单索结构玻璃幕墙结构计算

1、文档来源为 :从网络收集整理.word 版本可编辑 .欢迎下载支持 .第三部分、单索结构玻璃幕墙结构计算第一章、荷载计算一、计算说明本章我们计算的是位于群楼部分的单索结构玻璃幕墙，单索结构幕墙总高度36.430 m ，总长度24 m。整个单索玻璃幕墙的主立面为一双曲平面，计算时，取风荷载计算部分表3-1中 XX 风荷载进行计算，在此部分单层拉索点式玻璃幕墙的最大水平分格为a=1960 mm，竖向分格为b=1921 mm，标准层层高为H=4.2 m 。幕墙位于A 座北立面的4 轴与 D 轴的交汇处，幕墙形式及做法见投标图中DY-M02。支撑结构采用钢结构支撑体系。二、单索玻璃幕墙的自重荷载计算（

2、可按具体工程状况进行荷载工况分析）1、玻璃幕墙自重荷载标准值计算GAK：玻璃面板自重面荷载标准值玻璃面板采用 TP8+1.14PVB+TP8 mm厚的中空钢化玻璃GAK=（8+8）× 10-3 × 25.6=0.41 KN/m 2GGK：考虑各种零部件和索件等后的玻璃幕墙重力荷载标准值GGK=0.45 KN/m 22、玻璃幕墙自重荷载设计值计算r G：永久荷载分项系数，取r G=1.2按玻璃幕墙工程技术规范JGJ102-2003 第GG：考虑龙骨和各种零部件等后的玻璃幕墙重力荷载设计值GG=r G· GGK=1.2 × 0.45=0.54 KN/m 2三

3、、单索玻璃幕墙结构承受的风荷载计算说明：根据点支式幕墙工程技术规程（CECS127 2001），在计算点支式支撑结构风荷载标准值时，取风阵系数进行计算，其计算过程有待进一步修正。此处只是取其意，具体计算过程暂不能作为本版标准计算书的正确部分。1、水平风荷载标准值计算1文档来源为 :从网络收集整理 .word版本可编辑 .欢迎下载支持 .00.45 KN/m2W：作用在幕墙上的风荷载基本值按建筑结构荷载规范GB50009-2001 附表 D.4 （按 50年一遇）H：单索结构玻璃幕墙钢结构高度，取H=36.430 mT：结构的基本自振周期, 取 T=0.474 s按建筑结构荷载规范GB50009

4、-2001 附表 ET=0.013H=0.013 × 36.43=0.474 s：脉动增大系数，取 =1.779由 W0·T2=0.62 × 0.45 × 0.474 2 =0.063 ，查建筑结构荷载规范GB50009-2001 表：脉动影响系数，取 =0.806由 c 类地区，单索结构高度36.43 m ，查建筑结构荷载规范GB50009-2001 表 Z：风压高度变化系数，取Z=0.74按建筑结构荷载规范GB50009-2001 表 7.2.1 Z：风振系数按建筑结构荷载规范GB50009-2001 表 7.4.2 Z=1=1 1.7790.806

5、1.0=2.435ZZ0.999 S：风荷载体型系数，取S=-1.2按建筑结构荷载规范GB50009-2001 第WK：作用在幕墙上的风荷载标准值WK=1.1 z· S· Z·W0=1.1 × 2.435 ×（ -1.2 ）× 0.74 × 0.45=-0.9 KN/m2（负风压）取 WK=1.0 KN/m 22、水平风荷载设计值计算r W：风荷载分项系数，取r W=1.4按玻璃幕墙工程技术规范JGJ102-2003 第W：作用在幕墙上的风荷载设计值W=rW· WK=1.4 ×1.0=1.4 KN/m 2

6、四、荷载组合（面板）1、风荷载和水平地震作用组合标准值计算 W：风荷载的组合值系数，取 W=1.0按玻璃幕墙工程技术规范JGJ102-2003 第 E：地震作用的组合值系数，取 E=0.5按玻璃幕墙工程技术规范JGJ102-2003 第qK= W· WK+ E· qEK=1.0 ×1. 0+0.5 ×0. 64=1.32 KN/m 22文档来源为 :从网络收集整理.word 版本可编辑 .欢迎下载支持 .2、风荷载和水平地震作用组合设计值计算q= W·W+ E·qE=1.0 × 1.4+0.5 ×0. 832=1.

