单元式幕墙设计计算书

单元式幕墙设计计算书

单元式半隐框幕墙设计计算书

单元式半隐框幕墙

设计计算书

一、工程概况

工程名称：

建设地点:山东省青岛市

建筑物标高：20.0m

建筑面积：

主体结构形式：框架结构

建筑物抗震设防烈度：7度

本次设计范围：单元式半隐框幕墙。建设单位:

建筑设计单位：

二、设计计算依据

1、建筑结构施工图

2、标准规范：

GB/T21086-2007

JGJ102-2003

JGJ133-2001

JGJ/T139-2001

JGJ113-2009

GB50210-2001

GB50300-2001

GB50009-2001

GBJ50016-2002

GB50057-2001

JGJ101-96

GB50011-2001

GB50017-2003《建筑幕墙》《玻璃幕墙工程技术规范》《金属与石

材幕墙工程技术规范》《玻璃幕墙工程质量检验标准》《建筑玻璃应用

技术规程》《建筑装饰装修工程质量验收规范》《建筑工程施工质量验

收统一标准》《建筑结构荷载规范》《建筑设计防火规范》《建筑物防

雷击设计规范》《建筑抗震试验方法规程》《建筑抗震设计规范》《钢

结构设计规范》

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CECS102：2002

GB5237.1-6-2004

GB/T15227-2007

GB/T118250-2000

GB16776-2005

JG/T882-2001

GB/14683-2003

JC486-2001

JC/T883-2001

JC693-1998

GB17841-1999

GB9962-1999

GB/T11944-2002

GB/T9963-1998

GB/T18915.1-2002

GB/T18915.2-2002

JC/T915-2003

GB/T17748

YS/T429.2—2000

GB/T18600—2001

GB/T9298-1988

GB/T9300-1988

GB/T5277

GB/T818-2000

GB3098.1-2000

GB3098.2-2000

GB3098.4-2000

GB3098.5-2000

GB3098.6-2000

GB3098.15-2000《门式钢架轻型房屋钢结构技术规程》《铝合金

建筑型材》《建筑幕墙抗风压、气密、水密性能检测方法》《建筑幕墙

平面内变形性能检测方法》《建筑用硅酮结构密封胶》《幕墙玻璃接缝

用密封胶》《硅酮建筑密封胶》《中空玻璃用弹性密封剂》《石材幕墙

接缝用密封胶》《热反射玻璃》《幕墙用钢化玻璃与半钢化玻璃》《夹

层玻璃》《中空玻璃》《钢化玻璃》《镀膜玻璃第一部分阳光控制镀膜

玻璃》《镀膜玻璃第二部分低辐射镀膜玻璃》《热弯玻璃》《铝塑复合

板》《铝幕墙板氟碳喷涂铝单板》《天然花岗石建筑板材》《平开铝合

金窗执手》《铝合金窗不锈钢滑撑》《紧固件螺栓和螺钉》《十字槽盘

头螺钉》《紧固件机械性能螺栓、螺钉和螺柱》《紧固件机械性能螺母

粗牙螺纹》《紧固件机械性能螺母细牙螺纹》《紧固件机械性能自攻螺

钉》《紧固件机械性能不锈钢螺栓、螺钉、螺柱》《紧固件机械性能不

锈钢螺母》

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GB/T16823.1-1997

GB/T699-1999

GB/T700-1988

JGJ81-2002

GB14907-2002

GB/T5117-1995

GB/T5118-1995

《幕墙工程手册》《螺纹紧固件应力截面积和承载面积》《优质碳

素结构钢》《碳素结构钢》《建筑钢结构焊接技术规程》《钢结构防火

涂料》《碳钢焊条》《低合金钢焊条》赵西安编著

《玻璃幕墙工程技术规范应用手册》陈建东主编

《建筑结构静力计算手册》第二版

三、设计荷载及确定原则

在作用于幕墙上的各种荷载中，主要有风荷载、地震作用、幕墙

结构自重和由环境温度变化引起的作用效应等。通过在幕墙的节点设

计中预留一定的间隙，消除了由各种构件和饰面材料热胀冷缩引起的

作用效应。所以，作用于垂直于立面幕墙的荷载主要是风荷载、地震

作用，幕墙平面内主要是幕墙结构自重，其中风荷载引起的效应最大。

1、工程基本参数

山东省青岛市

抗震7度设防

工程所在位置标高20.0m

建筑结构类型：?u/H的限值=1/550。

选用8+12A+8中空钢化镀膜玻璃

玻璃的强度设计值：fg=84.0MPa

玻璃的重力体积密度：25.6kN/m3

选用6063T5铝合金型材

铝合金的强度设计值：

抗拉压强度：[?]=85.5N/mm2抗剪切强度：⑺=49.6N/mm2c类地

区

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铝合金的弹性模量：E=0.70X105N/mm2

选用Q235钢材

抗拉压强度：[?]=215N/mm2抗剪切强度：[?]=125N/mm2

