辽宁商务大厦玻璃幕墙工程铝结构横隐立不隐设计计算书
工程基本参数：工程所在地：辽宁 鞍山市
抗震8度设防
幕墙总高：15米
年最大温差：80℃
主体结构类型：钢筋混凝土框架
弹性层间位移角限值：1/550
I、设计计算依据：
1.辽宁商务大厦玻璃幕墙工程建筑结构施工图
2.规范：
《建筑幕墙》 JG3035-96
《建筑结构荷载规范》GB 50009-2001
《建筑抗震设计规范》GB50011-2001（2001年）
《建筑玻璃应用技术规程》JGJ 113-2003
J255-2003 （2003年）
《建筑结构可靠度设计统一标准》GB50068-2001（2001年）
《钢结构设计规范》GB50017-2003 （2003年）
《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003J 280-2003 （2003年）
《金属石材幕墙工程技术规范》JGJ133-2001 J 113-2001 （2001年）
《硅酮结构密封胶》GB50009-2001
《硅酮建筑密封胶》GB14683---2003
《石材幕墙接缝用密封胶》JC/T883---2001
《中空玻璃用弹性密封胶》GB/T486---2001
《建筑幕墙窗用弹性密封剂》JC485-92
《建筑幕墙物理性能分级》GB/T15225-1996
《建筑幕墙平面内变形性能检测方法》GB/T18250-2000
《建筑幕墙物理性能分级》GB/T15225-1996
《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
《浮法玻璃》GB11614---1999
《夹层玻璃》GB9962---1998
《钢化玻璃》GB/T9963---1998
《热反射玻璃》JC693---1998
《幕墙用钢化玻璃与半钢化玻璃》GB17841-1999
《铝及铝合金轧制版材》GB/T3880---1997
《铝塑复合板》GB/T17748
《铝合金建筑型材》GB/T5237-93
《铝幕墙板 板基》YS/T429.1---2000
《铝幕墙板 氟碳喷涂铝单板》YS/T429.2---2000
《铝塑复合板用铝带》YS/T432---2000
《天然花岗石建筑板材》GB/T18600---2001
《天然钸面板材试验方法》GB/T9966.1-8-2001
《点支式玻璃幕墙支撑装置》GB138---2001
《预应力筋用锚具夹具和连接器》GB/T143790---2000
《建筑幕墙空气物理性能检测方法》GB/T18236
《建筑幕墙雨水物理性能检测方法》GB/T18238
《建筑幕墙风压变形性能检测方法》GB/T18227
《抽芯铆钉 技术条件》GB12691-90
《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 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
《高耐候结构钢》GB/T4171---2000
《紧固件机械性能 螺栓 螺钉和螺柱》GB3098.1---2000
《紧固件机械性能 螺栓 螺钉和螺柱》GB3098.1---2000
《碳素结构钢》GB700-88
II、基本计算公式：
(1)、地区类型划分：
根据地面粗糙度，地区可划分为以下类别：
A类地区：近海海面和海岛、海岸、湖岸及沙漠地区；
B类地区：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类地区：密集建筑群的城市市区；
D类地区：密集建筑群且房屋较高的城市市区。
辽宁商务大厦玻璃幕墙工程在辽宁鞍山市按照D类地区计算
(2)、 风荷载计算
根据《建筑结构荷载规范》GB50009-2001规定 :
风荷载标准值(须>=1KN/m^2):Wk
= βgz×μS×μZ×w0
其中Wk---作用在幕墙上的风荷载标准值(不应小于1.0KN/m^2:《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-20035.3.2 ))(kN/m^2)
βgz---瞬时阵风风压系数,按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001规定
根据地区类型划分不同，按以下公式计算：
βgz =k(1+2μf)
对A,B,C,D类地面粗糙度系数k，
