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1、 *大厦幕墙工程计算书设计单位： 日 期： 目 录 第一章：工程概况 第二章：结构设计理论和标准 第三章：幕墙材料的物理特性及力学性能 第四章：荷载和作用计算 第五章：框支承玻璃幕墙结构计算第六章：铝板幕墙结构计算第七章：玻璃肋点支承玻璃幕墙结构计算第八章：全玻璃幕墙结构计算第九章：石材幕墙结构计算第一章 工程概况1.1 工程名称： *大厦1.2 工程地点： *市1.3 幕墙高度： 83.800米1.4 抗震设防烈度：幕墙按七度设防烈度设计1.5 幕墙防火等级：二级1.6 隔声减噪设计标准等级：三级1.7 防雷分类： 二类1.8 荷载及其组合：幕墙系统在结构设计时考虑以下荷载及其组合 风荷载
2、雪荷载 幕墙自重 施工荷载 地震作用1.9 构件验算：幕墙系统设计时验算如下节点和构件 面材板块的强度验算和挠度控制 结构胶的宽度和厚度 骨架的强度验算和挠度控制 幕墙系统与建筑主体结构的连接 连接配件强度验算第二章 结构设计理论和标准2.1 本结构计算过程均遵循如下规范及标准：2.1.1 建筑幕墙 JG3035-19962.1.2 玻璃幕墙工程技术规范 JGJ102-20032.1.3 金属与石材幕墙工程技术规范 JGJ133-20012.1.4 建筑结构荷载规范 GB50009-20012.1.5 建筑抗震设计规范 GB50011-20012.1.6 钢结构设计规范 GB50017-200
3、32.1.7 冷弯薄壁型钢结构技术规范 GBJ50018-20022.2 结构设计和计算时均遵守如下理论和标准及相应的计算方法:2.2.1 玻璃幕墙、金属与石材幕墙等均按围护结构设计，其主要杆件悬挂在主体结构上，层与层之间设置竖向伸缩缝。2.2.2 玻璃幕墙、金属与石材幕墙各构件及连接件均具有承载力、刚度和相对于主体结构的位移能力，并均采用螺栓连接。2.2.3 幕墙均按7度设防，并遵循“小震不坏、中震可修、大震不倒”的原则，在设防烈度地震作用下经修理后幕墙仍可使用，在罕遇地震作用下幕墙骨架不脱落。2.2.4 幕墙构件在重力荷载风荷载雪荷载、地震作用和主体结构位移影响下均具有安全性。2.2.5
4、幕墙构件内力采用弹性方法计算，其截面最大应力设计值应不超过材料的强度设计值： 式中： 荷载和作用产生的截面最大应力设计值 材料强度设计值2.2.6 进行幕墙构件、连接件和锚固件承载力计算时，荷载和作用的分项系数按下列数值采用： 重力荷载： :1.2 风荷载： :1.4 地震作用： :1.32.2.7 幕墙构件进行位移和挠度计算时，荷载和作用分项系数按下列数据取值： 重力荷载： :1.0 风荷载： :1.0 地震作用： :1.02.2.8 当两个及以上的可变荷载或作用（风荷载、地震作用）效应参加组合时，第一个可变荷载或作用效应的组合系数按1.0采用；第二个可变荷载或作用效应的组合系数按0.5采用
5、；第三个可变荷载或作用效应的组合系数按0.2采用。2.2.9 荷载或作用效应按下列方式进行组合： (21) 式中： 荷载和作用效应组合后的设计值； 重力荷载作为不变荷载产生的效应； 为风荷载、地震作用作为可变荷载和作用产生的效应； 为重力荷载、风荷载、地震作用的分项系数，按2.2.6或2.2.7取值； 为风荷载、地震作用的组合系数，按2.2.8取值。2.2.10 幕墙杆件及连接件按各效应组合件的最不利组合进行设计。2.2.11 符号代表意义 截面最大应力设计值 材料强度设计值 风荷载设计值 风荷载标准值 基本风压 阵风系数 风压高度变化系数 风荷载体型系数 玻璃强度设计值 铝合金属强度设计值
