精华学校玻璃幕墙工程全隐框玻璃幕墙设计计算书大学论文.doc

精华学校玻璃幕墙工程
全隐框玻璃幕墙
设计计算书

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中标建设集团有限公司
二〇〇九年四月二十四日
目录

1 计算引用的规范、标准及资料 4
1.1 幕墙设计规范： 4
1.2 建筑设计规范： 4
1.3 铝材规范： 5
1.4 金属板及石材规范： 5
1.5 玻璃规范： 6
1.6 钢材规范： 6
1.7 胶类及密封材料规范： 7
1.8 门窗及五金件规范： 7
1.9 相关物理性能等级测试方法： 8
1.10 《建筑结构静力计算手册》(第二版) 9
1.11 土建图纸： 9
2 基本参数 9
2.1 幕墙所在地区： 9
2.2 地面粗糙度分类等级： 9
2.3 抗震烈度： 9
3 幕墙承受荷载计算 9
3.1 风荷载标准值的计算方法： 9
3.2 计算支撑结构时的风荷载标准值： 10
3.3 计算面板材料时的风荷载标准值： 11
3.4 垂直于幕墙平面的分布水平地震作用标准值： 11
3.5 作用效应组合： 11
4 幕墙立柱计算 12
4.1 立柱型材选材计算： 12
4.2 确定材料的截面参数： 14
4.3 选用立柱型材的截面特性： 14
4.4 立柱的抗弯强度计算： 15
4.5 立柱的挠度计算： 15
4.6 立柱的抗剪计算： 16
5 幕墙横梁计算 16
5.1 横梁型材选材计算： 17
5.2 确定材料的截面参数： 19
5.3 选用横梁型材的截面特性： 20
5.4 幕墙横梁的抗弯强度计算： 20
5.5 横梁的挠度计算： 21
5.6 横梁的抗剪计算：(三角荷载作用下) 21
6 玻璃板块的选用与校核 22
6.1 玻璃板块荷载计算： 23
6.2 玻璃的强度计算： 24
6.3 玻璃最大挠度校核： 25
7 连接件计算 26
7.1 横梁与角码间连接： 27
7.2 角码与立柱连接： 27
7.3 立柱与主结构连接： 29
8 幕墙埋件计算(后锚固结构) 31
8.1 荷载值计算： 31
8.2 锚栓群中承受拉力最大锚栓的拉力计算： 31
8.3 群锚受剪内力计算： 32
8.4 锚栓或植筋钢材破坏时的受拉承载力计算： 33
8.5 混凝土锥体受拉破坏承载力计算： 33
8.6 锚栓或植筋钢材受剪破坏承载力计算： 35
8.7 混凝土楔形体受剪破坏承载力计算： 36
8.8 混凝土剪撬破坏承载能力计算： 37
8.9 拉剪复合受力承载力计算： 38
9 幕墙焊缝计算 38
9.1 受力分析： 38
9.2 焊缝特性参数计算： 38
9.3 焊缝校核计算： 39
10 隐框玻璃幕墙胶类及伸缩缝计算 39
10.1 抗震设计下结构硅酮密封胶的宽度计算： 40
10.2 结构硅酮密封胶粘接厚度的计算： 40
10.3 结构胶设计总结： 41
10.4 立柱连接伸缩缝计算： 41
10.5 耐侯胶胶缝计算： 42
11 幕墙板块压板计算 42
11.1 压板的弯矩设计值计算： 42
11.2 压板的应力计算： 42
11.3 螺栓抗拉强度验算： 43
12 附录 常用材料的力学及其它物理性能 44

精华学校玻璃幕墙工程·全隐框玻璃幕墙设计计算书 中标建设集团有限公司
全隐框玻璃幕墙设计计算书
1 计算引用的规范、标准及资料
1.1 幕墙设计规范：
《铝合金结构设计规范》 GB50429-2007
《玻璃幕墙工程技术规范》 JGJ102-2003
《点支式玻璃幕墙工程技术规程》 CECS127-2001
《点支式玻璃幕墙支承装置》 JG138-2001
《吊挂式玻璃幕墙支承装置》 JG139-2001
《建筑玻璃应用技术规程》 JGJ113-2003
《建筑瓷板装饰工程技术规范》 CECS101：98
《建筑幕墙》 GB/T21086-2007
《金属与石材幕墙工程技术规范》 JGJ133-2001
1.2 建筑设计规范：
《采暖通风与空气调节设计规范》 GB50019-2003
