玻璃幕墙计算与设计.ppt

6 玻璃幕墙计算与设计,第一节 概述一、玻璃幕墙的类型与构成1 组成：玻璃面板、连接件、支承结构2 分类：全玻璃幕墙-玻璃肋 框式玻璃幕墙-铝合金框架 点支式玻璃幕墙-刚性、柔性支承体系3 连接方式化学方式：指通过结构胶将玻璃面板直接胶结或通过连接 件胶结于支承体系。机械方式：指将玻璃面板嵌固或钻孔后通过爪件连接于支 承体系。,6 玻璃幕墙计算与设计,第一节 概述二、全玻璃幕墙1 定义2 特点：通透性好、构造简单，结构无锈蚀问题，适用于大堂、大厅及共享空间。3 截面构成：（1）全玻璃幕墙连接方法：胶结和爪件连接 胶结是玻璃面板与玻璃肋通过结构胶垂直粘结在一起，玻璃肋与玻璃面板可平齐连接，也可后置连接。爪件连接通过金属连接件连接玻璃肋和玻璃面板（2）玻璃要求单片玻璃面板10-19mm，夹层单片8mm 玻璃肋：截面高度hr100mm，厚度t12,6 玻璃幕墙计算与设计,第一节 概述二 全玻璃幕墙4 与主体结构的连接方式 悬挂在主体结构上-面板、玻璃肋受拉 下端支承于主体结构-面板、玻璃肋受压力 下端支承全玻璃幕墙最大高度,6 玻璃幕墙计算与设计,第一节 概述三 框式玻璃幕墙1 定义2 分类 明框玻璃幕墙 隐框玻璃幕墙 单元式幕墙 称为隐框幕墙的原因？因为框架在玻璃的内侧，隐框幕墙一般采用镀膜玻璃，由于镀膜玻璃是单向透像性，从而从外侧看不到框架，看到的全是玻璃，达到隐框的效果,6 玻璃幕墙计算与设计,第一节 概述三 框式玻璃幕墙3 材料和型材（1）玻璃（2）立柱（3）横梁（4）组合截面,6 玻璃幕墙计算与设计,第一节 概述三 框式玻璃幕墙4 连接构造 构件式框式幕墙，横梁一般通过角码、螺钉或螺栓与立柱连接，立柱连接于主体结构中。（1）横梁与立柱的连接构造（2）立柱与主体结构的构造连接,6 玻璃幕墙计算与设计,第一节 概述三 框式玻璃幕墙（2）立柱与主体结构的构造连接 A幕墙与主体结构连接设计考虑的基本要求对重力荷载、风荷载、地震作用和温度作用有足够抵抗力在以上荷载作用下，不应使幕墙构件产生有害变形。当主体结构和幕墙产生相对位移时，不影响幕墙性能。B荷载传递路线 C预埋件设计要求,6 玻璃幕墙计算与设计,第一节 概述三 框式玻璃幕墙（2）立柱与主体结构的构造连接 D连接件要求连接件与主体结构的锚固力应大于连接件本身的承载力 R幕墙 R连接件R锚固R主体结构旧建筑物加装幕墙，向主体结构打入膨胀螺栓做锚固件。新建建筑，幕墙通过预埋件与主体结构连接，预埋件在混 凝土施工时预先埋入。,6 玻璃幕墙计算与设计,第一节 概述三 框式玻璃幕墙（2）立柱与主体结构的构造连接 E立柱施工安装方式 从下至上-立柱悬挂受拉，较为经济 从上至下-立柱受压，需考虑稳定 为什么通常立柱安装采用从下至上？从上至下方式安装时，由于稳定性的要求，必定截面尺寸过大，材料消耗过多。从下而上方式，可以缩短工期,6 玻璃幕墙计算与设计,第一节 概述四 点支式玻璃幕墙1 定义2 优点3 连接件 连接件支承头采用 爪件形式（浮头式、沉头式）夹板形式4 支承结构形式5 与主体结构的连接,6 玻璃幕墙计算与设计,第二节 硅酮结构密封胶设计计算一、胶缝标准设计1 胶层、界面区与基材表面共同组成了胶缝。2 胶缝连接方式分为搭接和对接。（1）玻璃与铝框的连接属搭接胶缝，搭接胶缝要承受自重效应、风荷载效应、地震作用效应、温度变化效应。（2）两个结构玻璃装配组件间的胶缝属对接胶缝，对接胶缝主要承受结构玻璃装配组件因温度变化伸缩产生的效应及各种变位产生的效应，用于幕墙表面填缝。,6 玻璃幕墙计算与设计,第二节 硅酮结构密封胶设计计算一、胶缝标准设计3 结构胶缝对各种荷载产生的效应和计算简图 隐框玻璃幕墙结构玻璃装配胶缝属搭接胶缝，它要承受风荷载、自重、温度变化、地震作用产生的效应，为适应这些效应，胶缝的宽度、厚度均要有相对的尺寸，一般按风荷载和自重效应，计算胶缝宽度;按温度变化和地震作用效应计算胶缝厚度，再根据两者之间的构造宽、厚比确定采用的宽度和厚度.,6 玻璃幕墙计算与设计,第二节 硅酮结构密封胶设计计算一、胶缝标准设计3 结构胶缝对各种荷载产生的效应和计算简图风荷载效应 在风压力作用下，胶缝受压产生压应力，胶缝失效；在风吸力作用下，胶缝受拉伸长胶缝产生拉应力，它的破坏有4种可能 