6、钢材强度设计值 材料线膨胀系数 材料弹性模量 玻璃短边边长b 玻璃长边边长t 玻璃的厚度 弯曲系数c 玻璃边缘至边框之间的距离 结构硅硐密封胶粘结宽度 结构硅硐密封胶粘结厚度 玻璃单位重量标准值 立柱弯矩设计值；预埋件弯矩设计值 绕x轴的弯矩设计值 绕y轴的弯矩设计值 对x轴的净截面弹性抵抗矩 对y轴的净截面弹性抵抗矩 截面塑性发展系数N 立柱轴力设计值；预埋件轴力设计值 立柱净截面面积 混凝土轴心受压强设计值V 预埋件剪力设计值W 净截面弹性抵抗矩L 跨度第三章 幕墙材料的物理特性及力学性能3.1 幕墙结构材料的重力体积密度按下表采用： 表31序号材 料 名 称密 度 KN/m3密 度 N/
7、mm31普通玻璃、夹层玻璃、钢化玻璃25.62.5610-52铝合金27.02.7010-53钢 材78.57.8510-54单层铝板27.0 2.7010-5 5花岗石28.02.7010-53.2 板材单位面积重量按下列数值采用： 表32序号材 料 名 称单位面积重量（KN/m2）单位面积重量（N/mm2）16mm厚单片玻璃0.313.1 10-426+1.14PVB+6夹胶玻璃0.313.1 10-438+1.14PVB+8夹胶玻璃0.414.1 10-443mm厚单层铝板0.0818.1 10-5530mm厚花岗石0.848.4 10-43.3 玻璃强度设计值f按下表采用： 表33 玻
8、璃类型厚 度(mm)强度计算(N/mm2)大面积上的强度直边缘强度普通玻璃528.019.5浮法玻璃51228.019.515920.014.0钢化玻璃51284.058.8151972.050.42059.041.33.4 铝合金强度设计值f ( N / mm2)按下表采用： 表34合 金状 态合金壁厚(mm)抗拉、抗压 强度抗剪强度局部承压6063T5不区分85.549.6120.0T6不区分140.081.2161.03.5 幕墙连接件用钢材强度设计值f( N / mm2 )按下表采用： 表35 钢材类别抗拉、抗压和抗弯 f抗 剪 fVQ2352151253.6 焊缝强度设计值f( N
9、/ mm2)按下表采用： 表36 焊接方法和焊条型号构件钢材对接焊缝(三级)角焊缝抗拉、抗弯、抗剪抗压抗拉抗弯抗剪手工焊E43XX型Q2352151851251603.7 螺栓连接的强度设计值f( N / mm2)按下表采用： 表37 螺栓钢号和物件钢号C级抗拉抗剪普通螺栓Q235170130不锈钢螺栓奥氏体A2-7003202453.8材料弹性模量E按下表采用： 表38序号材 料弹性模量E(N/mm2)1玻 璃0.721052铝合金0.701053Q235钢2.061054单层铝板0.701055花岗石0.801053.9 幕墙材料的线膨胀系数按下表采用： 表39序号材 料线膨胀系数(10-
10、5)1混凝土1.002钢 材1.203铝合金2.354玻 璃1.005单层铝板2.356花岗石0.83.10钢板和铝板的强度设计值fg 按下表采用： 表310(N/mm2)序号板 材 类 型受弯强度受剪强度13mm单层铝板(3003)81472不锈钢板（奥氏体）180100第四章 荷载和作用计算4.1 作用在幕墙上的风载荷标准值按下式计算： (41) (42) 式中：作用在幕墙上的风荷载标准值（kN/m2 ）； 风荷载设计值（kN/m2）； 高度Z处的阵风系数，按建筑结构荷载规范GB50009-2001规定取值； 风荷载体形系数，按建筑结构荷载规范GB50009-2001规定取值。大面体型系数
11、取-1.2，墙角边部取-2.0，檐口、雨蓬、遮阳板等突出构件，取-2.0； 风压高度变化系数，按建筑结构荷载规范GB50009-2001规定取值； 基本风压，按建筑结构荷载规范GB50009-2001及JGJ3-2002规定取值，中山地区50年一遇基本风压取0.70kN/m2； 风荷载作用效应的分项系数，取1.4; 综上所述， （地面粗糙度按C类地区取） 根据（41）及（42）公式，各层风荷载标准值及设计值如表41示。4.2 垂直于幕墙平面的分布水平地震作用按下式计算： (43) 式中： 垂直于幕墙平面的分布地震作用标准值（kN/m2）； 动力放大系数，取5.0； 水平地震影响系数最大值，7度