《地震震级的规定》 GB/T17740-1999
《钢结构防火涂料》 GB14907-2002
《钢结构设计规范》 GB50017-2003
《高层民用建筑钢结构技术规范》 JGJ99-98
《高层建筑混凝土结构技术规程》 JGJ3-2002
《高层民用建筑设计防火规范》 GB50045-95(2005年版)
《高处作业吊蓝》 GB19155-2003
《工程抗震术语标准》 JGJ/T97-95
《工程网络计划技术规程》 JGJ/T121-99
《公共建筑节能设计标准》 GB50189-2005
《混凝土结构后锚固技术规程》 JGJ145-2004
《混凝土结构设计规范》 GB50010-2002
《混凝土用膨胀型、扩孔型建筑锚栓》 JG160-2004
《既有居住建筑节能改造技术规程》 JGJ129-2004
《建筑表面用有机硅防水剂》 JC/T902-2002
《建筑材料放射性核素限量》 GB6566-2001
《建筑防火封堵应用技术规程》 CECS154：2003
《建筑钢结构焊接技术规程》 JGJ81-2002
《建筑隔声评价标准》 GB/T50121-2005
《建筑工程抗震设防分类标准》 GB50223-2004
《建筑工程预应力施工规程》 CECS180：2005
《建筑结构荷载规范》 GB50009-2001(2006年版、局部修订)
《建筑结构可靠度设计统一标准》 GB50068-2001
《建筑抗震设防分类标准》 GB50223-2004
《建筑抗震设计规范》 GB50011-2001
《建筑设计防火规范》 GB50016-2006
《建筑物防雷设计规范》 GB50057-94(2000年版)
《冷弯薄壁型钢结构设计规范》 GB50018-2002
《民用建筑隔声设计规范》 GBJ118-88
《民用建筑热工设计规范》 GB50176-93
《民用建筑设计通则》 GB50352-2005
《膜结构技术规程》 CECS158：2004
《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》 JGJ134-2001
《夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准》 JGJ75-2003
《预应力筋用锚具、夹具和连接器应用技术规程》JGJ85-2002
1.3 铝材规范：
《变形铝及铝合金化学成份》 GB/T3190-1996
《建筑用隔热铝合金型材-穿条式》 JG/T175-2005
《建筑用铝型材、铝板氟碳涂层》 JG/T133-2000
《铝合金建筑型材第1部分基材》 GB5237.1-2004
《铝合金建筑型材第2部分阳极氧化、着色型材》 GB5237.2-2004
《铝合金建筑型材第3部分电泳涂漆型材》 GB5237.3-2004
《铝合金建筑型材第4部分粉末喷涂型材》 GB5237.4-2004
《铝合金建筑型材第5部分氟碳漆喷涂型材》 GB5237.5-2004
《铝合金建筑型材第6部分隔热型材》 GB5237.6-2004
《铝及铝合金彩色涂层板、带材》 YS/T431-2000
《一般工业用铝及铝合金板、带材》 GB/T3880.1～3-2006
《铝型材截面几何参数算法及计算机程序要求》 YS/T437-2000
《有色电泳涂漆铝合金建筑型材》 YS/T459-2003
1.4 金属板及石材规范：
《干挂饰面石材及其金属挂件》 JC830.1、2-2005
《建筑装饰用微晶玻璃》 JC/T872-2000
《建筑幕墙用瓷板》 JG/T217-2007
《铝幕墙板、板基》 YS/T429.1-2000
《铝幕墙板、氟碳喷漆铝单板》 YS/T429.2-2000
《铝塑复合板》 GB/T17748-1999
《铝塑复合板用铝带》 YS/T432-2000
《天然板石》 GB/T18600-2001
《天然大理石荒料》 JC/T202-2001
《天然大理石建筑板材》 GB/T19766-2005
《天然花岗石荒料》 JC/T204-2001