a密封胶抗拉强度超过它的极限承受能力而拉断 b密封胶与铝框的粘接失效导致玻璃掉落 c密封胶与玻璃粘接失效而破坏 d镀膜玻璃的镀膜层与玻璃粘接失效而使玻璃掉落,一般密封胶受风吸力破坏的危险率大于风压力，这就要求镀膜层与玻璃有牢固的粘接力，要求结构密封胶有很好的抗拉强度与粘附强度，同时要有足够的宽度，胶缝的风荷载效应宽度计算如下,6 玻璃幕墙计算与设计,第二节 硅酮结构密封胶设计计算风荷载效应（1）当矩形结构玻璃装配组件长宽比大于等于2:1时，按单向板考虑，这时玻璃承受的风荷载全部传给长边，由胶缝传给组件框架，可取一单位长度1m来进行分析。此时玻璃镶板上的风荷载等于Wk x 1m x S/2,需要胶缝的承载能力为f1 x 1m x B1,即Wk x 1m x S/2=f1 x 1m x B1，B1=（Wk x S/2）/f1 f1结构密封胶短期荷载强度设计值,6 玻璃幕墙计算与设计,第二节 硅酮结构密封胶设计计算风荷载效应(2)当矩形结构玻璃装配组件长宽比小于2;1时，按双向板考虑，这时玻璃上承受的风荷载，梯形面积分布传给长边，三角形面积分布传给短边，这时ab段和C点胶缝的应力最大，在ab段上取单位长度(1m)进行计算，如果在ad(be)段上取一单位长度，实际荷载分布可能是梯形或三角形，但为了留有余地，仍按矩形面积计算。如果在短边取一单位长度，也为留有余地，取矩形受荷面积，由于为等角直角三角形，两直角边相等，矩形的另一边也等于s/2，这样也可按单向板条件计算,6 玻璃幕墙计算与设计,第二节 硅酮结构密封胶设计计算风荷载效应(3)从圆上截取a角扇形面积为计算单元，弧长为1的圆面积为A=1/2 rx1，圆面积上的风荷载为1/2 rx1 xWk，胶缝面积为1xB1即1/2 rx1 x Wk=1xB1xf1B1=1/2 r x Wk/f1,6 玻璃幕墙计算与设计,风荷载效应(4)规则四边形，即四条边中有二条对边平行的四边形，作每一角的角平分线，并作平分线交点的连线，平分线交点到边的垂高y相等，矩形的原理取单位长度1m的面积，其面积为y x 1m，其所承受风荷载为1 m x y x Wk,胶缝能承受力为1m x B1 x f1,即1 m x y x Wk=1m x B1 x f1，B1=y x Wk/f1,6 玻璃幕墙计算与设计,风荷载效应(5)三角形，作每个角的平分线，得角平分线的交点，这个点到每边垂线的距离y相等，取单位长度1m计算，按留有余地的原则取矩形受荷面积，则1m x y x Wk=1m x B1 x f1，B1=y x Wk/f1,6 玻璃幕墙计算与设计,风荷载效应(6)不规则四边形，即四条边均不平行的四边形，可展开为三角形后求出B1与y进行计算,6 玻璃幕墙计算与设计,第二节 硅酮结构密封胶设计计算风荷载效应 按JGJ102规范的规定，取Cs=B1，a=s，风荷载的胶缝宽度Cs 矩形Cs1=Wk x a/2f1 圆形Cs1=Wk x r/2f1 梯形Cs1=Wk x2y/2f1 三角形Cs1=Wk x2y/2f1,6 玻璃幕墙计算与设计,第二节 硅酮结构密封胶设计计算一、胶缝标准设计3 结构胶缝对各种荷载产生的效应和计算简图自重效应,6 玻璃幕墙计算与设计,第二节 硅酮结构密封胶设计计算一、胶缝标准设计温差效应在温度发生变化时，玻璃和铝框同时发生伸缩由于它们的线胀系数不同(铝框约为玻璃的2.4倍)，它们的伸缩量就不一样，就有一个差，这使胶缝由原来的矩形变成菱形，它的一条边伸长为斜边,6 玻璃幕墙计算与设计,第二节 硅酮结构密封胶设计计算一、胶缝标准设计温差效应,6 玻璃幕墙计算与设计,第二节 硅酮结构密封胶设计计算一、胶缝标准设计地震作用效应在地震作用下，建筑物主框架发生层间变位，强制幕墙同步变位，这时胶缝由矩形变形为菱形。,6 玻璃幕墙计算与设计,第二节 硅酮结构密封胶设计计算二、胶缝设计计算1 玻璃与铝合金框架粘结，结构胶胶缝宽度Cs（1）水平风荷载作用下 Cs=wa/2f1（2）水平风荷载和地震作用下Cs=（w+0.5qE）a/2f1（3）自重荷载 Cs=qGab/2（a+b）f2（4）水平作用与竖向作用结合时非抗震设计 取wa/2f1和Cs=qGab/2（a+b）f2 较大者抗震设计取（w+0.5qE）a/2f1和 qGab/2（a+b）f2大者2 结构胶胶缝厚度ts,6 玻璃幕墙计算与设计,第三节 玻璃结构的单元和体系 结构系统中包含若干具有独自结构的建筑功能的子结构，子结构由各个结构单元组成。