分别为 0.92,0.89,0.85,0.80
高度变化系数:
μf=0.5×35^(1.8×(α-0.16))×(A/10)^-α
对A,B,C,D类地面粗糙度指数α，
分别为 0.12,0.16,0.22,0.30
μS---风荷载体型系数,按GB50009-2001规定
μZ---风压高度变化系数,按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001规定
1) A(幕墙高度）= 15m
2) 地区类=D类地区
μZ(A)=1.379(A/10)^0.24
μZ(B)=(A/10)^0.32
μZ(C)=0.616(A/10)^0.44
μZ(D)=0.318(A/10)^0.60
W0---基本风压：500N/m^2
按《建筑结构荷载规范》GB 50009-2001规定,采用50年平均最大风压)
(3)、 地震荷载计算
qEAK
=βΕ×αmax×Gk
其中qEAK---垂直于玻璃幕墙平面的分布水平地震作用标准值(kN/m^2)
βE---动力放大系数，按5.0取定
αmax---水平地震影响系数最大值，按相应抗震烈度取定,《建筑结构荷载规范》GB 50009-2001规定取值如下：
6度：αmax＝0.04
7度：αmax＝0.08
8度：αmax＝0.16
9度：αmax＝0.32
辽宁鞍山市按照抗震8度计算取αmax＝0.16
Gk---幕墙构件自重(N/m^2)
(4)、 荷载组合
1.幕墙构件承载力极限状态设计时，其作用效应的组合就符合下列规定：
a.无地震作用效应组合时：
S=γG×SGk+ψw×γw×Swk
b.有地震作用效应组合时：
S=γG×SGk+ψw×γw×Swk+ψE×γE×SEk
2.进行幕墙构件承载力设计时，作用分项系数应按下列规定取值：
a.一般情况下，永久荷载、风荷载和地震作用的分项系数
γG、γw、γE应分别取1.2、1.4和1.3
b.当永久荷载的效应起控制作用时，
其分项系数γG应取1.35
c.当永久荷载的效应对构件有利时，
其分项系数γG的取值不应大于1.0
3.可变作用的组合值系数，一般情况下，
风荷载和地震作用的组合值系数ψw、ψE应分别取1.0和0.5
(5)、幕墙结构自重
按规范要求，幕墙结构自重的分项系数取γG =1.2。
(6)、设计荷载确定原则
在作用于幕墙上的各种荷载中，主要有风荷载、地震作用、幕墙结构自重和由环境温度变化引起的作用效应等等。在幕墙的节点设计中通过预留一定的间隙，消除了由各种构件和饰面材料热胀冷缩引起的作用效应。所以，作用于垂直立面幕墙的荷载主要是风荷载、地震作用，幕墙平面内主要是幕墙结构自重，其中风荷载引起的效应最大。
在进行幕墙构件、连接件和预埋件承载力计算时，必须考虑各种荷载和作用效应的分项系数，即采用其设计值；进行位移和挠度计算时，各分项系数均取1.0，即采用其标准值。
III、工程设计计算书
玻璃幕墙结构强度 立柱（双跨梁）设计计算书
其受力模型如下图所示：
1. 立柱选材
全跨度
L =6000mm
长跨跨度
Lo1 =3200mm
短跨跨度
Lo2 =2800mm
温度作用：
幕墙杆件在温度变化过程中产生热胀冷缩，最大温差按80℃考虑，故极限变化量为：
温度作用伸缩量(mm)ΔL=ΔT(年最大温差)×L×α(线膨胀系数)=5.76mm
为消除温度变化给幕墙构件带来的影响，在相邻两构件之间需留出伸缩缝，以消除构件温度应力。考虑到杆件加工和安装误差，伸缩量取值按下式计算：L伸缩缝≥(2～3)△L，故伸缩缝取18 mm。
所以，在后面的计算中，不必再计入温度应力。
1.1 风荷载设计值:
W（N/m^2）
=1.4N/m^2
1.2 风线荷载设计值:
qw(N/mm)
=W×a0(幕墙分格短边)
=1.4×1.5
=2.1N/mm
1.3 地震作用设计值:
qea(N/m^2)
=0.416N/m^2
1.4 地震线荷载设计值:
qE(N/mm)
=qea×a0(幕墙分格短边)
=0.416×1.5
=0.624N/mm
1.5 风、地震线荷载总值:
q(N/mm)
=qw+0.6×qE
=2.1+0.6×0.624
=2.4744N/mm
1.6 风、地震产生弯矩总值:
1) 吊挂端支座反力(N)Ra=1/Lo2×q×(Lo2^2/2-(Lo1^3+Lo2^3)/(8×L))
=1/2800×2.4744×(2800^2/2-(3200^3+2800^3)/(8×6000))
