点式玻璃幕墙设计计算书.docx

0100点式玻璃幕墙
设计计算书

设计：
校对：
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批准：

三鑫
2011年8月17日 星期三
目录

一、计算引用的规范、标准及资料 1
1.幕墙设计规范： 1
2.建筑设计规范： 1
3.铝材规范： 2
4.金属板及石材规范： 2
5.玻璃规范： 2
6.钢材规范： 3
7.胶类及密封材料规范： 3
8.门窗及五金件规范： 3
9.《建筑结构静力计算手册》 (第二版) 4
10.土建图纸： 4
二、基本参数 4
1.幕墙所在地区： 4
2.地区粗糙度分类等级： 4
3.抗震烈度： 4
三、幕墙承受荷载计算 4
1.风荷载标准值计算： 4
2.垂直于幕墙平面的分布水平地震作用标准值： 5
3.作用效应组合： 5
四、点式幕墙大面玻璃的计算 6
1玻璃板块荷载计算： 6
2.玻璃的强度计算： 8
3.玻璃最大挠度校核： 9

点式玻璃幕墙设计计算书

一、计算引用的规范、标准及资料
1.幕墙设计规范：
《建筑幕墙》 JG3035-1996
《玻璃幕墙工程技术规范》 JGJ102-2003
《金属与石材幕墙工程技术规范》 JGJ133-2001
《点支式玻璃幕墙工程技术规程》 CECS127-2001
《全玻璃幕墙工程技术规程》 DBJ/CT014-2001
《玻璃幕墙光学性能》 GB/T18091-2000
《建筑幕墙物理性能分级》 GB/T15225-94
《建筑幕墙空气渗透性能测试方法》 GB/T15226-94
《建筑幕墙风压变形性能测试方法》 GB/T15227-94
《建筑幕墙雨水渗透性能测试方法》 GB/T15228-94
《建筑幕墙保温性能测试方法》 GB8484
《建筑幕墙平面内变形性能检测方法》 GB/T18250-2000
《建筑幕墙抗震性能振动台试验方法》 GB/T18575-2001
《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
2.建筑设计规范：
《建筑结构荷载规范》 GB50009-2001
《钢结构设计规范》 GB50017-2003
《冷弯薄壁型钢结构设计规范》 GB50018-2002
《高层民用钢结构技术规程》 JGJ99-98
《建筑设计防火规范》 GBJ16-2001
《高层民用建筑设计防火规范》 GB50045-2001
《建筑物防雷设计规范》 GB50057-2000
《工程抗震术语标准》 JGJ/T97-95
《中国地震烈度表》 GB/T17742-1999
《建筑抗震设计规范》 GB50011-2001
《建筑抗震设防分类标准》 GB50223-1995
《中国地震动参数区划图》 GB18306-2000
《采暖通风与空气调节设计规范》 GBJ19-87
《高层建筑混凝土结构技术规程》 JGJ3-2002
《混凝土结构设计规范》 GB50010-2002
《民用建筑热工设计规范》 GB50176-93
《民用建筑隔声设计规范》 GBJ118-88
《建筑结构可靠度设计统一标准》 GB50068-2001
《建筑装饰工程施工质量验收规范》 GB50210-2001
《建筑钢结构焊接规程》 GB/T8162
《钢结构防火涂料》 GB14907-2002
《碳钢焊条》 GB/T5117-1995
《低合金钢焊条》 GB/T5118-1995
《铝型材截面几何参数算法及计算机程序要求》 YS/T437-2000
3.铝材规范：
《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
《铝及铝合金彩色涂层板、带材》 YS/T431-2000
《铝塑复合板用铝带》 YS/T432-2000
《铝合金建筑型材》 GB/T5237-2000
《建筑铝型材 基材》 GB/T5237.1-2000
《建筑铝型材 阳极氧化、着色型材》 GB/T5237.2-2000
《建筑铝型材 电泳涂漆型材》 GB/T5237.3-2000
《建筑铝型材 粉末喷涂型材》 GB/T5237.4-2000
《建筑铝型材 氟碳漆喷涂型材》 GB/T5237.5-2000
《变形铝及铝合金化学成份》 GB/T3190-1996
《铝及铝合金阳极氧化-阳极氧化膜的总规范》 GB8013-1987
《铝及铝合金轧制板材》 GB/T3880-1997
《建筑用铝型材、铝板氟碳涂层》 JC133-2000
4.金属板及石材规范：
《天然花岗石荒料》 JC/T204-2001
《天然大理石荒料》 JC/T202-2001
《天然板石》 GB/T18600-2001
《天然花岗石建筑板材》 GB/T18601-2001
