幕墙计算与支撑钢结构设计

培训教材幕墙计算及幕墙支撑钢结构的设计PAGE第X章幕墙计算及幕墙墙后支撑钢钢结构的设设计目录：第一节、幕墙计计计算一、荷载作用二、荷载作用效效效应组合合三、材料的力学学学性能四、面材的计算算算五、立柱及横梁梁梁的计算算六、连接节点的的的计算第二节、幕墙后后后支撑钢钢结构构设计一、幕墙后支撑撑撑钢结构构体系系分类二、常用钢材的的的分类及及其力力学性能能三、幕墙支撑钢钢钢结构的的计算算四、焊接节点的的的设计五、高强度螺栓栓栓连接节节点的的设计与与计算算六、普通螺栓连连连接节点点的设设计与计计算七、柱脚节点连连连接的设设计与与计算第六章幕墙计计计算及幕幕墙后后支撑钢钢结构构的设计计第一节、幕墙计计计算一、荷载作用1、幕墙所承受受受荷载的分分类类幕墙所承受的荷荷荷载随时时间的的变异分分类可可分为下下列三三类：永久荷载，例如如如结构的的自重重、静水水压力力、预应应力等等可变荷载，例如如如风荷载载、屋屋面活荷荷载、雪雪荷载等等、施施工及检检修荷荷载偶然荷载，地震震震作用、爆爆炸炸力、撞撞击力力等2、风荷载标准准准值的计算算：：式中：—风荷载标标准准值（N/mmm2）；—阵风系数。—风荷载体形系系系数。—风压高度变化化化系数。—基本风压。基本风压压压是根据全全国国各气象象台历历年来的的最大大风速记记录，按按基本风风压的的标准要要求，将将不同风风仪高高度和时时次时时距的年年最大大风速，统统一一换算为为离地地10m高，自记10miin平均年最最大大风速（m/s）。然后后根根据贝努努利公公式确定基基本本风压。在在《建建筑结构构荷载载规范》附附录录D中给出了了全全国各个个地区区的经过过换算算的基本本风压压。在幕幕墙结结构的设设计中中如果无无特殊殊要求，基基本本风压取50年一遇。风压高度度度变化系系数主主要考虑虑的是是风压随随着建建筑物高高度变变化的变变化。其其主要决决定两两个因素素，一一个是建建筑物物的高度度；另另外一个个就是是地面粗粗糙度度类别，目目前前《建筑筑结构构荷载规规范》考考虑了四四类地地面类别别：—A类指近海海海面面和海岛、海海岸、湖岸及及沙漠地区；；—B类指田野、乡乡乡村、丛林林、丘丘陵以及及房屋屋比较稀稀疏的的乡镇和和城市市郊区；；—C类指有密集集建建筑群的城城城市市区区；—D类指有密集集建建筑群而且且且房屋较较高的的城市市市区；；风荷载体体体形系数数是指指风作用用在建建筑物表表面上上所引起起的实实际压力力或吸吸力与来来流风风的速度度压的的比值。对对于于墙面幕幕墙的的体形系系数，正正压按照照《建建筑结构构荷载载规范》表表7.3..1取；而负负压压，对墙墙面取取-1.2，墙角取-2.0。墙角边边指指房屋宽宽度的的0.1或房屋平平均均高度的0.4，取其小小者者，但不不小于于1.5m。阵风系数数数是考虑由由于于风的脉脉动引引起局部部风压压瞬时增增大，同同样与高高度及及地面粗粗糙度度类别有有关。它它区别于于高层层建筑的的风振振系数。对于表面面面形状复复杂的的幕墙结结构或或者有风风洞实实验资料料的工工程，应应该按按照实验验资料料进行计计算。3、地震作用：：：幕墙的地地地震计算算主要要方法为为简化化的等效效静力力方法，这这种种方法等等同于于《建筑筑结构构抗震设设计规规范》中中的底底部剪力力法。但但是对于于某些些特殊的的幕墙墙，如单单索幕幕墙等仅仅仅用用等效的的静力力方法不不足以以准确分分析幕幕墙在地地震作作用下的的效应应，考虑虑结构构动力特特性需需要采用用时程程分析方方法既既瞬态分分析。弹弹性时程程分析析的基本本方程程如下：：对于动力分析方方方法这里里不做做讲解。垂直于幕幕幕墙表面面的水水平地震震作用用按照下下式计计算：式中：—垂直于幕墙表表表面的水平平地地震作用用标准准值）；；—动力放大系数数数，取5；—水平地震影响响响系数最大大值值，对于于抗震震设防烈烈度为为6度的地区区取0.04，7度的地区区取0.08（0.12），8度的地区区取0.16（0.24）。括号号中中的数值值是用用于基本本地震震加速度度为0.15和0.3gg的地区。—幕墙面板的重重重量；平行行行于幕墙墙表面面的集中中水平平地震作作用标标准值按按照下下式计算算：这里主要要要是计算算立柱柱（竖框框）的的抗震能能力。二、荷载作用效效效应组合合建筑结构构构设计应应根据据使用过过程中中在结构构上可可能同时时出现现的荷载载，按按承载能能力极极限状态态和正正常使用用极限限状态分分别进进行荷载载（效效应）组组合，并并应根据据下列列设计表表达式式进行设设计：：式中：—结构重要要性性系数；；—荷载效应组合合合的设计值值，对对于幕墙墙结构构如无特特殊要要求一般般取1；—结构构件抗力力力的设计值值，。