《天然花岗石建筑板材》 GB/T18601-2001
《天然石材统一编号》 GB/T17670-1999
《天然饰面石材术语》 GB/T13890-92
1.5 玻璃规范：
《镀膜玻璃 第1部分：阳光控制镀膜玻璃》 GB/T18915.1-2002
《镀膜玻璃 第2部分：低辐射镀膜玻璃》 GB/T18915.2-2002
《防弹玻璃》 GB17840-1999
《浮法玻璃》 GB11614-1999
《夹层玻璃》 GB/T9962-1999
《建筑用安全玻璃 第2部分：钢化玻璃》 GB15763.2-2005
《建筑用安全玻璃 防火玻璃》 GB15763.1-2001
《幕墙用钢化玻璃与半钢化玻璃》 GB17841-1999
《普通平板玻璃》 GB4871-1995
《热弯玻璃》 JC/T915-2003
《压花玻璃》 JC/T511-2002
《中空玻璃》 GB/T11944-2002
《着色玻璃》 GB/T18701-2002
1.6 钢材规范：
《建筑结构用冷弯矩形钢管》 JG/T178-2005
《不锈钢棒》 GB/T1220-2007
《不锈钢和耐热钢冷轧钢带》 GB/T4239-1991
《不锈钢冷加工钢棒》 GB/T4226-1984
《不锈钢冷轧钢板及钢带》 GB/T3280-2007
《不锈钢热轧钢板及钢带》 GB/T4237-2007
《不锈钢丝》 GB/T4240-93
《建筑用不锈钢绞线》 JG/T200-2007
《不锈钢小直径无缝钢管》 GB/T3090-2000
《擦窗机》 GB19154-2003
《彩色涂层钢板和钢带》 GB/T12754-2006
《低合金钢焊条》 GB/T5118-1995
《低合金高强度结构钢》 GB/T1591-1994
《建筑幕墙用钢索压管接头》 JG/T201-2007
《高耐候结构钢》 GB/T4171-2000
《高碳铬不锈钢丝》 YB/T096—1997
《焊接结构用耐候钢》 GB/T4172-2000
《合金结构钢》 GB/T3077-1999
《结构用无缝钢管》 JBJ102
《金属覆盖层钢铁制品热镀锌层技术要求》 GB/T13912-2002
《冷拔异形钢管》 GB/T3094-2000
《碳钢焊条》 GB/T5117-1999
《碳素结构钢》 GB/T700-2006
《碳素结构钢和低合金结构钢热轧薄钢板及钢带》GB/T912-1989
《碳素结构钢和低合金结构钢热轧厚钢板及钢带》GB/T3274-2007
《优质碳素结构钢》 GB/T699-1999
《预应力筋用锚具、夹具和连接器》 GB/T14370-2000
1.7 胶类及密封材料规范：
《丙烯酸酯建筑密封膏》 JC484-2006
《幕墙玻璃接缝用密封胶》 JC/T882-2001
《彩色涂层钢板用建筑密封胶》 JC/T884-2001
《丁基橡胶防水密封胶粘带》 JC/T942-2004
《干挂石材幕墙用环氧胶粘剂》 JC887-2001
《工业用橡胶板》 GB/T5574-1994
《混凝土建筑接缝用密封胶》 JC/T881-2001
《建筑窗用弹性密封剂》 JC485-2007
《建筑密封材料试验方法》 GB/T13477.1～20-2002
《建筑用防霉密封胶》 JC/T885-2001
《建筑用硅酮结构密封胶》 GB16776-2005
《建筑用岩棉、矿渣棉绝热制品》 GB/T19686-2005
《建筑用硬质塑料隔热条》 JG/T174-2005
《建筑装饰用天然石材防护剂》 JC/T973-2005
《聚氨酯建筑密封胶》 JC/T482-2003
《聚硫建筑密封胶》 JC/T483-2006
《绝热用岩棉、矿棉及其制品》 GB/T11835-2007
《硫化橡胶或热塑性橡胶撕裂强度的测定》 GB/T529-1999
《石材用建筑密封胶》 JC/T883-2001
《橡胶袖珍硬度计压入硬度试验方法》 GB/T531-1999
《修补用天然橡胶胶粘剂》 HG/T3318-2002
