安徽某办公楼幕墙设计计算书(玻璃-铝板-鲁班奖)_.doc

幕墙设计计算书（一）. 设计所遵循规范及依据1. 设计规范与规程：GB 50068-2001 建筑结构可靠度设计统一标准GB 50009-2001 建筑结构荷载规范GB 50011-2001 建筑抗震设计规范GB 50017-2003 钢结构设计规范GB 50018-2002 冷弯薄壁型钢结构技术规范GB 50016-2001 建筑设计防火规范GB 50045-2001 高层民用建筑设计防火规范GB 50057-94 建筑物防雷设计规范（2000版）GB 50176-93 民用建筑热工设计规范JGJ 102-2003 玻璃幕墙工程技术规范JGJ 133-2001 金属与石材幕墙工程技术规范JGJ 113-2003 建筑玻璃应用技术规程2. 材料标准：s 钢材GB700-1988 碳素结构钢GB/T699-1999 优质碳素结构钢GB/T1591-1994 低合金高强度结构钢GB/T1220-1992 不锈钢棒GB/T4226-1984 不锈钢冷加工钢棒GB/T4237-1992 不锈钢热扎钢板GB/T4171-2000 高耐候结构钢GB/T4172-2000 焊接结构用耐候钢GB/T9944-2002 不锈钢丝绳GB/T18705-2002 装饰用焊接不锈钢管GB/T5117 碳钢焊条s 玻璃GB/T99631998 钢化玻璃 GB/T178411999 幕墙用钢化玻璃与半钢化玻璃 GB9962-1999 夹层玻璃 GB/T119442002 中空玻璃GB116141999 浮法玻璃GB15763.1-2001 建筑用安全玻璃 防火玻璃GB/T18701-2002 着色玻璃 GB/T18915.12002 镀膜玻璃 第一部分 阳光控制镀膜玻璃GB/T18915.22002 镀膜玻璃 第二部分 低辐射镀膜玻璃GB48711995 普通平板玻璃 JC6931998 热反射玻璃s 密封胶GB16776 -1997 建筑用硅酮结构密封胶 GB/T14683-1993 硅酮建筑密封胶 JC/T4862001 中空玻璃用弹性密封胶 JC/T8822001 幕墙玻璃接缝用密封胶 JC/T8832001 石材用建筑密封胶 s 铝合金材料GB/T5237.1-2000 铝合金建筑型材 第一部分 基材GB/T5237.2-2000 铝合金建筑型材 第二部分 阳极氧化、着色型材GB/T5237.3-2000 铝合金建筑型材 第三部分 电泳涂漆形材GB/T5237.4-2000 铝合金建筑型材 第四部分 粉末静电喷涂型材GB/T5237.5-2000 铝合金建筑型材 第五部分 氟碳喷涂型材GB/T3880-1997 铝及铝合金轧制板材YS/T429.1-2000 铝幕墙板 板基YS/T429.2-2000 铝幕墙板 氟碳喷涂铝单板YS/T432-2000 铝塑复合板用铝带GB/T17748-1999 铝塑复合板GB/T31941998 铝及铝合金板材的尺寸及允许偏差JC/T133-2000 建筑用铝型材、铝板氟碳喷涂层GB/T8013-1987 铝及铝合金阳极氧化-阳极氧化膜的总规范s 石材GB/T13890-1992 天然饰面石材术语GB/T17670-1999 天然石材统一编号GB/T18600-2001 天然板石JC/T202-2001 天然大理石荒料JC/T204-2001 天然花岗石荒料GB/T1860-2001 天然花岗石建筑板材JC/T79-2001 天然大理石建筑板材GB/T9966.4-2001 天然饰面石材实验方法、耐磨性实验方法GB/T9966.6-2001 天然饰面石材实验方法、耐酸性实验方法3. 性能检测标准：GB/T15225-1994 建筑幕墙物理性能分级GB/T15226-1994 建筑幕墙空气渗透性能检测方法GB/T15227-1994 建筑幕墙风压变形性能检测方法GB/T15228-1994 建筑幕墙雨水渗漏性能检测方法GB/T18091-2000 建筑幕墙光学性能4. 