钢材的弹性模量：E=2.05xl05N/mm2

2、场地类别划分

根据地面粗糙度，场地可划分为以下类别：

A类指近海海面和海岛、海岸、湖岸及沙漠地区；

B类指田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏的乡镇和城市

郊区；C类指有密集建筑群的城市市区；

D类指有密集建筑群且房屋较高的城市市区；

3、风荷载计算

建筑幕墙属于围护构件，根据GB50009-2001《建筑结构荷载规

范》7.1.1-2,垂直于外表面上的风荷载标准值为：

wk??gz?s?zwO

式中：wk------风荷载标准值(N/m2)；

?gz——高度z处的阵风系数；

按GB50009-2001《建筑结构荷载规范》7.5.1：

?gz?k(l?2?f)

k——地面粗糙度调整系数

?f——脉动系数?f?0.5?351.8(??0.16"z??)?——地面粗糙度指数

其中K为地区粗糙度调整系数，Rf为脉动系数

A类场地Bgz=0.92X(l+2Rf)其中：uf=0.387X(Z/10)-0.12

B类场地Bgz=0.89X(1+2Uf)其中：口f=0.5(Z/10)-0.16

C类场地Bgz=0.85X(1+2Pf)其中：Uf=0.734(Z/10)-0.22

D类场地Bgz=0.80X(1+2口f)其中：Uf=1.2248(Z/10)-0.3

?s——风荷载体型系数；根据建筑物及幕墙在建筑物的位置按

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GB50009-2001《建筑结构荷载规范》3.2.3选取；

?z——风压高度变化系数；

根据地面粗糙度指数及梯度风高度，即可得风压高度变化系数:

A类场地

B类场地

C类场地

D类场地

z0.2410z0.32?B?1.000(zz0.44?C?0.616(zz0.60?D?0.318()zA?z?1.379(

wO-----工程所在地区50年一遇最大风压(N/m2)。

4、地震作用计算

qEk??E??max?G

其中：qEk——水平地震作用标准值

?E——动力放大系数，按5.0取定

?max——水平地震影响系数最大值，按相应设防烈度取定

6度：?max=0.04

7度：?max=0.08

8度：?max=0.16

9度：?max=0.32

设防烈度为7度，故取?max=0.08

G——构件的自重

5、荷载组合

结构设计时，根据构件受力特点，荷载及作用的情况和产生的应力

（内力）作用方向，选用最不利的组合，荷载和作用效应的组合按下列规

定：

⑴无地震作用效应组合时，按下式进行：

S??GSGK??W?WSWK

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⑵有地震作用效应组合时，按下式进行：

S??GSGk??w?wSwk??E?ESEk

式中：

S——作用效应组合的设计值；

SGk——永久荷载效应标准值；

Swk——风荷载效应标准值；

SEk——地震作用效应标准值；

?G——永久荷载分项系数；

?w------风荷载分项系数；

?E——地震作用分项系数；

?w------风荷载的组合值系数；

?E——地震作用的组合值系数；

荷载和作用效应组合的分项系数，按以下规定采用：

A：承载力计算时

永久荷载：1.2

风荷载：1.4

地震作用：1.3

B：挠度和变形计算时

重力荷载：1.0

风荷载：1.0

地震作用：1.0

可变作用的组合值系数，按以下规定采用：

在进行幕墙构件、连接件和预埋件承载力计算时，必须考虑各种

荷载和作用效应的分项系数，即采用其设计值；进行挠度计算时，各

分项系数均取1.0,即采用其标准值。

一般情况下，风荷载的组合值系数?w取L0,地震作用的组合值

系数?E取。5。

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故，用于建筑幕墙计算的水平荷载标准值和设计值为：水平荷载

标准值:S?wK?0.5qEk

水平荷载设计值：S?1.4wK?0.5?1.3qEk

6、风荷载设计值

根据GB50009-2001《建筑结构荷载规范》

wk??gz?s?zw0

式中：wk-----风荷载标准值(N/m2)；

?gz——高度z处的阵风系数，z=20.0m；

?gz=1.92

?s——风荷载体型系数，风荷载体型系数按正压状况取

值，?s=1.20；?z——风压高度变化系数；根据地面粗糙度指数及梯度

风高度，即可得风压高度变化系数：

z0.24)z0.32?B?1.000(zz0.44?Cz?0.616(z0.60?D?0.318()zl0A?z?1.379(

本工程属于C类地区，高度z=20.0m

故?z=0.84

wO------临沂地区50年一遇最大风压(N/m2)。

按全国基本风压图，取：w0=400.0N/m2

故，风荷载标准值wk为；

wk=1.92xl.2x0.84x600=1156(N/m2)