《中空玻璃用弹性密封胶》 JC/T486-2001
《中空玻璃用丁基热熔密封胶》 JC/T914-2003
1.8 门窗及五金件规范：
《封闭型沉头抽芯铆钉》 GB/T12616-2004
《封闭型平圆头抽芯铆钉》 GB/T12615-2004
《紧固件螺栓和螺钉》 GB/T5277-1985
《紧固件公差螺栓、螺钉、螺柱和螺母》 GB/T3103.1-2002
《紧固件机械性能不锈钢螺母》 GB/T3098.15-2000
《紧固件机械性能不锈钢螺栓、螺钉、螺柱》 GB/T3098.6-2000
《紧固件机械性能抽芯铆钉》 GB/T3098.19-2004
《紧固件机械性能螺母、粗牙螺纹》 GB/T3098.2-2000
《紧固件机械性能螺母、细牙螺纹》 GB/T3098.4-2000
《紧固件机械性能螺栓、螺钉和螺柱》 GB/T3098.1-2000
《紧固件机械性能自攻螺钉》 GB/T3098.5-2000
《紧固件术语盲铆钉》 GB/T3099-2004
《铝合金窗》 GB/T8479-2003
《铝合金门》 GB/T8478-2003
《螺纹紧固件应力截面积和承载面积》 GB/T16823.1-1997
《十字槽盘头螺钉》 GB/T818-2000
《地弹簧》 QB/T3884-1999
《铝合金门插锁》 QB/T3885-1999
《平开铝合金窗把手》 QB/T3886-1999
《铝合金撑挡》 QB/T3887-1999
《铝合金窗不锈钢滑撑》 QB/T3888-1999
《铝合金门窗拉手》 QB/T3889-1999
《铝合金窗锁》 QB/T3900-1999
《铝合金门锁》 QB/T3901-1999
《推拉铝合金门用滑轮》 QB/T3902-1999
《闭合器》 QB/T3893-1999
《外装门锁》 QB/T2473-2000
《弹子插芯门锁》 GB/T2474-2000
《叶片门锁》 QB/T2475-2000
《球型门锁》 QB/T2476-2000
《铜合金铸件》 GB/T13819-1992
《锌合压铸件》 GB/T13821-1992
《铝合金压铸件》 GB/T15114-1994
《铸件尺寸公差与机械加工余量》 QB/T6414-1999
《建筑门窗五金件 插销》 JG214-2007
《建筑门窗五金件 传动机构用执手》 JG124-2007
《建筑门窗五金件 旋压执手》 JG213-2007
《建筑门窗五金件 合页（铰链）》 JG125-2007
《建筑门窗五金件 传动锁闭器》 JG126-2007
《建筑门窗五金件 滑撑》 JG127-2007
《建筑门窗五金件 滑轮》 JG129-2007
《建筑门窗五金件 多点锁闭器》 JG215-2007
《建筑门窗五金件 撑挡》 JG128-2007
《建筑门窗五金件 通用要求》 JG212-2007
《建筑门窗五金件 单点锁闭器》 JG130-2007
《建筑门窗内平开下悬五金系统》 JG168-2004
《钢塑共挤门窗》 JG207-2007
《电动采光排烟窗》 JG189-2006
1.9 相关物理性能等级测试方法：
《玻璃幕墙工程质量检验标准》 JGJ/T139-2001
《玻璃幕墙光学性能》 GB/T18091-2000
《采暖居住建筑节能检验标准》 JGJ132-2001
《彩色涂层钢板和钢带试验方法》 GB/T13448-2006
《钢结构工程施工质量验收规范》 GB50205-2001
《混凝土结构工程施工质量验收规范》 GB50204-2002
《建筑防水材料老化试验方法》 GB/T18244-2000
《建筑幕墙气密、水密、抗风压性能检测方法》 GB/T15227-2007
《建筑幕墙抗震性能振动台试验方法》 GB/T18575-2001
《建筑幕墙平面内变形性能检测方法》 GB/T18250-2000
《建筑外窗保温性能分级及检测方法》 GB/T8484-2002
《建筑外窗采光性能分级及检测方法》 GB/T11976-2002
《建筑外窗抗风压性能分级及检测方法》 GB/T7106-2002
