单元式幕墙设计计算书

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《建筑幕墙》

JGJ102-2003《玻璃幕墙工程技术规范》

JGJ133-2001《金属与石材幕墙工程技术规范》

JGJ/T139-2001《玻璃幕墙工程质量检验标准》

JGJ113-2009《建筑玻璃应用技术规程》

GB50210-2001《建筑装饰装修工程质量验收规范》

GB50300-2001《建筑工程施工质量验收统一标准》

GB50009-2001《建筑结构荷载规范》

GBJ50016-2002《建筑设计防火规范》

GB50057-2001《建筑物防雷击设计规范》

JGJ101-96《建筑抗震试验方法规程》

GB50011-2001《建筑抗震设计规范》

GB50017-2003《钢结构设计规范》

CECS102：2002《门式钢架轻型房屋钢结构技术规程》

GB5237.1-6-2004《铝合金建筑型材》

GB/T15227-2007《建筑幕墙抗风压、气密、水密性能检测方法》

GB/T118250-2000《建筑幕墙平面内变形性能检测方法》

GB16776-2005《建筑用硅酮结构密封胶》

JG/T882-2001《幕墙玻璃接缝用密封胶》

GB/14683-2003《硅酮建筑密封胶》

JC486-2001《中空玻璃用弹性密封剂》

JC/T883-2001《石材幕墙接缝用密封胶》

JC693-1998《热反射玻璃》

GB17841-1999《幕墙用钢化玻璃与半钢化玻璃》

GB9962-1999《夹层玻璃》

GB/T11944-2002《中空玻璃》

GB/T9963-1998《钢化玻璃》

GB/T18915.1-2002《镀膜玻璃第一部分阳光控制镀膜玻璃》

GB/T18915.2-2002《镀膜玻璃第二部分低辐射镀膜玻璃》

JC/T915-2003《热弯玻璃》

GB/T17748《铝塑复合板》

YS/T429.2—2000《铝幕墙板氟碳喷涂铝单板》

GB/T18600—2001《天然花岗石建筑板材》

GB/T9298-1988《平开铝合金窗执手》

GB/T9300-1988《铝合金窗不锈钢滑撑》

GB/T5277《紧固件螺栓和螺钉》

GB/T818-2000《十字槽盘头螺钉》

GB3098.1-2000《紧固件机械性能螺栓、螺钉和螺柱》

GB3098.2-2000《紧固件机械性能螺母粗牙螺纹》

GB3098.4-2000《紧固件机械性能螺母细牙螺纹》

GB3098.5-2000《紧固件机械性能自攻螺钉》

GB3098.6-2000《紧固件机械性能不锈钢螺栓、螺钉、螺柱》

GB3098.15-2000《紧固件机械性能不锈钢螺母》

GB/T16823.1-1997《螺纹紧固件应力截面积和承载面积

GB/T699-1999《优质碳素结构钢》

GB/T700-1988《碳素结构钢》

JGJ81-2002《建筑钢结构焊接技术规程》

GB14907-2002《钢结构防火涂料》

GB/T5117-1995《碳钢焊条》

GB/T5118-1995《低合金钢焊条》

《幕墙工程手册》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C类地区

抗震7度设防

工程所在位置标高20.0%

建筑结构类型：4团的限值=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：［司）=85.5N/ZTW;2抗剪切强度：［T］=49.6N/ZTW;2

铝合金的弹性模量：E=0.70xl05N/mm2

选用Q235钢材

抗拉压强度：=215N/切/抗剪切强度：[T]=125N/mm2

钢材的弹性模量：E=2.05xl05Nlmm2

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：

式中：wk——风荷载标准值(N//)；

一高度z处的阵风系数；

按GB50009-2001《建筑结构荷载规范》751-1

|3群=左(1+2|1/)

k——地面粗糙度调整系数

上一脉动系数b=0.5X35L8回0」6)(2)-江

a—地面粗糙度指数

其中K为地区粗糙度调整系数，比为脉动系数

12

A类场地pgz=0.92x(l+2gf)其中：gf=0.387x(Z/10)-°

B类场地pgz=0.89x(l+2|if)其中：四产0.5亿/10)一0」6

22

C类场地13gz=0.85x(1+23其中：m=0.734(Z/10)°-

03

D类场地pgz=0.80x(l+2|if)其中：|1(=1.2248(7/10)--

风荷载体型系数；根据建筑物及幕墙在建筑物的位置按

GB50009-2001《建筑结构荷载规范》3.2.3选取;

