1、桁架点式幕墙设计计算书哈尔滨市电信传输维护中心主楼桁架点式幕墙设计计算书基本参数: 哈尔滨地区 抗震7度设防.设计依据: 建筑结构荷载规范 GBJ9-87 钢结构设计规范 GBJ17-88 玻璃幕墙工程技术规范 JGJ102-96 金属与石材幕墙工程技术规范 J GJ133-2001 建筑玻璃应用技术规程 JGJ113-97 建筑幕墙 JG3035-96 建筑结构静力计算手册 （第二版） 建筑幕墙物理性能分级 GB/T15225-94 铝及铝合金阳极氧化，阳极氧化膜的总规范 GB8013 铝及铝合金加工产品的化学成份 GB/T3190 碳素结构钢 GB700-88 硅酮建筑密封胶 GB/T14
2、683-93 建筑幕墙风压变形性能检测方法 GB/T15227 建筑幕墙雨水渗漏形性能检测方法 GB/T15228 建筑幕墙空气渗透形性能检测方法 GB/T15226 建筑结构抗震规范 GBJ11-89 建筑设计防火规范 GBJ16-87（修订本） 高层民用建筑设计防火规范 GB50045 建筑物防雷设计规范 GB50057-94 铝合金建筑型材 GB/T5237-93 民用建筑隔声设计规范 GBJ118-88 民用建筑热工设计规范 GB50176-93 采暖通风与空气调节设计规范 GBJ19-87 优质碳素结构钢技术条件 GB699-88 低合金高强度结构钢 GB1579 不锈钢棒 GB12
3、20 不锈钢冷加工钢棒 GB4226 聚硫建筑密封胶 JC483-92 铝及铝合金板材 GB3380-97 不锈钢冷轧钢板 GB3280-92 不锈钢热轧钢板 GB4237-92 建筑幕墙窗用弹性密封剂 JC485-92.基本计算公式:(1).场地类别划分: 根据地面粗糙度,场地可划分为以下类别: A类近海面,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中小城镇和大城市郊区; C类指有密集建筑群的大城市市区; 哈尔滨市电信传输维护中心按C类地区计算风压(2).风荷载计算: 风荷载计算公式: Wk=zzsW0 其中: Wk-作用在幕墙上的风荷载标准值(kN/m2)
4、 z-瞬时风压的阵风系数取为 2.25 z-风压高度变化系数,按建筑结构荷载规范GBJ9-87取定, 根据不同场地类型,按以下公式计算: A类场地: z=1.379(Z/10)0.24 B类场地: z=(Z/10)0.32 C类场地: z=0.713(Z/10)0.40 本工程属于C类地区,故z=0.713(Z/10)0.40 s-风荷载体型系数,按 1.5 取用 W0-基本风压,按全国基本风压图,哈尔滨地区取为0.450KN/m2, 考虑结构重要性,按50年一遇的最大风力考虑,乘1.1系数(3).地震作用计算: qEAk=EmaxGAK 其中: qEAk-水平地震作用标准值 E-动力放大系数
5、,按 3.0 取定 max-水平地震影响系数最大值,按相应设防烈度取定: 6度: max=0.04 7度: max=0.08 8度: max=0.16 9度: max=0.32 哈尔滨设防烈度为7度,故取max=0.080 GAK-幕墙构件的自重(N/m2)(4).荷载组合: 水平荷载标准值: qk=Wk+0.6qEAk 水平荷载设计值: q=1.4Wk+0.61.3qEAk 荷载和作用效应组合的分项系数,按以下规定采用: A、承载力计算时: 重力荷载: 1.2 风荷载: 1.4 地震作用: 1.3 B、挠度和变形计算时: 重力荷载: 1.0 风荷载: 1.0 地震作用:1.0 荷载和作用效应
6、组合的组合系数,按以下规定采用: 第一个可变荷载按1.0取用 第二个可变荷载按0.6取用一、风荷载计算1、标高为15.000处风荷载计算(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) z: 15.000m高处风压高度变化系数(按C类区计算): (GBJ9-87 6.2.1) z=0.713(Z/10)0.40=0. 840 Wk=zzs1.1W0 (JGJ102-96 5.2.2) =2.250. 8401.51.10.450 =1.400 kN/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