应应按照各各有关关建筑结结构设设计规范范的规规定确定定1、幕墙结构在在在构件承载载力力极限状状态时时荷载作作用效效应组合合：CASE1、无无无地震作作用效效应组合合CASE2、有有地震作作用效效应组合合上两式中：—作用效应组合合合的设计值值；；—永久荷载效应应应标准值；；—风荷载效应标标标准值；—地震作用效应应应标准值；；—永久荷载分项项项系数；—风荷载分项系系系数；—地震作用分项项项系数；—风荷载的组合合合值系数；；—地震作用的组组组合值系数数；；2、幕墙在正常常常使用状态态的的荷载作作用效效应组合合主要要为如下下两种种组合：：幕墙构件件件在正常常使用用状态下下，其其构件的的变形形验算时时，一一般不考考虑作作用效应应的组组合。因因地震震的作用用效应应相对风风荷载载作用效效应较较小，一一般不不单独进进行地地震作用用下变变形验算算。在在风荷载载或永永久荷载载作用用下幕墙墙的挠挠度应符符合要要求，而而且在在计算时时，作作用分项项系数数取1.0。三、材料的力学学学性能幕墙结构构构在计算算时我我们主要要需要要了解的的是幕幕墙结构构常用用几种材材料的的力学性性能。以以下就各各种材材料的力力学性性能做详详细的的阐述：：玻璃玻璃是典型的的的脆性材料料，其其破坏的的特征征是：几几乎所所有的玻玻璃都都是由于于拉应应力产生生的表表面裂缝缝而破破碎，一一直到到破坏为为止玻玻璃的应应力应应变都呈呈线性性关系。玻璃种类玻璃厚度t（mm）大面强度(N///mm2)侧面强度(N///mm2)弹性模量E(N/mm2)))泊松比ν普通玻璃52819.50.72e50.2浮法玻璃5-122819.515-192417.0≥202014.0钢化玻璃5-128458.815-197250.4≥205941.3其中大面强度度度顾名思义义是是指玻璃璃大面面上的强强度，一一般玻璃璃在荷荷载作用用下都都是按照照这个个强度来来校核核玻璃的的强度度。但是是由于于玻璃的的侧面面由于经经过切切割、打打磨加加工而产产生应应力集中中，强强度有所所降低低，因此此规范范上有给给出了了侧面强强度，一一般侧面面强度度强度取取大面面强度的70%。在验算算玻玻璃的局局部强强度、连连接强强度以及及玻璃璃肋的承承载力力时会采采用玻玻璃侧面面强度度设计值值。单层铝合金板单层铝合金板俗俗俗称铝单单板。主主要力学学性能能如下：：牌号试样状态厚度(mm)抗拉强度(N///mm2)抗剪强度(N///mm2)弹性模量E(N/mm2)))泊松比ν2A11T420.5-2.999129.575.10.70e50.33>2.9-1000136.579.22A12T420.5-2.999171.599.5>2.9-1000185.5107.67A04T620.5-2.999273.0158.4>2.9-1000287.0166.57A09T620.5-2.999273.0158.4>2.9-1000287.0166.5铝塑复合板俗称铝塑板，由由由两边的的铝合合金板与与中间间聚乙烯烯层复复合而成成。主主要力学学性能能如下：：厚度(mm)抗拉强度(N///mm2)抗剪强度(N///mm2)弹性模量E(N/mm2)))泊松比ν470200.2e50.256厂家提供厂家提供0.3e50.25花岗岩石板花岗岩石板的抗抗抗弯强度度设计计值，应应依据据其弯曲曲强度度实验的的弯曲曲强度平平均值值Fgm决定，抗抗弯弯强度设设计值值、抗剪剪强度度设计值值应按按下列公公式计计算：Fg1=Fgmmm/2..155—抗弯强度度设设计值Fg2=Fgmmm/4..300—抗剪强度度设设计值当弯曲强度实验验验中任一一试件件弯曲强强度实实验值低低于8Mpa时，该批批的的花岗岩岩石板板不得用用于幕幕墙。花岗岩石板的弹弹弹性模量量为0.8ee55(N//mmm2)，泊松比比为0.1225。铝合金牌号状态厚度(mm)抗拉(N/mmmm2)抗剪(N/mmmm2)局部承压(N///mm2)弹性模量E(N/mm2)))泊松比ν6061T4不区分85.549.61330.70e50.33T6190.5110.51996063T585.549.6120T614081.21616063AT5≤10124.472.2150>10116.667.6141T6≤10147.785.7172>10140.081.2163四、面板的计算算算力学模型面材的计算就是是是力学中中板的的计算，力力学学模型可可以根根据板的的支撑撑方式来来区分分。幕墙墙面材材常用下下几种种力学模模型：：四边支撑简支板板板、三边边支撑撑简支板板、对对边支撑撑简支支板、四四点支支撑简支支板、三三点支撑撑简支支板、六六点支支撑简支支板其中：框支承幕墙————四边支承承简简支板点式幕墙——四四四点、三三点、六六点支承承简支支板全玻璃幕墙（橱橱橱窗）——对边支承承简简支板在某些面材长宽宽宽比大于2时的四边边支支承简支支板也也可以简简化成成对边支支承简简支板来来进行行计算。