玻璃结构中，玻璃结构单元起着最基本的承受荷载和传递荷载作用。,6 玻璃幕墙计算与设计,第三节 玻璃结构的单元和体系一、玻璃单元1 线单元杆：端部铰接-线单元承受轴力柱：端部刚接-线单元是压弯构件2 单片直玻璃构件：不做受压构件3 组合直玻璃构件：由数个单片玻璃组合，构成具 有较大抗压承载力的受压构件。采用直接粘接或连接件组合,6 玻璃幕墙计算与设计,第三节 玻璃结构的单元和体系一、玻璃单元4 承受弯曲作用的玻璃面板：荷载垂直板面，弯曲应力起 控制控制作用。（1）单层板：（退火、钢化、半钢化）板的支承边界可采用（四边、两边、点支承）长宽比2，宜采用四边支承。点支承的弯矩、剪应力、位移较大。点支承玻璃厚度四边支承玻璃厚度,（2）多层板:两块以上单层板通过简单叠置、表面粘贴、边缘密封构成多层板。a 简单叠置：荷载作用下各单层板位移相等，各单层板所 受弯曲荷载跟据弯曲刚度EI按比例分配。板的弯曲刚度与其厚度的立方成正比，荷载可按厚度的立方进行分配。b 表面粘贴：采用具有抗剪刚度的胶粘贴两个单层板的表面形成夹层板，荷载不能按照各单层板刚度进行简单分配，各夹层板以一整体承受荷载。c 边缘密封：两块单层板边缘密封后形成了中空板。中空板的空间降低了板件的抗扭刚度，但中部不可压缩的空气也能起结构作用。中空板和中部空气的共同作用效应产生导管效应，它与加载时间和速度无关。,6 玻璃幕墙计算与设计,（3）带肋或加劲板的玻璃采用加劲肋可以使承受弯曲的玻璃板跨越更大的跨度。加劲肋增加了板截面的高度，弯曲应力减小，位移减小。但是，只有肋与板的连接有效传递剪力，带肋板才能起到整体作用，否则无作用。（工厂中生产槽形截面理想）（4）桁架加劲板：桁架下弦通过撑杆或玻璃肋连接于玻璃面板上受拉。如果在玻璃面板两侧布置桁架，可以承受两个方向的弯曲荷载。玻璃面板本身因桁架的整体作用而承受附加压应力，由于作用在面板本身的荷载产生弯曲拉应力，所以桁架加肋板对玻璃有利。,6 玻璃幕墙计算与设计,5 玻璃壳单向弯曲的曲面玻璃，可构成柱壳结构，承受压力。双向弯曲的曲面玻璃构成双曲面，承受垂直于壳的压力。二、玻璃结构的子结构 主结构 次结构 围护结构三、子结构构成复杂结构的方式 分层构成（有主次）离散构成（无主次、各子结构独立）,6 玻璃幕墙计算与设计,第四节 玻璃幕墙面板的计算和设计一、计算理论1 强度校核：它要满足的是截面最大应力设计值不应超 过玻璃大面强度设计值。无地震效应组合有地震效应组合2 挠度校核玻璃最大挠度不应超过限值,6 玻璃幕墙计算与设计,第四节 玻璃幕墙面板的计算和设计一、计算理论3 玻璃面板设计考虑因素 能够抵抗构件中的所有应力 限值位移 破坏玻璃本身应有剩余承载力 部分玻璃破坏后，结构应有剩余稳定性 考虑了玻璃面板的几何非线性效应，在计算时应先进行各种荷载的组合，然后对最不利荷载组合进行最大应力的计算，它不符合线性条件下的各种荷载作用下最大应力的叠加原理。各种荷载的标准值、分项系数及组合系数按5-4 5-6,6 玻璃幕墙计算与设计,第四节 玻璃幕墙面板的计算和设计二、单片玻璃1 框式玻璃幕墙：框式玻璃幕墙的受力状态同四边支承 板，可按四边简支板计算其跨中最大弯矩和最大应力。,6 玻璃幕墙计算与设计,(1)强度校核：（规范经验公式）,(2)挠度校核：,(3)玻璃要求：框式玻璃幕墙单片玻璃厚度6mm,第四节 玻璃幕墙面板的计算和设计二、单片玻璃2 点支式玻璃幕墙：点支式玻璃幕墙的受力状态为四点支 承板。,6 玻璃幕墙计算与设计,(1)强度校核：（规范经验公式）,(2)挠度校核：,(3)玻璃要求：玻璃面板支承孔与板边距离不宜小70mm浮头式连接件的玻璃不小于6mm，沉头式不小于8mm,第四节 玻璃幕墙面板的计算和设计二、单片玻璃3 全玻璃幕墙：全玻璃幕墙的受力状态为玻璃肋支 承板。,6 玻璃幕墙计算与设计,(1)强度校核：（规范经验公式）,(2)挠度校核：,第四节 玻璃幕墙面板的计算和设计三、中空玻璃1 计算理论：中空玻璃变形时，两个玻璃片独自承受各自 荷载，两片玻璃位移相等。