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第一部分：XX医院住院楼隐框玻璃幕墙设计计算书
XX医院住院楼隐框玻璃幕墙设计计算书
一、设计计算依据：
1、XX医院住院楼建筑结构施工图。
2、规范：
《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ 102-96；
《建筑幕墙》JG 3035-1996；
《建筑玻璃应用技术规程》JGJ 113-97；
《建筑结构荷载规范》GBJ 50009-01；
《钢结构设计规范》GBJ 17-88。
3、工程基本条件
(1)、地区类别：C类
(2)、基本风压：Wo =0.30 kN/m2
(3)、风力取值按规范要求考虑。
(4)、地震烈度：7度，设计基本地震加速度值0.10g
(5)、年最大温差：80oC
(6)、建筑结构类型：u/H的限值=1/300。
二、设计荷载确定原则:
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等。在幕墙的节点设计中通过预留一定的间隙，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。
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；进行位移和挠度计算时，各分项系数均取1.0，即采用其标准值。
1、风荷载
根据规范，垂直于幕墙表面上的风荷载标准值，按下列公式(2.1)计算：
W k = z s z Wo ••••••••••••••••(2.1)
式中: W k ---风荷载标准值( KN/m2)；
z---瞬时风压的阵风系数；
s---风荷载体型系数；
z---风荷载高度变化系数，并与建筑的地区类别有关；按《建筑结构荷载规范》GBJ9取值；
W o---基本风压( KN/m2)。
按规范要求，进行建筑幕墙构件、连接件和锚固件承载力计算时，风荷载分项系数应取γw= 1.4，即风荷载设计值为：
W= γw W k = 1.4W k ••••••••••••••(2.2)
2、地震作用
幕墙平面外地震作用标准值计算公式如下：
qEK =Emax GkA •••••••••••••••••(2.3)
式中, qEK为垂直幕墙平面的分布水平地震作用；( KN/m2)
E为地震动力放大系数；
max为水平地震影响系数最大值；
GkA为单位面积的幕墙结构自重( KN/m2)。
按规范要求，地震作用的分项系数取γE= 1.3，即地震作用设计值为：
qE= γE qEK = 1.3 qEK •••••••••••••(2.4)
3、幕墙结构自重
按规范要求，幕墙结构自重的分项系数取γG=1.2。
4、荷载组合
按规范要求对作用于幕墙同一方向上的各种荷载应作最不利组合。对垂直立面上的幕墙，其平面外的荷载最不利荷载组合为：
WK合=1.0 WK + 0.6 qEK •••••••••••••(2.5)
W合 =1.0 W + 0.6 qE •••••••••••••(2.6)
其中, WK合为组合荷载的标准值( KN/m2)；
W合 为组合荷载的设计值( KN/m2)。
三、立柱计算
立柱一（第一处：138系列：[标高：45.3m,SL-1]
根据大厦的建筑结构特点，幕墙立柱悬挂在建筑主体结构上，如图所示。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，须作立柱强度和刚度的校核。
1、部位要素
该处玻璃幕墙位于主楼，最大计算标高按45.3 m计，幕墙结构自重Gk/A=500 N/m2，幕墙横向计算分格宽度B=1200 mm。
2、力学模型
该处每条立柱与主体结构通过钢支座进行连接，最大跨距跨高L=3400mm；采用简支梁力学模型，如图所示。
3、荷载确定
按该处幕墙横向分格宽度B，取出一个纵向的计算单元，立柱受均布载作用，荷载取最大值(标高最高处的值)，对C类地区，该处风压高度变化系数为：z=1.13，阵风系数z=1.77
根据公式(2.1)~(2.6)可得：
WK=1.13×2×1.77×0.30=1.2(KN/m2)
取WK =1.2(KN/m2)
W=1.4WK=1.68(KN/m2)