=2456.73N
2) 伸缩端支座反力(N)Rb=1/Lo1×q×(Lo1^2/2-(Lo1^3+Lo2^3)/(8×L))
=1/3200×2.4744×(3200^2/2-(3200^3+2800^3)/(8×6000))
=3077.54N
3) 中间支座反力(N)Rce=q×L-(Ra+Rb)
=2.4744×6000-(2456.73+3077.54)
=9312.13N
1.7长跨跨中最大弯矩(N.mm):
Mmax=1/2×Rb^2/q
=1/2×3077.54^2/2.4744
=1913848.3N.mm
1.8中间支座最大弯矩(N.mm):
Mc=1/8×q×((L01^3+L02^3)/L)
=1/8×2.4744×((3200^3+2800^3)/6000)
=2820816N.mm
最大总弯矩(N.mm)：
M(N.mm)
=Max(Mmax,Mc)
=2820816N.mm
1.9 截面抵抗矩:
W（mm3）
=M/(1.05×85.5)
=2820816/(1.05×85.5)
=31420.95mm3
1.10 风线荷载标准值:
qWK(N/mm)
=Wk×a0(幕墙分格短边)
=1×1.5
=1.5N/mm
1.11 地震线荷载标准值:
qEk(N/mm)
=qEAk×a0(幕墙分格短边)
=0.32×1.5
=0.48N/mm
1.12 惯性矩:
Ix(mm4)=4394053.4mm4
1.13 惯性矩:
Iy(mm4)=7323422.33mm4
2. 立柱强度计算
1) 选择立柱型材号：YJ110-01
2) 型材截面参数：
净截面积 A0(mm^2):1214.67mm2
抗弯矩 Wx2(mm3) :40190.35mm3
2.1 幕墙自重线荷载标准值:
Gk(N/m)=600N/m
2.2 幕墙每层(单元分格)自重标准值:
Nk(N)
=Gk×L
=600×6000
=3600N
2.3 幕墙每层(单元分格)自重设计值:
N(N)
=1.2×Nk
=1.2×3600
=4320N
1) 重力在立柱中产生的轴力设计值(N)NZ:=a0×L×N
=1.5×6×4320
=38880N
2.4 最大压应力计算(N/mm2)：
吊挂端：
螺栓直径(mm)Md=12
连接处型材壁厚(mm)tl=5
压力Pa=(NZ^2+Ra^2)^0.5
=(38880^2+2456.73^2)^0.5
=38957.5399928294N
吊挂端压应力τpmaxa=Pa/(Md×tl×2)
=38957.5399928294/(12×5×2)
=324.65N/mm2
中间支座：
螺栓直径(mm)Mdc=12
连接处型材壁厚(mm)tlc=5
压力Pc=Rce
=9312.13N
中间支座压应力τpmaxc=Pc/(Mdc×tlc×2)
=9312.13/(12×5×2)
=77.6N/mm2
最大压应力：
τpmax=Max(τpmaxa,τpmaxc)
=324.65N/mm2
最大压应力比率：τpmax/325
=0.998923076923076
最大压应力是否满足：满足要求！
2.5 立柱抗弯强度:
σ
= NZ/A0+M/(1.05×Wx2)
=38880/1214.67+2820816/(1.05×40190.35)
=98.8499999999999N/mm2
σ < = 215(N/mm2) 吗？满足要求！
3. 立柱挠度计算
1) 显示型材截面参数：
惯性矩:
Ix(mm4)=1903083.94mm4
材料弹性模量:
E(N/mm2)
=206000N/mm2
2) 立柱挠度值:
U(mm)
=5×(qWks+0.6×qEk)×L^4/(384×Es×Ixs)
=5×(1.5+0.6×0.48)×3200^4/(384×206000×1903083.94)
=6.22703mm
U/Lo1 =6.22703/3200
=0.001945946875
U/Lo1 ≤ 1/250?满足要求！
4. 立柱抗剪计算
型材截面参数：
1)面积矩:Ss(mm3)=21678.73mm3
2)型材壁厚:t(mm)=3mm
4.1 最大剪力:Vmax(N)MAX取最大数
=MAX(Ra,Rce,Rb)
=9312N
4.6 材料截面设计最大剪应力:
τ(N)
=Vmax×Ss/(Ix×t)
=9312×21678.73/(1903083.94×3)
=35.36N
τ < 125 吗? 满足要求！ |