2 计算公式：（1）两片玻璃面板承担的均布荷载（2）等效厚度,6 玻璃幕墙计算与设计,第四节 玻璃幕墙面板的计算和设计三、中空玻璃（3）强度计算：两片玻璃分别验算（4）挠度计算可分别验算挠度，也可求出等效厚度，再验算整体挠度,6 玻璃幕墙计算与设计,第四节 玻璃幕墙面板的计算和设计三、中空玻璃3 规范设计公式强度计算直接承受荷载作用外单片玻璃不直接承受荷载作用内单片玻璃挠度计算原因：两片玻璃之间有气体，直接承受荷载的正面玻璃挠度略大于间接承受荷载的玻璃挠度，挠度与荷载成正比，分配荷载应大。直接承受荷载的玻璃挠度大于按两片玻璃等原则计算的挠度值，所以有效厚度应考虑折减系数。,6 玻璃幕墙计算与设计,第四节 玻璃幕墙面板的计算和设计四、夹层玻璃1 计算理论夹层玻璃的分析模型 整体截面模型 复合截面模型 分离截面模型夹层玻璃的工作性能 取决内夹层的抗剪刚度GA 抗剪刚度越大，工作性能越接近整体截面 抗剪刚度为零，工作性能等同分离截面影响抗剪刚度的因素 荷载作用时间 环境温度,6 玻璃幕墙计算与设计,第四节 玻璃幕墙面板的计算和设计四、夹层玻璃2 设计方法（1）计算方法：规范对夹层玻璃偏于安全取分离截面模 型计算强度和挠度。（2）应力计算（3）挠度计算,6 玻璃幕墙计算与设计,第五节 横梁和立柱的设计一、框式玻璃幕墙的简化实际结构是很复杂的，完全按照结构的实际情况进行力学分析是不可能的，也是不必要的。对实际结构进行力学计算前，必须加以简化，略去不重要的细节，表现基本特点简化过程结构的简化：以立柱的轴线代表立柱，楼层高度为立柱 计算跨度。支座简化：立柱的上端或下端可按固定铰支座和活动铰 支座进行简化，有这两种支座的杆件是典型简支梁 荷载简化：将作用在幕墙上的风荷载当作沿幕墙面均 匀分布，它对立柱来说是均匀线荷载。,6 玻璃幕墙计算与设计,第五节 横梁和立柱的设计一、框式玻璃幕墙的简化简化实例,6 玻璃幕墙计算与设计,采取由下而上安装程序，立柱按楼层设置，每一立柱下端套在下一层立柱设置的套管上，上端固定在楼层板或梁上。,计算简图：立柱上端，固定在楼层楼板上，它的水平与竖向活动均受限制，只可绕支承点转动，是固定胶支座。立柱下端，套在插入下一层立柱的套管上，可竖向活动，水平受限，是活动铰支座。,第五节 横梁和立柱的设计一、框式玻璃幕墙的简化计算简图与实际结构工作情况差别：1号立柱下端并不真正位于支座，有一段距离b，这段距离位于下一层立柱2号，而1号立柱锚固点以上又纳入1号立柱计算简图，反映层高为一跨，简图基本反映实际情况，可取。,6 玻璃幕墙计算与设计,第五节 横梁和立柱的设计二、板荷载向横梁的传递幕墙面板构成板材后，与横梁、立柱有多种连结方式，面板的面荷载如何传递到横梁上，要由连结构造决定。（一）两边支承的情况当板由两对边支承时，如同单向板，直接将荷载传至梁上，在梁上的荷载集度qb qb=1/2lq（二）周边支承板当板材四边均有支承（横梁、立柱）时，板的荷载可按不同图形规律传递到周边梁柱上。,6 玻璃幕墙计算与设计,第五节 横梁和立柱的设计三、横梁和立柱的内力板的荷载传给横梁和立柱是分布力（均布荷载、三角或梯形荷载），横梁传给立柱的是集中荷载（支座反力）。1 横梁以立柱为支承，按立柱之间的距离作为梁的跨度，梁的支承条件按简支考虑。横梁是双向受弯构件，在水平方向，承受由板传来的风、地震荷载，竖直方向，承受由板和横梁自重产生竖向荷载,6 玻璃幕墙计算与设计,第五节 横梁和立柱的设计三、横梁和立柱的内力2 立柱支承点按铰支考虑，通常按单跨简支梁计算，如果每层有两个以上支承点，按双跨连续梁或多跨连续梁。（1）立柱上下柱之间用芯柱连接如芯柱本身有足够刚度，应当认为可以传递剪力，此时立柱内力可按多跨连续梁考虑，多跨梁计算立柱弯矩比按单跨简支梁小。满足条件：芯柱插入上、下柱长度不小于2hc立柱截面高度芯柱惯性矩不小于立柱惯性矩,6 玻璃幕墙计算与设计,第五节 横梁和立柱的设计三、横梁和立柱的内力（2）立柱的轴向力由板、横梁的重量和立柱的重量产生;立柱的弯矩由横梁（板）传来的风、地震荷载产生。