设计参考资料：中国建筑工业出版社 建筑结构静力计算手册张芹主编 玻璃、金属板、石材、点式幕墙技术手册陈建东主编 玻璃幕墙工程技术规范应用手册赵西安著 玻璃幕墙设计与施工（二）. 工程概况1. 工程名称：2. 设计依据：5.1 3. 设计计算有关参数基本风压值（kN/m2）抗震设防烈度水平地震影响系数最大值地面粗糙度类别玻璃设计温差设计使用年限0.3570.08B8050年（三）. 荷载计算 作用在幕墙上的风荷载标准值按下式计算，且不小于1.0 KNm2： Wkgz·S·Z·WO 式中：Wk作用在幕墙上的风荷载标准值（KNm2）； gz围护结构阵风系数；按GB 50009-2001规定确定S风荷载体型系数，大面取1.2，角部取2.0； Z风压高度变化系数，按GB 50009-2001规定确定；WO基本风压，取0.35KNm2； 地震作用按下式计算 QEE·max·G 式中：QE作用于幕墙平面外水平地震作用（KN）； G 幕墙构件的重量（KN）； max水平地震影响系数最大值，7度抗震设计取.08； E动力放大系数，取5.0。 荷载分项系数和组合系数的确定 根据建筑结构荷载规范（GB 50009-2001）及玻璃幕墙工程技术规范之精神，结合本工程的地区地理环境，建筑特点以及幕墙的受力情况，各分项系数和组合系数选择如下： 强度计算时 分项系数 组合系数 永久荷载，G取1.2(永久荷载起控制作用时，G取1.35) 风荷载 ，W取1.4 风荷载， w取1.0 地震作用，E取1.3 地震作用，E取0.5 刚度计算时 分项系数 组合系数 均按1.0采用 风荷载，W取1.0 荷载和作用效应按下式进行组合： SGSGWWSWEESE 式中：S荷载和作用效应组合后的设计值； SG重力荷载作为永久荷载产生的效应； Sw,SE分别为风荷载，地震作用作为可变荷载产生的效应； G,w,E各效应的分项系数； w,E分别为风荷载，地震作用效应的组合系数。（四）. 结构分析及计算说明翡翠广场A座幕墙工程分为三个部分，东楼、西楼、宴会报告厅。东楼及西楼主要为玻璃幕墙，两座楼层间高一致，且分格相差不大，选取两个楼中分格较大，或标高较高的危险位置处的幕墙进行计算。在计算时，考虑幕墙大面及角部幕墙所受风荷载不同，分别选取不同的体型系数（1.2或2.0）。宴会报告厅主要为铝板幕墙，顶部为钢结构支撑装饰架。具体分析时，对玻璃、铝板等面材以及铝型材龙骨及钢龙骨进行了计算，选择适当的型材，满足结构强度及刚度要求。（五）. 东、西楼幕墙的计算1. 一层玻璃幕墙的计算（简支梁）1) 玻璃的计算 幕墙采用6mm9A5mm钢化中空玻璃，选取标高10m处为计算部位，玻璃分格高度H=1.5 m，玻璃分格宽度B=1.621 m。a) 玻璃强度计算 风荷载标准值为 WkgZ·s·z·Wo 1.78×1.2×1×.35 .7481 所以取Wk1 KNm2 水平分布地震作用标准值为 qEkE·max·玻·t·10-3 5×.08×25.6×11×10-3 .113KNm2 中空玻璃把荷载分配到单片玻璃上分别计算： Wk1 = 1.1×Wk×t13/(t13+t23)=.697KNm2 Wk2 = Wk×t23/(t13+t23)=.367KNm2 qEk1 = E·max·玻·t1·10-3=.061KNm2 qEk2 = E·max·玻·t2·10-3=.051KNm2 风荷载作用下应力标准值按下式分别在两个单片玻璃上计算 wk6··1·Wk·a2/t2 式中:wk风荷载作用下的应力标准值； a玻璃短边长度，(mm)； t玻璃的厚度，(mm)； 1弯曲系数，按a/b的值查表 折减系数，按值查表 则wk16·1·1·Wk1·a2/t12 6×.8487×.0501×.697×10-3×15002/62 11.11 N/mm2 wk26·2·1·Wk2·a2/t22 6×.8361×.0501×.367×10-3×15002/52 8.3 N/mm2 地震作用下应力标准值按下式分别在两个单片玻璃上计算 Ek1.2×6··1·qEk·a2/t2 式中:Ek地震作用下的应力标准值； 