w?rwk?1.4?1156=1618(N/m2)

r-----风荷载分项系数，取r=1.4；

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四、玻璃计算

1、单片玻璃在垂直于建筑幕墙平面的风荷载和地震力作用下，

玻璃截面最大应力标准值按下式计算：

?wk6mwka2

??6mqEka2

??t?Ek

式中：

?wk、?Ek——分别为风荷载、地震作用下玻璃截面的最大应力标

准值N/mm2；wk、qEk-----分别为垂直于玻璃平面的风荷载、地震作

用标准值N/mm2；

a-----玻璃短边边长mm；

t------玻璃的厚度mm；

m——弯矩系数，按表《玻璃幕墙工程技术规范》6.1.2-1采用;

?——折减系数，按表《玻璃幕墙工程技术规范》6.1.2-2采用。

w?a4

由??，查表得??2、最大应力设计值不应超过玻璃大面强度设计

值fgo

3、单片玻璃在风荷载作用下的跨中挠度，按下列规定：

1)单片玻璃的刚度D为：

Et3D?12(l?v)

式中：

D——玻璃的刚度(N?mm)；

t——玻璃的厚度(mm)；

v——泊松比，v=0.2；

2)单片玻璃的跨中挠度df为：

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?wka4df??df-----在风荷载标准值作用下挠度最大值(N?mm)；

wk------垂直于玻璃平面的风荷载标准值N/mm2；

?——挠度系数，按表《玻璃幕墙工程技术规范》6.1.3采用；

?——折减系数，按表《玻璃幕墙工程技术规范》6.1.2-2采用。

3）在风荷载标准值作用下，玻璃的挠度极限值df,lim按其短边边

长的1/60采用。

4、作用于中空玻璃上的风荷载标准值按下列公式分配到两片玻

璃上，对两片玻璃分别进行应力计算：

1）直接承受风荷载作用的单片玻璃：

tl3wkl?l.lwkl?2

2）不直接承受风荷载作用的单片玻璃：

wk23t2?wktl?t2

5、作用于中空玻璃上的地震作用标准值qEkl、qEk2,可根据各

单片玻璃的自重计算。

6、中空玻璃的挠度按单片玻璃挠度公式计算，但计算玻璃刚度

D时，应采用等效厚度te：

3te?0.9513?t2

7、该工程选用玻璃种类为：8.0mm钢化（中空）玻璃，选取最大

玻璃板块进行计算。

7.1玻璃面积

B：玻璃宽：1.48m

H：玻璃高:2.15m

A：玻璃板块面积m2

A=BxH

=1.48x2.15

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=3.17m2

7.2玻璃板块自重

GAK——玻璃板块平均自重

t——玻璃板块厚度，t=8.0mm

玻璃的体积密度：25.6kN/m3

GAK=25.6xt

=25.6x8.0

=204.80N/m2

7.3垂直于玻璃平面的分布水平地震作用

qE??E??max?G

其中：qE——水平地震作用标准值

?E——动力放大系数，按5.0取定?max——水平地震影响系数最

大值，?max=0.08qE??E??max?GAK?5.0X0.08X204.80=81.92N/m2rE：

地震作用分项系数，rE=1.3

qEk：垂直于玻璃平面的分布水平地震作用设计值

N/m2qEk?rEqE?1.3?81.92=106.50N/m2

7.4玻璃的强度计算

校核依据：??fg

⑴风荷载下玻璃板中应力风荷载作用下玻璃板中应力按下式计

算：?WK6mwa2??t2

?wk-----风荷载作用下玻璃板中应力N/mm2w------玻璃所受风荷

载设计值：w=890.17N/m2

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a——玻璃短边边长：1475.0mm

b------玻璃长边边长：2150.0mm

t------玻璃厚度：8.0mm

m——玻璃板面的跨中弯曲系数，按边长比a/b查《玻璃幕墙工

程技术规范》表6.1.2-1得:m=0.0759

?——折减系数，按《玻璃幕墙工程技术规范》表6.1.2-2采

用，？=0.500由？?w

?a4

??10.2,查得?=0.96

?6mwa2

WK??

=6x0.0759x890.17x1475.02x0.96/8.02/106

=13.2N/mm2

⑵地震作用下玻璃板中应力地震作用下玻璃板中应力按下式计

算：

?6mqa2

Ek?E

t?

?Ek------地震作用下玻璃板中应力N/mm2

qEk-----垂直于玻璃板的地震作用设计值N/m2

?6mqa2

Ek?E

?