凡一风压高度变化系数；

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=1,379(—)024

10

B类场地=1,000(—)032

10

C类场地Ilf=0.616(—)044

10

D类场地=0.318(—)060

10

w0---工程所在地区50年一遇最大风压(N/唐2)。

4、地震作用计算

〃J.XamaxXG

其中：qEk——水平地震作用标准值

瓦——动力放大系数，按5.0取定

ocmax——水平地震影响系数最大值，按相应设防烈度取定

6度：amax=0-04

7度：«rnax=0-08

8度：amax=0』6

9度：Aax=032

设防烈度为7度，故取(Xmax=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：

(1)无地震作用效应组合时，按下式进行：

(2)有地震作用效应组合时，按下式进行：

s=yGSGk+匕WwS皿+YEWESE"

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；

NG——永久荷载分项系数；

八——风荷载分项系数；

匕——地震作用分项系数；

Ww—风荷载的组合值系数；

WE——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：L2

风荷载：L4

地震作用：L3

B：挠度和变形计算时

重力荷载：L0

风荷载：L0

地震作用：L0

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L0,即采用其标

准值。

一般情况下，风荷载的组合值系数V”,取L0,地震作用的组合值系数VE取0.5。

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：5=1.4+0.5x1.3^

6、风荷载设计值

根据GB50009-2001《建筑结构荷载规范》

Wk=BgzPs”Wo

式中：wk---风荷载标准值(N/相2)；

限——高度Z处的阵风系数，z=20.0m；

限=L92

L—风荷载体型系数，风荷载体型系数按正压状况取值，|1S=1.2O；

|lz——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:

=1.379(^)°24

1.000($°32

。心咻严

0.318($°6。

本工程属于C类地区，高度z=20.0相

故氏=0.84

%---临沂地区50年一遇最大风压(N/^2)。

2

按全国基本风压图，取：wo=4OO.ON/m

故，风荷载标准值明为；

纵=1.92x1.2x0.84x600=1156(N/m2)

2

w=rwk=1.4x1156=1618(A^/m)

r-----风荷载分项系数，取r=1.4；

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：

6mw,a2

^wk

式中：

Owk、。成一分别为风荷载、地震作用下玻璃截面的最大应力标准值N/加外;

叫、qEk—分别为垂直于玻璃平面的风荷载、地震作用标准值N/相机2；

a---玻璃短边边长ww?；

t----玻璃的厚度优机；

m—弯矩系数，按表《玻璃幕墙工程技术规范》6.L2-1采用；

r|—折减系数，按表《玻璃幕墙工程技术规范》6.L2-2采用。

4

由8查表得T）

E-t

2、最大应力设计值不应超过玻璃大面强度设计值力。

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：

式中：

D——玻璃的刚度（N•切根）；

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:

df——在风荷载标准值作用下挠度最大值（N•切根）；

wk---垂直于玻璃平面的风荷载标准值N/«W?2.

|1—挠度系数，按表《玻璃幕墙工程技术规范》6.1.3采用；

H—折减系数，按表《玻璃幕墙工程技术规范》6.L2-2采用。

3）在风荷载标准值作用下，玻璃的挠度极限值4小m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：

吸1=口叫7777T

"1十’2

2）不直接承受风荷载作用的单片玻璃：

5、作用于中空玻璃上的地震作用标准值外八、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

度小

te=0.95而+\

7、该工程选用玻璃种类为：8.0根机钢化（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：1.48机

H：玻璃高：2.15m

A：玻璃板块面积加2

A=BxH

=1.48x2.15

=3.17m~

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=8.0加加

玻璃的体积密度：25.6旧V/加3

GAK=25.6xt

=25.6x8.0

=204.80

7.3垂直于玻璃平面的分布水平地震作用

n_PExamaxXG

qE-

其中：qE——水平地震作用标准值

瓦——动力放大系数，按5.0取定

amax——水平地震影响系数最大值，amax=0.08

2

qE=BE*aXGAK=5.0x0.08x204.80=81.92TV/m

rE：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//

2

qEk=rEqE-1.3x81.92=106.50N/m

7.4玻璃的强度计算

校核依据：a<fg

(1)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：

6mwa2

^WK=^”