7、工程技术规范JGJ 102-96 5.1.6条规定采用 W=rwWk=1.41.400=1.965kN/m2二、玻璃的选用与校核玻璃的选用与校核:(第1处)本处选用玻璃种类为: 中空钢化玻璃(12mm+12A+12mm)由于荷载作用在中空玻璃上故可按下式折算wk1：为分配到第一片玻璃上的荷载标准值wk2：为分配到第一片玻璃上的荷载标准值因两片玻璃厚度相同故荷载相同取一片计算即可wk1=1.2W kt12/(t12+ t22) =0.6W kEk1=1.2E kt12/(t12+ t22)=0.6W kwk2=1.2W kt22/(t12+ t22)=0.6W kEk2=1.2E kt22/(t
8、12+ t22)=0.6W k1. 玻璃面积: B: 该处玻璃幕墙分格宽: 2.200m H: 该处玻璃幕墙分格高: 2.700m A: 该处玻璃板块面积: A=BH =2.2002.700 =5.940m23. 该处玻璃板块自重: GAK: 玻璃板块平均自重(不包括铝框): t: 玻璃板块厚度: (12mm+12A+12mm)按单片计算取12mm 玻璃的体积密度为: 25.6(KN/M3) (JGJ102-96 5.2.1) BT_L 中空玻璃内侧玻璃厚度为: 12.000(mm) BT_w 中空玻璃外侧玻璃厚度为: 12.000(mm) GAK=25.6(Bt_L+Bt_w)/1000 =
9、25.6(12.000+12.000)/1000 =0.614KN/m24. 该处垂直于玻璃平面的分布水平地震作用: max: 水平地震影响系数最大值: 0.080 qEAk: 垂直于玻璃平面的分布水平地震作用(kN/m2) qEAk=3maxGAK (JGJ102-96 5.2.4) =30.0800.614 =0.147kN/m2 rE: 地震作用分项系数: 1.3 qEA: 垂直于玻璃平面的分布水平地震作用设计值(kN/m2) qEA=rEqEAk =1.3qEAK =1.30.147 =0.192kN/m25. 玻璃的强度计算: 校核依据: g=84.000 (JGJ102-96 5.
10、3.1) q: 玻璃所受组合荷载: b: 玻璃短边边长: 1.95m a: 玻璃长边边长: 2.45m t: 玻璃厚度: 12.0mmE: 玻璃的弹性模量:0.72105N/mm2 m: 玻璃板面跨中弯曲系数, 按边长比a/b=0.45查表1得: 0.1295 考虑大挠度折减系数与有关，=wkb4/Et4=1.41.954/0.72108124=13.56按查表2得: =0.940 wk: 玻璃应力标准值 wk=【6mwka2 /( t2*103 )=【60.1291.424502/122103】0.940 =42.623Ek=【6mEka2 /( t2*103 )=【60.129014724
11、502/122103】0.940 =4.475:为组合应力=【1.4wk+( 0.61.3) Ek】0.6=1.442.623+( 0.61.3)4.4750.6=37.898N/mm2g=84.000N/mm2玻璃的强度满足6. 玻璃刚度较核(1) 玻璃刚度D E：玻璃的弹性模量:0.72105N/mm2t: 玻璃厚度: 12.000mmte=0.95(t13+t23)-3=14.363 mm V：泊松比，玻璃取0.2单片玻璃的刚度DD= E te3/12（1-2） =0.7210514.3633/12（1-0.22）=1.85107(2) 玻璃挠度ua: 玻璃长边边长: 2.45m0.6w
12、k:：单片片玻璃风荷载标准值:0.61.410-3N/mm2考虑到挠度影响的折减系数，可按表3取值；：玻璃的挠度系数，可按表3取值：a/b=0.45 :0.0135 u= 0.6wk a4/D =0.61.410-3245040.0135/1.85107 =22.086 mma/100=24.50 mm玻璃的挠度可以满足 w: 玻璃所受应力: 采用SW+0.6SE组合: q=W+0.6qEA =1.965+0.60.192=4.850kN/m2wk=6mqa21000/(1.2t)2 (JGJ102-96 5.4.1) =60.0864.8501.10221000/(1.26.0)2 =58.