则Ek11.2×6·1·1·qEk1·a2/t12 1.2×6×1×.0501×.061×10-3×15002/62 1.38 N/mm2 Ek21.2×6·2·1·qEk2·a2/t22 1.2×6×.9941×.0501×.051×10-3×15002/52 1.65 N/mm2 玻璃的应力组合设计值按下式分别在两个单片玻璃上计算 w·w·wkE·E·Ek 则1w·w·wk1E·E·Ek1 1.0×1.4×11.110.6×1.3×1.38 16.63N/mm2fa84N/mm2 2w·w·wk2E·E·Ek2 1.0×1.4×8.30.6×1.3×1.65 12.91N/mm2fa28N/mm2所以玻璃强度满足要求。b) 玻璃挠度计算风荷载标准值为Wk1 KN/m2玻璃跨中最大挠度为·2·Wk·a4玻璃板的弯曲刚度 t3(12(1-2) 0.72×105×6.63(12(10.22) 1796850 ·mm 式中：泊松比，取0.2 玻璃弹性模量，取0.72×105 mm2 t 玻璃等效厚度 (mm) t=0.95×(t13+t23)1/3 Wk·a4 / Et4 1×10-3×15004(0.72×105×6.64) 37.1 查表取 = .8516则玻璃的挠度·2·Wk·a4 .8516×.0047×1×10-3×150041796850 11.3 mm 式中：玻璃跨中最大挠度 mm 2跨中最大挠度系数，由a/b查表 a玻璃短边长 (mm) b玻璃长边长 (mm)/a1/133<1/60所以玻璃挠度满足要求。2) 竖框的计算幕墙中的危险部位位于5米,计算层间高L=4.5米,竖框承担的分格宽度为B=1.587m。a) 荷载计算a. 风荷载标准值的计算WkgZ·s·z·Wo 1.88×1.2×1×.35 .7901所以取Wk1 KNm2b. y轴方向(垂直于幕墙表面)的地震作用为qEyE·max·GA 式中：qEy作用于幕墙平面外水平分布地震作用(KNm2)； G 幕墙构件的重量(KN)； A 幕墙构件的面积(m2)； max水平地震影响系数最大值，取.08； E动力放大系数，取5 。 其中，GL×B×t×玻×1.1 4.5×1.587×11×25.6× 1.1/1000 2.212 式中：L计算层间高 m； B分格宽度 m； t玻璃厚度 mm； 玻玻璃的密度，取25.6 KNm3 AL×B4.5×1.587 7.142m2则 qEyE·max·GA 5×.08×2.2127.142 .124KNm2c. x轴方向(幕墙平面内)的地震作用为qExE·max·G/L 5×.08×2.2124.5 .197KN/mb) 刚度计算：、Y轴方向挠度荷载组合如下：qy1×Wk0.6qEy 1×10.6×.124 1.074KNm2在矩形荷载作用下，竖框所受线荷载和作用组合值为 q刚度yqy×B1.074×1.587 1.704KNm按单跨简支梁计算，竖框产生的挠度按下式计算：f5q刚度y·L4384EI取fL/180450018025mm 由上式可知，竖框所需的最小惯性矩Ixmin为：Ixmin5q刚度yL4384E·f 5×1.704×4.54×108384×70000×25 519.9007< Ix=537.8 (cm4)b、X轴方向挠度荷载组合如下：q刚度x0.6qEx 0.6×.197 .118KNmIymin5q刚度xL4384E·f 5×.118×4.54×108384×70000×25 36.0025< Iy=130.84 (cm4)c) 强度计算强度荷载组合如下q1.4×1×Wk1.3×0.6×qEy 1.4×1×11.3×0.6×.124 1.497KNm2竖框所受线荷载为q强度q×B1.497×1.587 2.376KNm则按单跨简支梁计算，竖框所受最大弯矩为 Mq强度·L282.376×4.528 6.014KN·m 式中： M竖框承受的最大弯矩，KN·m； L计算层间高 m。