计算的方法面材的计算可以以以根据简简化的的力学模模型分分别采用用解析析法和有有限单单元法来来进行行计算。对对于于支承形形式和和形状规规则的的矩形板板可以以采用解解析方方法来进进行计计算，而而对于于支承形形式和和形状复复杂的的板可以以采用用有限单单元法法来进行行计算算。解析析法即即采用经经典解解析公式式来进进行计算算。以下是四边支承承承力学模模型的的弹性小小挠度度解析公公式。四边支承简支板板板：板的应力：板的最大挠度：：：上式中：—弯矩系数，由由由玻璃的短短边边与长边边的比比值，按按照《玻玻璃幕墙墙工程程技术规规范》表6.1..2-1选取；—挠度系数，由由由玻璃的短短边边与长边边之比比的比值，按按按照《玻玻璃幕幕墙工程程技术术规范》表表6.1..3选取；—玻璃的刚度（NN.mm）但是对于在在荷荷载作用下下下变形比比较大大的面材材，譬譬如玻璃璃、铝铝单板、铝铝塑塑板要考考虑大大变形几几何非非线性的的影响响。当变变形较较大时玻玻璃抵抵抗变形形不只只是由板板的弯弯曲刚度度来抵抵抗，还还要考考虑在变变形后后板的拉拉伸刚刚度也对对抵抗抗变形起起到很很大的贡贡献。如如下图所所示，在在板发生生变形形后在两两侧产产生平衡衡力p，大变形形计计算中就就是考考虑了平平衡力力p的影响。因此在幕墙的计计计算中，对对于于玻璃、铝铝单单板、铝铝塑板板等面材材的计计算中，都都考考虑了大大变形形几何非非线性性的影响响。上上面弹性性小挠挠度解析析公式式在考虑虑大挠挠度的影影响后后变成：：板的应力：板的最大挠度：：：式中为考虑了大大大变形后后的折折减系数数。具具体取值值可以以参见《玻玻璃璃幕墙工工程技技术规范范（JGJ11002-220003）》中相相关关章节。如如果果按照小小挠度度公式来来进行行计算的的变形形会比实实际值值相差30%~~550%。当采用有限单元元元法来计计算时时对于大大变形形的面材材同样样要采用用大变变形几何何非线线性来进进行计计算。因因此在在选择有有限元元软件来来进行行计算时时必须须要了解解软件件是否具具有非非线性的的功能能。对边支承简支板板板依然采采用上上面四边边简支支板的计计算公公式来计计算，只只是，弯弯矩系系数和挠挠度系系数分别别取0.1225和0.0113，并且a为跨度。四点支撑玻璃的的的计算基基本形形式与四四边支支撑相同同，但但是弯矩矩系数数和挠度度系数数取值不不同，见见《玻璃璃幕墙墙规范》。而对于不同支撑撑撑方式石石板的的计算与与相同同支撑方方式的的玻璃的的计算算是一样样的，只只是不考考虑大大变形的的影响响，因此此公式式中不考考虑折折减系数数，并并且弯矩矩系数数、挠度度系数数应按照照《金金属与石石材幕幕墙工程程技术术规范》中中的的有关内内容来来取值。中空及夹层玻璃璃璃的荷载载分配配对于夹层及中空空空玻璃，在在承承受风荷荷载及及地震作作用时时在计算算前必必须要进进行荷荷载分配配。主主要是依依据是是材料力力学中中层合板板荷载载荷载分分配的的理论，既既所所分配的的荷载载的大小小与各各层板的的弯曲曲刚度成成正比比。以夹层玻璃为例例例，如下下图所所示：忽略胶层层层的作用用，则则层1及层2所被分配配的的荷载q1及q2分别为：：、上式中D11、D2分别为层1和层2的弯曲刚刚度度。单板板的弯弯曲刚度D按照下式式计计算：由于层1和层222的弹性模模量E及泊松比比是相相同的因因此，每每层玻璃璃的刚刚度取决决于厚厚度的立立方，既既。因此可可以以得到如如下关关于厚度t来进行分分配配的公式式：；。中空玻璃两块玻玻玻璃之间间有气气体层，直直接接承受荷荷载的的玻璃挠挠度一一般略大大于间间接承受受荷载载的玻璃璃，因因此为了了安全全起见，将将直直接承受受荷载载的玻璃璃再乘乘以1.1的系数，则则则，外层层直接接承受何何在的的玻璃荷荷载分分配公式式变成成：这就是《玻璃幕幕幕墙工程程技术术规范》中中夹夹层及中中空玻玻璃荷载载分配配公式的的来由由。面板变形的控制制制框支撑玻璃在风风风荷载作作用下下的变形形不宜宜大于其其短边边边长的1/60；全玻璃幕墙橱窗窗窗玻璃的的变形形不宜大大于其其跨度的1/60；点支撑玻璃的变变变形不宜宜大于于支撑点点间长长边边长长的1/60；五、立柱及横梁梁梁的计算算立柱和横横横梁既幕幕墙中中俗称的的竖框框及横框框立柱横梁所采用用用的力学学模型型立柱的计算模型型型一般采采用的的是简支支梁或或双跨梁梁，对对于特殊殊的可可采用多多跨连连续梁。而横梁一般采用用用的力学学模型型为简支支梁。简支梁及双跨梁梁梁的力学学模型型如下：：计算的方法简支梁及双跨梁梁梁都有经经典的的小挠度度线弹弹性解析析公式式来求解解在均均布荷载q作用下最最大大弯矩及及挠度度。（1）、弯矩及及变变形的计算算算对于简支梁及双双双跨梁都都有经经典的力力学公公式如下下：简支梁在受均布布布荷载q作用下的的公公式如下下：最大弯矩——最大变形——I为梁截面的惯惯惯性矩。