13、279N/mm2 58.279N/mm2g=84.000N/mm2 玻璃的强度满足6. 玻璃温度应力计算: 校核依据: max=58.800N/mm2 (JGJ102-96 5.3.1)(1)在年温差变化下, 玻璃边缘与边框间挤压在玻璃中产生的 挤压温度应力为: E: 玻璃的弹性模量:0.72105N/mm2 t: 玻璃的线膨胀系数: 1.010-5 : 年温度变化差: 80.000 c: 玻璃边缘至边框距离, 取 5mm dc: 施工偏差, 可取:3mm ,按5.4.3选用 b: 玻璃长边边长:1.800m 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: t1=E(at-
14、(2c-dc)/b/1000) (JGJ102-96 5.4.3) =0.72-72(25-3)/b =0.7280.000-72(25-3)/1.800 =-222.400N/mm2 计算值为负,挤压应力取为零. 0.000N/mm258.800N/mm2 玻璃边缘与边框间挤压温度应力可以满足要求(2)玻璃中央与边缘温度差产生的温度应力: 1: 阴影系数: 按玻璃幕墙工程技术规范 JGJ 102-96表5.4.4-1得1.000 2: 窗帘系数: 按玻璃幕墙工程技术规范 JGJ 102-96表5.4.4-2得1.000 3: 玻璃面积系数: 按玻璃幕墙工程技术规范 JGJ 102-96表5.
15、4.4-3得1.064 4: 边缘温度系数: 按玻璃幕墙工程技术规范 JGJ 102-96表5.4.4-4得0.400 a: 玻璃线胀系数: 1.010-5 I0: 日照量:3027.600(KJ/M2h) t0: 室外温度-10.000 t1: 室内温度40.000 c0: 室外侧玻璃中部温度(依据JGJ113-97 附录B计算); c1: 室内侧玻璃中部温度(依据JGJ113-97 附录B计算); A0: 室外侧玻璃总吸收率; A1: 室内侧玻璃总吸收率; 0: 室外侧玻璃的吸收率为0.142 1: 室内侧玻璃的吸收率为0.142 0: 室外侧玻璃的透过率为0.075 1: 室内侧玻璃的透
16、过率为0.075 0: 室外侧玻璃反射率为0.783 1: 室内侧玻璃反射率为0.783 A0=01+01/(1-01) (JGJ113-97 B.0.3-7) =0.164 A1=10/(1-01) (JGJ113-97 B.0.3-8) =0.028 当中空玻璃空气层厚为:9mm时 c0=I0(0.0147A0+0.00679A1)+0.801t0+0.199t1 (JGJ113-97 B.0.3-3) =7.795 c1=I0(0.00679A0+0.0215A1)+0.370t0+0.630t1 (JGJ113-97 B.0.3-4) =26.654 因此，中空玻璃中部温度最大值为ma
17、x(c0,c1)=26.654 s: 玻璃边缘部分温度(依据JGJ113-97 附录B计算): s=(0.65t0+0.35t1) (JGJ113-97 B.0.4) =(0.65-10.000+0.3540.000) =7.500 t: 玻璃中央部分与边缘部分温度差: t=c-s =19.154 玻璃中央与边缘温度差产生的温度应力: t2=0.74Ea1234(c-s) (JGJ102-96 5.4.4) =0.740.721051.010-51234t =4.343N/mm2 玻璃中央与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: 玻璃的允许最大面积(m2) Wk