2

nwk-----风荷载作用下玻璃板中应力N/mm

玻璃所受风荷载设计值：w=890.177V/m2

a-----玻璃短边边长：1475.0加加

b-----玻璃长边边长：2150.0mm

t-----玻璃厚度：8.0mm

m一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

ri——折减系数，按《玻璃幕墙工程技术规范》表6.1.2-2采用，n=0.500

4

由查得r|=0.96

6mwa2

GJVK=~~2”

=6X0.0759X890.17X1475.02X0.96/8.02/106

=13.2N/mm2

(2)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:

2

6mqEa

GEk~2-n

。球——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//

2

6mqEa

GEk=2-n

=6X0.0759X106.50X1475.02X0.96/8.02/106

=1.6N/mm2

7.5应力组合

玻璃所受应力o:

0=0滋+0.5。球

=13.2+0.5x1.6

=14N/mm2

玻璃满足应力要求

7.6玻璃的最大面积校核

按JGJH3-2003《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：

f)Qry/L8

当玻璃厚度67时，4ax=(1)

当玻璃厚度t>6mm时，Amax=确如'+"8)(2)

叫

式中：

2

Amax——玻璃的最大允许面积(m)

t-----玻璃的厚度(mm)

a——玻璃的抗风压调整系数，按JGJH3-2003《建筑玻璃应用技术规范》表

4.2.2选取，a=L50

本工程选用8.0mm玻璃，按公式(2)计算玻璃的最大允许面积。

4ax=827m2

玻璃面积满足要求

7.7玻璃的挠度计算

1)玻璃的刚度D：

式中：

E——玻璃的弹性模量，E=0.72xl05^/mm2

t-----玻璃的厚度，t=9.58优优；

v-----泊松比，v=0.2；

Ff3

D=——1-=72000-9.583/(12x(1-0.22))=5487200.00mm

12(1-v2)

2)玻璃挠度%:

式中：

模——挠度系数，按表《玻璃幕墙工程技术规范》6.1.3采用，|1=0.00746;

4

仆忆四

fD

=0.00746x1156.07x1475.04X0.96/5487200.00/106=7.1mm<

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：<Tmax<[o]=58.8

(1)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/«w?

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：

-ti=E(aMT-(2c-dc)/b/1000)

=0.72xAT-72x(2x5-3)/b

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

=-176.819A^/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：

)11:阴影系数：L000

p.2:窗帘系数：1.000

|13:玻璃面积系数：1.102

(14:边缘温度系数:0.400

a:玻璃线胀系数：LOx10-5

10:日照量:3027.600(KJ/M人2h)

tO:室外温度-10.000C

tl:室内温度40.000C

TcO:室外侧玻璃中部温度(依据JGJH3-2003附录B计算)；

Tel:室内侧玻璃中部温度(依据JGJH3-2003附录B计算)；

A0:室外侧玻璃总吸收率；

A1:室内侧玻璃总吸收率；

a0:室外侧玻璃的吸收率为0.180

al:室内侧玻璃的吸收率为0.180

T0:室外侧玻璃的透过率为0.073

T1:室内侧玻璃的透过率为0.073

Y0:室外侧玻璃反射率为0.747

yl：室内侧玻璃反射率为0.747

A0=a0x[1+T0XY1/(1-Y0XY1)](JGJ113-2003B.0.3-7)

=0.202

Al=alxT0/(l-Y0xYl)(JGJ113-2003B.0.3-8)

=0.030

当中空玻璃空气层厚为：12mm时

Tc0=I0x(0.0150xA0+0.00625xAl)+0.817xt0+0.183xtl=8.896℃

(JGJ113-2003B.0.3-5)

Tcl=I0x(0.00625xA0+0.0225xAl)+0.340xt0+0.560xtl=24.851℃

(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+0.35xtl)(JGJ113-2003B.0.4)

=(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

=17.351℃

玻璃中央与边缘温度差产生的温度应力：

<5t2=0.74xExaxp.lx(i2xp.3x|i4x(Tc-Ts)