双跨梁在受均布布布荷载q作用下的的公公式如下下：A的弯矩——O、A、B三点点的支反力分分分别为：图中L1为长跨跨，则最最大变变形发生生在L1跨上，L1上的挠度度方方程为：：但是对于多跨连连连续梁很很难找找到公式式来进进行计算算，如如果采用用力法法和位移移法手手算又特特别麻麻烦，不不太适适合于工工程当当中。因因此必必须要采采用软软件应用用有限限单元法法来进进行计算算。需需要注意意的是是如果我我们想想得到详详细的的位移分分布必必须要保保证单单元划分分时的的合理性性。对对于特殊殊的梁梁与梁的的连接接要注意意节点点之间自自由度度的传递递。（2）、承载力力的的验算当我们采用上述述述的方法法计算算得到弯弯矩后后，必须须要进进行拉压压及剪剪切承载载力的的验算。横梁的验算：横梁截面面受受弯承载载力必必须符合合下式式要求：：式中：、——横梁绕截截面XX轴及Y轴的弯矩矩设设计值。在在幕幕墙中X轴为平行行幕幕墙平面面的方方向，Y轴为垂直直于于幕墙平平面的的方向。、——横梁截面面绕XX轴、Y轴的净截截面面抵抗矩矩（抗抗弯模量量）。——塑性发展系系数数，取1.05；f——型材抗弯弯强强度设计计值。横梁截面面受受剪承载载力必必须符合合下式式要求：：、式中：、——分别为横横梁XX轴和Y轴的剪力力设设计值；；、——分别为距距形心心轴Y、X处横线以以外外面积对对形心心轴的面面积矩矩；、——分别为对对应形形心轴X、Y处截面的的宽宽度。f——型型型材抗剪剪强度度设计值值。立柱的验算算：：立柱不仅仅仅承承受弯矩的的的作用还还承受受轴力的的作用用。轴力力主要要由重力力产生生。如果果轴力力为压力力，则则要验算算立柱柱的压弯弯稳定定性能，为为了了避免出出现失失稳，一一般是是把立柱柱设计计成轴心心受拉拉构件，即即立立柱的上上支点点设为固固定铰铰，而下下端设设为滑动动铰。如如下图所所示：：则立柱在承承受受拉力和弯弯弯矩作用用下，其其承载力力应符符合下式式要求求：式中：N——立柱的轴轴力设设计值；；M——立柱的弯弯矩设设计值；；A——立柱的净净截面面面积；；W——立柱截面面的抗抗弯模量量；f——型材抗弯弯强度度设计值值；——截面塑性发发展展系数，取取取1.05。（3）、正常使使用用状态变形形形的验算算立柱和横横横梁在正正常使使状态的的变形形要求应应符合合如下：：对铝合金金金型材，构构件件的挠度度应小小于跨度度的1/1880；对钢型材材材，构件件的挠挠度应小小于跨跨度的1/2550。玻璃肋的计算玻璃肋作为橱窗窗窗玻璃的的支撑撑构件起起着抵抵抗面板板玻璃璃所传递递的荷荷载。玻玻璃肋肋的基本本受力力模型采采用的的是简支支梁力力学模型型。由由于玻璃璃肋截截面为矩矩形，因因此在一一定厚厚度下我我们主主要是考考核在在承载力力极限限状态下下的玻玻璃肋的的最小小高度，玻玻璃璃肋的截截面厚厚度不得得小于于12mm。（1）、全玻璃璃幕幕墙玻璃肋肋肋的截面面高度度hr（下图）可可可按下列列公式式计算：：ｈr=（33WWLh2/8fgt）1/2（双双肋）（6-3）ｈr=（33WWLh2/4fgt）1/2（单单肋）（6-4）式中：ｈr————玻璃肋截截面面高度（mm）w——风荷荷荷载设计计值（N/mmm2）L——两肋之之间的玻玻璃面面板跨度度（mm）fg——玻璃璃璃侧面强强度设设计值（N/mmm2）t——玻璃璃璃肋截面面厚度度（mm）h——玻璃肋肋上、下下支点点的距离离，即即计算跨跨度（mm）。（2）、全玻幕墙墙玻玻璃肋在在风荷荷载设计计值作作用下的的应力力可按下下式计计算：σ=0.75WWWLh22/hhrr2t≤fg（单肋）（6-5）σ=0.37555WLhh2/hhr2t≤fg（双肋）（6-6）（3）、全玻玻幕幕墙玻璃璃肋在在风荷载载标准准值作用用下的的挠度df可按下式式计计算：df=555/32（wkLh4/Ethhr3）（单肋）（6-7）df=555/64（wkLh4/Ethhr3）（双肋）（6-8）式中：wk————风荷载标标准准值(N/mmm2)E——玻璃弹性性模量量（N/mmm2）在风荷载标准值值值作用下下，玻玻璃肋的的挠度度限值df，lim宜取取其其计算跨跨度1/2000。六、连接节点的的的计算立柱与主体的连连连接计算算立柱与主体连接接接主要通通过L形钢角码码来来连接，如如下下图：上图中钢角码与与与预埋板板相焊焊接，在在这个个连接中中我们们主要计计算螺螺栓、钢钢角码码、焊缝缝的承承载能力力、竖竖框局部部承压压承载力力及预预埋件的的计算算。竖框框传递递给每个个钢角角码的力力水平平方向为N、垂直方方向向为V，见下图图。