N=GLB简支单跨梁：M+=1/8qh2 M-=0连续梁：M+=（1/24-1/16)qh2 M-=（1/24-1/16)qh2考虑活动接头不完全连续，从设计安全度考虑，连续梁进行设计时可采用 M+=（1/12-1/10)qh2 M-=（1/12-1/10)qh2,6 玻璃幕墙计算与设计,第五节 横梁和立柱的设计四、横梁和立柱的截面设计（一）横梁（横梁为双偏心受弯构件，按两端简支设计横梁承受水平方向的风荷载、地震作用和垂直方向的支承在横梁上的玻璃及横梁自重荷载。由于横梁为双向受弯构件，需验算正应力、剪应力、挠度（自重产生的、风荷载产生的）,6 玻璃幕墙计算与设计,第五节 横梁和立柱的设计四、横梁和立柱的截面设计（一）横梁1 型材截面设计最大正应力,6 玻璃幕墙计算与设计,第五节 横梁和立柱的设计四、横梁和立柱的截面设计（一）横梁2 型材截面设计最大剪应力,6 玻璃幕墙计算与设计,第五节 横梁和立柱的设计四、横梁和立柱的截面设计（一）横梁3 挠度验算,6 玻璃幕墙计算与设计,第五节 横梁和立柱的设计（二）立柱1 自下而上安装（拉弯构件）,6 玻璃幕墙计算与设计,第五节 横梁和立柱的设计四、横梁和立柱的截面设计（二）立柱2 自上而下安装（压弯构件）,6 玻璃幕墙计算与设计,第五节 横梁和立柱的设计四、横梁和立柱的截面设计（二）立柱3 双跨梁幕墙立柱每层有两处连接件与主体结构连接，每层立柱在楼层处连接点向上悬挑一段，上一跨立柱下端用插芯连接支承此悬挑端上，计算时取双跨梁计算简图作简化。假定立柱是以楼层处连接点为端支座，梁底连接点为中间支座，共三个支座。中间支座-负弯矩起控制作用，支座两侧剪力有一个最大。两端支座-弯矩为0，有剪力。两跨-有弯矩，有剪力。,6 玻璃幕墙计算与设计,第六节 幕墙与主体结构的连接玻璃面板受到的荷载首先传给杆件（立柱、横梁）再由杆件通过连接件、预埋件传给建筑物主框架。一、幕墙连接节点1 幕墙横梁与立柱的连接在立柱安装横梁的位置上安装角码，将横梁搁置在角码上并用不锈钢螺丝定位。2 幕墙与建筑物主框架的连接连接方式通常是主框架上安装立柱的位置上预埋预埋件，在预埋件上安装连接件，夹住立柱。,6 玻璃幕墙计算与设计,第六节 幕墙与主体结构的连接二、幕墙连接设计立柱与主框架：螺栓受剪，立柱与角码受承压。横梁与立柱：竖向节点：风荷载、地震作用、自重荷载。横向节点：风荷载、地震作用。,6 玻璃幕墙计算与设计,第六节 幕墙与主体结构的连接三、连接设计计算1 立柱与横梁连接设计（1）竖向节点（角码和螺栓承担两侧横梁传给它的板块和横梁重力荷载及水平荷载）,6 玻璃幕墙计算与设计,第六节 幕墙与主体结构的连接三、连接设计计算1 立柱与横梁连接设计（1）横向节点（角码和螺栓承担 水平荷载）,6 玻璃幕墙计算与设计,第六节 幕墙与主体结构的连接三、连接设计计算2 立柱与主体结构连接设计（1）普通螺栓受剪、受承压、受拉承载力设计值,6 玻璃幕墙计算与设计,第六节 幕墙与主体结构的连接三、连接设计计算2 立柱与主体结构连接设计（2）连接件、立柱承压比,6 玻璃幕墙计算与设计,第六节 幕墙与主体结构的连接三、连接设计计算（3）焊缝内力计算当力垂直于焊缝长度方向时 当力平行于焊缝长度方向时,6 玻璃幕墙计算与设计,第六节 幕墙与主体结构的连接三、连接设计计算（4）预埋件计算立柱与主体结构连接通过预埋件连接，预埋件是直接预埋在主体结构中，预埋件由锚板和对称配置的直锚筋所组成 预埋件分为 上埋式 侧埋式 下埋式,6 玻璃幕墙计算与设计,第六节 幕墙与主体结构的连接三、连接设计计算（4）预埋件计算上埋式（埋于楼层面）：预埋件受剪力、法向压力、弯矩共同作用，锚筋总截面面积As需满足,6 玻璃幕墙计算与设计,第六节 幕墙与主体结构的连接三、连接设计计算（4）预埋件计算侧埋式（埋于梁侧）：迎风一侧按受法向压力、剪力、弯矩共同作用计算背风一侧按受法向拉力、剪力、弯矩共同作用计算根据经验，背风一侧受荷载大，所以侧埋式按受法向拉力剪力、弯矩共同作用计算,6 玻璃幕墙计算与设计,第六节 幕墙与主体结构的连接三、连接设计计算（4）预埋件计算下埋式：按受剪力、拉力、弯矩共同作用计算。,6 玻璃幕墙计算与设计,第七节 全玻璃幕墙的计算和设计全玻璃幕墙由玻璃面板和玻璃肋组成，玻璃面板与玻璃肋通过连接材料连接；当连接材料抗剪刚度趋于不穷大时，按整体截面抵抗外部作用；当连接材料抗剪刚度有限时，玻璃面板搁置玻璃肋上，并将外部荷载传递玻璃肋上。