幕墙结构计算书

1、 北京侨福花园EGW4钢缆玻璃幕墙工程 计 算 书北京侨福花园EGW4单索幕墙工程计算报告 2007.4目 录第一部分、计算说明3一、工程概况:31.概述：32.现场条件3二、工程设计依据:31.条件图及相关文件32.标准及规范3三、材料51.主要材料选取52.材料性能及有关数据5四、荷载和作用效应71.荷载：72.荷载组合：7五、其它：7第二部分、南立面单层索网玻璃幕墙计算8一、荷载计算8二、玻璃的结构计算：91.一般位置玻璃计算：92.角部位置玻璃计算：13三、单层索网计算211.概述：212.荷载：213.计算模型及计算软件：224.选用截面：235.计算结果：246.施工状态计算结果：

2、32第三部分、北立面单层索网玻璃幕墙计算34一、荷载计算34二、单层索网计算34第四部分、拉索夹具与拉索连接安全计算44一、概述：44二、连接螺栓计算：45三、拉索螺母的保证荷载计算：45四、拉索支座安全计算：46第一部分、 计算说明一、 工程概况:1. 概述：工程地理位置：北京。2. 现场条件基本荷载条件:l 基本风压：0.45kN/m2。l 基本雪压：0.40kN/m2。l 地震基本设防烈度：8度。l 结构重要性系数：0=1.0二、 工程设计依据:1. 条件图及相关文件条件图包括业主的相关文件及设计院提供的部分建筑施工图。2. 标准及规范幕墙的设计，遵照以下规范（规程）进行：l 幕墙工程技

3、术规范：玻璃幕墙工程技术规范 JGJ102-2003建筑玻璃应用技术规程 JGJ113-2003金属与石材幕墙工程技术规范 JGJ133-2001l 建筑及结构设计规范建筑设计防火规范 GBJ16-87（2001年版）高层民用建筑设计防火规范 GB50045-95（2001年版）建筑物防雷设计规范 GB50057采暖通风与空气调节设计规范 GBJ19民用建筑隔声设计规范 GBJ118民用建筑热工设计规范GB50176建筑结构可靠度设计统一标准 GB50068-2001建筑结构荷载规范 GB50009-2001建筑抗震设计规范 GB50011-2001钢结构设计规范 GBJ50017-2003l

4、 材料标准：钢化玻璃 GB/T9963-1998浮法玻璃 GB11614-99夹层玻璃 GB9962-1999三、 材料1. 主要材料选取玻璃：本工程所有玻璃均为钢化玻璃。钢结构：所有钢材采用Q345，相应焊条用E50系列优质低氢焊条。接驳件，全部采用不锈钢机加件，成套组装件。2. 材料性能及有关数据1) 弹性模量牌号弹性模量N/mm2泊松比N/mm2线膨胀系数以每计玻璃0.72×1050.20.81×10-5铝合金0.7×1050.332.35×10-5钢2.06×1050.31.2×10-5不锈钢2.06×1050.31

5、.8×10-5碳钢索1.5×1050.31.2×10-5不锈钢索1.35×1050.31.2×10-52) 铝合金型材的强度设计值a (N/mm2)铝合金牌号状态壁厚mm强度设计值a受拉、受压受剪局部承压6063T5不区分85.549.6120T6不区分14081.21616063AT51012472.2150T610147.785.71723) 玻璃的强度设计值： 类型厚度mm强度设计值大面侧面钢化玻璃51284.058.8151972.050.4屋面用钢化玻璃42.04) 材料重力体积密度根据玻璃幕墙工程技术规范JGJ 102-2003之荷