=6x0.0759x106.50x1475.02x0.96/8.02/106

=1.6N/mm2

7.5应力组合

玻璃所受应力?：

?=?wk+0.5?Ek

=13.2+0.5x1.6

=14N/mm2

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玻璃满足应力要求

7.6玻璃的最大面积校核

按JGJ113-2003《建筑玻璃应用技术规范》，四边支承玻璃的最大

许用面积按下式计算：

0.2?tl.8

当玻璃厚度t?6mm时，Amax?wk

?(0.2tl.6?0.8)当玻璃厚度t?6mm时，Amax?k(l)(2)

式中：

Amax玻璃的最大允许面积(m2)

t——玻璃的厚度(mm)

?——玻璃的抗风压调整系数，按JGJ113-2003《建筑玻璃应用技

术规范》表4.2.2选取，?=1.50

本工程选用8.0mm玻璃，按公式⑵计算玻璃的最大允许面积。

Amax=8.27m2

玻璃面积满足要求

7.7玻璃的挠度计算

1)玻璃的刚度D：

Et3D?12(l?v2)

式中：

E------玻璃的弹性模量，E=0.72X105N/mm2

t——玻璃的厚度，t=9.58mm；

v——泊松比，v=0.2；

Et3

=72000X9.583/(12X(1-0.22)D?)=5487200.00N?mm?2)玻璃

挠度df：

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?wka4df??式中：

?——挠度系数，按表《玻璃幕墙工程技术规范》6.1.3采

用，?=0.00746；

?wa4df??D

=0.00746x1156.07x1475.04x0.96/5487200.00/106=7.1

1475/60=25.6mm,玻璃挠度满足要求。

7.8玻璃温度应力计算

校核依据:?maxW［。］=58.8N/mm2mm<

⑴在年温差变化下，玻璃边缘与半隐框边框间挤压在玻璃中产生

的挤压温度应力为：

E:玻璃的弹性模量:72000N/mm2

a:玻璃的线膨胀系数:1.0X10-5

△T：年温度变化差：80.0℃

c:玻璃边缘至边框距离，取5mm

de:施工偏差，可取:3mm

b:玻璃长边边长:2.150m

在年温差变化下，玻璃边缘与边框间挤压在玻璃中产生的温度应

力为：

otl=E(atXAT-(2c-dc)/b/1000)

=0.72XAT-72X(2X5-3)/b

=0.72x80.000-72x(2x5-3)/2.150

=-176.819N/mm2

计算值为负，挤压应力取为零，玻璃边缘与边框间挤压温度应力

可以满足要求

⑵玻璃中央与边缘温度差产生的温度应力：

口1:阴影系数：1.000

□2:窗帘系数:1.000

口3:玻璃面积系数:1.102

口4:边缘温度系数0400

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a:

10:

to：

tl:玻璃线胀系数:l.ox10-5日照量:3027.600(KJ/IVr2h)室外温度

-10.000°。室内温度40.000℃

TcO:室外侧玻璃中部温度(依据JGJ113-2003附录B计算);Tel:

室内侧玻璃中部温度(依据JGJ113-2003附录B计算);A0:

A1:

a0:

al:

TO:

T1：室外侧玻璃总吸收率;室内侧玻璃总吸收率;室外侧玻璃的吸

收率为0.180室内侧玻璃的吸收率为0.180室外侧玻璃的透过率为

0.073室内侧玻璃的透过率为0.073

Y0：室外侧玻璃反射率为0.747

Y1：室内侧玻璃反射率为0.747

A0=a0X[1+TOXy1/(1-yOXy1)]

=0.202

Al=alxrO/(l-YOxYl)

=0.030

当中空玻璃空气层厚为:12mm时

TcO=IOX(0.0150XA0+0.00625XAl)+0.817Xt0+0.183Xtl=8.896℃

(JGJ113-2003B.0.3-5)

=24.851℃(JGJ113-2003B.0.3-8)(JGJ113-2003B.0.3-7)Tcl=l0X

(0.00625XA0+0.0225XAl)+0.340Xt0+0.560Xtl

(JGJ113-2003B.0.3-6)

因此，中空玻璃中部温度最大值为max(TcO,Tcl)=24.851℃Ts:

玻璃边缘部分温度(依据JGJ113-2003附录B计算):Ts=(0.65Xt0+0.35

Xtl)

=(0.65x-10.000+0.35x40.000)

=7.500℃

△t:玻璃中央部分与边缘部分温度差：

△t=Tc-Ts

(JGJ113-2003B.0.4)

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=17.351℃

玻璃中央与边缘温度差产生的温度应力：

ot2=0.74xExax|ilXn2Xu3Xu4X(Tc-Ts)