（1）、钢角码码与与预埋件焊焊焊缝的计计算：：钢角码与预埋件件件间采用用三边边围焊连连接，每每个水平平焊缝缝长度为b,竖向焊缝缝长长度为h,焊脚尺寸hf，则焊缝缝的的计算厚厚度为为：hE＝0.7××hhf根据规范对围焊焊焊在计算算时需需在端点点减去去hf，则实际际计计算焊缝缝的宽宽度为b0=b-hf，钢角码及焊缝所所所围成的的区域域如上图图所示示，其中：竖框与钢角码连连连接螺栓栓距离离焊缝形形心点点距离为为；e、ef=b00-b0×b0//(2bbb0+h)++hf焊缝所围城区域域域的几何何特性性为：面积：A=hhhE×(h++22b0)对形心点惯性矩矩矩和极惯惯性矩矩为:Ix=h×h×××h×hhE/12++b0×h×hh××hE/2Iy=2×hEEE×((eef-hf)3+(bb--ef)3)/3++hh×hE×(b--eef)2Ip=Ix+IIIy把与竖框连接螺螺螺栓点部部位所所受的反反力移移到形心心点,则形心点点所所受内力力为:N=V=Mx=V×e===My=N×efff=Mz=V×efff=根据分析认为焊焊焊缝最危危险点点如图中A、B两点A点所受正应力力力和剪应力力分分别为：：——A点到形心心的距距离B点所受正应力力力和剪应力力分分别为：：——B点到形心心的距距离这里认为剪力主主主要由向向焊缝缝承担焊缝所采用的焊焊焊条为E43型手工焊焊条条，则角角焊缝缝的抗拉拉、抗抗压和抗抗剪强强度为160MMppa。因此（2）、钢角码码根根部计算：：：钢角码根部截面面面形状为为矩形形，矩形形截面面的宽度度为钢钢角码的的厚度度为t=7mmm，长度为h。则矩形截面的的的的面积A=h××tt截面的抗弯模量量量Wx=hh××h×tt/66把与竖框连接螺螺螺栓点部部位所所受的反反力移移到根部部则钢钢角码根根部所所受内力力为：：N=N、V=VVV、M=V××ee则截面所受正应应应力和剪剪应力力分别为为：（3）、与竖框框连连接的螺栓栓栓抗剪承承载力力的验算算。螺栓所承受的剪剪剪力为竖竖框传传递给连连接件件的两个个力N及V的平方和和开开根，既既：（4）、竖框局局部部承压的计计计算：竖框壁局部承压压压能力为为：NBc=d·tt总··fBc=6×××12××1333×110--3=9...5766KNN其中：t总————型材承压压壁壁的总厚厚度d——螺栓直直径fBc——铝铝铝型材承承压强强度设计计值当NBc大于螺螺栓所承承受的的剪力时时，竖竖框壁局局部承承压能力力满足足要求。（5）、预埋件件与与主体混凝凝凝土连接接锚栓栓的计算算此部分的计算和和和钢结构构设计计中的柱柱脚的的计算是是一样样的，详详细可可见后面面的钢钢结构设设计中中柱脚的的计算算，这里里就不不做讲解解。横梁与立柱连接接接的计算算横框与竖框连接接接主要通通过螺螺钉来连连接，连连接也主主要是是计算螺螺钉的的抗剪承承载力力。假设设横框框传递给给连接接部位的的剪力力为V，则根据据螺螺钉的数数量及及面积我我们可可以得到到螺钉钉总的抗抗剪面面积A，则V/A就是螺钉钉的的剪切应应力，从从而与许许用抗抗剪强度度设计计值相比比较就就可以知知道螺螺钉的承承载能能力是否否符合合要求。胶缝的计算（1）、隐框幕幕墙墙结构硅酮酮密封胶胶的强强度验算算幕墙玻璃在风荷荷荷载作用用下的的受力状状态相相当于承承受均均布荷载载下的的双向板板，如如下图所所示：：在支撑边缘缘的的最大线均均均布拉力力为aω/2，由结构构胶胶的粘结结力承承受。则则结构构胶的最最小粘粘结宽度度为：：Ｃs＝W·a／／（22·f1）式中：Ｃsss——结构硅酮酮密密封胶的的最小小粘结宽度；a————玻璃的短短边边长度；；f1————结构胶在在风风荷载或或地震震作用下下的强强度设计计值，取0.2MMPa；W——风风风荷载设设计值值；当抗震设计时时时，W应换成（W+0..55qe），qe为作用在在玻玻璃上地地震作作用标准准值。在重力荷载载作作用下竖向向向玻璃幕幕墙的的结构胶胶承受受长期的的剪应应力作用用，平平均剪应应力可可按照下下式进进行计算算：剪应力不得超过过过结构胶胶在永永久荷载载作用用下的强强度设设计值，取取0.011MMPa。（2）、全玻璃璃幕幕墙玻璃肋肋肋与面板板的胶胶缝计算算面玻璃支承在玻玻玻璃肋上上的形形式，有有后置置式、骑骑缝式式、平齐齐式、突突出式。后置式（见图666--1）。玻璃璃肋肋置于面面玻璃璃的后部部，用用密封胶胶与面面玻璃粘粘接成成一个整整体。骑缝式（见图666--2）。玻璃璃肋肋位于面面玻璃璃后部的的两块块面玻璃璃接缝缝处，用用密封封胶将三三块玻玻璃连接接在一一起，并并将两两块面玻玻璃之之间的缝缝隙密密封起来来。图666--11622平齐式（见图666--3）。玻璃璃肋肋位于两两块面面玻璃之之间，玻玻璃肋的的一边边与面玻玻璃表表面平齐齐，玻玻璃肋与与两块块面玻璃璃间用用密封胶胶粘接接并密封封起来来。这种种型式式由于面面玻璃璃与玻璃璃肋侧侧面透光光厚度度不一样样，会会在视觉觉上产产生色差差。