7、816 KN/m 2五、荷载组合（支撑结构）1、风荷载和水平地震作用组合标准值计算 W：风荷载的组合值系数，取 W=1.0按玻璃幕墙工程技术规范JGJ102-2003 第 E：地震作用的组合值系数，取 E=0.5按玻璃幕墙工程技术规范JGJ102-2003 第qK= W· WK+ E· qEK=1.0 ×1. 0+0.5 ×0. 64=1.32 KN/m 22、风荷载和水平地震作用组合设计值计算q= W·W+ E·qE=1.0 × 1.4+0.5 ×0. 832=1.816 KN/m 23文档来源为 :从网络收集整

8、理.word 版本可编辑 .欢迎下载支持 .第二章、点支式玻璃面板计算一、计算说明玻璃面板选用TP8+1.14PVB+TP8mm厚的半钢化夹胶玻璃。采用250 系列驳接爪，点式玻璃幕墙玻璃面板支撑点位置如下图所示。二、主要参数幕墙分格宽度：B=1960 mm；幕墙分格高度：H=1921 mm；支撑点间玻璃面板短边边长：a=H-2 × C=1921-2×120=1681 mm；支撑点间玻璃面板长边边长：b=B-2 × C=1960-2×120=1720 mm；玻璃承受的风荷载标准值为：2W=1.0 KN/m；K玻璃承受的风荷载设计值为：W=1.4 KN/m

9、2；外片玻璃的厚度为：t =8 mm；1内片玻璃的厚度为：t 2=8 mm；玻璃孔边距 :C=120 mm。三、玻璃面板强度校核1、校核依据：根据玻璃幕墙工程技术规范JGJ102-2003 第6mqb22t2f g1=39 N/mm 。：玻璃面板在荷载作用下产生的应力；m ：四点支撑玻璃板的弯矩系数；由 a = 1681 =0.977 ，查玻璃幕墙工程技术规范JGJ102-2003 表，得 m =0.1528 。b1720q ：玻璃面板受到的组合荷载设计值；t ：玻璃计算厚度；：玻璃的应力折减系数；4文档来源为 :从网络收集整理.word 版本可编辑 .欢迎下载支持 .b ：支撑点间玻璃面板长

10、边边长。根据玻璃幕墙工程技术规范JGJ102-2003第，夹胶玻璃的内外片玻璃承受的荷载分q t13t13t 23别为 q外t 23 、 q内q t13t23 。由于我们使用的夹胶玻璃内外片均为钢化玻璃，而且厚度相同，所以根据以上的公式，我们可以看出在相同的条件下，内外片的玻璃承受的荷载一样大，所以我们只需验算外片的玻璃是否满足强度条件要求即可。2、外片玻璃面板强度校核1) 外片玻璃荷载计算根据玻璃幕墙工程技术规范JGJ102-2003第t 1、 t 2：夹胶玻璃内外片玻璃的厚度，取t 1=t 2=8 mmq 外 ：外片玻璃承受的组合荷载设计值t131.816832q外 qt 2383 =0.

11、908 KN/mt13832) 外片玻璃强度校核根据玻璃幕墙工程技术规范JGJ102-2003公式q外 b 40.90810 317204=26.9Et 40.7210584查玻璃幕墙工程技术规范JGJ102-2003 表外片玻璃的应力折减系数1 =0.8972外片玻璃在水平组合荷载作用下产生的应力为= 60.15280.90810 31720 20.89728 2=32.93 N/mm 2 f g1 =39 N/mm2外片玻璃面板强度满足设计要求。故玻璃面板强度满足设计要求。四、玻璃面板挠度校核1、校核依据：根据玻璃幕墙工程技术规范JGJ102-2003 第d f =K b4bD d f ,

12、lim =60d f ：风荷载标准值作用下挠度最大值；：四点支承玻璃面板的挠度系数；由边长比 a1681=0.977 ，查玻璃幕墙工程技术规范JGJ102-2003 表b17205文档来源为 :从网络收集整理.word 版本可编辑 .欢迎下载支持 .=0.02507 。K ：风荷载标准值；b ：支撑点间玻璃面板长边边长；D ：玻璃刚度；：玻璃挠度折减系数2、挠度计算1) 夹胶玻璃风荷载标准值WK=1.0 KN/m 22)夹胶玻璃等效计算厚度te ，根据玻璃幕墙工程技术规范JGJ102-2003 公式3t3=38383=10.08 mmte = 3 t123)玻璃刚度 D ，根据玻璃幕墙工程技术

13、规范JGJ102-2003公式Et 30.7210 510.0836D=12(1v 2 )=12(10.22 )=6.4 ×10N·mm4) 夹胶玻璃挠度折减系数根据玻璃幕墙工程技术规范JGJ102-2003公式K a41.010 3168144 =11.44 =0.7210510.08Et e查玻璃幕墙工程技术规范JGJ102-2003表玻璃面板的挠度折减系数=0.9565）点支式玻璃在风荷载作用下产生的挠度d f =K b4D= 0.02507 1.0 10 3 17204 0.9566.4 106b1720=27.5mm d f ,lim =28.7 mm点支式玻璃面