=0.74X0.72X10A5X1.0X10A-5XulXu2Xn3Xn4XAt

=4.075N

/mm2

安装方式：偏心受拉；

根据建筑结构特点，幕墙立柱悬挂在建筑主体结构上，综合考虑

幕墙标高、幕墙的横向分格宽度、所选立柱型材、楼层高度以及对立

柱的固定方式，以下列情况最为不利，作立柱强度和刚度的校核。

1、荷载确定

按该单元式幕墙横向分格宽度B=1475mm,取出一个纵向的计算

单元，立柱受均布载作用，根据载荷计算：

WK=1156N/m2

W=1.4WK=1618N/m2

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qEk=5.0x0.08x500/1.0=200(N/m2)

qE=1.3qEK=260(N/m2)

WK合=1.0X1156+0.5X200=1256(N/m2)

W合=1.0X1618+0.5X260=1748(N/m2)

作用于左立柱、右立柱上的线荷载标准值和设计值分别为：

qK=0.74xl256=930(N/mm)

q=0.74X1748=1293(N/mm)

2、幕墙立柱截面参数

左立柱：

主惯性矩：

净截面面积：l=3834397mm4A=1323mm2

弯矩作用方向的净截面抵抗矩：Wmin=38629mm3

型材垂直于主惯性轴腹板的总壁厚：t=3.0mm

面积矩：S=30525mm3

型材材料为：

强度设计值为：

弹性模量为：

右立柱：

主惯性矩：

净截面面积：l=2747931mm4A=1225mm2铝合金

6063-T5f=85.5N/mm2E=72000N/mm2

弯矩作用方向的净截面抵抗矩：Wmin=30289mm3

型材垂直于主惯性轴腹板的总壁厚：t=3.0mm

面积矩：S=26004mm3

型材材料为：

强度设计值为：

弹，性模量为：车吕合金6063-T5f=85.5N/mm2E=72000N/mm2

3、立柱强度校核

根据JGJ102-2003

,承受轴向拉力和弯矩作用的幕墙立柱，最大应力满足：

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?max=+<fA0?.W

N??立柱中的拉力设计值(N)

式中：？max?立柱中的最大应力(N/mm2)

2qL??a????l???右端剪力V1B?R1B???2??L1????

2???5qLa???l?2.4??跨中位移？lz???384EI??Ll????4

23???????a?qaL3aa2??????l?4????3?PaL/3EI?l??222??????2?2??2???

????右端位移?2C??

总位移?z??lz??2c/2

第二跨：

较点弯矩M2A2??qa????Pa??22???

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?qa?a???2?钱点左侧剪力V2A???P2??????2????

较点左侧剪力V2A

第三跨及以后：??a?q????P2???????2??2??

22???????qLaaa????Piai??l??跨中弯矩

??./2????????i??i?i???????22

?a?跨中剪力Viz??Pi?????i?

5qL4qai2L2PiaiL2iii跨中位移?iz???根据上述公式解算：

第一跨内力：2???qLa???l???跨中弯矩M1???8??L1????22

=1.293X29502X

[l-(350/2950)2]2/8=1368085(N•mm)2qL??a????l???=1.293X2950X

[l-(350/2950)2]/2=1822(N)右端剪力V1B?R1B???2??L1????

第二跨内力：较点弯矩M2A2??qa?=-(1822X350+1.293X

3502/2)=-737777(N•mm)???Pa??22???

右端剪力V2B=1.293X2950X[1-(350/2950)2]/2-1882X

(350/2950)=1658(N)2??a?2qL??a??a????Piai??l??跨中弯矩

Mi???l??l??/2??????8??Li??Li?Li???????22

=1.293x29502x[l-(350/2950)2]2/8-1882x350x[l-(l+350/2950)2/2+350/

2950]=1043455(N-mm)

第三跨及以后内力：

单元式半隐框幕墙设计计算书

较点弯矩M3A?-(1658X350+1.293X3502/2)=-659646(N•mm)

右端剪力V2B=1.293X2950X[1-(350/2950)2]/2-1658X

(350/2950)=1685(N)2??a?2qL??a??a?跨中弯矩

Mi???l??????Piai??l???l???/2??8???i?i???i??????22

=1.293x29502x[l-(350/2950)2]2/8

-1658x350x[l-(l+350/2950)2/2+350/2950]=1081970(N-mm)

第一跨验算：该处立柱跨中弯矩值：

2qL??a????l???=1368085(N-mm)Ml???8??Ll????22

立柱承受拉力设计值为：

N=1.2A

=1.2x500x0.74x(350+2950)/1000=1460(N)

左立柱：

+A0?W?max==1460/1323+1368085/1.05/38629

=34.8(N/mm2)<f=85.5N/mm2

左立柱的强度满足规范要求。

右立柱：

+A0?W?max==1460/1225+1368085/1.05/30289

=44.2(N/mm2)<f=85.5N/mm2

右立柱的强度满足规范要求。

根据解算，第二跨及以后弯矩均不如第一跨数据大，故应满足规

范要求，不再验算。

4、立柱刚度校核

单元式半隐框幕墙设计计算书

第一跨验算：

左立柱挠度：2???5qLa???l?2.4??跨中位移？lz???384??l????4

=3.3(mm)右端位

移？2c23???????a?qaL3aa2??????l?4????3?PaL/3EI?222?????l????2?2

??2????????