6、载的作用,玻璃幕墙结构材料的重力体积密度可按下列数据采用：建筑玻璃 25.6 kN/玻璃棉 0.51.0 kN/铝合金 28.0kN/钢材 78.5kN/四、 荷载和作用效应1. 荷载：幕墙结构在设计时考虑以下荷载和作用效应组合：l 风荷载l 幕墙自重l 施工荷载l 地震作用l 温度应力l 主体结构变形2. 荷载组合：根据建筑结构荷载规范和玻璃幕墙工程技术规范之精神，应根据使用过程中在结构上可能同时出现的荷载，按承载能力极限状态和正常使用极限状态分别进行荷载组合，并取各自的最不利的效应组合进行设计。五、 其它：允许最大挠度钢结构构件容许挠度不得大于其跨度的1/250。铝合金型材容许挠度不得大于

7、其跨度的1/180。单层索网容许挠度不得大于其跨度的1/55。第二部分、 南立面单层索网玻璃幕墙计算一、 荷载计算基本风压w0:0.45KN/m2计算高度处离地面距离:58m地面粗糙度类别:C类玻璃面积或从属面积3.30风压高度变化系数mZ:1.34 立面风荷载体型系数mS:1.00 立面风荷载体型系数mS1:0.90 瞬时风压的阵风系数bgz:1.70 立面风荷载标准值:wK=bgzmZmS1w0=1.7×1.335×（0.9+0.2）×0.451.12KN/m2玻璃面密度:0.64KN/m2配件：0.10KN/m2幕墙恒荷载标准值:0.74KN/m2设防烈度:

8、8度动力放大系数bE:5.0设计基本地震加速度0.20 g水平地震影响系数最大值amax:0.16水平地震作用标准值：qEK=bEamaxGAK=5×0.16×0.740.59 KN/m2立面水平荷载设计组合值:qH=1.4wK+0.5×1.3qEK=1.4×1.12+0.5×1.3×0.5921.95KN/m2根据风洞试验结果，风荷载标准值取负压-2.2KPa，正压1.8 KPa。二、 玻璃的结构计算：1. 一般位置玻璃计算：立面玻璃为12+1.52PVB+12mm钢化夹层玻璃。玻璃折算厚度及荷载分配情况：荷载标准组合值 KN/m2

9、2.20 荷载设计组合值 KN/m23.46 玻璃1厚度T1（mm）12 玻璃2厚度T2（mm）12 玻璃折算厚度T（mm）15.12 玻璃1荷载分配系数S10.50 玻璃2荷载分配系数S20.50 玻璃1分配的荷载标准值1.10 玻璃2分配的荷载标准值1.10 玻璃1分配的荷载设计值1.73 玻璃2分配的荷载设计值1.73 1）计算假定：计算分析采用ANSYS微机有限元分析通用程序。荷载作用于玻璃面上，通过爪件传递到钢结构。将扣件作为玻璃的铰支点。按4点简支板计算。在计算时依据实际情况取1/4对称部分。尺寸简图如下： 玻璃尺寸简图玻璃计算模型图如下：2）玻璃应力计算结果：正面背面：玻璃板最大

10、应力=48.7N/mm2<玻璃大面强度设计值=84N/mm2，满足要求。3）玻璃变形计算结果： 玻璃板最大变形为30.9mm<玻璃挠度允许值2100/6035mm。综上所述，玻璃的强度和刚度均满足要求，玻璃安全，可靠。2. 角部位置玻璃计算：立面玻璃为12+1.52PVB+12mm钢化夹层玻璃。玻璃折算厚度及荷载分配情况：荷载标准组合值 KN/m22.20 荷载设计组合值 KN/m23.46 玻璃1厚度T1（mm）12 玻璃2厚度T2（mm）12 玻璃折算厚度T（mm）15.12 玻璃1荷载分配系数S10.50 玻璃2荷载分配系数S20.50 玻璃1分配的荷载标准值1.10 玻璃2