qEk=3.0×0.08×500/1000
=0.12(KN/m2)
qE=1.3qEK=0.156(KN/m2)
WK合=1.0×1.2+0.6×0.12
=1.272(KN/m2)
W合=1.0×1..68+0.6×0.156
=1.7736(KN/m2)
从而，作用于立柱上的线荷载标准值和设计值分别为:
qK=1200/1000×1.072=1.5264(N/mm)
q=1200/1000×1.7736=2.12832(N/mm)
4、幕墙立柱(CDSL-1)参数:
该处幕墙的立柱的横截面参数如下:
横截面主惯性矩： I=4219187 mm4
横截面积： A=1734.749 mm2
弯矩作用方向的净截面抵抗矩： W=58751.5 mm3
横截面静矩： Sz=61454.12 mm3
型材壁厚： t=3 mm
型材材料为： 铝合金(6063-T5)；
强度设计值为： f=85.5N/mm2；
弹性模量为： E=70000 N/mm2。
5、立柱强度校核
根据JGJ102-96幕墙立柱截面最大应力满足：
max= NA0 + MW ≤f
式中： max  立柱中的最大应力 (N/mm2)
N  立柱中的拉力设计值 (N)
A0  立柱净截面面积 (mm2)
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；(mm3)
该处立柱跨中弯矩值最大，为：
M= qL28
=
=3075393.5(N.mm)
立柱承受拉力设计值为：
N = 1.2GkA×L×B
= 1.2×500×3400×1200/1000000
=2448 (N)
则： max=NA0 + MW
= 24481734.749 + 3075393.51.05×58751.5
=51.3(N/mm2)
可见：max ≤ f
所选立柱的强度满足设计要求。
6、立柱刚度校核
幕墙立柱最大挠度：
umax = 5qkL4384E.I
=5×1.5264×34004384×70000×4219187
=8.982(mm)
式中： umax  立柱最大挠度；(mm)
qk  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)
I  立柱横截面主惯性矩；(mm4)
根据规范对立柱刚度要求， 立柱的最大允许挠度为=L180 且不大于20mm,
即， =20 mm
可见， umax≤
所选立柱的刚度满足设计要求。
四、横梁计算 [标高：45.3m,HL-1]
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，以下列情况最为不利，须作横梁强度和刚度的校核。
1、部位基本参数
该处幕墙位于主楼；最大标高为45.30m；饰面材料为玻璃，横梁所受到的重力取为GK/A=500 N/m2；横梁的计算长度取B=1200 mm；幕墙的纵向分格高度H= 1800mm。
2、力学模型
横梁与立柱相接，相当于两端简支。
在幕墙平面内，横梁受到饰面板材的重力作用，可视为均布线荷载qG；
qG=1.2 GK/A.H =1.2×500 ×1800/106= 1.08(kN/m)
在幕墙平面外，横梁受到风压等荷载作用，其受力面积为上左图阴影部分；其中q是阴影面积承受的最大设计线荷载；
q= 1.1824(kN/m)，
相应的最大标准线荷载：
qK=0.8445 (kN/m)
因此横梁是一个双弯构件。
3、幕墙横梁(HL-01)参数:
该处幕墙横梁的横截面参数如下:
横截面积： A=981.1502 mm2
横截面X-X惯性矩： IX=625950.9 mm4
横截面X-X最小抵抗矩： WX=17124.66 mm3
横截面Y-Y惯性矩： IY=341991.9 mm4
横截面Y-Y最小抵抗矩： WY=11398.02 mm3
横梁的材料为： 铝合金(6063-T5)
其强度设计值为： f=85.5N/mm2；
其弹性模量为： E=70000 N/mm2。
4、横梁强度校核
根据JGJ102-96幕墙横梁截面最大应力满足：
max= MX.WX+ MY.WY≤f
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；
MX= qG.B28