竖框所受轴向拉力为N1.2×G2.654KN竖框承载力应满足下式要求NA0M(·W)fa 式中： N竖框所受拉力设计值(KN)； M竖框所受弯矩设计值(KN·m)； A0竖框净截面面积(mm2)； W在弯矩作用方向的净截面抵抗矩(cm3)； 塑性发展系数，取1.05； fa竖框材料的强度设计值，取140Nmm2。则 NA0M(·W) 103×2.6541571103×6.014(1.05×59.22) 98.407 Nmm2< fa140 Nmm2所以竖框刚度和强度满足要求3) 横框的计算 横框受两个方向力的作用，一个是重力作用，另一个是垂直于玻璃表面的风荷载和地震作用。横框长1.587米，承担重力方向分格高1.5米，承担风荷载方向分格高1.35米。a) 荷载计算a.横框受重力作用时横框所承受的重力线荷载标准值为： qxk玻·t·H1×1.1 25.6×11×1.5×1.1/1000 .465 KNm 式中： 玻玻璃的密度，取25.6 KNm3 t 玻璃的总厚度 m； H1 自重方向分格高度 m；横框所承受的重力线荷载设计值为： qx1.2×qxk.558 KNmb.横框受风荷载和地震作用时： WkgZ·s·z·Wo 1.88×1.2×1×.35 .7901所以取Wk1 KNm2 qEyE·max·GA 5×.08×.6642.142 .124KNm2 式中：qEy作用于幕墙平面外水平分布地震作用(KNm2)； G 幕墙分格构件的重量(KN)； A 幕墙分格面积(m2)； max水平地震影响系数最大值，取.08； E动力放大系数，取5 。 其中 GH×B×t×玻×1.1 1.35×1.587×11×25.6× 1.1/1000 .664 AH×B1.35×1.587 2.142m2荷载组合值为 qyk(1.0×Wk0.6×qEy)×H2 (1×10.6×.124)×1.35 1.45KNm qy(1.0×1.4×Wk0.6×1.3×qEy)×H (1×1.4×10.6×1.3×.124)×1.35 2.021KNmb) 刚度计算横框的许用挠度为fB18015871808.8mm则按简支梁计算，横框所需的最小惯性矩为Iymin5×qxk×B4384E·f 5×.465×1.5874×108(384×70000×8.8) 6.235 cm4Iy37.67cm4Ixmin(25-10×H2/B2H4/8B4)×qyk×B41920E·f(25-10×1.352/1.58721.354/8×1.5874)×1.45×1.5874×108(1920×70000×8.8)13.865 cm4Ix50.58cm4 式中：B玻璃分格宽度 m； E弹性模量 N/mm2 c) 强度计算横框最大弯矩按下式计算Myqx×B28 .558×1.58728 .176 KN·mMxqy×(3×B2-H2)24 2.021×(3×1.5872-1.352)24 .483 KN·m横框的抗弯承载力应满足下式要求MxWxMyWyfa则 MxWxMyWy 103×.483(1.05×13.15)103×.176(1.05×12.56) 48.326Nmm2fa85.5Nmm2横框的抗剪承载力应满足下式要求Vy×Sx(Ix×tx)fvVx×Sy(Iy×ty)fv式中：Vx、Vy横梁水平方向、竖直方向的剪力设计值(N)； Sx、Sy横梁截面绕X轴、Y轴的面积矩(cm3); tx、ty横梁截面垂直于Y、X方向的腹板截面总宽度(mm)； fv 型材抗剪强度设计值(N/mm2);Vx1000×qx×B/2442.773 NVy1000×qy×B×(1H/2B)/2921.576 N 则， Vy×Sx(10×Ix×tx) 921.576×8.83(10×50.58×6) 2.681fv49.6N/mm2则， Vx×Sy(10×Iy×ty) 442.773×7.53(10×37.67×6) 1.475fv49.6N/mm2所以横框刚度和强度满足要求。2. 二层以上玻璃幕墙的计算（双跨梁）1) 玻璃的计算 幕墙采用6mm9A5mm钢化中空玻璃， 选取标高21.3m处为计算部位，玻璃分格高度H=1.05 m，玻璃分格宽度B=1.625 m。