11、分配的荷载标准值1.10 玻璃1分配的荷载设计值1.73 玻璃2分配的荷载设计值1.73 1）计算假定：计算分析采用ANSYS微机有限元分析通用程序。荷载作用于玻璃面上，通过爪件传递到钢结构。将扣件作为玻璃的铰支点。按两点一边简支板计算，其中一点施加位移荷载。尺寸简图如下： 玻璃尺寸简图2）位移值确定：东南面索变形图：西北面索变形图：取位移值82.5mm。3）玻璃计算模型图如下：4）玻璃应力计算结果：正面背面：玻璃板最大应力=59.5N/mm2<玻璃大面强度设计值=84N/mm2，满足要求。5）玻璃变形计算结果： 综上所述，玻璃的强度满足要求，玻璃安全，可靠。三、 单层索网计算1. 概述

12、：结构形式：单层索网，荷载通过玻璃传递到单索，再传递到主体结构。2. 荷载：每点受载面积：3.3m2 每点水平荷载标准值：3.3*2.2=6.6 KN 每点恒荷载标准值：3.3*0.74=2.44 KN考虑温度差正负34度基本组合：1.2恒载+水平荷载设计值+预拉力设计值1.2恒载+水平荷载设计值+预拉力设计值+1.2×0.6降温标准组合：1.0恒载+1.0风荷载+预拉力标准值1.0恒载+1.0风荷载+预拉力标准值+0.6升温1.0恒载+1.0升温+预拉力标准值+0.6风荷载同时考虑施工状态，以确定预应力及提供施工依据：施工组合：自重+预拉力标准值3. 计算模型及计算软件：计算分析采

13、用ANSYS微机有限元分析通用程序。计算单元为LINK10单元，用于模拟钢索。计算采用大变形非线性方法。根据考虑结构变形引起的结构刚度变化。结构自重由程序自动计算。计算模型如下图：加载计算模型如下图：4. 选用截面：选用截面：索规格表竖索(34)横索(24)1x911x37抗拉破断强度14501450(Mpa)截面面积671.5 323.87(mm2)弹性模量1.35E+051.35E+05(N/mm2)最小破断力762.4367.7(kN)索设计承载力423.5204.3 (kN)索设计应力(N/mm2)630.8630.85. 计算结果：索最大轴向应力包络图：610 KN/mm2 630.

14、8 KN/mm2,满足要求1.2恒载+水平荷载设计值+预拉力设计值组合索轴力图：详细数值见附件：1.2恒载+水平荷载设计值+预拉力设计值组合索轴力.lis1.2恒载+水平荷载设计值+预拉力设计值+1.2×0.6降温组合索轴力图：详细数值见附件：1.2恒载+水平荷载设计值+预拉力设计值+1.2×0.6降温组合索轴力.lis索单元编号图一（上半部分）：索单元编号图二（下半部分）：索变形计算包络值： 钢结构变形计算包络值：最大位移：217mm，小于位移限值12375/55225.0mm，满足要求。6. 施工状态计算结果：竖索预应力图：横索预应力图：详细预应力结果见附件：南立面索预

15、应力.lis第三部分、 北立面单层索网玻璃幕墙计算一、 荷载计算1. 立面幕墙荷载值：根据风洞试验结果，风荷载标准值取负压-2.0KPa，正压2.1 KPa。二、 单层索网计算1. 概述：结构形式：单层索网，荷载通过玻璃传递到单索，再传递到主体结构。2. 荷载：每点受载面积：3.3m2 每点水平荷载标准值：3.3*2.1=6.3 KN 每点恒荷载标准值：3.3*0.74=2.44 KN考虑温度差正负34度基本组合：1.2恒载+水平荷载设计值+预拉力设计值1.2恒载+水平荷载设计值+预拉力设计值+1.2×0.6降温标准组合：1.0恒载+1.0风荷载+预拉力标准值1.0恒载+1.0风荷载