突出式（见图666--4）。玻璃璃肋肋位于两两块面面玻璃之之间，两两侧均突突出大大片玻璃璃表面面，玻璃璃肋与与面玻璃璃间用用密封胶胶粘接接并密封封。图63图6--44全玻幕墙胶缝承承承载力应应符合合下列要要求：：A．．．与玻璃璃面板板平齐或或突出出的玻璃璃肋：：qL/200000t1≤f1B．．．后置或骑骑缝缝的玻璃璃肋：：qL/100000t2≤f1式中：ｑ——垂垂垂直于玻玻璃面面板的分分布荷荷载设计计值（ＮＮ／ｍｍｍ２），抗震震设设计时应应包含含地震作作用计计算的分分布荷荷载设计计值；；L——两两两肋之间间的玻玻璃面板板跨度度（ｍｍｍ）；；ｔ１——胶胶缝宽度度，取取玻璃面面板截截面厚度度（ｍｍｍ）；；ｔ２——胶胶缝宽度度，取取玻璃肋肋截面面厚度（ｍｍｍｍ）；ｆ１——硅硅酮结构构密封封胶在风风荷载载作用下下的强强度设计计值，取0.2NN/mm22；胶缝厚度应符合合合规范第5.6..5条的要求求，并并不应小小于6mm；第二节、幕墙支支支撑钢结结构的的设计一、幕墙支撑钢钢钢结构体体系分分类幕墙的支支支撑钢结结构形形式多样样、千千变万化化。从从受力机机理上上来区分分，大大致可以以分为为刚架结结构、桁桁架结构构及预预应力索索杆结结构三种种，或或者由这这三种种结构组组合而而成。（1）、刚架结结构构体系在刚架结结结构体系系中杆杆件与杆杆件之之间都采采用刚刚性连接接。因因此结构构整体体刚度比比较大大，抵抗抗变形形能力强强，在在幕墙中中得到到很广泛泛的应应用。但但是为为了保证证构件件之间连连接能能够很好好的传传递弯矩矩，节节点连接接构造造比较复复杂，而而且质量量要求求很高。（2）、桁架结结构构体系桁架结构构构体系是是指在在体系中中构件件与构件件之间间采用铰铰接的的结构，因因此此构件只只产生生拉压轴轴力，而而不产生生弯矩矩。这种种结构构的特点点是结结构受力力简单单清晰，节节点点构造容容易实实现。某某些结结构采用用手工工就可以以计算算。缺点点是整整体刚度度不如如刚架结结构，抵抵抗变形形性能能不是太太好。（3）、预拉力力索索杆结构预应力索杆杆结结构，顾名名名思义，是是在在细杆或或者索索构件中中灌注注预应力力，从从而使结结构产产生刚度度以抵抵抗结构构的变变形。预预拉力力索杆结结构由由于其结结构体体系轻盈盈、形形式千变变万化化、通透透性强强、艺术术表现现力强，因因此此得到广广大建建筑师和和投资资者的喜喜爱。但是其结构构刚刚度受其内内内力的影影响很很大，属属于几几何非线线性结结构。分分析和和设计很很复杂杂。因此此在这这里就不不做详详细的介介绍，只只介绍几几个基基本概念念给大大家了解解。形——预应应力结构在某某某状态下的的几几何形状状态——预应力结结构在在某状态态下的内内力分分布对于预应力力结结构的分析析析是从三三个阶阶段来考考虑的的：始态——没有施施加预应应力前前结构的的状态态。初态——施加完完预应力力之后后结构在在自重重或其它它恒载载作用下下的平平衡状态态。终态——在初态态的基础础上考考虑了外外部可可变荷载载作用用下的平平衡状状态。对于复杂结结构构，这三种种种状态的的确定定是很重重要的的。二、常用钢材的的的分类及及其力力学性能能钢材的分类在幕墙后支撑钢钢钢结构中中常用用的钢材材可分分为碳素素结构构钢、低低合金金钢、不不锈钢钢。（1）、碳素结结构构钢碳素结构钢是最最最普遍的的工程程有钢，按按照照其含碳碳量的的多少又又可分分为低碳碳钢、中中碳钢和和高碳碳钢三种种。通通常把含含碳量量为0.033~~0.225%%称为低碳碳钢钢，0.266~~0.66%称为中碳碳钢钢，0.6~~22.0%称为高碳碳钢钢。而在在建筑筑中最常常用的的是Q235牌号的低低碳碳钢及优优质碳碳素结构构钢20#钢。Q235钢在质质质量上可可分为为A、B、C、D四个等级级。从从脱氧方方法上上可分为为沸腾腾钢F、半镇静静钢b、镇静钢Z、特殊镇镇静静钢TZ。不同厚度钢材的的的抗弯曲曲强度度是不一一样的的，厚度度越大大的钢材材其强强度越不不好。（2）、低合金金高高强度结构构构钢低合金高高高强度结结构钢钢是指在在炼钢钢过程中中增添添一些合合金元元素，其其总量量不超过5%的钢材，加加加入合金金元素素后刚才才的强强度可明明显提提高，在在建筑筑幕墙支支撑结结构中比比较常常用的低低合金金钢为Q345牌号。Q23555钢在质量量上上可分为A、B、C、D、E五个等级级。不同厚度钢材的的的抗弯曲曲强度度是不一一样的的，厚度度越大大的钢材材其强强度越不不好。（3）、钢材牌牌号号的表示方方方法由代表屈服点的的的Q、屈服点点数数值、质质量等等级符号号、脱脱氧方法法等四四部分组组成。例如：Q23555-A、F在牌号的组成表表表示中“Z”和“TZ”符号予以以省省略。