 6.4.混凝土强度等级选择: 6.4.1混凝土强度等级: C30 6.4.2混凝土轴心抗压强度设计值fc=14.3(MPa) 6.4.3混凝土轴心抗拉强度设计值ft=1.43(MPa) 6.5埋件尺寸: 6.5.1锚筋直径d=12(mm) 6.5.2锚板厚度t=10(mm) 6.5.3锚筋层数u1=2 6.5.4锚筋列数u=2 6.5.5锚筋层间距b1=100(mm) 6.5.6锚筋列间距b=100(mm) 6.6锚筋验算: 6.6.1按剪、拉、弯计算锚筋面积: As=V/(aravfy)+N/(0.8abfy)+M/(1.3arabfyz)=101.9(mm2) 6.6.2按拉、弯计算锚筋面积: As=N/(0.8abfy)+M/(0.4arabfyz)=117.4(mm2) 其中: αr--锚筋层数的影响系数 锚筋层数为2时,αr=1 αv--锚筋的受剪承载力系数 αv=(4-0.08d)×(fc/fy)1/2=.7 (当αv>0.7时,取αv=0.7) αb--锚筋的弯曲变形折减系数 αb=0.6+0.25t/d=.808 z--沿剪力作用方向最外层锚筋中心线之间的距离 z=100(mm) 6.6.3计算需要的锚筋总截面面积: As=117.4(mm2) 锚筋实际总截面面积: As0=π(d/2)2×u1×u=452.4(mm2) As0≥As,埋件安全。 6.7锚筋长度计算: 锚筋锚固长度不应小于: la=α×(fy/ft)×d=282(mm) 其中: α--锚筋的外形系数 HPB235级钢筋为光面钢筋,α=0.16 光面钢筋末端应做180°弯钩,弯后平直段长度≥36(mm)。
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