= 1.08×120028
=194400(N.mm)
MY= q.B212
= 1.1824×1200212
=141888(N.mm)
则： max=MX.WX+ MY.WY
= 1944001.05×17124.66 + 1418881.05×11398.02
=15.85(N/mm2)
可见：max ≤ f
所选横梁的强度满足设计要求。
5、横梁刚度校核
该处幕墙横梁最大挠度是umaxY、umaxX二部分的矢量和：
umaxY = 2qkB4120EIY
=2×0.8445×12004120×70000×341991.9
=1.22(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：
umaxX = 5qGKB4384EIX
=5×1.2/1.2×12004384×70000×625950.9
= 0.618(mm)
从而，横梁的最大挠度为：
umax =umaxX 2+umaxY2
= 1.222 + 0.6182
= 1.36(mm)
根据规范对横梁的刚度要求， 横梁的最大允许挠度为=B/ 180 ，且不大于20mm。
即， = 5.5556mm
可见， umax≤
所选横梁的刚度满足设计要求。
五、玻璃计算 [标高:45.3m,6钢化镀膜玻璃)]
综合考虑玻璃所处位置的标高、玻璃分格宽度和高度以及玻璃的厚度等因素，以下列情况最为不利，须作玻璃的强度校核。
该处6钢化镀膜玻璃位于主楼；标高取为45.3 m；幕墙自重按500N/m2计，垂直于玻璃面的组合荷载设计值为1.7736 kN/m2，组合荷载标准值为1.2721kN/m2，所用玻璃长宽尺寸分别为a=1200mm，b=1800mm，玻璃厚度为6mm；玻璃跨中的强度设计值为fg=84 N/mm2。
1、强度校核：
玻璃板中最大应力
根据《规范》，玻璃在垂直于幕墙平面的风荷载和地震的作用下，其最大应力按下式计算：
 max = 6..W合.a2t2
式中： max  玻璃中的最大应力 (N/mm2)
ψ  跨中弯矩系数,0.1046
W合  组合荷载设计值, kN/m2
a  玻璃短边边长, mm
t  玻璃的厚度, mm
则：max= 6..W合.a2t2
= 6×0.1046×1.7736×92021000×62
=26.17(N/mm2)
可见：max ≤ fg
因此所选玻璃跨中的强度满足设计要求。
玻璃中部与边缘温度差产生的温度应力，按下式计算：
边=0.74.E..1.2.3.4.(TC-TS)fg边
式中，E玻璃的弹性模量，取为70000N/mm2；
玻璃的线膨胀系数，取为0.00001；
1阴影系数，取为1.3；
2窗帘系数，取为1.1；
3玻璃面积系数，取为1.0604；
4边缘嵌缝材料温度系数，取为0.4；
(TC-TS) 玻璃中间部分与边缘部分的温度差，取为50℃；
fg边 玻璃边缘强度设计值，为19.5N/mm2。
边=0.74.E..1.2.3.4.(TC-TS)
=0.74×70000×0.00001
×1.3×1.1×1.0604×0.4×50
=15.7096(N/mm2)
可见，边 fg边
因此玻璃由于中央与边缘温差所产生的应力满足设计要求。
六、结构胶胶形计算 [标高:45.3m,D.C.983]
综合考虑幕墙所处位置的标高、分格宽度和高度等因素，对下列不利处进行结构胶胶形设计(胶厚和胶宽)。
该处玻璃幕墙位于主楼，属全隐幕墙；标高为45.3m；风荷载标准值为WK= 1.272kN/m2。年最大温差为T = 80oC，建筑结构的最大层间变位角为= 1/267。
玻璃体积密度按G=2.56吨/米3计，线胀系数为=0.00001，厚度为t=12mm，垂直安装 ，最大宽高尺寸分别为 1200mm，1800mm。
采用D.C.983结构胶，结构硅酮密封胶短期强度设计值f1=0 .14N/mm2，结构硅酮密封胶长期强度设计值f2= 0.007N/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=0.15，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=0.4。
1、胶缝宽度
(1)、风荷载作用所需胶缝宽度：
Cs1=WK.短边2000.f1