12、抗震设计时取0.08； 幕墙构件(包括板材和框架)的重量（kN）； 幕墙构件的面积（m2）； 幕墙单元的单位面积重量玻璃、金属幕墙取0.5kN/m2；石材幕墙取1.0 kN/m2；） 则垂直于幕墙平面的分布水平地震作用为： =5.00.080.5=0.2kN/m2 （玻璃幕墙与金属幕墙） =5.00.081.0=0.4kN/m2 （30mm厚石材幕墙）4.3 平行于幕墙平面的集中地震作用，按下式计算： (44) 式中： - 平行于幕墙平面的集中地震作用标准值（kN/m2）； - 动力放大系数，取5.0； - 水平地震影响系数最大值，7度抗震设计时取0.08； - 幕墙单元构件(包括板材和框架)
13、的重量，（KN）； - 幕墙单元构件最大分格宽度； - 幕墙单元构件高度；则平行于幕墙平面的分布水平地震作用为： =5.00.080.5=0.2（玻璃幕墙与金属幕墙） =5.00.081.0=0.4（30mm厚石材幕墙） 4.4 水平荷载及作用效应组合（最不利组合），按下式计算； 式中： =1.0， =0.5 进行强度计算时： = 1.4， = 1.3， 则 (45) 进行挠度计算时：= 1.0 , = 1.0 , 则 (46)4.5 垂直荷载及作用效应组合（最不利组合），按下式计算； 式中：重力荷载： =1.2 地震作用： =1.3 组合系数：= 0， = 0.5， 则： =1.2=1.2=
14、0.6(kN) (47) =1.0 =1.0=0.5 (kN) (48) 荷载与作用的计算结果见表4-1 (S用于强度计算，S用于挠度计算)第五章 框支承玻璃幕墙结构计算本工程主楼八个面框支承玻璃幕墙风格一致，故可取最不利的典型单元验算。综合比较，取119轴立面进行验算，荷载位置取大面位置荷载组合效应值。框支承玻璃幕墙采用8mm厚单片钢化玻璃，本章分别验算玻璃面板强度和挠度、结构硅酮胶宽度和厚度及立柱、横梁的强度和挠度。5.1 玻璃面板强度和挠度验算5.1.1 强度和挠度计算公式单片玻璃在垂直于玻璃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： ； 或 式中： 、分别为垂直
15、玻璃幕墙平面的风荷载或地震作用下，玻璃的最大应力标准值（ N/mm2 ）；、分别为垂直玻璃幕墙平面的风荷载或地震作用标准值（ N/mm2 ）； 玻璃短边长（mm）； 玻璃的厚度（mm）； 弯曲系数，可由短边与长边边长之比按表5-1选用；参数；折减系数，可由参数按表5-2采用；E玻璃弹性模量，取0.72105 N/mm2。 四边支承玻璃板的的弯曲系数 表 51a/b0.000.250.330.400.500.550.600.650.12500.12300.11800.11150.10000.09340.08680.0804a/b0.700.750.800.850.900.951.000.0742
16、0.06830.06280.05760.05280.04830.0442折减系数 表 525.010.020.040.060.080.0100.01.000.960.920.840.780.730.68120.0150.0200.0250.0300.0350.0400.00.650.610.570.540.520.510.50单片玻璃的跨中挠度按下式计算：=0.95式中 在风荷载标准值作用下挠度最大值（mm）；玻璃的刚度（Nmm）；玻璃的短边边长（mm）；风荷载标准值（N/mm2）；板的挠度系数，按表5-3采用；折减系数，可按表5-2采用；玻璃弹性模量，取0.72105 N/mm2；玻璃的厚度