计算模型：面板：支承于玻璃肋的单向简支板模型玻璃肋：简支梁模型,6 玻璃幕墙计算与设计,第七节 全玻璃幕墙的计算和设计一、玻璃面板设计计算,6 玻璃幕墙计算与设计,第七节 全玻璃幕墙的计算和设计二、玻璃肋设计计算,6 玻璃幕墙计算与设计,第七节 全玻璃幕墙的计算和设计三、胶缝设计计算,6 玻璃幕墙计算与设计,第八节 点支式幕墙的计算和设计一、概念及分类1 点支式玻璃幕墙，玻璃面板通过金属连接件连接于支承体系，支承体系是点支式幕墙重要组成部分。在进行结构体系的计算和设计时，除了确保结构单元或构件满足正常使用和承载能力极限状态要求外，还应确保结构体系整体稳定性。2 支承结构组成方式：玻璃肋板式 单柱式 桁架式 索杆式 索网式,6 玻璃幕墙计算与设计,第八节 点支式幕墙的计算和设计一、概念及分类3 支承结构按结构刚度分 刚性体系 半刚性体系 柔性体系（1）刚性支承体系:由刚性构件组成，结构的刚度主要由 构件的截面提供。（2）柔性支承体系：由拉索、拉杆和刚性构件组成，结 构的刚度主要由预应力提供。（3）半刚性体系：由刚性的桁架结构与预张力索共同构 成。,6 玻璃幕墙计算与设计,第八节 点支式幕墙的计算和设计二、拉索式点连接全玻璃幕墙1 概述（1）构成：拉索式点连接全玻璃幕墙是将玻璃面板用钢爪固定在索桁架上的全玻璃幕墙。它由三个部分组成:玻璃面板、索桁架、锚定结构。索桁架：索桁架是支承幕墙的重要构件，索桁架悬挂在锚定结构上，它由按一定规律布置的高张强度的索及连系杆组成。索桁架起着形成幕墙系统，承担幕墙承受的荷载并将其传至锚定结构的任务。索桁架要强力拉紧后才能形成幕墙。,6 玻璃幕墙计算与设计,第八节 点支式幕墙的计算和设计二、拉索式点连接全玻璃幕墙（1）构成 锚定结构：锚定结构是指支承框架(屋面梁、楼板梁、地锚、水平基础梁等组成)，它承受索桁架传来的荷载，并将它们可靠地传向基础，同时锚定结构也是索桁架赖以进行张拉的主体，为了获得稳定的幕墙体系，必须施加相当的拉力才能绷紧。主体结构除了承受使用荷载（自重、活荷载、风荷载、地震作用），还承受索桁架的预拉力，索桁架受荷后产生的拉力。玻璃面板：由安装在索桁架上的钢爪进行固定，作填缝处理后，最终形成幕墙。,6 玻璃幕墙计算与设计,第八节 点支式幕墙的计算和设计二、拉索式点连接全玻璃幕墙1 概述（2）索桁架（钢索、连系杆、锚具、钢爪）索桁架是柔性的张拉结构，在没有施加预应力之前没有刚度，其形状也是不确定的，必须通过施加适当的预应力赋予其一定的形状.才一能成为能承受外荷的结构。索衍架由两层索(承力索、稳定索)以及它们之间的连系杆组成。双层索和连系杆一般布置在同一竖向平面内，双层索系要分别锚固在稳定的锚定结构上，这样才可以对体系施加顶应力。对索系进行张拉，使索系绷紧;使索内保持足够的预应力，以保证索系具有必要的形状、稳定性。由于存在预应力，两层索一起抵抗水平荷载作用、从而整个索系的刚度得到提高。,6 玻璃幕墙计算与设计,第八节 点支式幕墙的计算和设计二、拉索式点连接全玻璃幕墙1 概述（2）索桁架（钢索、连系杆、锚具、钢爪）索桁架依托的锚定结构和采用刚性结构幕墙的主体结 构的要求不同点？采用刚性结构幕墙的主体结构除了使用荷载外，只承受由幕墙连接件传来的幕墙上的水平作用和竖向作用。索桁架依托的锚定结构除了上述作用外，还承担张拉索桁架的预应力以及索桁架受荷后产生的拉力,6 玻璃幕墙计算与设计,第八节 点支式幕墙的计算和设计二、拉索式点连接全玻璃幕墙（2）索桁架（钢索、连系杆、锚具、钢爪）索桁架形状：折线型 抛物线型 锚定结构的大梁在荷载作用下和索桁架拉力作用下会产生挠曲，这时索桁架（尤其中部索桁架）跨度会缩短，这样处于同一柱距内的各索桁架的跨度和分格长度就不一致。,6 玻璃幕墙计算与设计,第八节 点支式幕墙的计算和设计二、拉索式点连接全玻璃幕墙（2）索桁架（钢索、连系杆、锚具、钢爪）解决方案：要求在控制悬挑梁(楼板梁、次梁)标高时，应按主梁在幕墙自重和索桁架拉力等作用下产生的挠度予以反变形预调，达到在全部索桁架张拉完毕锚固后，各榀索桁架的上锚固点在同一水平位置上，即所有索衡架的跨度应等高,6 玻璃幕墙计算与设计,第八节 点支式幕墙的计算和设计二、拉索式点连接全玻璃幕墙2 预应力损失及有效预应力 预应力钢筋的张拉控制应力值是指张拉钢筋时，张拉设备（千斤顶）所指示的总张拉力除以预应力钢筋的面积得出的应力值。