《天然大理石建筑板材》 JC/T79-2001
《干挂石材幕墙用环氧胶粘剂》 JC/T887-2001
《天然饰面石材术语》 GB/T13890-92
《建筑材料放射性核素限量》 GB6566-2001
《干挂天然花岗岩，建筑板材及其不锈钢配件》 JC830-1998
《铝塑复合板》 GB/T17748-1999
《建筑瓷板装饰工程技术规范》 CECS101：98
《建筑装饰用微晶玻璃》 JC/T872-2000
5.玻璃规范：
《建筑玻璃应用技术规程》 JGJ113-2003
《普通平板玻璃》 GB4871-1995
《浮法玻璃》 GB11614－1999
《钢化玻璃》 GB/T9963-1998
《幕墙用钢化玻璃与半钢化玻璃》 GB/T17841-1999
《建筑用安全玻璃 防火玻璃》 GB15763.1-2001
《中空玻璃》 GB/T11944-2002
《夹层玻璃》 GB9962-1999
《镀膜玻璃 第一部分 阳光控制镀膜玻璃》 GB/T18915.1-2002
《镀膜玻璃 第二部分 低辐射镀膜玻璃》 GB/T18915.2-2002
《热反射玻璃》 JC693-1998
《热弯玻璃》 JC/T915-2003
6.钢材规范：
《不锈钢棒》 GB/T1220-1992
《不锈钢冷加工钢棒》 GB/T4226
《不锈钢冷扎钢板》 GB/T3280
《不锈钢热扎钢板》 GB/T4237-92
《不锈钢热扎钢带》 GB/T5090
《冷拔异形钢管》 GB/T3094-2000
《碳素结构钢》 GB/T700-1988
《优质碳素结构钢》 GB/T699
《合金结构钢》 GB/T3077
《不锈钢和耐热钢冷扎带钢》 GB/T4239
《高耐候结构钢》 GB/T4171-2000
《焊接结构用耐候钢》 GB/T4172-2000
《低合金高强度结构钢》 GB/T1591-1994
《碳素结构和低合金结构钢热轧薄钢板及钢带》 GB/T912
《碳素结构和低合金结构钢热轧厚钢板及钢带》 GB/T3274
《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/T13912-1992
7.胶类及密封材料规范：
《混凝土接缝用密封胶》 JC/T881-2001
《硅酮建筑密封胶》 GB/14683-2003
《建筑用硅酮结构密封胶》 GB16776-2003
《聚硫建筑密封胶》 JC483-1992
《中空玻璃用弹性密封剂》 JC486- 2001
《幕墙玻璃接缝用密封胶》 JC/T882-2001
《石材幕墙接缝用密封胶》 JC/T883-2001
《中空玻璃用丁基热熔密封胶》 JC/T914-2003
《彩色钢板用建筑密封胶》 JC/T884-2001
《工业用橡胶板》 GB/T5574-1994
《绝热用岩棉、矿棉及其制品》 GB/T11835-98
《建筑用防霉密封胶》 JC/T885-2001
《建筑表面用有机硅防水剂》 JC/T902-2002
《聚氨酯建筑密封胶》 JC/T482-2003
8.门窗及五金件规范：
《铝合金门》 GB/T8478
《铝合金窗》 GB/T8479-2003
《建筑外窗抗风压性能分级及检测方法》 GB/T7106-2002
《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
《建筑外窗空气隔声性能分级及检测方法》 GB/T8485-2002
《铝合金门窗工程设计、施工及验收规范》 DBJ15-30-2002
《建筑外窗采光性能分级及检测方法》 GB/T11976-2002
《地弹簧》 GB/T9296
《平开铝合金窗执手》 GB/T9298
《铝合金窗不锈钢滑撑》 GB/T9300
《铝合金门插销》 GB/T9297
《铝合金窗撑挡》 GB/T9299
《铝合金门窗拉手》 GB/T9301
《铝合金窗锁》 GB/T9302
《铝合金门锁》 GB/T9303
《闭门器》 GB/T9305
《推拉铝合金门窗用滑轮》 GB/T9304
《紧固件 螺栓和螺钉》 GB/T5277
《十字槽盘头螺钉》 GB/T818
《紧固件机械性能 螺栓、螺钉和螺柱》 GB3098.1-2000
《紧固件机械性能 螺母 粗牙螺纹》 GB3098.2-2000
《紧固件机械性能 螺母 细牙螺纹 》 GB3098.4-2000
《紧固件机械性能 自攻螺钉》 GB3098.5-2000
《紧固件机械性能 不锈钢螺栓、螺钉、螺柱》 GB3098.6-2000
《紧固件机械性能 不锈钢 螺母》 GB3098.15-2000
《螺纹紧固件应力截面积和承载面积》 GB/T16823.1-1997
9.《建筑结构静力计算手册》 (第二版)
10.土建图纸：