=1.272×12002000×0.14
= 5.45(mm)
(2)、自重作用所需胶缝宽度：
Cs1=t.G.a.b2000.(a+b).f2
=6×0.001×10×2.56×1200×18002000× (1200+1800)×0.007
=5.93 (mm)
取打胶宽度10mm。
2、胶缝厚度
(1)、温度效应作用所需胶缝厚度：
ts1 =LT.(2+T)
=1.620.1×(2+0 .15)
= 3.494(mm)
其中, ts1  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=L×|铝-| × T
=1800×|0.0000235 -0.00001| ×80
=1.62 (mm)
铝  为铝材的线膨胀系数0.0000235。
(2)、地震作用所需胶缝厚度：
ts2 =.b.E.(2+E)
=0.6×1800×1/3000.4×(2+0.4)
=3.76 (mm)
其中，  胶缝变形折减系数,取0.6
取打胶厚度为6mm。
所以，结构胶胶形设计为：宽度10mm×厚度6mm。
七、幕墙组件的固定块及其间距计算 [标高:45.3m,GJK-01]
综合考虑幕墙所处位置的标高、分格尺寸等因素，对下列不利处进行固定块设计计算。
该处幕墙位于主楼，标高取为45.3m，幕墙自重按500N/m2计；标准荷载为WK合= 1.272kN/m2；设计荷载为W合= 1.7736k N/m2。
幕墙组件尺寸为a×b为 1200mm×1800mm。
固定块为双面的压块，材质为铝合金(6063-T5)，弹性模量为70000N/mm2，抗弯强度设计值为85.5N/mm2；尺寸b1×h×t为50mm×42mm×6.5mm；安装间距不超过=400mm。每个固定块由1个M6的螺栓固定。
1、固定块强度校核
螺孔中心至固定块受力顶端的距离L=21mm。
固定块的净截面比：
A1A0=(50 - 1×6 ) 50= 0.88
固定块的截面抵抗矩折减系数取 =1
固定块的截面惯性矩：
I= b1 12 .t3
= (50 -1×6) 12×6.53
=1006.9583(mm4)
固定块的截面抵抗矩：
Wmin=It/2. 
=1006.9583 6.5/2×1
=309.8333(mm3)
固定块承受荷载的面积为：
A=a.2=1000×4252×10-6 =0.2125(m2)
固定块承受荷载设计值为：
P=1.5×A.W合
=1.5× 0.2125×1.494×1000=618.375 (N)
固定块承受荷载标准值为：
PK=1.5×A.WK合
=1.5× 0.2125×1.272×1000=409.2 (N)
固定块承受弯矩值为：
M=618.375×21= 12985.875(N.mm)
对双面固定块，计算强度时其弯矩值应为单面固定块的二倍，从而：
M=25971.75(N.mm)
固定块的最大应力值为：
=MWmin =25971.75 309.8333
= 83.825 (N/mm2)<85.5N/mm2
可见固定块的强度满足设计要求。
2、固定块刚度校核
固定块的最大挠度为：
u=PK.L33.E.I
=409.2×2133×70000×1006.9583
=0.0166(mm)<L/150=21 /150=0.14 (mm)。
可见固定块的刚度满足设计要求。
3、固定块连接螺栓强度校核
能承受的最大拉力为：
N=170×1××4.917524
=3228.696 (N)
P0 =1056.756N
从而，N> P0
可见其强度满足设计要求。
八、横梁与立柱连接计算 [标高:84.8m,HL-1+CDSL-1]
综合考虑幕墙所处位置的标高、分格尺寸等因素，对下列不利处进行横梁与立柱连接强度计算。
该处幕墙位于主楼，标高为45.3m，幕墙自重按GK/A=500N/m2计；设计荷载为W合= 1.7736kN/m2。
幕墙分格宽度B=1200mm，横梁上分格高度H1=1800mm。 下分格高度H2=1000mm。
立柱材料为铝合金(6063-T5)，局部壁厚为5mm。
横梁材料为铝合金(6063-T5)，局部壁厚为3mm。
角码材料为铝合金(6063-T5)，壁厚为4mm。
角码由2个M6的螺栓与立柱连接，螺栓承受水平和垂直组合剪切力作用。