钢材的选择为保证承重结构构构的承载载能力力和防止止在一一定条件件下出出现脆性性破坏坏，应根根据结结构的重重要性性、荷载载特征征、结构构形式式、应力力状态态、连接接方法法、钢材材厚度度和工作作环境境等因素素综合合考虑，选选用用合适的的钢材材牌号和和材性性。承重结构的钢材材材宜采用Q235钢、Q345钢、Q390钢和Q420钢，其质质量量应分别别符合合现行国国家标标准《碳碳素结结构钢》GB/TT7700和《低合合金金高强度度结构构钢》GB/TT11591的规定。当当当采用其其他牌牌号的钢钢材时时，尚应应符合合有关标标准的的规定和和要求求。下列情况的承重重重结构和和构件件不应采采用Q235沸腾钢：：焊接结构。直接承受动力荷荷荷载或振振动荷荷载且需需要验验算疲劳劳的结结构。工作温度低于－－－20℃时的直接接承承受动力力荷载载或振动动荷载载但可不不验算算疲劳的的结构构以及承承受静静力荷载载的受受弯及受受拉的的重要承承重结结构。工作温度等于或或或低于－30℃的所有承承重重结构。非焊接结构。工工工作温度度等于于或低于于－20℃的直接承承受受动力荷荷载且且需要验验算疲疲劳的结结构。承重结构采用的的的钢材应应具有有抗拉强强度、伸伸长率、屈屈服服强度和和硫、磷磷含量的的合格格保证，对对焊焊接结构构尚应应具有碳碳含量量的合格格保证证。焊接接承重重结构以以及重重要的非非焊接接结构承承重结结构采用用的钢钢材还应应具有有冷弯试试验的的合格证证。对于需要验算疲疲疲劳的焊焊接结结构的钢钢材。应应具有常常温冲冲击韧性性的合合格保证证，当结构工工作作温度不不高于于0℃但高于－20℃时，Q235钢和Q345钢应具有0℃冲击韧性性的的合格保保证；；当结构构工作作温度不不高于于－20℃时，对Q235钢和Q345钢应具有有－20℃冲击韧性性的的合格保保证；；对于需要验算疲疲疲劳的非非焊接接结构的的钢材材，也应应具有有常温冲冲击韧韧性的合合格保保证当结结构工工作温度度不高高于，当当结构构工作温温度不不高于-20℃时，对Q235钢和Q345钢应具有0℃的冲击韧韧性性的合格格保证证。三、幕墙后支撑撑撑钢结构构的计计算幕墙后支撑撑钢钢结构的计计计算一般般采用用有限元元软件件来进行行计算算。计算算主要要分析结结构在在以下三三方面面的性能能：（1）、强度的的验验算主要是计算在承承承载能力力极限限状态作作用下下构件的的强度度。在计计算时时应把各各种工工况考虑虑全面面。（2）、变形的的验验算不同同同形式的的结构构，不同同使用用功能的的结构构其变形形的控控制都不不一样样，详细细的大大家可以以看《钢钢结构设设计规规范》附附录部部分。对对于幕幕墙中的的刚架架或者桁桁架结结构，在在风荷荷载作用用下的的挠度限限值为为其跨度度的1/2550，对于悬悬挑挑结构跨跨度取取其悬挑挑长度度的2倍。而而而对于张张拉结结构取其其跨度度的1/2000。（3）、稳定定的计计算对对对于构件件的稳稳定计算算可以以按照《钢钢结结构设计计规范范》中相相关规规定来进进行计计算。对对于复复杂的结结构可可以采用用软件件进行几几何非非线性屈屈曲分分析。对于构件稳定相相相关内容容见《钢钢结构设设计规规范》四、焊接节点的的的设计焊缝连接是是幕幕墙中比较较较常用的的连接接形式，以以下下从几个个方面面来对焊焊缝的的设计和和计算算来进行行讲解解。焊缝的分类及质质质量等级级常用的焊缝主要要要包括对对接焊焊缝、角角焊缝缝、对接接焊缝缝与角焊焊缝的的组合焊焊缝。其其中对接接焊缝缝与角焊焊缝的的组合焊焊缝的的计算与与角焊焊缝相同同。对接焊缝质量上上上分为1、2、3三个等级级，其其中1级和2级与母材材等等强度，1级焊缝探探伤伤比例为100%，2级焊缝的的探探伤比例例为20%，而三级级焊焊缝由于于不需需要无损损探伤伤，因此此焊缝缝的内部部质量量不易控控制，因因此焊缝缝的设设计强度度需要要折减。角焊缝由于其形形形状的原原因，在在受力后后应力力分布比比较复复杂，尤尤其是是焊接后后残余余应力的的存在在。因此此角焊焊缝设计计强度度要低于于三级级对接焊焊缝。焊缝应根据结构构构的重要要性、荷荷载特性性、焊焊缝形式式、工工作环境境以及及应力状状态等等情况，按按照照下列原原则来来分别选选用不不同质量量等级级的焊缝缝：（1）、在需要要进进行疲劳计计计算的构构件中中，凡对对接焊焊缝均应应焊透透，其质质量等等级为：：作用力垂垂垂直于焊焊缝长长度防哪哪个乡乡的横向向对接接焊缝或T形对接焊焊缝缝与角焊焊缝的的组合焊焊缝，受受拉时应应为一一级，受受压时时宜为二二级；；作用力力平行行于焊缝缝长度度方向的的纵向向对接焊焊缝应应为二级级。（2）、不需要要计计算疲劳的的的构件中中，凡凡要求与与母材材等强的的对接接焊缝均均应焊焊透，对对于受受拉构件件，焊焊缝质量量等级级不得小小于2级，受压压宜宜为2级。