二、基本参数
1.幕墙所在地区：
上海地区；
2.地区粗糙度分类等级：
幕墙属于薄壁外围护构件，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类地区考虑。
3.抗震烈度：
按照国家规范《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)、《中国地震动参数区划图》(GB18306-2000)规定，上海地区地震基本烈度为7度，地震动峰值加速度为0.1g，水平地震影响系数最大值为：αmax=0.08。

三、幕墙承受荷载计算
1.风荷载标准值计算：
幕墙属于薄壁外围护构件，按建筑结构荷载规范(GB50009-2001)计算：
wk=βgzμzμsw0 ……7.1.1-2[GB50009-2001]
上式中：
wk：作用在幕墙上的风荷载标准值(MPa)；
Z：计算点标高：10m；
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为地区粗糙度调整系数，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类地区，10m高度处瞬时风压的阵风系数：
βgz=0.85×(1+2×(0.734(Z/10)-0.22))=2.098
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类地区，10m高度处风压高度变化系数：
μz=0.616×(Z/10)0.44=0.736
μs：风荷载体型系数，根据计算点体型位置取1.2；
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，按重现期50年，上海地区取0.00055MPa；
wk=βgzμzμsw0
=2.098×0.736×1.2×0.00055
=0.001019MPa
2.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0.08；
Gk：幕墙构件的重力荷载标准值(N)；
A：幕墙构件的面积(mm2)；
3.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；
进行位移及挠度计算时；
重力荷载：γG：1.0；
风 荷 载：γw：1.0；
地震作用：γE：1.0；
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；

四、点式幕墙大面玻璃的计算
基本参数：
1：计算点标高：10m；
2：分格尺寸：宽×高=B×H=1500mm×1800mm；
3：支撑点间距：宽度方向×高度方向=B1×H1=1250mm×1550mm；
4：玻璃配置：中空玻璃，外片钢化玻璃15mm,内片钢化玻璃12mm；
5：驳接形式：四点驳接；
模型简图为：