17、（mm）；泊松比，取0.2四边支承板的挠度系数 表5-3a/b0.000.200.250.330.500.013020.012970.012820.012230.01013a/b0.550.600.650.700.750.009400.008670.007960.007270.00663a/b0.800.850.900.951.000.006030.005470.004960.004490.004065.1.2 取119轴立面最不利的十九层最大分格为12802200mm的玻璃板块进行验算，若该最不利板块能满足要求，则其余大面玻璃板块均能满足要求。玻璃选用8mm厚单片钢化玻璃 取建筑标高87.2
18、0米处大面风荷载标准值：标准值： =2.92 kN/m2 短边：a=1280mm长边：b=2200mm由短长边比a/b=0.58，查得弯曲系数=0.08944，挠度系数=0.008962（1） 在垂直于玻璃平面的风荷载和地震力标准值作用下，单片玻璃验算（按四边简支板计算）：该片玻璃所承受风荷载标准值为：= 2.92kN/m2=26.6 ， 查表5-2得：=0.8936风荷载作用下玻璃截面最大应力计算：=35.8 N/mm2地震作用下玻璃截面最大应力计算：=2.05 N/mm2玻璃截面最大应力组合：=1.435.81.30.52.05=51.584.0 N/mm2 （安全）(其中，84.0 N/
19、mm2为8mm厚单片钢化玻璃大面强度设计值)（2）挠度验算：玻璃刚度： =3.20106 Nmm玻璃挠度： =19.6mm 1280/60=21.3 mm （满足要求）5.2 玻璃结构硅酮密封胶宽度及厚度计算: 结构胶的应力由所受的短期或长期荷载和作用计算，并应分别符合下列条 件： 或 或 式中： 、 短期荷载或作用在结构硅酮密封胶中产生的拉应力或 剪应力标准值(N/mm2)； 、 长期荷载或作用在结构硅酮密封胶中产生的拉应力或剪应力标准值(N/mm2)； 结构硅酮密封胶短期强度允许值，按 0.20 N/mm2采用； 结构硅酮密封胶长期强度允许值，按0.01 N/mm2采用。5.2.1 玻璃与
20、铝合金框粘结的结构硅酮密封胶宽度计算：取119轴立面最不利的十九层分格为12802200mm的玻璃板块进行计算。(1) 在风荷载和水平地震作用下，结构硅酮密封胶的粘结宽度Cs按下式计算： 式中： Cs1 结构硅酮密封胶的粘结宽度（mm）； K 风荷载标准值 (kN/m2)； 玻璃短边长度 （mm）； f1 胶的短期强度允许值，取f1 = 0.20 ( N/mm2)。取建筑标高77.700米处大面风荷载标准值： =2.92 kN/m2 = =9.7 mm (2) 在玻璃自重作用下，结构硅酮密封胶的粘结宽度Cs按下式计算： 式中： Cs2 结构硅酮密封胶的粘结宽度（mm）； q玻璃单位面积重量标准
21、值， 25.60.008=0.2048kN/m ； 玻璃的短边和长边长度（mm）； f2 胶的长期强度允许值，取f2=0.01 N/mm2。 =8.3 mm 综上，结构硅酮密封胶粘结宽度取10 mm。5.2.2 结构硅酮密封胶的粘结厚度按下式计算 hg 式中： ts 结构硅酮胶的粘结厚度 (mm) s幕墙玻璃的相对与铝合金框的相对位移量 (mm) 结构硅酮胶的变位承受能力（%） 风荷载标准值作用下主体结构的楼层弹性层间位移角限值 hg 玻璃面板高度（mm） hg 22002.75 mm取=25% = 3.7 mm 故结构胶厚度取6mm满足要求。 玻璃与铝合金框粘结的结构硅酮密封胶规格为106m