14、板挠度满足设计要求。第三章、单索计算理论分析一、单索计算力学分析本工程采用单索受力模型，对单索而言受力如下：6文档来源为 :从网络收集整理.word 版本可编辑 .欢迎下载支持 .其中P： 索节点力 KNa： 索节间长度mL： 索跨度 m: 索最大挠度n： 节间数L=（2n+1）a（本版计算书仅出当为奇数是情况，偶数部分暂不会推导，望公司同事能就为偶数状况时进行推导，提供看法共同就这一问题进行探索。）二、总变形与由最后一节拉索引起拉伸变形见的关系式当 很小， tan L，依据平衡条件可得：(n)-(n) 索系平衡条件Y02Tn×Sin n2nPTn 2npn ap -（ 5）2sin

15、nnn是由 Tn 作用于最后一节拉索，使其拉伸而产生，依照虎克定律，则： Tna22a1(n ) 21nEFaa依照台劳级数：1x1(1) x(1) x2.-1 x1224当 x 很小时，1x1 ( 1 )x2由于n 很小，故1(n )211 ( n )2aa2a即： Tna 22a1 ( n ) 211 ( n )2anEFa2 aTn1 (n )2-（ 6）EF2a将式（ 5）代入式（6）得： n ap11 ( n )2nEF2a推导化简可得：nP 1 EF ( n )3 (7)2a依据 (n-1)-(n-1) 索系平衡条件，同理可得：7文档来源为 :从网络收集整理.word 版本可编辑

16、.欢迎下载支持 .(n-1)P 1 EF (n 1 ) 32a依据 (n-2)-(n-2) 索系平衡条件，同理可得：(n-2)P 1 EF (n2 )32a2P 1EF(2 )32a依据 (1)-(1) 索系平衡条件，同理可得：P 1EF(1)32a依据以上各式可得：3n 1n 1n3n3n (n1)312313n ( n 1)n (n 2) n ( n 2)2 n nnn 1+2+3+n-2+n-1+n(3 13 23 33 n 23 n 13n ) nnnnnnn设：B= 3 13 23 33 n 23 n 1 3 nnnnnnn则： Bn (8)三、不施加预拉力 T0 力学分析：当不施加

17、预拉力T 0 时，则 n是由 Tn 作用于最后一节拉索，使其拉伸而产生。设：总荷载 PZ =2NP ，矢跨比 =依照 (7)、 (8) 两式，则：(2n1)aPZ=2nP EF ( 2n 1)3EF32np (9)B2 sinn从（ 9）式可看出：总荷载PZ =2nP 与矢跨比 不是线性关系，这就是说，尽管单根拉索符合虎克定律，即单根拉索的拉力和拉索的伸长变形存在线性关系，也尽管由这些拉索组成的拉索结构在结构外力PZ 作用下，结构的挠度变形 与跨度 L=(2n+1)a 比很小，但由这些拉索组成的拉索结构变形和结构外力 PZ 却不是线性关系，点支式玻璃幕墙的拉索结构是非线性结构。8文档来源为 :

18、从网络收集整理.word 版本可编辑 .欢迎下载支持 .np2BB3132220.18-（ 10）Tnap2(2n1)2(2n1)2(221)nTn 是最后一节拉索的拉力，是最大的拉力，也是主体结构的瞄具承受的最大拉力，据此可进行拉索的强度设计计算。四、施加预拉力T0 力学分析：拉索结构施加预拉力 T0 是在未受外载荷之前完成的， 受到外载荷之后， 拉索产生了新的内力 T，尽管 T0 和 T共同平衡外力，但只有 T产生拉索结构变形挠度 n0 ，设未加预拉力时拉索拉力为 T，预拉力 T0 KT ，则 TT-KT ，(1K )T2n0- （ 11）依照（ 6）式得：EF2a2T21 ( n )22

19、(1n0EFK )a22 an0n依照（ 8）式，上式可转换为：0 - （ 12）五、弹簧装置的弹性系数EP的设计分析：当挠度值0确定后，在外载荷不变时，索的总内力T 也确定。拉索结构施加预拉力T0是在未受外载荷之前完成的， 挠度 0是受到外载荷之后产生的， 受到外载荷之后拉索产生了新的内力 T，尽管 T0 和 T共同平衡外力，但只有 T产拉索结构变形挠度 0，索的锚具变形、支承结构变形、温差及拉索松弛等，都会造成预拉力损失，一旦预拉力变化，则产生新的静力平衡，挠度0也将变化，如果还要保持原挠度0也不改变，可采用弹簧装置。其弹性系数 EP 的设计分析如下：设预拉力T01 =K1T ，T02 =