（3）、不要求求焊焊透的T形接头采采用用的角焊焊缝或或部分焊焊透的的对接焊焊缝与与角焊缝缝的组组合焊缝缝，以以及搭接接连接接采用的的角焊焊缝，其其质量量等级为为：对直接承承承受动力力荷载载且需要要计算算疲劳的的结构构，焊缝缝的外外观质量量应符符合二级级；对对于其它它结构构外观质质量应应符合三三级。焊接焊条的选用用用对应钢材选用合合合适的焊焊条是是设计人人员应应该掌握握的基基础知识识。下下面给出出常用用钢材的的对应应焊条型型号：：不同强度钢材之之之间的焊焊接，一一般应该该选择择与低强强度钢钢材相适适应的的焊条。也也就就是就低低不就就高的原原则。钢材牌号号号质量等级选用焊条型号Q235A*E4303B*E4303、E432288E4315、EEE4166CDQ345A*E5003B*E5003、E50115、E50116、E501188CE5015、EEE50116、E501188DE表中*表表表示用于于一般般结构、非非重重大结构构。E——表表表示焊条条43————表示熔敷敷金金属抗拉拉强度度最小值值0——表表表示焊接接的位位置3——与与与前位数数字组组合表示示焊接接电流种种类及及药皮类类型。常用焊缝标注作为设计人员不不不可能完完全跟跟踪施工工中焊焊接的每每个环环节，因因此图图纸中对对焊接接的技术术要求求必须要要详细细和准确确，不不仅仅要要把焊焊缝的质质量要要求及选选用焊焊条型号号要表表述明白白，而而且对于于每个个焊接位位置具具体焊缝缝的形形式和尺尺寸要要求也要要表达达清晰和和准确确。详细细的焊焊缝符号号表达达方式可可以查查看《焊焊缝符符号表示示法》（GB3324）中的规规定，以及及查看《建建筑结构制制图标准》中中的相关内内容。角焊缝的设计与与与计算由于角焊缝施工工工简便，因因此此角焊缝缝是工工程中最最常用用的焊缝缝。下下面介绍绍常用用直角角角焊缝缝的计算算。角焊缝计算中首首首先是其其计算算高度的的确定定，见下下图：：he为直直直角脚焊焊缝的的计算高高度，等等于0.7hhf，hf为焊脚尺尺寸寸。正面角焊焊焊缝（作作用力力垂直于于焊缝缝长度的的方向向）的强强度要要满足下下式要要求：侧面角焊焊焊缝（作作用力力平行于于焊缝缝长度方方向）的的强度满满足下下式要求求：在各种力综合合合作用下，和和共同作用处处的强度应满满足下式要求求：式中：——按焊缝有效效截截面（he*llw）计算，垂垂垂直于焊焊缝长长度方向向的应应力；——按焊缝有效效截截面计算，沿沿焊缝长度方方向的剪应力力；——角焊缝的计计算算高度；——角焊缝的计计算算长度，对对对每条焊焊缝取取其实际际长度度减去2hf；f——角焊焊焊缝的强强度设设计值；；——正面角焊缝缝的的强度设计计计值增大大系数数；对承承受静静载和间间接承承受动载载的结结构取1.22，对直接接承承受动力力荷载载的结构构取1.0。对接焊缝的设计计计与计算算：在对接接头和TTT形接头中中垂垂直于轴轴心拉拉力或压压力方方向的对对接焊焊缝，其其强度度应按照照下式式计算：：式中：f————为对接焊焊缝缝的抗拉拉或抗抗剪强度度设计计值。t——为连接件件的最最小板厚厚。部分焊透的对接接接焊缝及及角接接与T形对接的的组组合焊缝缝设计计与计算算。部分焊透的的对对接焊缝及及及角接与T形对接的的组组合焊缝缝设计计与计算算与角角焊缝是是相同同的，常常用组组合焊缝缝的计计算高度度如下下：计算高度度度为：he=SS--3（mm）五、高强度螺栓栓栓连接节节点的的设计与与计算算高强度螺栓的种种种类及性性能高强度螺栓从外外外形上可可以分分为大六六角头头和扭剪剪型两两种；目目前我我们国家家大六六角头螺螺栓性性能等级级有8.8级和10.9级两种，扭扭扭剪型只只有10.9级一种，而而而目前在在幕墙墙工程中中常用用的为大大六角角头高强强度螺螺栓。每个高强度螺栓栓栓的设计计预拉拉力如下下：螺栓的性能等级级级螺栓的公称直径径径M16M20M22M24M27M308.8级8012515017523028010.9级100155190225290355高强度螺栓的连连连接机理理分类类高强度螺栓按照照照其受力力状况况，可分分为摩摩擦型连连接、摩摩擦-承压型连连接接、承压压型连连接及张张拉型型连接。目目前前摩擦型型连接接是普遍遍使用用的连接接方式式。（1）、摩擦型型连连接：这种连接接头处处处高强度度螺栓栓紧固，使使连连接板层层夹紧紧，利用用由此此产生于于连接接板层之之间的的摩擦力力来传传递外荷荷载。高高强度螺螺栓在在连接接接头中中不受剪剪只受受拉。这这种连连接应力力传递递圆滑、接接头头刚性好好，破破坏形式式为连连接接头头滑移移。通常常所指指的高强强度螺螺栓连接接都指指这种连连接。（2）、承压型型连连接：对于高强度螺栓栓栓连接接接头，当当外力超超过摩摩擦力后后，接接头发生生明显显的滑移移，螺螺杆与连连接板板孔壁接接触并并受力，其其破破坏形式式为螺螺栓杆被被剪断断或连接接板被被破坏。（3）、摩擦--承承压型连接接接高