16、+预拉力标准值+0.6升温1.0恒载+1.0升温+预拉力标准值+0.6风荷载同时考虑施工状态，以确定预应力及提供施工依据：施工组合：自重+预拉力标准值3. 计算模型及计算软件：计算分析采用ANSYS微机有限元分析通用程序。计算单元为LINK10单元，用于模拟钢索。计算采用大变形非线性方法。根据考虑结构变形引起的结构刚度变化。结构自重由程序自动计算。计算模型如下图：加载计算模型如下图：4. 选用截面：选用截面：索规格表竖索(34)横索(24)1x911x37抗拉破断强度14501450(Mpa)截面面积671.5 334.6(mm2)弹性模量1.35E+051.35E+05(N/mm2)最小破断

17、力762.4379.9(kN)索设计承载力423.5211.0 (kN)索设计应力(N/mm2)630.8630.85. 计算结果：索最大轴向应力包络图：544.6 KN/mm2 630.8KN/mm2,满足要求1.2恒载+水平荷载设计值+预拉力设计值组合索轴力图：1.2恒载+水平荷载设计值+预拉力设计值+1.2×0.6降温组合索轴力图： 变形计算包络值： 最大位移：169.9mm，小于位移限值10600/55=192.7mm,满足要求。6. 施工状态计算结果：竖索预应力图：竖索最大预应力290KN横索预应力图：横索最大预应力148KN第四部分、 拉索夹具与拉索连接安全计算一、 概述

18、： 拉索夹具与拉索连接详图拉索幕墙最大玻璃板块尺寸2112.5mm×1600mm玻璃种类为12+1.52PVB+12钢化夹胶玻璃单块玻璃板块+夹具自重设计值: Q=25.6×0.024×2.113×1.6+0.1=2.18 KN玻璃板块与夹具的自重是通过夹具与不锈钢拉索之间的摩擦荷载支承的. 夹具与不锈钢拉索之间的连接通过2M12X55螺栓预紧实现的玻璃板块承受的正风压通过夹具传递给不锈钢拉索. 由夹具连接详图分析可以知道，此工况作用下夹具满足安全要求。玻璃板块承受的负风压夹具通过夹具传递给不锈钢拉索. 由夹具连接详图分析可以知道，此工况作用下固定夹具前

19、盖板的M12X80螺栓以及固定夹具后压块的2M12X85螺栓需要计算确定是否满足安全要求。二、 连接螺栓计算：夹具与不锈钢竖向拉索之间的连接均采用M12不锈钢螺栓,A2-70.（提高强度）型号A2-70极限抗拉强度700 Mpa抗拉强度设计值 320 Mpa抗剪强度设计值 245 MpaM12不锈钢螺栓的预紧力: P0=Kn.Q/z.m.u=1.1×2.18/2×1×0.3=4.0 KN式中: Kn-可靠性系数,取1.1; m-摩擦面数量,取m=1; z-螺栓的数量; u-连接摩擦副的摩擦因数,对本工程取0.30M12不锈钢螺栓的抗拉承载力设计值: Ntb=.de

20、2.ftb/4=3.14×10.12×320/4=25.6 KN> P0=4.0 KN夹具与不锈钢竖向拉索之间摩擦承载能力满足设计要求.根据风洞试验结果，西北入口处拉索幕墙玻璃板块承受的负风压值最大，其值为： F=2.50×2.113×1.6=8.45 KN< Ntb=25.6 KN 连接螺栓的承载能力满足设计要求。三、 拉索螺母的保证荷载计算： 根据设计要求，横向拉索端头采用一个1型M45六角螺母（GB/T 6170-2000）和一个配套的六角薄螺母（GB/T 6170-2000）；竖向拉索端头采用一个1型M60六角螺母（GB/T 6170-2000）和一个配套的六角薄螺母（GB/T 6170-2000）。薄螺母仅作为防止螺纹松脱使用，因此在计算时仅计算1型六角螺母的保证荷载，这样的计算结果偏于安全。所有螺母性能等级均为5级。 根据螺母的保证荷载 粗牙螺纹保证荷载（GB/T 3098.2-2000）的要求，由于该规范对螺纹保证荷载的最大螺