20、K2T ，拉索弹性系数ES，弹簧装置弹性系数 EP 。 0不变，根据式（ 5），不变；根据式（ 7）得： T K1TTK 2TES FEPESES (K1K 2 )EPK119文档来源为 :从网络收集整理.word 版本可编辑 .欢迎下载支持 .第四章、单索选择计算一、基本参数点式玻璃幕墙采用预应力单索式结构，水平荷载由自平衡索承受，自重荷载由竖向索承受，横向索长度 L=9.65 m ，竖向索长度 H=9.65 m ；横向分格 B=1.93 m, 竖向分格 h=1.93 m ；钢索的强度设计值为 1320 N/mm 2，强度标准值为 600 N/mm2。二、设计荷载K1.32 KN/m2q :

21、 水平面荷载标准值q：水平面荷载设计值1.816 KN/m 2NK：集中荷载标准值NK=qK· B· H=1.32× 1.93 × 1.93=4.917 KN/mN：集中荷载设计值N=q B · H=1.816 ×1.93× 1.93=6.764 KN/m三、拉索计算本工程选用双向单索双向受力，两个方向选用相同的索，同时选用最不利玻璃分格为正方形，根据刚性相等原理对荷载进行分配，索跨为9.65 m。1) 每根索所承受的力N6.764P= =3.382 KN2 22) 索不加预拉力 T0 索所受的拉力计算：其中，B：常数 B=

22、 3 13 23 33 n 23 n 13 n =1.8nnnnnnn: 节间数 由 L= （ 2n+1） a 得 n=2 2n+1:节点间的段数：索的矢跨比 取为 1/50P1: 索所受总荷载故 索不加预拉力T0 索所受的拉力为：10文档来源为 :从网络收集整理.word 版本可编辑 .欢迎下载支持 .P1B=3 3.3821.8T191.314 KN2 (2n1)5250索预拉力 T0 （本工程按0.5T 考虑）T0T91.314245.657 KN2作用在索上的总拉力为：TnTT091.31491.314136.97 KN2考虑到索的安全性，取 1.8的安全系数最终作用在索杆上的拉力为：

23、Tn'1.8Tn1.8 136.97246.55 KNTn'246.55 103选用拉索截面积： A=186.8 mm 213201320故选用 19.5 mm 的索。四、弹簧装置的弹性系数EP 计算由 EPES (K1K 2 ) 知当弹簧装置的弹性系数EP 与拉索弹性系数 ES 相等，即使预拉力全1K1部损失，外载荷不变，索的总内力T 和原挠度 0都不改变。11文档来源为 :从网络收集整理.word 版本可编辑 .欢迎下载支持 .第五章、支撑钢架计算（按具体工程计算）一、计算说明：拉索点式玻璃幕墙， 由索结构承受荷载， 再由拉索传给支撑钢结构， 最终传到主体结构。本工程钢结构

24、支撑为一钢架结构， 整体承受由索传递的荷载。 由有限元计算软件 SAP2000 建模计算。玻璃幕墙支承结构为连接在钢管结构上的双向单层索网，钢管结构支承在主体建筑结构和基础上；抗震设防烈度为8 度，设计基本地震加速度0.20g（第一组）。场地土类别为III 类。基本风压取0.45 kN / m 2 ，地面粗糙度按C 类。二、学模型：按具体工程三、荷载分析：荷载需进行工况分析，按工况进行加荷。此处不作详叙，按具体工程考虑。四、杆件计算：钢结构杆件验算：杆件 1： 550× 20mm圆钢管1、 通过有限元结构计算软件SAP2000计算得到的杆件内力：轴力： N 944.3 N弯矩： M

25、X 452.3 KN · mM y 349.1 KN · m2、 杆件强度校核：1） 校核依据：该杆件为拉弯、压弯构件，根据钢结构设计规范GB50017-2003 第弯矩作用在主平面内的拉弯构件和压弯构件，其强度应按下列规定计算：式中 X 、 y 与截面模量相应的截面塑性发展系数，应按钢结构设计规范 GB50017-2003 表， X = y =1.1512文档来源为 :从网络收集整理.word 版本可编辑 .欢迎下载支持 .2） 强度校核：944.3103452.2106349.110 61.1542579721.15425797233301=192.0 N/mm 2 f