22、m。 5.3 幕墙立柱计算：幕墙立柱均按悬挂在主体结构上的拉弯构件设计，立柱处于拉弯状态，不验算其稳定性，仅计算其截面承载力和挠度。立柱与主体结构的连接点按铰结计算，立柱在分段处采用铝芯套连接，设置伸缩缝，以保证能上下伸缩以适应温差变形。5.3.1 计算公式： 幕墙立柱截面承载力按下式计算： f 简支梁按下式计算： 双跨连续梁按下式计算： 式中： N 垂直荷载和作用效应组合（N）； M 在水平荷载组合值作用下立柱弯矩设计值（Nmm）； 立柱净截面面积 （mm2）； 在弯矩作用方向的净截面抵抗矩（mm3）； 塑性发展系数， 取1.05 ； 弯矩系数，由a / h查表5-4求得； 强度设计值，铝型
23、材取85.5N/mm2，钢型材取215N/mm2 。5.3.1.2 挠度计算：幕墙立柱在水平荷载和作用效应组合条件下的挠度按下式计算： 双跨连续梁的弯矩和挠度系数表 表5-4序号中支座最大弯矩M(qkh2)长跨最大挠度0(10-3)10.10-0.091253.797320.15-0.077183.205630.20-0.065002.653940.25-0.054692.094650.30-0.046251.634860.35-0.039691.244370.40-0.035000.875880.45-0.032180.564590.50-0.031250.3128=a/h a-短跨跨度 h
24、-双跨连梁总长度 按简支梁计算： 按双跨连续梁计算： 式中： 挠度允许值，铝型材取取，钢型材取取； 水平组合荷载的标准值； 挠度系数，由a / h查表5-4求得； 层高（mm）； E弹性模量，铝型材取0.70105N/mm2，钢型材取2.06105N/mm2 ； 幕墙立柱截面对x轴(垂直于作用力方向)的惯性矩。5.3.1.3 局部抗压计算： 式中： 局部抗压设计值。 图5-1 简支梁计算简图 图5-2 双跨连续梁计算简图5.3.2 玻璃幕墙立柱验算： 本工程主楼八个面框支承玻璃幕墙风格一致，故可取最不利的典型单元验算。综合比较，取119轴立面立柱进行验算。5.3.2.1 四十七层（层高3800
25、mm）玻璃幕墙立柱验算： 取十六层顶标高68.200m位置大面荷载及作用组合值，立柱按双跨连续梁验算：设计值： =3.97 kN/m2 (用于强度验算) 标准值： =2.84 kN/m2 (用于挠度验算) （1）内力计算： 立柱受荷宽度：左边b左=1280mm ，右边b右=700mm b=(1280+700)/2=990mm 立柱高度： a=600mm(支座间距)； h= 3800mm 轴向拉力： N=0.6bh=0.60.993.80=2.26 kN 线荷载： q = Sb =3.970.99=3.93 kN/m q= Sb =2.840.99=2.81 kN/m 由 = 0.16，查表得
26、m=0.07910，=3.11849最大弯矩：0.079103.933.802=4.47 kNm由结构力学方法求得支座反力： R上x =-6.20 kN R上y =2.26 kN R中x =16.08 kN R中y =0 R下x =4.79 kN R下y =0选用大明M120-3铝主梁(120753)，截面特性： 面积: A= 1420.5 mm2 惯性矩： x = 3.172106 mm4 y = 1.195106 mm4 截面抵抗矩： x =5.255104 mm3 y =3.187104 mm3 （2） 强度验算： + =82.6 N/mm2 f=85.5N/mm2(满足要求)（3）挠度
27、验算： =8.3 mm = 17.8 mm（满足要求）（4）局部承压验算： 孔壁的最大作用力Nmax16.08 kN （中间支座反力）由两个M12不锈钢螺栓的4个螺栓孔来共同承受，铝主梁的壁厚为3mm满足局部承压要求。5.3.2.2 十八十九层玻璃幕墙立柱验算： 取最不利的十九层顶标高77.700m位置大面荷载及作用组合值，立柱按双跨连续梁验算：设计值： = 4.10 kN/m2 (用于强度验算) 标准值： = 2.93 kN/m2 (用于挠度验算)（1）内力计算： 立柱受荷宽度：左边b左=1280mm ，右边b右=700mm b=(1280+700)/2=990mm 立柱高度： a=1200