=0.74x0.72xlOA5xl.Ox10A-5x(ilx(i2x|i3x(i4xAt

=4.075N/mm2

玻璃中央与边缘温度差产生的温度应力可以满足要求

五、立柱计算

基本参数：

计算点标高：20.0m；

力学模型：多跨校接静定梁；

Llx4△

alLIa2L2a3L3a4L4a5L5

立柱跨度：a=350mm,L=2950mm；

立柱左分格宽：1475mm；

立柱计算间距(指立柱左右分格平均宽度)：B=1475mm；

板块配置：8+12A+8中空钢化镀膜玻璃；

立柱材质：6063-T5；

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8=1475切勿，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：

^%=1156N/m2

眸1.4畋=1618N/n?

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

=2

^£=1.3q£-x260(N/m)

畋6=1.0x1156+0.5x200=1256(N/m2)

W-=1.Ox1618+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:

qbO.74x1256=930(N/mm)

4=0.74x1748=1293(N/mm)

2、幕墙立柱截面参数

左立柱：

主惯性矩：7=3834397mm4

净截面面积：Z=1323mn?

弯矩作用方向的净截面抵抗矩：%加=38629mm3

型材垂直于主惯性轴腹板的总壁厚：片3.0mm

面积矩：5=30525mm3

型材材料为：铝合金6063-T5

强度设计值为：/=85.5N/mm2

弹性模量为：£=72000N/mm2

右立柱：

主惯性矩：7=2747931mm4

净截面面积：A=1225mm2

3

弯矩作用方向的净截面抵抗矩：Wmin=30289mm

型材垂直于主惯性轴腹板的总壁厚：片3.0mm

面积矩：5=26004mm3

型材材料为：铝合金6063-T5

强度设计值为：>85.5N/mm2

弹性模量为：£=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:

NM

°max=M+丽9r

2

式中：omax—立柱中的最大应力(N/mm)

N——立柱中的拉力设计值(N)

Ao----立柱净截面面积(mn?)

M----立柱弯矩设计值(N.mm)

/——塑性发展系数，取为1.05；

W----弯矩作用方向的净截面抵抗矩；(mn?)

立柱按多跨校接连续静定梁进行设计计算：

ABABABABABA

alLIa2L2a3L3a4L4a5L5

多跨校接连续静定梁计算简图

一般情况下，建筑幕墙的立柱为等跨多跨校接连续静定梁，需要验算三个控制截面:

第一跨：

跨中弯矩M=红1-色

右端剪力匕B=&B=

工、

+(j^afz2/3£7)x

总位移=Az+〃20/2

第二跨:

钱点弯矩峪4=一P2a2+

、

较点左侧剪力匕/=-P2+^x\2+?

L’2/

较点左侧剪力%Z=+4X。2+五

L?

第三跨及以后:

2

(、2/、2

跨中弯矩M=@x%

kJ一x1-1+^/2+

'8T

、A)

、

a

跨中剪力匕Z=+4i

5ql^qa；44。/；

跨中位移”

384£732EI16EI

根据上述公式解算:

第一跨内力：

2

(、2

跨中弯矩川］=哈a

1-x

4,

=1.293x29502x[l-(350/2950)2]2/8=1368085(N-mm)

(、2

右端剪力/二氏超二勺a

1-x=1.293X2950X[1-(350/2950)2]/2=1822(N)

第二跨内力:

C

较点弯矩陷，=—P2az+1822x350+1.293x35()2/2)=-737777(N-mm)

右端剪力匕B=L293X2950X[1-(350/2950)2]/2-1882X(350/2950)=1658(N)

2

(、2/\2

跨中弯矩M=@x1-幺一举，X1T+1ai/2+L

'8\L.i7H

=1.293X29502X[1-(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:

较点弯矩河3)=-(1658x350+1.293x35()2/2尸-659646(N-mm)

2

右端剪力V2B=1.293X2950X[1-(350/2950)]/2-1658X(350/2950)=1685(N)

2

(、2/\2

跨中弯矩陷=也又1-EL_PRX1-1+子/2+f%

8IA7L;

=1.293X29502X[1-(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:

2

1-=1368085(N-mm)