由于张拉工艺和材料特性等原因，使有效预应力从构件开始制作直到安装使用各个过程不断降低，这种应力值的损失，主要由于预应力钢筋的回缩变形所引起的。预应力损失原因、损失值,6 玻璃幕墙计算与设计,第八节 点支式幕墙的计算和设计二、拉索式点连接全玻璃幕墙2 预应力损失及有效预应力（1）张拉端锚具变形引起的预应力损失值 预应力钢筋锚固时，由一于锚具与构件之间、锚具与垫板之间、热板与构件之问的缝隙被挤紧，或由于钢筋、钢丝、钢铰线在锚具内的滑移，使得被拉紧的钢筋.钢丝、钢铰线松动缩短而引起预应力损失。,6 玻璃幕墙计算与设计,第八节 点支式幕墙的计算和设计二、拉索式点连接全玻璃幕墙2 预应力损失及有效预应力（2）预应力钢筋摩擦索桁架钢索与连系杆连接点转向装置处摩擦引起 L2con 当索弯曲（弯折）夹角（切线夹角等于小于60时，取7。当索弯曲（弯折）夹角（切线夹角）大于60时，取5。,6 玻璃幕墙计算与设计,第八节 点支式幕墙的计算和设计二、拉索式点连接全玻璃幕墙2 预应力损失及有效预应力（3）在张拉过程中锚定结构由于后一榀索桁架张拉,使 以前各榀索桁架钢索产生的预应力损失值L3。L3*EL 索桁架张拉后，使先前张拉的各榀桁架固定点处锚定结构由于本榀桁架张拉产生的挠曲变位（）。,6 玻璃幕墙计算与设计,第八节 点支式幕墙的计算和设计二、拉索式点连接全玻璃幕墙2 预应力损失及有效预应力（4）钢筋松弛引起的预应力损失L4。,6 玻璃幕墙计算与设计,第八节 点支式幕墙的计算和设计二、拉索式点连接全玻璃幕墙2 预应力损失及有效预应力（5）锚定结构在活（雪）荷载作用下产生的挠曲，使索桁架跨度缩短引起的预应力损失值L5。L5L*E/LL锚定结构在活（雪）荷载作用下产生的挠曲值,6 玻璃幕墙计算与设计,第八节 点支式幕墙的计算和设计二、拉索式点连接全玻璃幕墙2 预应力损失及有效预应力（6）预应力钢筋有效预应力P0conL 索桁架的有效预应力计算分两阶段：施工阶段 P0（1）con L1L2 使用阶段 P0con L1L2 L3 L4 L5 对钢绞线当计算求得的预应力损失值小于80 N2时，应按80 N2取用,6 玻璃幕墙计算与设计,第八节 点支式幕墙的计算和设计二、拉索式点连接全玻璃幕墙3 荷载及荷载组合（1）自重：幕墙自重包括索桁架、玻璃、锚具、钢爪及 各种附件。一般先假定为：用单层玻璃时 400 Nm 用夹层、中空玻璃时 500 Nm2；验算玻璃时取（T（m）25600）Nm2。,6 玻璃幕墙计算与设计,第八节 点支式幕墙的计算和设计二、拉索式点连接全玻璃幕墙3 荷载及荷载组合（2）风荷载：WkzzSWO 其中：z对15m以下取2；15m以上、25m以下取2.25；25m以上、40m以下取2.45；40m以上取2.7。,6 玻璃幕墙计算与设计,第八节 点支式幕墙的计算和设计二、拉索式点连接全玻璃幕墙3 荷载及荷载组合（3）地震作用：,6 玻璃幕墙计算与设计,第八节 点支式幕墙的计算和设计二、拉索式点连接全玻璃幕墙3 荷载及荷载组合（4）温度变化：索在温度变化时会伸长(缩短),LL*T T=ET 索由于施加预应力使索绷紧 如果产生负温差将使索进一步缩短,即在预应力基础上添加温差应力,要使=PO(I)+TfS,如果产生正温差,将使钢索伸长放松，为保证索不松弛，要求正温差产生伸长量不得大于索由预应力产生 的预计伸长值。,6 玻璃幕墙计算与设计,第八节 点支式幕墙的计算和设计二、拉索式点连接全玻璃幕墙3 荷载及荷载组合（5）荷载效应组合1.2xSGK+1.4xSWk+0.51.3xSEk由于最大温差与最大水平作用同时发生的概率非常少,且其与预应力的组合的关系不同,因此只要温差效应与预应力的组合应力不大于索强度设计值,温差效应产生的索伸长量小于索由于预应力产生的预计伸长量,在效应组合时,不考虑温差效应.索的预应力对水平作用产生的索的承载能力不会产生影响,即施加了预应力的索与未施加预应力的索的承载能力是相同的,加了较大预应力的索和加了较小预应力的索的承载能力是一样的.