=-0.3(mm)

总位移?z??lz??2c/2=3.3+(-0.3)/2=3.2(mm)式中：u

q?立柱挠度；(mm)?立柱承受的标准线荷载；(N/mm)L?立柱长度;

(mm)

E?立柱材料的弹性模量；(N/mm2)

，1801?立柱横截面主惯性矩；(mm4)根据规范对铝合金立柱刚度

要求，铝合金立柱的最大允许挠度为[u]=即[u]=2950/180=16.3mm。

umax<[u]

左立柱的刚度满足规范要求。

右立柱挠度：2???5qLa???l?2.4??跨中位移？lz?????l????4

=2.4(mm)右端位

移？2c23??a??a???a?qaL2??????l?4????3?PaL/3EI?l??222??????2?2??

2???????3??

=-0.2(mm)

总位移?z??lz??2c/2=2.4+(-0.2)/2=2.3(mm)右立柱的刚度满足规

范要求。

单元式半隐框幕墙设计计算书

根据解算，第三跨跨中弯矩较大，故验算其跨中位移。左立柱挠

度：

5qL4qai2L2PiaiL2iii?iz???=2.1(min)

根据规范对铝合金立柱刚度要求，铝合金立柱的最大允许挠度为

[u]=,BP[u]=2950/180=16.3mmoumax<[u]

左立柱的刚度满足规范要求。

右立柱挠度不再计算，右立柱的刚度满足规范要求。

5、立柱抗剪计算

第一跨验算：

校核依据：工max<[T]=49.6N/mm2

Q：设计值作用下剪力(kN)

VqL??a2

1B?R1B???1?????

?1????=1882(N)???

T立柱剪应力

左立柱：

S：立柱型材截面面积矩30525mm3

I：立柱型材截面惯性矩3834397mm4

t：腹板壁厚：t=3mmT=Q?S

7=1882X30525/(3834397X3)

=5.0(N/mm2)<48.9N/mm2

左立柱抗剪强度满足规范要求

右立柱：T=Q?S

?=1882X26004/(2747931X3)180

单元式半隐框幕墙设计计算书

=5.9(N/mm2)<48.9N/mm2

右立柱抗剪强度满足规范要求支座处剪力计算:

V2A?1882?3502950?1.293??2108(N)29502

T立柱剪应力

左立柱：T=Q?S

7=2108X30525/(3834397X3)

=5.6(N/mm2)<48.9N/mm2

左立柱抗剪强度满足规范要求

右立柱：T=Q?S

7=2108X26004/(2747931X3)

=6.6(N/mm2)<48.9N/mm2

右立柱抗剪强度满足规范要求

六、横梁计算

综合考虑横梁所处位置的标高、幕墙的横向分格宽度、所选横梁

型材，以下情况最为不利，作横梁强度和刚度的校核。

横梁所受到的重力取幕墙结构自重为GAK=500N/m2,横梁的计

算长度取B=1475mm,幕墙的纵向分格高度H=1150、2150mm。

1、力学模型

单元式半隐框幕墙设计计算书

横梁与立柱相接，相当于两端简支。

在幕墙平面内，横梁受到玻璃及型材的重力作用，可视为均布线

荷载qG；qG=1.2GAKH=1.2X500X2150/106=1.3(kN/m)

在幕墙平面外，横梁受到风荷载、地震载荷作用，其受力面积为

上图左图阴影部分；其中q是阴影面积承受的最大设计线荷载；根据

“立柱计算”，有

WK合=1.26(KN/m2)

W合=1.75(KN/m2)

则有设计值线荷载：

q=W合XB/2=1.75X1.475/2=1.29(kN/m),

相应的标准线荷载：

qK=WK合XB/2=1.26X1.475/2=0.93(kN/m)

横梁是一个双弯构件。

2、幕墙横梁横截面：

上横梁：

横截面积：

横截面X-X惯性矩：A=1251mm2IX=679150mm4

横截面X-X最小抵抗矩：WX=12970mm3

横截面Y-Y惯性矩：IY=2588604mm4

横截面Y-Y最小抵抗矩：WY=37956mm3

横梁的材料为：铝合金(6063-T5)