M呼.Ay

立柱承受拉力设计值为：

N=7.2^X£X5

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

左立柱：

NM

0m"%+而

=1460/1323+1368085/1.05/38629

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

左立柱的强度满足规范要求。

右立柱：

NM

0m"%+而

=1460/1225+1368085/1.05/30289

=44.2(N/mm2)9=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

第一跨验算:

左立柱挠度:

(、2

541-2.4但

跨中位移4

384E/

=3.3(mm)

3(V(、3]/\

右端位移/2C=一1+4y-+3y-\+[P2a；L2/3EI)x1+y-

\LiJ\L1JJkL1J

=-0.3(mm)

总位移巴=ZAz+〃2c/2=3.3+(-0.3)/2=3.2(mm)

式中：u一立柱挠度；(mm)

q一立柱承受的标准线荷载；(N/mm)

L一立柱长度；(mm)

E一立柱材料的弹性模量；(N/mn?)

I—立柱横截面主惯性矩；(mn?)

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国看，

即[u]=2950/180=16.3mm。

Wmax—[^]

左立柱的刚度满足规范要求。

右立柱挠度：

跨中位移劭=」仁1-2.4(幺]

384£/[(右川

=2.4(mm)

3(、2/\3~|/\

右端位移42c-1+4”+3&+(P2alL2/3£/)x1+&

24EIJIAy

=-0.2(mm)

总位移Z4-Az+〃2c/2=2.4+(-0.2)/2=2.3(mm)

右立柱的刚度满足规范要求。

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：

qa消

384E/32EI16EI

=2.1(mm)

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[叼看，

MP[u]=2950/l80=16.3mniouma^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：Tmax<[T]=49.6N/mm2

Q：设计值作用下剪力(kN)

(、2

V\B=RIB=/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=3mm

It

=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：

It

=1882x26004/(2747931x3)

=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：

3502950

K,=1882x^-+1.293x^^=2108(N)

2'29502

T立柱剪应力

左立柱：

QS

T=———

It

=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：

QS

T=———

It

=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

5=1475mm,幕墙的纵向分格高度〃=1150、2150mm。

1、力学模型

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［G；

7G=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

畋产1.26(KN/m2)

^-=1.75(KN/m2)

则有设计值线荷载：

q=W6xB/2=l.75x1.475/2=1.29(kN/m),

相应的标准线荷载：

qK=WK^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：2=1251mm2

横截面X-X惯性矩：上679150mm4

横截面X-X最小抵抗矩：畋=12970mm3

横截面Y-Y惯性矩：/尸2588604mm4

横截面Y-Y最小抵抗矩：叫=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：Z=2.5mm

面积矩：5=25767mm3

其强度设计值为：户85.5N/mm2；

2

其弹性模量为：£1=72000N/mm0

下横梁：

横截面积：2=1267mm2

横截面X-X惯性矩：ZY=315462mm4

横截面X-X最小抵抗矩:畋=13367mm3

横截面Y-Y惯性矩：/r=l840154mm4

横截面Y-Y最小抵抗矩:%=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：-2.5mm

面积矩：5=22100mm3

中横梁：

横截面积：Z=950mn?

横截面X-X惯性矩：7^=252285mm4

横截面X-X最小抵抗矩：畋=10297mm3

横截面Y-Y惯性矩：/尸1328030mm4

横截面Y-Y最小抵抗矩：力=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：片2.5mm

面积矩：5=20506mm3

3、横梁强度校核

根据JGJ102-2003幕墙横梁截面最大应力满足：

=MxMY

0max~yWxYWY

式中：Omax一横梁中的最大应力（N/mn?）

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）

r—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

峪="=1.29x14752/12

丫12

=233879(N.mm)

MY

则:°max

yWY

=233879/1.05/37956

=5.9(N/mm2)</=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。

=qG.B=i3xl4752/8

0

=353539(N.mm)

=辿_=2x129x14752/12

712

=467759(N.mm)

m[lMxqMY

贝小6@=西+乖

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

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

中横梁的强度满足规范要求。

下横梁：承受双向载荷

Mx=号-=1.3x14752/8

O

=353539(N.mm)

My="=1.29X14752/12

712

=233879(N.mm)

miiMxMY

人」：tymaX-7W+7Wy

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

=32.2(N/mm2)<尸85.5N/mm2

下横梁的强度满足规范要求。

4、横梁刚度校核

横梁最大挠度是Umaxy>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：

UmaxY=:腮]=2x0.93x14754/120/72000/1840154

1zUEJIy

=0.56(mm)

式中：umaxY—横梁在幕墙平面外的最大挠度；(mm)

qk一横梁承受的标准线荷载；(N/mm)

B一横梁长度；(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)；(mn?)