所以预应力不参加荷载效应组合.,6 玻璃幕墙计算与设计,第八节 点支式幕墙的计算和设计二、拉索式点连接全玻璃幕墙4 单索平衡方程“代梁”就是与拉索式桁架具有同样跨度、同样荷载分布的简支梁，我们把它叫做拉索式桁架的“代梁”。因为索非常柔软，其抗弯刚度可以忽略，因此索内弯矩为零，剪力也为零。与同跨度简支梁相比：VAVA0 VBVB0 MM0HY0 HM0Y 当Yf0时，H(x)M0/f0,6 玻璃幕墙计算与设计,第八节 点支式幕墙的计算和设计二、拉索式点连接全玻璃幕墙5 双层索计算 由于拉索式索桁架要承受正风压或负风压，承重索和稳定索是互换的，即承受正风压时的承重索到承受负风压时成为稳定索，承受负风压时的稳定索到承受正风压时就成为承重索。因此两层索所加预应力是相同的，且索的矢高是已知的，若将腹杆看作绝对刚体，则腹杆的长度是不变的，且始态（预应力张拉状态）和终态（承受设计最大水平作用时）基本一致。,6 玻璃幕墙计算与设计,第八节 点支式幕墙的计算和设计二、拉索式点连接全玻璃幕墙6 索桁架强度验算（适用于自重由竖向索承担的索桁架）钢索有效预应力产生的拉力 折线型 H0(x)=P0*A*cos 抛物线型 H0(x)=P0*A/(1+16fo 2/L 2)1/2 P0有效预应力值（N/mm2）；A钢索（棒）截面积（mm2）；f0始态矢高（mm）；L跨度（mm）。,6 玻璃幕墙计算与设计,第八节 点支式幕墙的计算和设计二、拉索式点连接全玻璃幕墙6 索桁架强度验算（适用于自重由竖向索承担的索桁架）拉力折算的均布荷载 q0=8H0(X)f0/L 2 H0(X)钢索（棒）有效预应力产生的拉力（N）；由水平作用产生的最终计算拉力设计值 HL（x）-H0（x）=EAL2/24*(q2/HL（x）2-q02/H0（x）2)E钢索（棒）弹性模量（N/mm2）；A钢索（棒）截面积（mm2）；,6 玻璃幕墙计算与设计,第八节 点支式幕墙的计算和设计二、拉索式点连接全玻璃幕墙6 索桁架强度验算（适用于自重由竖向索承担的索桁架）钢索拉力设计值(折线型)T(x)=HL(x)/cos(抛物线型)T(X)=HL(X)*/（1+16f02/L2）1/2 自重承力索拉力设计值 T(Y)=H(Y)H（Y）竖向作用（自重）产生的拉力。联系杆压力设计值 N=HL(X)*tan HL（X）由水平作用产生的最终计算拉力设计值,6 玻璃幕墙计算与设计,第八节 点支式幕墙的计算和设计二、拉索式点连接全玻璃幕墙6 索桁架强度验算（适用于自重由竖向索承担的索桁架）自重承力索截面最大应力设计值(Y)=T(Y)/Afs索桁架钢索截面最大应力设计值(X)=T（X）/Afs连系杆截面最大应力设计值 1=N/Afs,6 玻璃幕墙计算与设计,第八节 点支式幕墙的计算和设计二、拉索式点连接全玻璃幕墙7 索桁架挠度（从预应力状态算起）由水平作用产生的最终计算拉力标准值HLK（x）-H0（x）=EAL 2/24*(qk2/HLK（x）2-q02/H0（x）2)qK水平作用均布线荷载标准值（N/m）；q0有效预应力折算的均布线荷载（N/m）；承力索矢高 f=qK*L2/8HLK(X)索桁架挠度值 f=f-f0 f/L1/250,6 玻璃幕墙计算与设计,第八节 点支式幕墙的计算和设计二、拉索式点连接全玻璃幕墙7 索桁架挠度（从预应力状态算起）钢索理论长度(折线型)L0=L/cos 钢索理论长度(抛物线型)L0=L*（1+8f02/3L2）钢索由预应力产生的预计伸长值 L=con*L0/E 钢索下料长度 L1=L0-L 稳定索终态矢高 f1=f0-f 稳定索终态索长(折线型)L2=（f12+L2）1/2L1 稳定索终态索长(抛物线型)L2=L*（1+8f12/3L2）L1,6 玻璃幕墙计算与设计,第八节 点支式幕墙的计算和设计二、拉索式点连接全玻璃幕墙7 索桁架挠度（从预应力状态算起）稳定索截面终态应力保有值 2=（L2-L1）*E/L0 L2稳定索终态索长（mm）；L1钢索下料长度（mm）。8支承梁集中荷载支承梁承受的每榀索桁架拉力设计值 P=0.7HL(X）+A*2*cos+H(Y)支承梁承受的每榀索桁架拉力标准值,6 玻璃幕墙计算与设计,