型材垂直于主惯性轴腹板的总壁厚：t=2.5mm

面积矩：S=25767mm

3

单元式半隐框幕墙设计计算书

其强度设计值为：

其弹性模量为：

下横梁：

横截面积：

横截面X-X惯性矩：f=85.5N/mm2；E=72000N/mm2o

A=1267mm2IX=315462mm4横截面X-X最小抵抗矩：WX=13367mm3

横截面Y-Y惯性矩：IY=1840154mm4横截面Y-Y最小抵抗矩：

WY=31618mm3

横梁的材料为：铝合金(6063-T5)型材垂直于主惯性轴腹板的总壁

厚：t=2.5mm面积矩：S=22100mm3

中横梁：

横截面积：

横截面X-X惯性矩：A=950mm2IX=252285mm4横截面X-X最小抵

抗矩：WX=10297mm3横截面Y-Y惯性矩：IY=1328030mm4横截面Y-Y

最小抵抗矩：WY=22779mm3

横梁的材料为：铝合金(6063-T5)型材垂直于主惯性轴腹板的总壁

厚：t=2.5mm面积矩：S=20506mm3

3、横梁强度校核

根据JGJ102-2003幕墙横梁截面最大应力满足：

?.WX?.WY?max=

式中：？max?横梁中的最大应力(N/mm2)

MX?绕X轴(幕墙平面内方向)的弯矩设计值(N.mm)MY?绕Y轴(垂

直幕墙平面方向)的弯矩设计值(N.mm)??材料塑性发展系数，取为

1.05

上横梁：只承受绕Y轴(垂直幕墙平面方向)

的载荷

单元式半隐框幕墙设计计算书

qB2MY?=1.29xl4752/1212

=233879(N.mm)则:?max?M??Y

=233879/1.05/37956

=5.9(N/mm2)<f=85.5N/mm2

上横梁的强度满足规范要求。

中横梁：承受双向载荷，且承受中横梁上下两侧的水平载荷。

2Mx==1.3x14752/88

=353539(N.mm)

2qB2MY?=2xl.29xl4752/12=467759(N.min)

则：？max=?.WX?.WY

=353539/1.05/10297+467759/1.05/22779

=52.2(N/mm2)<f=85.5N/mm2

中横梁的强度满足规范要求。

下横梁：承受双向载荷

2Mx==1.3x14752/88

=353539(N.mm)

qB2MY?=1.29xl4752/1212

=233879(N.mm)

则：？max=?.WX?.WY

=353539/1.05/13367+233879/1.05/31618

=32.2(N/mm2)<f=85.5N/mm2

下横梁的强度满足规范要求。

单元式半隐框幕墙设计计算书

4、横梁刚度校核

横梁最大挠度是umaxY、umaxX二部分的矢量和

根据强度计算，中横梁强度值最高，故在此计算中横梁的挠度。

平面外水平载荷：

u=4

maxY120EIY=2x0.93xl4754/120/72000/1840154

=0.56（mm）

式中：umaxY?横梁在幕墙平面外的最大挠度；（mm）

qk?横梁承受的标准线荷载；（N/mm）

B?横梁长度；（mm）

E?横梁材料的弹性模量；（N/mm2）

IY?横梁横截面主惯性矩（对Y-Y轴）；（mm4）

横梁在幕墙平面内由自重引起的挠度umaxX为：

u=4

maxX384EIX

=5x1,0x14754/384/72000/315462

=2.71（mm）

从而，横梁的最大挠度为：

umax=inaxX2maxY2

=2.77（mm）

根据规范对横梁的刚度要求，横梁的最大允许挠度为[u]=B/180,

[u]=8.2mmo

umax<[u]

横梁的刚度满足规范要求。

5、横梁抗剪计算

校核依据：Tmax<[T]=49.6N/mm2

Q：设计值作用下剪力(kN)

Q=W合XB2/4

=1.75x1.4752/4

=0.95(kN)

中横梁截面最弱，在此计算中横梁剪应力工

单元式半隐框幕墙设计计算书

S：中横梁型材截面面积矩20506mm3

I：中横梁型材截面惯性矩1328030mm4

t：中横梁腹板的总壁厚:2.5mm工=Q?S

l?t

=950x20506/1328030/2.5

=5.9(N/mm2)<48.9N/mm2

横梁抗剪强度满足规范要求

七、结构胶计算

玻璃最大宽高尺寸分别为B：玻璃宽：1.475m；H：玻璃高:2.150m。

硅酮结构密封胶在风荷载、地震作用下强度设计值fl=0.2N/mm2,结

构硅酮密封胶在永久荷载作用下强度设计值f2=0.01N/mm2,结构胶

完全固化后在温差效应作用下的最大变位承受能力?T=0.1,结构胶完

全固化后在地震效应作用下的最大变位承受能力?E=0.125。

1、结构胶胶缝宽度

(1)风荷载和地震作用所需胶缝宽度：

Cs=(W+0.5qE)a/2000/fl

=(1.62+0.5x0.26)x1475/2000/0.2

=6.45(mm)