《建筑外窗空气隔声性能分级及检测方法》 GB/T8485-2002
《建筑外窗气密性能分级及检测方法》 GB/T7107-2002
《建筑外窗水密性能分级及检测方法》 GB/T7108-2002
《建筑装饰装修工程施工质量验收规范》 GB50210-2001
《金属材料室温拉伸试验方法》 GB/T228-2002
1.10 《建筑结构静力计算手册》(第二版)
1.11 土建图纸：

2 基本参数
2.1 幕墙所在地区：
北京地区；
2.2 地面粗糙度分类等级：
幕墙属于外围护构件，按《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001)
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；
依照上面分类标准，本工程按C类地形考虑。
2.3 抗震烈度：
根据国家规范《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)，北京地区地震基本烈度为8度，地震动峰值加速度为0.2g，水平地震影响系数最大值为：αmax=0.16。
3 幕墙承受荷载计算
3.1 风荷载标准值的计算方法：
幕墙属于外围护构件，按建筑结构荷载规范(GB50009-2001 2006年版)计算：
wk=βgzμzμs1w0 ……7.1.1-2[GB50009-2001 2006年版]
上式中：
wk：作用在幕墙上的风荷载标准值(MPa)；
Z：计算点标高：23.5m；
βgz：瞬时风压的阵风系数；
根据不同场地类型,按以下公式计算：
βgz=K(1+2μf)
其中K为地面粗糙度调整系数，μf为脉动系数
A类场地： βgz=0.92×(1+2μf) 其中：μf=0.387×(Z/10)-0.12
B类场地： βgz=0.89×(1+2μf) 其中：μf=0.5(Z/10)-0.16
C类场地： βgz=0.85×(1+2μf) 其中：μf=0.734(Z/10)-0.22
D类场地： βgz=0.80×(1+2μf) 其中：μf=1.2248(Z/10)-0.3
对于C类地形，23.5m高度处瞬时风压的阵风系数：
βgz=0.85×(1+2×(0.734(Z/10)-0.22))=1.884
μz：风压高度变化系数；
根据不同场地类型,按以下公式计算：
A类场地： μz=1.379×(Z/10)0.24
当Z>300m时，取Z=300m，当Z<5m时，取Z=5m；
B类场地： μz=(Z/10)0.32
当Z>350m时，取Z=350m，当Z<10m时，取Z=10m；
C类场地： μz=0.616×(Z/10)0.44
当Z>400m时，取Z=400m，当Z<15m时，取Z=15m；
D类场地： μz=0.318×(Z/10)0.60
当Z>450m时，取Z=450m，当Z<30m时，取Z=30m；
对于C类地形，23.5m高度处风压高度变化系数：
μz=0.616×(Z/10)0.44=0.8971
μs1：局部风压体型系数；
按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001(2006年版)第7.3.3条：验算围护构件及其连接的强度时，可按下列规定采用局部风压体型系数μs1：
一、外表面
1. 正压区 按表7.3.1采用；
2. 负压区
— 对墙面， 取-1.0
— 对墙角边， 取-1.8
二、内表面
对封闭式建筑物，按表面风压的正负情况取-0.2或0.2。
由于大部分幕墙都有开启，按[5.3.2]JGJ102-2003条文说明，幕墙结构一般的体型系数取1.2(大面区域)、2.0(转角区域)。
另注：上述的局部体型系数μs1(1)是适用于围护构件的从属面积A小于或等于1m2的情况，当围护构件的从属面积A大于或等于10m2时，局部风压体型系数μs1(10)可乘以折减系数0.8，当构件的从属面积小于10m2而大于1m2时，局部风压体型系数μs1(A)可按面积的对数线性插值，即：