1、荷载计算
(1)、水平荷载：
横梁上分格块传到横梁上的力为：
N1上=W合.B28
=1.7736×12002×10-38
=186.75(N)
横梁下分格块传到横梁上的力为：
N1下=W合.B28
=1.7736×12002×10-38
=186.75 (N)
从而，N1= N1上+N1下=373.5(N)
(2)、垂直荷载：
N2=1.2×B/2×H1×GK/A
=1.2×1200/2×1800×500×10-6
=450(N)
(3)、组合荷载：
N=N12 + N22
= 373.52 + 4502
=584.8(N)
2、与立柱相连接的螺栓个数n1计算，立柱的局部承压校核：
(1)、每个螺栓的承载力：
NbV =×4.917524×120
=2279.08(N)
n1=N NbV=584.8 2279.08 =0.26(个)，取n1=2个。
(2)、立柱局部承压能力：
NbC= n1. d.t.120
=2×6×5×120
=7200(N)>N=670.8679(N)
(3)、角码局部承压能力：
NbC= n1. d.t.120
=2×6×4×120
=5760(N)>N=584.8(N)
可见，横梁与立柱的连接满足设计要求。
九、立柱与支座连接计算 [标高:45.3m,CDSL-1+GZ-01]
综合考虑幕墙所处位置的标高、分格尺寸等因素，对下列不利处进行立柱与支座连接强度设计计算。
该处幕墙位于主楼，标高取为45.3m，幕墙自重按GK/A=500N/m2计；设计荷载为W合= 1.7736k N/m2。
幕墙分格宽度B=12000mm，立柱长度(楼层高度)为H=3400mm。
立柱材料为铝合金(6063-T5)，局部承压强度为120N/mm2，立柱连接处壁厚t1=5mm。
支座材料为钢材(Q235.t≤16mm)，局部承压强度为320N/mm2，支座壁厚t2=6mm。
立柱的固定方式为双系点，即立柱左右两侧均与支座连接。
立柱与支座的连接螺栓：2个M12 。
1、荷载计算
水平荷载：
N1=1.7736×1200×3400×10-3=7236.88(N)
垂直荷载：
N2=1.2×500×1200×3400×10-6=2448(N)
组合荷载：
N= 7236.8822 + 24482=7638.8(N)
2、螺栓个数计算
每个螺栓的承载力：
NbV=2××10.105624×120
=19249.75(N)
n=6117.9 19249.75 =0.317(个)，取2个。
3、局部承受能力校核
立柱局部承压能力：
NbC=2×2×12×5×120
=28800(N)>6117.9(N)
支座承局部压能力：
NbC=2×2×12×6×320
=92160(N)>6117.9(N)
可见立柱与支座的连接设计安全。
十、支座计算 [标高:45.3m,GZ-01]
综合考虑幕墙所处位置的标高、分格尺寸等因素，对下列不利处进行支座强度设计计算。
该处幕墙位于主楼，标高取为45.3m，幕墙自重按Gk/A=500N/m2计；设计荷载为W合= 1.7736k N/m2。幕墙分格宽度B=1200mm，立柱长度(楼层高度)为H=3400mm。
选用的支座为GZ-01，其材质为钢材(Q235.t≤16mm)；支座端部的横截面积A0=1200mm2，横截面抵抗矩Wmin=10000mm3。
立柱的固定方式为双系点，即立柱左右两侧均与支座连接。
幕墙立柱连接螺栓的中心离支座端部横截面形心的水平距离d1=250mm，垂直距离d2=0mm。
1、荷载计算
单独一个支座承受如下荷载：
水平荷载：
N= B×H×W合/2
= 1000×3800×10-6 ×1.494×103/2
=2448(N)
垂直荷载：
V= B×H×1.2Gk/A /2
= 1200×3400×10-6 ×1.2×500 /2
=1224(N)
支座端部横截面所受最大弯矩值为：
M= N×d2 +V×d1
=2448×0+1224×250
=306000(N.mm)
2、支座强度校核：
正应力:
=NA0+M1.05×Wmin
=2448 1200 + 3060001.05×10000
=32.5009(N/mm2)<f=215 N/mm2
组合应力:
合=2+3×(VA)2
=32.50092+3×(12241200)2