26、 g 215 N/mm 2杆件强度满足设计要求3、压弯构件在弯矩作用下平面内外稳定性校核：1）校核依据：根据钢结构设计规范GB50017-2003 第弯矩作用在两个主平面内的双轴对称截面的压弯构件，其稳定性应按下列公式计算：Ntx M xty M yf（y ANby WyxWx 10.8N EXNtx M xmyM yf（y AbxWxNyW y10.8N Ey式中 x 、 y 对强轴 x x 和弱轴 y y 的轴心受压构件稳定系数；b x 、 b y 均匀弯曲的受弯构件整体稳定性系数，按钢结构设计规范 GB50017-2003附录 B 计算，其中工字形（含 H 型钢）截面的非悬臂（悬伸）构件

27、b x 可按附录 B 第 B.5 节确定， b y 可取 1.0；对闭口截面，取b xby1.0；M x 、 M y 所计算构件段范围内对强轴和弱轴的最大弯矩；N Ex 、 N Ey 参数， N Ex2 EA / 1.1 x2， N Ey2 EA / 1.1 2y ；Wx 、 Wy 对强轴和弱轴的毛截面模量；mx 、 my 等 效 弯 矩 系 数 ，应 按 钢 结 构 设 计 规范 GB50017-2003第 ； 取mx = my =0.85（构件产生同向曲率） 。tx 、 ty 等效弯矩系数， 应按钢结构设计规范 GB50017-2003 第；取 tx =ty =0.85（构件产生同向曲率）

28、 。截面影响系数，闭口截面0.7 ，其他截面1.03） 构件的计算长度、长细比、欧拉临界力及稳定性系数的计算杆件的计算长度为 L0=7545.75mm， 550× 20mm圆钢管的回转半径I x1170942268ix i y =187.517 mmA33301杆件的长细比 L0 7545.75 40.24i187.51713文档来源为 :从网络收集整理 .word 版本可编辑 .欢迎下载支持 .杆件的稳定性系数，查钢结构设计规范GB50017-2003 附录 C 得 x y 0.941N Ex N Ey 2EA/ 1.12 3.14159 2206000 33301=38.015&

29、#215; 106N1.140.2424） 平面内外稳定性校核：Ntx M xty M y=1 byWyy AxWx10.8NN EX9441030.85 452.1060.7 0.85349.1 1060.941333011.154257972 10.8 944.31.0425797238015 159.0 N/mm f g 215 N/mm2 Ntx M xmy M yy AbxW x1 0.8NyWyN Ey9441030.7 0.85452.21060.85349.11060.941333011.042579721.154257972 1944.30.838015 155.1 N/mm

30、 2 f g 215 N/mm 2杆件的稳定性满足设计要求。由有限元结构计算软件SAP2000计算可知钢结构各构件的强度和稳定性能满足设计要求，以下是对承受较大弯矩和轴力的杆件进行校核。连接处焊缝计算：1、焊缝荷载选取承受弯矩、轴力和剪力较大处的焊缝进行计算，通过有限元结构计算软件SAP2000计算得到的弯矩、轴力、剪力为：杆件 1228 端部（采用角焊缝连接）：轴力： N 618.56 KN剪力： V X =49.00 KNV y =53.51 KN弯矩： M X 67.44 KN · mM y 126.47 KN · m焊缝受到的剪力：V VXVY=49 .0053 .

31、51 =72.56 KN2、角焊缝截面正投影3、角焊缝强度验算：14文档来源为 :从网络收集整理.word 版本可编辑 .欢迎下载支持 .角焊缝正应力：NM XM yWxWyhe l wNM XM yAWxWy618.5610367.4410 6126.471062121917352201735220=140.90 N/mm 2f t w 160 N/mm 2角焊缝剪应力： heV V =72.56103=3.42 N/mml wA21219折算应力：23 2 140.902 3 3.422 141.02 1.1 ft w g 1.1× 160=176 N/mm 2焊缝强度满足设计要

32、求。五、埋件计算预埋件与拉杆的连接：1、连接件计算连接件采用 60mm耳板，材料为 Q235B钢板，耳板通过 60mm销钉与拉杆连接，荷载计算：用 SAP2000计算得到的支座处杆件轴心拉力可知JOINTLOADF1F2F3M1M2M325DSTL2-163.036298.5635972.6439000拉杆拉力： N= F12F22F32 = 163.03298.562972.642 =991.12 KN支座弯距： M=0（铰接）采用销钉连接时，销钉所受的剪力V= N=991.12 KN3.1416602销钉承受双剪，抗剪承载力：NV =4×1254=1413.72 KN > 991.12 KN