1玻璃板块荷载计算：
(1)外片玻璃荷载计算：
t1：外片玻璃厚度(mm)；
t2：内片玻璃厚度(mm)；
wk：作用在幕墙上的风荷载标准值(MPa)；
GAk1：外片玻璃单位面积自重标准值(仅指玻璃)(MPa)；
qEAk1：外片玻璃地震作用标准值(MPa)；
γg1：外片玻璃的体积密度(N/mm3)；
wk1：分配到外片上的风荷载作用标准值(MPa)；
qk1：分配到外片玻璃上的荷载组合标准值(MPa)；
q1：分配到外片玻璃上的荷载组合设计值(MPa)；
GAk1=γg1t1
=0.0000256×15
=0.000384MPa
qEAk1=βEαmaxGAk1
=5×0.08×0.000384
=0.000154MPa
wk1=1.1wkt13/(t13+t23)
=1.1×0.001019×153×(153+123)
=0.000741MPa
qk1=wk1+0.5qEAk1
=0.000741+0.5×0.000154
=0.000818MPa
q1=1.4wk1+0.5×1.3qEAk1
=1.4×0.000741+0.5×1.3×0.000154
=0.001138MPa
(2)内片玻璃荷载计算：
t1：外片玻璃厚度(mm)；
t2：内片玻璃厚度(mm)；
wk：作用在幕墙上的风荷载标准值(MPa)；
GAk2：内片玻璃单位面积自重标准值(仅指玻璃)(MPa)
qEAk2：内片玻璃地震作用标准值(MPa)
γg2：内片玻璃的体积密度(N/mm3)；
wk2：分配到内片上的风荷载作用标准值(MPa)；
qk2：分配到内片玻璃上的荷载组合标准值(MPa)；
q2：分配到内片玻璃上的荷载组合设计值(MPa)；
GAk2=γg2t2
=0.0000256×12
=0.000307MPa
qEAk2=βEαmaxGAk2
=5×0.08×0.000307
=0.000123MPa
wk2=wkt23/(t13+t23)
=0.001019×123×(153+123)
=0.000345MPa
qk2=wk2+0.5qEAk2
=0.000345+0.5×0.000123
=0.000406MPa
q2=1.4wk2+0.5×1.3qEAk2
=1.4×0.000345+0.5×1.3×0.000123
=0.000563MPa
(3)玻璃板块整体荷载组合计算：
用于强度计算时，采用Sw+0.5SE设计值组合： ……5.4.1[JGJ102-2003]
q=1.4wk+0.5×1.3(qEAk1+qEAk1)
=1.4×0.001019+0.5×1.3×(0.000154+0.000123)
=0.001607MPa
用于挠度计算时，采用Sw+0.5SE标准值组合： ……5.4.1[JGJ102-2003]
qk=wk+0.5×(qEAk1+qEAk2)
=0.001019+0.5×(0.000154+0.000123)
=0.001158MPa
2.玻璃的强度计算：
校核依据：σ≤[fg]
(1)外片校核：
θ1：外片玻璃的计算参数；
η1：外片玻璃的折减系数；
qk1：作用在外片玻璃上的荷载组合标准值(MPa)；
b：支撑点间玻璃面板长边边长(mm)；
E：玻璃的弹性模量(MPa)；
t1：外片玻璃厚度(mm)；
θ1=qk1b4/Et14 ……6.1.2-3[JGJ102-2003]
=0.000818×15504/72000/154
=1.295
按系数θ1，查表6.1.2-2[JGJ102-2003]，η1=1；
σ1：外片玻璃在组合荷载作用下的板中最大应力设计值(MPa)；
q1：作用在幕墙外片玻璃上的荷载组合设计值(MPa)；
b：支撑点间玻璃面板长边边长(mm)；
t1：外片玻璃厚度(mm)；
m1：外片玻璃弯矩系数, 取m1=0.1424；
σ1=6m1q1b2η1/t12 ……6.1.2[JGJ102-2003]
=6×0.1424×0.001138×15502×1/152
=10.382MPa
10.382MPa≤fg=72MPa(钢化玻璃)
外片玻璃的强度满足要求!
(2)内片校核：
θ2：内片玻璃的计算参数；
η2：内片玻璃的折减系数；
qk2：作用在内片玻璃上的荷载组合设计值(MPa)；
b：支撑点间玻璃面板长边边长(mm)；
E：玻璃的弹性模量(MPa)；
t2：内片玻璃厚度(mm)；
θ2=qk2b4/Et24 ……6.1.2-3[JGJ102-2003]
=0.000406×15504/72000/124
=1.57
按系数θ2，查表6.1.2-2[JGJ102-2003]，η2=1
σ2：内片玻璃在组合荷载作用下的板中最大应力设计值(MPa)；
q2：作用在幕墙内片玻璃上的荷载组合设计值(MPa)；
b：支撑点间玻璃面板长边边长(mm)；
t2：内片玻璃厚度(mm)；
m2：内片玻璃弯矩系数, 取m2=0.1424；
σ2=6m2q2b2η2/t22 ……6.1.2[JGJ102-2003]
=6×0.1424×0.000563×15502×1/122
=8.025MPa
8.025MPa≤fg=72MPa(钢化玻璃)
内片玻璃的强度满足要求!
3.玻璃最大挠度校核：
校核依据：
df=ημqkb4/D≤df,lim ……6.1.3-2[JGJ102-2003]
上面公式中：
df：玻璃板挠度计算值(mm)；
η：玻璃挠度的折减系数；
μ：玻璃挠度系数，取μ=0.0186；
qk：板块整体水平荷载作用组合标准值(MPa)
b：支撑点间玻璃面板长边边长(mm)；
D：玻璃的弯曲刚度(N·mm)；
df,lim：许用挠度，取支撑点间玻璃面板长边边长的1/60，为25.833mm；
其中：
D=Ete3/(12(1-υ2)) ……6.1.3-1[JGJ102-2003]
上式中：
E：玻璃的弹性模量(MPa)；
te：玻璃的等效厚度(mm)；
υ：玻璃材料泊松比，为0.2；
te=0.95×(t13+t23)1/3 ……6.1.5-3[JGJ102-2003]
=0.95×(153+123)1/3
=16.356mm
D=Ete3/(12(1-υ2))
=72000×16.3563/(12×(1-0.22))
=27347102.788N·mm
θ：玻璃板块的计算参数；
θ=qkb4/Ete4 ……6.1.2-3[JGJ102-2003]
=0.001158×15504/72000/16.3564
=1.297
按参数θ，查表6.1.2-2[JGJ102-2003]，η=1
df=ημqkb4/D
=1×0.0186×0.001158×15504/27347102.788
=4.546mm
4.546mm≤df,lim=25.833mm(中空玻璃)
玻璃挠度能满足要求!