幕墙横竖框的手算计算方法

*《幕墙横竖框的手算计算方法》

*二、幕墙所受的力及传递形式三、荷载的计算方法四、荷载组合方法五、计算公式及结果校核六、总结七、计算实例一、概述*一、概述

在我们的日常工作中，使用《远大幕墙计算书》（以下简称《计算书》）来进行幕墙设计是很方便的，所以我们每个人都应该熟练掌握《计算书》的使用方法。但是，仅仅会使用《计算书》还是不够的，我们还要掌握幕墙中荷载的取值、受力方式、计算公式以及校核标准。如果这些东西我们掌握了，一方面提高了我们的工作效率，另一方面也体现了我们的能力。基于上面的考虑就引出了我今天要讲的内容-----《幕墙横竖框的手算计算方法》*二、幕墙所受的力及传递形式

（一）幕墙所受的力：通常我们所接触的幕墙主要承受以下荷载：①维护面材及支撑龙骨的重力荷载（竖直向下）；②垂直于幕墙表面的风荷载；③垂直于幕墙表面的水平地震作用；④平行于幕墙表面的地震作用。注：一般来讲，当在两竖框间设有横框，并且竖框的跨度不是很大时，我们认为上面的第④项荷载不予考虑。*

（二）幕墙中荷载的传递形式面板自重两点集中力明框幕墙幕墙横框幕墙横框均布荷载转为竖框轴力埋件通过转接件以弯矩和剪力形式传递主体结构（2）垂直于幕墙表面的荷载（风+地震）风+地震维护面材三角形荷载如图横框梯形荷载竖框横框以集中力形式传给竖框竖框通过转接件以拉力形式埋件主体结构（1）竖直荷载（面板及框的自重）*三、荷载的计算方法假设北京某地区：幕墙的分格宽为B（m），层间高度为L（m），玻璃的最大分格高为L0（m），并且L>B，玻璃的总厚度为t（mm），危险标高为Z（m），C类地区，体型系数取1.2。（1）横框所受荷载标准值的计算（2）竖框所受荷载标准值的计算*（1）横框所受荷载标准值的计算1.重力荷载标准值计算（SGK）qhgk＝（t/1000×2560×10×1.1）×L0/1000---单位为N/mm2.风荷载标准值计算（SWK）qhwk＝WK×B/1000(WK的算法这里不作说明)---单位为N/mm3.水平地震作用标准值计算（SEK）qhek＝（t/1000×2560×10×1.1）×0.8×B/1000注意如图---单位为N/mm*（2）竖框所受荷载标准值的计算1.重力荷载标准值计算（SGK）qsgk＝（t/1000×2560×10×1.1）×B/1000---单位为N/mm2.风荷载标准值计算（SWK）qswk＝WK×B/1000(WK的算法这里不作说明)---单位为N/mm3.水平地震作用标准值计算（SEK）qsek＝（t/1000×2560×10×1.1）×0.8×B/1000---单位为N/mm*四、荷载组合方法一般来讲，当我们验算横竖框时，只采用两种组合即可：①承载能力极限状态下荷载组合（我们常说的强度组合）②正常使用极限状态下荷载组合（我们常说的挠度组合）下面分别介绍这两种组合：*（1）承载能力极限状态下荷载组合上式中：风荷载标准值；地震作用标准值；风荷载的组合值系数，取1.0；地震荷载组合值系数，玻璃幕墙取0.5，金属与石材幕墙取0.6重力荷载标准值；重力荷载分项系数，取1.2；风荷载分项系数，取1.4；地震作用分项系数取1.3；注意：上式给出的是矢量组合，实际上SGK,SWK和SEK*（2）正常使用极限状态下荷载组合风荷载的组合值系数，取1.0；重力荷载分项系数，取1.0；风荷载分项系数，取1.0；地震作用分项系数，玻璃幕墙取0，金属与石材幕墙取1.0；注意：上式给出的是矢量组合，实际上SGK,SWK和SEK上式中：地震荷载组合值系数，玻璃幕墙取0，金属与石材幕墙取0.6。*五、计算公式及结果校核本文给出的计算公式为单跨简支梁计算公式，双跨梁和连续梁的计算相对比较复杂，一般需要借助计算机来完成。（一）承载能力极限状态下计算公式（强度计算）（1）竖框强度计算公式（吊挂式）(5-1)*竖框所受重力荷载设计值（N）；竖框材料的横截面面积（mm2）；竖框在风+地震荷载设计值作用下产生的弯矩（N*mm）；具体算法在下节的计算实例中详细讲解。竖框在强轴方向上的截面抵抗矩（mm3）；竖框在强轴方向上的截面塑性发展系数，取1.05；竖框材料的抗弯强度设计值（N/mm2）。具体见《玻璃幕墙工程技术规范（JGJ102-2003）》表5.2.2和5.2.3表上式中：*(5.2)重力荷载设计值在横框上产生的弯矩（N*mm）；风+地震荷载设计值在横框上产生的弯矩（N*mm）；在抵抗风+地震荷载方向上的截面抵抗矩（mm3）；截面塑性发展系数，取1.05；横框材料的抗弯强度设计值（N/mm2）。上式中：（2）横框强度计算公式