=32.868(N/mm2)<1.1×f=236.5 N/mm2
可见支座的设计安全。
十一、支座与埋件连接计算 [标高:45.3m,支座：GZ-01]
综合考虑幕墙所处位置的标高、分格尺寸等因素，对下列不利处进行支座与埋件连接强度设计计算。
该处幕墙位于主楼，标高取为45.3m，幕墙自重按GK/A=500N/m2计；设计荷载为W合= 1.7736kN/m2。幕墙分格宽度B=1200mm，楼层高度为H=3400mm。
立柱的固定方式为双系点，即立柱左右两侧均与支座连接。
支座材质为钢材(Q235.t≤16mm)，与预埋件采用直角焊缝焊接，焊脚高为6mm(焊脚高度在计算时乘0.7)，一个支座的焊接焊缝的有效计算横截面积A0=720mm2，抵抗矩Wmin=42000mm3。
幕墙立柱连接螺栓的中心离支座端部焊缝横截面形心的水平距离d1=250mm，垂直距离d2=0mm。
1、荷载计算
单独一个支座的焊接焊缝承受如下荷载：
水平荷载：
N=B×H×W合/2
=1200×3400×10-6 ×1.7736×103/2
=3618.1(N)
垂直荷载：
V= B×H×1.2GK/A/2
=1200×3400×10-6×1.2×500 /2
=1224(N)
焊缝受到的最大弯矩值为：
M= N×d2 +V×d1
=3618.1×0+1224×250
=306000(N.mm)
2、焊缝强度的校核：
合= (f f)2+ (f)2
= (N1.22×A0 + M1.22×Wmin)2+ (VA0)2
=(3168.1.61.22×720+3060001.22×3400)2+(1224720)2
=11.525 (N/mm2)<f=160 N/mm2
式中, f 1.22为承受静力荷载和间接承受动力载的结构中，正
面角焊缝的强度设计值增大系数；
可见焊缝强度满足设计要求。
十二、幕墙预埋件计算 [标高:45.3m,YMJ-1]
综合考虑幕墙所处位置的标高、分格尺寸、预埋件的埋设位置、砼标号等因素，对下列不利处进行预埋件设计计算。
该处幕墙位于主楼，使用的砼标号为C30，标高取为45.3m，幕墙自重按500N/m2计；标准组合荷载为WK合=1.2721kN/m2；设计组合荷载为W合=1.7736kN/m2。幕墙分格宽度为1200mm，楼层高度为3400mm。
锚筋选用I级钢筋，锚筋直径10mm，共4根分2层，外层锚筋间距为90mm；锚板为8mm×300mm×150mm的Q235钢板。
固定立柱的螺栓中心至预埋件锚板形心的水平、垂直距离分别为：
d1=250mm，d2=0mm。
1、受力分析
预埋件采用侧埋形式，如图所示。
垂直剪力为:
V= B×H×1.2GK/A
=1200×3400×10-6×1.2×500
=2448(N)
水平拉力为:
N= B×H×W合
=1200×3400×10-6×1.7736×103
=7236.288(N)
弯矩为:
M=V.d1+N.d2
=2448×250 +7236.288×0
=612000(N.mm)
2.锚筋最小截面积计算:
当有剪力、法向拉力和弯矩共同作用时,预埋件锚筋按下两式计算,并应大于其最大值：
AS=V r. V. fY+ N 0.8 b. fY+M r. b. fY.z
AS= N 0.8 b. fY+M 0.4 r. b. fY.z
式中V剪力设计值(N);
N法向压力设计值(N);
M弯矩设计值(N.mm);
r 锚筋层数影响系数;
v 锚筋受剪承载力系数;
b 锚板弯曲变形折减系数;
d锚筋直径(mm);
t 锚板厚度(mm);
z外层锚筋中心线之间的距离(mm);
fc 混凝土轴心受压强度设计值15(N/mm2);
fY 钢筋抗拉强度设计值210(N/mm2);
锚筋层数影响系数
r =1 ；
锚板弯曲变形折减系数
b=0.6+0.25td ；
=0.6+0.25×8 10
=0.8
锚筋受剪承载力系数(V >0.7时,取0.7)
V=(4.0-0.08d)fcfY
=(4.0-0.08×10)15210
=0.8552
从而，取V=.7
AS=V r. V. fY+ N 0.8 b. fY+M r. b. fY.z
=2448 1×0.7×210+ 7236.288 0.8×0.8×210+612000 1×0.8×210×90
=106.22(mm2)