横梁在幕墙平面内由自重引起的挠度UmaxX为：

=5qGKB，

UmaxX=

384EIX

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

=2.71(mm)

从而，横梁的最大挠度为：

/7~2

“max-N"maxX'^maxY

=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出]=引180,即

[u]=8.2mmo

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=少冷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T

S：中横梁型材截面面积矩20506mm3

I：中横梁型材截面惯性矩1328030mn?

t：中横梁腹板的总壁厚:2.5mm

廿城

It

=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：1.475加；H：玻璃高：2.150加。硅酮结

构密封胶在风荷载、地震作用下强度设计值力=0.2N/mm2,结构硅酮密封胶在永久荷

载作用下强度设计值力=0.01N/mm2,结构胶完全固化后在温差效应作用下的最大变

位承受能力斤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

为=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：

G=(W+0.5^E)a/2000/力

=(1.62+0.5X0.26)X1475/2000/0.2

=6.45(mm)

(2)永久荷载作用下所需胶缝宽度：

G=^Gab/2000/(a+b)/2000/72

=1.2X25.6X2X0.008X1475X2150/(1475+2150)/2000/0.01

=10.75(mm)

设计打胶宽度12mm

2、胶缝厚度

(1)温度效应作用所需胶缝厚度：

AL

tsi=/=■

7»(2+而

=5.0(mm)

其中，小——温度效应作用所需打胶厚度

AL——玻璃的相对位移量(以长边计)

zlL=LX|cfe-X/T

=2150X|0.0000235-0.00001|X80

=2.3(mm)

§T结构较温差变化承受能力10%

a铝——为铝材的线膨胀系数0.0000235

a——为玻璃的线膨胀系数0.00001

(2)地震作用所需胶缝厚度：

，_-4

us=0h=-^1^xl475=2.68mm)

2.68

5.2mm)

s270,125(2+0.125)

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)：Bi=1475mm；

横梁计算分格尺寸：宽X高=8*15=1475111111)<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-M10mm；

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

(1)风荷载作用下横梁剪力设计值：

2

Vw=1.4wkB/4

=1.4X0.001156X14752/4

=880N

(2)地震作用下横梁剪力标准值：

2

VEk=0EClmaxGk/AXB/4

=5.0X0.08X0.0005X14752/4

=108N

(3)地震作用下横梁剪力设计值：

VE=1.3VEk

=1.3X108

=141N

(4)连接部位总剪力Ni：

采用SW+0.5SE组合：

NI=VW+0.5VE

=880+0.5X141

=950N

(5)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)；

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

=95IN

(6)连接处组合荷载N：

采用SG+SW+0.5SE

221/2

N=(NI+N2)

=(95O2+9512)05

=1344N

(7)计算下横梁与立柱)连接处螺栓强度计算：

b

Nv2：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；

电打螺栓连接的抗剪强度设计值，对普通碳钢(C级)取140MPa；

b2b

NV2=nv2nd^2/4.......7.2.1-l[GB50017-2003]

=lX3.14X62X140/4

=3956N

NnUm2：螺栓个数：

Nnum2=N/Nv2b

=1344/3956

=0.33个实际取4个

(8)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；

心：型材的承压强度设计值，对6063-T5取120MPa；

Nc2=Nnum2dt2匕……7.2.l-3[GB50017-2003]

=4X6X3X120

=8640N

⑴连接处水平剪切总力计算：

q.：风荷载线分布集度设计值(N/mm)；

Qw=l.4wkBi

=1.4X0.001156X1475

=2.38N/mm

qE：地震作用线分布集度设计值(N/mm)；

=

QE1.3BEamaxGk/AXBl

=1.3X5.0X0.08X0.0005X1475

=0.39N/imn

采用S'+0.5SE组合：