18、: 风荷载标准值: 3.423kN/m2 t1: 中空玻璃中较薄玻璃的厚度: 6.0mm t2: 中空玻璃中较厚玻璃的厚度: 6.0mm 2: 玻璃种类调整系数: 0.660 A: 计算校核处玻璃板块面积: 1.984m2 Azd=2(t2+t22/4)(1+(t1/t2)3)/Wk= 5.784m2 (JGJ102-96 6.2.7-2) A=1.984m2Azd=5.784m2 可以满足使用要求三、幕墙玻璃板块结构胶计算: 幕墙玻璃板块结构胶计算: (第1处) 该处选用结构胶类型为: DC9951. 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:
19、Cs1: 风载荷作用下结构胶粘结宽度 (mm) Wk: 风荷载标准值: 3.423kN/m2 a: 矩形分格短边长度: 1.102m 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=Wka/2/0.14 (JGJ102-96 5.6.4-1) =3.4231.102/2/0.14 =13.47mm 取14mm(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: 1.102m H: 幕墙分格高: 1.800m t: 玻璃厚度: 6.0mm f2: 结构胶的长期强度允许值: 0.007N/mm2 按5.6.3条规定采用 Cs
20、2=HB(Bt_l+Bt_w)25.6/(H+B)/2/7 (JGJ102-96 5.6.4-2) =15.00mm 取15mm(3)结构硅酮密封胶的最大计算宽度: 15mm2. 结构硅酮密封胶粘接厚度的计算:(1)温度变化效应胶缝厚度的计算: Ts3: 温度变化效应结构胶的粘结厚度: mm 1: 结构硅酮密封胶的温差变位承受能力: 12.5% : 年温差: 80.0 Us: 玻璃板块在年温差作用下玻璃与铝型材相对位移量: mm 铝型材线膨胀系数: a1=2.3510-5 玻璃线膨胀系数: a2=110-5 Us=b(2.35-1)/100 =1.80080.000(2.35-1)/100 =
21、1.944mm Ts3=Us/(1(2+1)0.5 (JGJ102-96 5.6.5) =1.944/(0.125(2+0.125)0.5 =3.8mm(2)地震作用下胶缝厚度的计算: Ts4: 地震作用下结构胶的粘结厚度: mm H: 幕墙分格高: 1.800m :幕墙层间变位设计变位角0.0077 :胶缝变位折减系数0.600 2: 结构硅酮密封胶的地震变位承受能力: 100.0% Ts4=H1000/(2(2+2)0.5 =0.00771.8000.6001000/(1.000(2+1.000)0.5 =4.8mm3. 胶缝推荐宽度为:15 mm4. 胶缝推荐厚度为:8 mm5. 胶缝强
22、度验算 胶缝选定宽度为:15 mm 胶缝选定厚度为:6 mm(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: 3.423kN/m2 a: 矩形分格短边长度: 1.102m Cs: 结构胶粘结宽度: 15.000 mm 1=Wka0.5/Cs =3.4231.1020.5/15.000 =0.126N/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: 1.800m t: 玻璃厚度: 6.0mm 2=12.8HBt/Cs/(B+H)/1000 =0.004N/mm2(3)短期荷载和作用在结构胶中产生的总应力: =(12+22)0.5 =(0.1262+0.