μs1(A)=μs1(1)+[μs1(10)-μs1(1)]logA
w0：基本风压值(MPa)，根据现行<<建筑结构荷载规范>>GB50009-2001附表D.4(全国基本风压分布图)中数值采用，但不小于0.3KN/m2，按重现期50年，北京地区取0.00045MPa；
3.2 计算支撑结构时的风荷载标准值：
计算支撑结构时的构件从属面积：
A=1.167×3.3=3.8511m2
LogA=0.586
μs1(A)=μs1(1)+[μs1(10)-μs1(1)]logA
=0.883
μs1=0.883+0.2
=1.083
wk=βgzμzμs1w0
=1.884×0.8971×1.083×0.00045
=0.000824MPa
3.3 计算面板材料时的风荷载标准值：
计算面板材料时的构件从属面积：
A=1.167×1.25=1.45875m2
LogA=0.164
μs1(A)=μs1(1)+[μs1(10)-μs1(1)]logA
=0.967
μs1=0.967+0.2
=1.167
wk=βgzμzμs1w0
=1.884×0.8971×1.167×0.00045
=0.000888MPa
3.4 垂直于幕墙平面的分布水平地震作用标准值：
qEAk=βEαmaxGk/A ……5.3.4[JGJ102-2003]
qEAk：垂直于幕墙平面的分布水平地震作用标准值(MPa)；
βE：动力放大系数,取5.0；
αmax：水平地震影响系数最大值，取0.16；
Gk：幕墙构件的重力荷载标准值(N)；
A：幕墙构件的面积(mm2)；
3.5 作用效应组合：
荷载和作用效应按下式进行组合：
S=γGSGk+ψwγwSwk+ψEγESEk ……5.4.1[JGJ102-2003]
上式中：
S：作用效应组合的设计值；
SGk：重力荷载作为永久荷载产生的效应标准值；
Swk、SEk：分别为风荷载，地震作用作为可变荷载产生的效应标准值；
γG、γw、γE：各效应的分项系数；
ψw、ψE：分别为风荷载，地震作用效应的组合系数。
上面的γG、γw、γE为分项系数，按5.4.2、5.4.3、5.4.4[JGJ102-2003]规定如下：
进行幕墙构件强度、连接件和预埋件承载力计算时：
重力荷载：γG：1.2；
风 荷 载：γw：1.4；
地震作用：γE：1.3；
进行挠度计算时；
重力荷载：γG：1.0；
风 荷 载：γw：1.0；
地震作用：可不做组合考虑；
上式中，风荷载的组合系数ψw为1.0；
地震作用的组合系数ψE为0.5；

4 幕墙立柱计算
基本参数：
1：计算点标高：23.5m；
2：力学模型：单跨简支梁；
3：立柱跨度：L=3300mm；
4：立柱左分格宽：1167mm；立柱右分格宽：1167mm；
5：立柱计算间距：B=1167mm；
6：板块配置：中空玻璃6 +6 mm；
7：立柱材质：6063-T5；
8：安装方式：偏心受拉；
本处幕墙立柱按单跨简支梁力学模型进行设计计算，受力模型如下：

4.1 立柱型材选材计算：
(1)风荷载作用的线荷载集度(按矩形分布)：
qwk：风荷载线分布最大荷载集度标准值(N/mm)；
wk：风荷载标准值(MPa)；
B：幕墙立柱计算间距(mm)；
qwk=wkB
=0.000824×1167
=0.962N/mm
qw：风荷载线分布最大荷载集度设计值(N/mm)；
qw=1.4qwk
=1.4×0.962
=1.347N/mm
(2)水平地震作用线荷载集度(按矩形分布)：
qEAk：垂直于幕墙平面的分布水平地震作用标准值(MPa)；
βE：动力放大系数，取5.0；
αmax：水平地震影响系数最大值，取0.16；
Gk：幕墙构件的重力荷载标准值(N)，(含面板和框架)；
A：幕墙构件的面积(mm2)；
qEAk=βEαmaxGk/A ……5.3.4[JGJ102-2003]
=5.0×0.16×0.0005
=0.0004MPa
qEk：水平地震作用线荷载集度标准值(N/mm)；
B：幕墙立柱计算间距(mm