在抵抗重力荷载方向上的截面抵抗矩（mm3）；截面塑性发展系数，取1.05；**（二）正常使用极限状态下计算公式（挠度计算）

（1）竖框挠度计算公式（吊挂式）垂直于幕墙表面作用的荷载标准值（N/mm）；对于玻璃幕墙仅为风荷载，对于金属与石材幕墙为风+0.5地震荷载。(5.3)竖框的跨度（mm）；竖框材料的弹性模量（N/mm2）；铝合金取0.7×10^5,钢型材取2.06×10^5；竖框绕强轴方向的惯性矩（mm4）；竖框的挠度许用设计值。玻璃幕墙依据JGJ102中6.3.10，金属与石材幕墙依据JGJ133中5.7.10。表*（2）横框挠度计算公式1.自重荷载标准值下横框挠度计算公式a.自重荷载标准值（均布荷载）作用下横框挠度计算公式(5.4)b.自重荷载标准值（集中荷载）下横框挠度计算公式(5.5)*2.风荷载（或风+地震荷载）载标准值作用下横框挠度计算公式横框在抵抗风荷载方向上的惯性矩（mm4）；横框挠度许用设计值。玻璃幕墙依据JGJ102中6.2.7，金属与石材幕墙依据JGJ133中5.6.5。表垂直于横框表面作用的荷载标准值（N/mm）；对于玻璃幕墙仅为风荷载，对于金属与石材幕墙为风+0.5地震荷载。横框所受的风荷载（或风+地震荷载），按照三角形荷载分布，挠度计算公式如下：(5.6)*玻璃幕墙竖框挠度设计值（玻璃幕墙工程技术规范JGJ102-2003）金属与石材幕墙竖框挠度设计值（金属与石材幕墙工程技术规范JGJ133-2001）*玻璃幕墙横框挠度设计值（玻璃幕墙工程技术规范JGJ102-2003）金属与石材幕墙横框挠度设计值（金属与石材幕墙工程技术规范JGJ133-2001）*地震荷载5.0×0.16＝0.8*六、总结

综上所述，我们已经把《幕墙横竖框的手算计算方法》介绍完了，让我们再回忆一下幕墙横竖框设计的步骤：确定幕墙的类型是玻璃幕墙还是金属与石材幕墙第一步确定面材的厚度第二步确定竖框支座单跨梁、双跨梁还是等跨铰接梁第三步确定分格尺寸第四步强度与挠度计算用相应的规范校核第五步第六步优化，使材料利用率最高第七步*七、计算实例

北京某工程，层间高为L＝3.3米，风格宽度B＝1.2米。面材为6+12A+6mm的中空钢化玻璃。危险点标高为He＝100米，C类，50年一遇。玻璃采用两垫块作用到横框上，垫块到横框边缘的距离为B/4。横竖框选用6063-T5铝合金型材。试验算图中给出的横竖框是否合理？*（1）竖框计算：步骤一：荷载标准值的计算：①重力荷载标准值的计算：＝0.012×2560×10×1.1×1.2＝406N/m＝0.406N/mm②风荷载标准值的计算：＝1.468×1.2＝1.7616N/mm③水平地震标准值的计算：＝0.406×0.8＝0.325N/mm步骤二：荷载组合：承载能力极限状态组合（强度组合）：＝1.2×0.406＝0.4872N/mm＝1.4×1.0×1.7616+1.3×0.5×0.325＝2.68N/mm正常使用极限状态组合（挠度组合）：＝1.0×0.406＝0.406N/mm＝1.0×1.0×1.7616＝1.7616N/mm

0.8的解释*步骤三：强度计算及校核：步骤四：挠度计算及校核：＝1/8×2.68×3300^2＝3648150N*mm＝0.4872×3300＝1608N＝1608/1082.86+3648150/（1.05×27.4×10^3）＝126.8N/mm2<[σ]＝140N/mm2。强度满足要求！＝5×1.7616×3300^4/(384×70000×215.96×10^4)＝17.99<[f]＝3300/180＝18.3mm挠度满足要求！步骤五：信息反馈：从步骤四及步骤五的结果可知，竖框材料的利用率比较高，因此断面无需调整！设计比较合理！*（2）横框计算：步骤一：荷载标准值的计算：①重力荷载标准值的计算：＝0.012×2560×10×1.1×2.3＝777N/m＝0.777N/mm②风荷载标准值的计算：(三角形荷载分布)③水平地震标准值的计算:(三角形荷载分布)步骤二：荷载组合：承载能力极限状态组合（强度组合）：＝1.4×1.0×1.7616+1.3×0.5×0.325＝2.68N/mm正常使用极限状态组合（挠度组合）：＝1.0×466＝466N

0.8的解释0.777×1200/2＝466N如图＝0.012×2560×10×1.1×1.2×0.8＝0.325N/mm＝466×1.2＝560N＝1.0×1.0×1.7616＝1.7616N/mm＝1.468×1.2＝1.7616N/mm*步骤三：强度计算及校核:步骤四：挠度计算及校核：＝560×1200/4＝168000N*mm＝2.68×3300^2/12＝2432100N*mm＝168000/(1.05×15.31×10^3)+2432100/(1.05×19.98×10^3)＝126.4N/mm2<[σ]＝140N/mm2。强度满足要求！＝1.7616×1200^4/(120×70000×112.63×10^4)＝0.39