23、0042)0.5 =0.126N/mm20.14N/mm2 结构胶强度可以满足要求四、固定片（压板）计算: 固定片（压板）计算: (第1处) Wfg_x: 计算单元总宽为1102.0mm Hfg_y: 计算单元总高为1800.0mm Hyb1: 压板上部分高为350.0mm Hyb2: 压板下部分高为350.0mm Wyb: 压板长为50.0mm Hyb: 压板宽为50.0mm Byb: 压板厚为7.0mm Dyb: 压板孔直径为6.0mm Wk: 作用在玻璃幕墙上的风荷载标准值为3.423(kN/m2) qEAk: 垂直于玻璃幕墙平面的分布水平地震作用为0.120(kN/m2) A: 每个压
24、板承受作用面积(m2) A=(Wfg_x/1000/2)(Hyb1+Hyb2)/1000/2 =(1.1020/2)(0.3500+0.3500)/2 =0.1929 (m2) Pwk: 每个压板承受风荷载标准值(KN) Pwk=WkA=3.4230.1929=0.660(KN) Pw: 每个压板承受风荷载设计值(KN) Pw=1.4Pwk=1.40.660=0.924(KN) Mw: 每个压板承受风荷载产生的最大弯矩(KN.M) Mw=1.5Pw(Wyb/2)=1.50.924(0.0500/2)=0.035 (KN.M) Pek: 每个压板承受地震作用标准值(KN) Pek=qEAKA=0
25、.1200.1929=0.023(KN) Pe: 每个压板承受地震作用设计值(KN) Pe=1.3Pek=1.30.023=0.030(KN) Me: 每个压板承受地震作用产生的最大弯矩(KN.M) Me=1.5Pe(Wyb/2)=1.50.030(0.0500/2)=0.001 (KN.M) 采用Sw+0.6Se组合 M: 每个压板承受的最大弯矩(KN.M) M=Mw+0.6Me=0.035+0.60.001=0.035(KN.M) W: 压板截面抵抗矩(MM3) W=(Hyh-Dyb)Byb2)/6 =(50.0-6.0)7.02)/6 =359.3 (MM3) I: 压板截面惯性矩(MM
26、4) I=(Hyh-Dyb)Byb3)/12 =(50.0-6.0)7.03)/12 =1257.7 (MM4) =106M/W=1060.035/359.3=98.3 (N/mm2) =98.3(N/mm2) 84.2(N/mm2)强度不满足要求 U: 压板变形(MM) U=1.510002(Pwk+0.6Pek)Wyb3/(48EI) =1.51000(0.660+0.60.023)50.03)/(240.71051257.7) =0.030MM Du: 压板相对变形(MM) Du=U/L=U/(Wyb/2)=0.030/25.0=0.0012 Du=0.00121/150 符合要求 Nv
27、bh: 压板螺栓(受拉)承载能力计算(N): D: 压板螺栓有效直径为5.060(MM) Nvbh=(D2170)/4=(3.14165.0602170)/4 (GBJ17-88 7.2.1-5) =3418.5 (N) Nvbh=3418.52(Pw+0.6Pe)=1884.5(N)满足要求五、幕墙立柱计算: 幕墙立柱计算: (第1处)幕墙立柱按简支梁力学模型进行设计计算：1. 选料:(1)风荷载线分布最大荷载集度设计值(矩形分布) qw: 风荷载线分布最大荷载集度设计值(kN/m) rw: 风荷载作用效应的分项系数：1.4 Wk: 风荷载标准值: 3.423kN/m2 B: 幕墙分格宽:
28、1.102m qw=1.4WkB =1.43.4231.102 =5.281kN/m(2)立柱弯矩: Mw: 风荷载作用下立柱弯矩(kN.m) qw: 风荷载线分布最大荷载集度设计值: 5.281(kN/m) Hsjcg: 立柱计算跨度: 1.800m Mw=qwHsjcg2/8 =5.2811.8002/8 =2.139kNm qEA: 地震作用设计值(KN/M2): GAk: 玻璃幕墙构件(包括玻璃和框)的平均自重: 500N/m2 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 (kN/m2) qEAk=3maxGAk (JGJ102-96 5.2.4) =30.080500.000/1000 =0.120kN/m2 E: 幕墙地震作用分项系数: 1.3 qEA=1.3qEAk =1.30.120 =0.156kN/m2 qE：水平地震作用线分布最大荷载集度设计值(矩形分布) qE=qEAB =0.1561.102 =