28、mm(支座间距)； h= 5000mm 轴向拉力： N=0.6bh=0.60.995.0=2.97 kN 线荷载： q = Sb =4.100.99=4.07 kN/m q= Sb =2.930.99=2.90 kN/m 由 = 0.24，查表得 m=0.05675，f=2.20646最大弯矩：0.056754.075.02=5.76 kNm由结构力学方法求得： R上x =-2.32 kN R上y =2.97 kN R中x =16.19kN R中y =0 R下x =6.34 kN R下y =0选用大明M150-3铝主梁(150753)，截面特性： 面积: A= 1669 mm2 惯性矩： x
29、= 5.694106 mm4 y = 1.455106 mm4 截面抵抗矩： x =7.552104 mm3 y =3.880104 mm3 （2） 强度验算： + =78.1 N/mm2 f=85.5N/mm2(满足要求)（3）挠度验算： =10.0 mm = 21.1 mm（满足要求）（4）局部承压验算： 孔壁的最大作用力Nmax16.19 kN （中间支座反力）由两个M12不锈钢螺栓的4个螺栓孔来共同承受，铝主梁的壁厚为3mm满足局部承压要求。5.3.2.3 角码与立柱连接螺栓强度验算：对比5.3.2.15.3.2.2条的计算结果，知5.3.2.2条计算的立柱受力最不利，取该立柱受力最大
30、的中间支座，该支座仅受水平荷载作用，螺栓处于受剪状态。选用2个M12不锈钢螺栓(A2-70) 螺栓承受的最大剪力： Vmax=16.19 kN单个M12螺栓应力截面积：A0=84.3 mm2 = =47.9 N/mm2 f=245 N/mm2 故2个M12不锈钢螺栓满足设计和构造要求。5.3.2.4 连接钢角码验算：对比5.3.2.15.3.2.2条的计算结果，知5.3.2.2条计算的立柱受力最不利，取该立柱受力最大的中间支座，该支座仅受水平荷载作用：R=16.19 kN，采用双钢角码固定，按轴心受压构件验算a. 平面外长厚比计算：L=120mm t=6mm h=90mm ， b. 整体稳定验
31、算：查钢结构规范附录三，3号钢b类轴心受压构件的稳定系数=0.755， =19.9 N/mm2 0.7； 取av=0.7 fc =15N/mm2 (C30混凝土轴心受压强度设计值)； fy =210N/mm2 (I级钢筋抗拉强度设计值)；对比5.3.2.15.3.2.2条的计算结果，知5.3.2.2条计算的立柱受力最不利，取该立柱受力最大的中间支座，该支座仅受水平荷载作用：N=16.19 kN。N=16.19 kN，V=0附加弯距M= Ve=0预埋件锚筋410 AS=314mm2 120.5 mm2 ，满足要求。 综上，四十七层玻璃幕墙立柱选用M120-3铝型材； 十八十九层玻璃幕墙立柱选用M
32、150-3铝型材。5.4 幕墙横梁计算：5.4.1计算公式：（1） 幕墙横梁截面承载力应满足： f 图 5-2 横梁示意图 图5-3 横梁计算示意图 (以水平方向受三角形荷载为例) 式中：、横梁截面绕x轴（幕墙平面内方向）和绕y轴（幕墙平面外方向）的弯矩设计值； 、横梁截面绕x轴（幕墙平面内方向）和绕y轴（幕墙平面外方向）的截面抵抗矩； 塑性发展系数，取1.05； 材料弯曲强度设计值（N/mm2） 横梁截面绕x轴（垂直荷载作用下）弯矩设计值： 横梁截面绕y轴（水平荷载作用下）弯矩设计值： 梯形荷载（）： 或(偏于安全) 三角形荷载（）： 幕墙横梁挠度应满足下式：（2）幕墙横梁在水平荷载及作用效应组合下的挠度