a) 玻璃强度计算 风荷载标准值为 WkgZ·s·z·Wo 1.679×1.2×1.274×.35 .8981 所以取Wk1 KNm2 水平分布地震作用标准值为 qEkE·max·玻·t·10-3 5×.08×25.6×11×10-3 .113KNm2 中空玻璃把荷载分配到单片玻璃上分别计算： Wk1 = 1.1×Wk×t13/(t13+t23)=.697KNm2 Wk2 = Wk×t23/(t13+t23)=.367KNm2 qEk1 = E·max·玻·t1·10-3=.061KNm2 qEk2 = E·max·玻·t2·10-3=.051KNm2 风荷载作用下应力标准值按下式分别在两个单片玻璃上计算 wk6··1·Wk·a2/t2 式中:wk风荷载作用下的应力标准值； a玻璃短边长度，(mm)； t玻璃的厚度，(mm)； 1弯曲系数，按a/b的值查表 折减系数，按值查表 则wk16·1·1·Wk1·a2/t12 6×.9674×.0804×.697×10-3×10502/62 9.96 N/mm2 wk26·2·1·Wk2·a2/t22 6×.9607×.0804×.367×10-3×10502/52 7.5 N/mm2 地震作用下应力标准值按下式分别在两个单片玻璃上计算 Ek1.2×6··1·qEk·a2/t2 式中:Ek地震作用下的应力标准值； 则Ek11.2×6·1·1·qEk1·a2/t12 1.2×6×1×.0804×.061×10-3×10502/62 1.08 N/mm2 Ek21.2×6·2·1·qEk2·a2/t22 1.2×6×1×.0804×.051×10-3×10502/52 1.3 N/mm2 玻璃的应力组合设计值按下式分别在两个单片玻璃上计算 w·w·wkE·E·Ek 则1w·w·wk1E·E·Ek1 1.0×1.4×9.960.6×1.3×1.08 14.79N/mm2fa84N/mm2 2w·w·wk2E·E·Ek2 1.0×1.4×7.50.6×1.3×1.3 11.51N/mm2fa28N/mm2所以玻璃强度满足要求。b) 玻璃挠度计算风荷载标准值为Wk1 KN/m2玻璃跨中最大挠度为·2·Wk·a4玻璃板的弯曲刚度 t3(12(1-2) 0.72×105×6.63(12(10.22) 1796850 ·mm 式中：泊松比，取0.2 玻璃弹性模量，取0.72×105 mm2 t 玻璃等效厚度 (mm) t=0.95×(t13+t23)1/3 Wk·a4 / Et4 1×10-3×10504(0.72×105×6.64) 8.9 查表取 = .9688则玻璃的挠度·2·Wk·a4 .9688×.008×1×10-3×105041796850 5.2 mm 式中：玻璃跨中最大挠度 mm 2跨中最大挠度系数，由a/b查表 a玻璃短边长 (mm) b玻璃长边长 (mm)/a1/202<1/60所以玻璃挠度满足要求。2) 竖框的计算 幕墙中的危险部位位于21.3米处,竖框承担的分格宽B=1.625m，竖框采用双跨梁计算模型，计算层间高4.2m，短跨长.4m。a) 荷载计算a. 风荷载标准值的计算WkgZ·s·z·Wo 1.679×1.2×1.274×.35 .8981所以取Wk1 KNm2b. y轴方向(垂直于幕墙表面)的地震作用为qEyE·max·GA 式中：qEy作用于幕墙平面外水平分布地震作用(KNm2)； G 幕墙构件的重量(KN)； A 幕墙构件的面积(m2)； max水平地震影响系数最大值，取.08； E动力放大系数，取5 。 