⑵永久荷载作用下所需胶缝宽度：

Cs=qGab/2000/(a+b)/2000/f2

=1.2x25.6x2x0.008x1475x2150/(1475+2150)/2000/0.01

=10.75(mm)

设计打胶宽度12mm

2、胶缝厚度

⑴温度效应作用所需胶缝厚度：

tsl=L

T.(2+?T)

=5.0(mm)

单元式半隐框幕墙设计计算书

其中,tsi??温度效应作用所需打胶厚度

?L??玻璃的相对位移量(以长边计)

?L=LX|?铝-?|X?T

=2150x10.0000235-0.000011x80

=2.3(mm)

?T10%

?铝??为铝材的线膨胀系数0.0000235

???为玻璃的线膨胀系数0.00001

⑵地震作用所需胶缝厚度：ts2?u??l?1475?2.68mm)550us???h?

ts2?2.68?5.2mm)?设计打胶厚度为7mm。

结构胶设计符合规范要求。

八、连接计算

基本参数：

计算点标高：20.0m；

立柱计算间距(指立柱左右分格平均宽度)：Bl=1475mm；横梁计

算分格尺寸：宽*高=3'^|=1475|71171*2150mm；幕墙立柱跨度：

L=3300mm；

板块配置：8+12+8mm中空玻璃；

龙骨材质：立柱为：6063-T5；横梁为：6063-T5；立柱与主体连

接铝挂板壁厚：8mm；

立柱与挂板连接螺栓公称直径：3-MlOmm；

单元式半隐框幕墙设计计算书

挂板与预埋件连接的螺栓直径：M18mm

立柱与上横梁连接螺栓公称直径：3-M6mm；

立柱与下横梁连接螺栓公称直径：4-M6mm；

因为BWH,所以本处幕墙横梁按三角形荷载模型进行设计计算:

1、立柱与横梁间连接计算

⑴风荷载作用下横梁剪力设计值：

Vw=1.4wkB2/4

=1.4X0.001156x14752/4

=880N

⑵地震作用下横梁剪力标准值：

VEk邛EamaxGk/AxB2/4

=5.0x0.08x0.0005x14752/4

=108N

⑶地震作用下横梁剪力设计值：

VE=1.3VEk

=1.3x108

=141N

⑷连接部位总剪力N1：

采用SW+0.5SE组合：

Nl=Vw+0.5VE

=880+0.5x141

=950N

⑸自重荷载计算：

Gk：横梁自重线荷载标准值(N/m)；

H：受荷单元平均分格高(mm)；

Gk=0.0005xH

=0.0005x2150

=1.075N/mm

G：横梁自重线荷载设计值(N/m)；

单元式半隐框幕墙设计计算书

G=1.2Gk

=1.2x1.075

=1.29N/mm

N2：自重荷载(N)：

B：横梁宽度(mm)；

N2=GB/2

=1.29x1475/2

=951N

⑹连接处组合荷载N：

采用SG+SW+0.5SE

N=(N12+N22)l/2

=(9502+9512)0.5

=1344N

⑺计算下横梁与立柱)连接处螺栓强度计算：

Nv2b：螺栓受剪承载能力设计值(N)；nv2：剪切面数：取1；

d：螺栓杆直径：6mm；

fv2b：螺栓连接的抗剪强度设计值，对普通碳钢(C级)取140MPa；

Nv2b=nv28d2fv2b/4

=1x3.14x62x140/4

=3956N

Nnum2：螺栓个数：

Nnum2=N/Nv2b

=1344/3956

=0.33个实际取4个...7.2.1-l[GB50017-2003]

⑻连接部位立柱型材壁抗承压能力计算：

Nc2：连接部位幕墙立柱型材壁抗承压能力设计值(N)；Nnum2：

连接处螺栓个数；

d：螺栓公称直径：6mm；

t2：连接部位立柱壁厚：3mm；

单元式半隐框幕墙设计计算书

fc2：型材的承压强度设计值，对6063-T5取120MPa；

Nc2=Nnum2dt2fc2……7.2.1-3[GB50017-2003]=4x6x3xl20

=8640N

8640N21344N

满足规范要求。

2、立柱与挂板连接计算

⑴连接处水平剪切总力计算：

qw：风荷载线分布集度设计值(N/mm)；

qw=1.4wkBl

=1.4x0.001156x1475

=2.38N/mm

qE：地震作用线分布集度设计值(N/mm)；

qE=1.3[3EamaxGk/AxBl