AS= N 0.8 b. fY+M 0.4 r. b. fY.z
=7236.288 0.8×0.8×210 +612000 0.4×1×0.8×210×90
=134.81(mm2)
可见，所需锚筋最小截面积为：134.81(mm2)
3.法向压力校核
按规范要求法向压力N<0.5fc.A，即：
7236.288 (N)<0.5×15 ×45000 =337500(N)
4.预埋件锚筋确定
选择410，锚筋总面积为：
4××1024 =314.1593(mm2)> 134.81(mm2)
十三、立柱伸缩缝设计计算
立柱材料为铝合金(6063-T5)。
立柱在年温差影响下的最大变形量为：
L =.T.L
=0.0000235×80×3380
=6.3544(mm)
其中， 为铝材的线膨胀系数，0.0000235；
T年最大温差80℃；
L 立柱最大长度3380mm。
考虑误差为5mm，取立柱伸缩缝为20mm，
20-5=15mm>L=6.3544mm
可见伸缩缝适应年温差变化。
十四、幕墙铝板板块计算 [标高:45.3m,复合铝板(4mm)]
综合考虑所采用的板材所处位置的标高、板材分格宽度和高度以及板材的厚度等因素，以下列情况最为不利，须对其强度和刚度进行校核。
该处幕墙饰面材质为复合铝板(4mm)，位于主楼；标高为45.3m；幕墙自重按300N/m2计；垂直于板面的组合荷载设计值为 W合= 1.7736kN/m2，组合荷载标准值为WK合= 1.272kN/m2，最大长宽尺寸分别为a= 1200mm，b=1800mm， 板厚度为t=4mm；板的强度设计值为f=34N/mm2，弹性模量为E=40600N/mm2，泊松比v=0.25。
1、板的强度和刚度校核：
(1)、板强度校核：
板上布置2道横向加强筋，一道竖向加强筋，就板的受力情况可分为D板和E板，D板板中所受到的弯矩值大于E板板中弯矩值；在加强筋处板受到负弯矩作用，在D板和E板相邻处采用其平均负弯矩值来计算。
LX =600
LY =600
LXLY =1
m1=0.032885
m01=-0.07277
m02=-0.066425
f1=0.00237
板中受到的最大应力为：
中=6.m1.W合.L2 t2
=6×0.032885×1.7736×0.001×6002 42
= 13.24(N/mm2)
式中,m1 —为D板中最大弯矩系数。
考虑板大挠度影响应力计算的折减系数=0.64，则(值是根据=W合.L41000E.t4 =97.79 ，查表得出)：
中=14.0085×0.64
=8.965 (N/mm2)
中<f= 34N/mm2
板在加强筋处的最大应力为：
支1=6.m01.W合. L 2 t2
=6×0.07277×1.772×0.001×6002 42
= 21.36(N/mm2)
式中, m01 —为板在加强筋处的二块D板相交处的最大弯矩系数;
考虑板大挠度影响应力计算的折减系数 ，则：
支1=21.36×0.64
=13.67 (N/mm2)
支1<f=34 N/mm2
同理可得：
支2=11.324 (N/mm2)
求支2 时采用的弯矩系数为m02 —为板在D板和E板相交加强筋处的最大弯矩系数的平均值。
支2<f=34 N/mm2
可见，板的强度满足设计要求。
(2)、板刚度校核
D板跨中的挠度u为板中的最大挠度，按下式计算：
u=f1. Wk合.L4.10-3 E.t3/[12(1-v2)]
=0.00237×1.272×6004 ×10-3 40600×43/[12(1-.252)]
=1.658(mm)
式中，f1D板中最大挠度系数；
考虑板大挠度影响挠度计算的折减系数=0.64，则(值是根据=W K合.a41000E.t4 =97.79 ，查表得出)：
u =1.658×0.64
=1.061(mm)
板中允许的最大挠度值为板短边的1/100，并且小于30mm；即：=5.88mm
可见，u
从而，板中最大挠度满足设计要求。
2、加强筋强度和刚度校核
选用加强筋材料为铝合金(6063-T5)，主筋名称为铝通30x45x2.5，对弯曲中心轴其横截面参数为：
惯 性 矩 I：94479.16mm4 ；
抵抗矩 WMIN ：4199.074mm3 ；
其弹性模量E：70000N/mm2 ；