其中：GL×B×t×玻×1.1 4.2×1.625×11×25.6×1.1/1000 2.114 式中：L计算层间高 m； B分格宽 m； t玻璃厚度 m； 玻玻璃的密度，取25.6 KNm3 AL×B4.2×1.6256.825m2则 qEyE·max·GA 5×.08×2.1146.825 .124KNm2c. x轴方向(幕墙平面内)的地震作用qExE·max·G/L 5×.08×2.1144.2 .201KN/mb) 刚度计算：、Y轴方向挠度荷载组合如下：qy1×Wk0.6qEy 1×10.6×.124 1.074KNm2在矩形荷载作用下，竖框所受线荷载和作用为 q刚度yqy×B1.074×1.625 1.745KNm按双跨梁计算，竖框产生的挠度为：f·5q刚度·L4384EI 式中： 折减系数(双跨梁对相同条件的简支梁的挠度比值)，按L1/L2查表 L1短跨长 L2长跨长取fL/1804200180 23.3mm 由上式可知，竖框所需的最小惯性矩Ixmin为：Ixmin·5q刚度yL4384E·f .3141×5×1.745×4.24×108(384×70000×23.3) 136.159< Ix=191.04 (cm4)b、X轴方向挠度荷载组合如下：q刚度x0.6qEx 0.6×.201 .121KNmIymin·5q刚度xL4384E·f .3141×5×.121×4.24×108(384×70000×23.3) 9.441< Iy=93.78 (cm4)c) 强度计算强度荷载组合如下q1.4×1×Wk1.3×0.6×qEy 1.4×1×11.3×0.6×.124 1.497KNm2竖框所受线荷载为q强度q×B1.497×1.625 2.433KNm则：按双跨简支梁计算，竖框所受最大弯矩为 Mq强度·(L13L23)8×L 2.433×(.433.83)/(8×4.2) 3.978KN·m竖框所受轴向拉力为N1.2×G2.537KN竖框承载力应满足下式要求NA0M(·W)fa 式中： N竖框拉力设计值(KN)； M竖框弯矩设计值(KN·m)； A0竖框净截面面积(mm2)； W在弯矩作用方向的净截面抵抗矩(cm3)； 塑性发展系数，取1.05； fa竖框材料的强度设计值，取140Nmm2。则 NA0M(·W) 103×2.5371241103×3.978(1.05×29.55) 130.253 Nmm2< fa140 Nmm2所以竖框刚度和强度满足要求3) 横框的计算 横框受两个方向力的作用，一个是重力作用，另一个是垂直于玻璃表面的风荷载和地震作用。横框长1.625米，承担重力方向分格高1.05米，承担风荷载方向分格高1.05米。a) 荷载计算a.横框受重力作用时横框所承受的重力线荷载标准值为： qxk玻·t·H1×1.1 25.6×11×1.05×1.1/1000 .325 KNm 式中： 玻玻璃的密度，取25.6 KNm3 t 玻璃的总厚度 m； H1 自重方向分格高度 m；横框所承受的重力线荷载设计值为： qx1.2×qxk.39 KNmb.横框受风荷载和地震作用时： WkgZ·s·z·Wo 1.679×1.2×1.274×.35 .8981所以取Wk1 KNm2 qEyE·max·GA 5×.08×.5291.706 .124KNm2 式中：qEy作用于幕墙平面外水平分布地震作用(KNm2)； G 幕墙分格构件的重量(KN)； A 幕墙分格面积(m2)； max水平地震影响系数最大值，取.08； E动力放大系数，取5 。 其中 GH×B×t×玻×1.1 1.05×1.625×11×25.6× 1.1/1000 .529 AH×B1.05×1.625 1.706m2荷载组合值为 qyk(1.0×Wk0.6×qEy)×H2 (1×10.6×.124)×1.05 1.128KNm qy(1.0×1.4×Wk0.6×1.3×qEy)×H (1×1.4×10.6×1.3×.124)×1.05 1.572KNmb) 刚度计算横框的许用挠度为fB18016251809mm则按简支梁计算，横框所需的最小惯性矩为Iymin5×qxk×B4384E·f 5×.325×1.6254×108(384×70000×9) 4.684 cm4Iy37.67cm4Ixmin(25-10×H2/B2H4/8B4)×qyk×B41920E·f (25-10×1.052/1.62521.054/8×1.6254)×1.128×1.6254×108(1920×70000×9) 13.556 cm4Ix50.58cm4 式中：B玻璃分格宽度