强度设计值f：85.5N/mm2 。
次筋名称为铝通30x45x1，对弯曲中心轴其横截面参数为：
惯 性 矩 I：25526mm4 ；
抵抗矩 WMIN ：922mm3 ；
其弹性模量E：70000N/mm2 ；
强度设计值f：85.5N/mm2 。
加强筋的布置形式：板短边中间一道，对板的长边等分布设2道。
(1)、次筋强度和刚度校核
次筋受梯形荷载作用。
次筋强度校核
M=W合. LY24.(3 LX2 -LY2)
=1.7736×600×0.00124.(3×6002 - 6002)
=1064.3(N.mm)
=M1.05WMIN
=1064.31.05×922
= 1.09(N/mm2)<f=85.5 N/mm2
次筋传到主筋上的集中力为:
设计值P=W合4.(2.LX.LY -LY2)
=1.772×0.0014.(2×600×600-6002)
= 159.64(N)
标准值PK=WK合4.(2.LX.LY -LY2)
=1.272×0.0014.(2×600×600-6002)
= 114.48(N)
次筋刚度校核
u=WK合. LY1920.E.I( 25.LX4 -10.LY2.LX2+LY4)
=2.52×600×0.0011920×70000×25526 ×( 25×6004 -10×6002×6002+6004)
= 1.0015(mm)<Lx 100= 6.2(mm)，且不超过20mm。
(2)、主筋强度和刚度校核
主筋受双三角形荷载和次筋传来的集中力P的作用。
主筋强度校核
M=14.W合. LY3+P.LY
=14 ×1.7736×0.001×6003+159.64×600
= 191558.4(N.mm)
=M1.05WMIN
=191558.41.05×4199.074
=43.44 (N/mm2)<f=85.5 N/mm2
主筋刚度校核
u=1E.I.(7.WK合. LY564+ PK.LY3 3)
=1 70000×94479.16.(7×1.272×0.001×600564 +114.48×6003 3)
=2.323 (mm)<a 100= 11.75(mm)，且不超过20mm。
可见，加强筋的强度和刚度满足设计要求。
十一、短槽固定式石材板块计算 [标高:45.3m,MU150]
综合考虑短槽固定式石材所处位置的标高、石材的宽度和高度以及石材的厚度等因素，以下列情况最为不利，须作设计计算。
该处石材位于主楼；标高取为45.3m；采用短勾固定石材。每平方米的幕墙自重Gk/A 按800N/m2计，垂直于石材面的组合荷载设计值为1.7736kN/m2；组合荷载标准值为1.272kN/m2。石材分格宽高分别为936mm，600mm
图中尺寸如下：
a0=1050mm，石材边长；
a1=180mm，短勾中心至石材边缘的距离；
a =690mm，石材计算边长；
b0=860mm，石材另一边边长；
b =860mm，石材另一边计算边长；
t =25mm，石材计算厚度；
t1=9mm，石材槽口单侧厚度；
t2=4mm，短勾厚度；
b2=60mm，短勾宽度；
h1=20mm，石材开槽深度；
h2=17mm，短勾插入石材的深度。
石材的强度等级为MU150，抗弯强度设计值f= 4.7N/mm2；抗剪强度设计值f=2.3 N/mm2；弹性模量为10000N/mm2；重量体积密度为2.7吨/m3；泊松比为.125；线胀系数为0.000008。
固定石材的短勾材质为不锈钢；其抗剪强度设计值为fs=120N/mm2。
由于ba2，所以石材的受力情况可按四点支承考虑。
1、强度校核：
(1)、石材在垂直于幕墙平面的风荷载和地震的作用下，其板中、板边最大应力分别按下式计算：
 max = 6..W合.L2 1000×t2
 max1 = 6. 1.W合.L2 1000×t2
式中：max  石材板中的最大应力 (N/mm2)；
max1 石材板边缘的最大应力 (N/mm2)；
ψ  板中最大弯矩系数；
ψ1  板板边缘最大弯矩系数；
W合 组合荷载设计值( kN/m2)；
L  a、b中较大者( mm)；
t  石材的计算厚度( mm)；
从而：
max=6×0.1148×1.7736×8602 1000×252
=1.4893(N/mm2) ≤ f
max1=6×0.1436×1.7736×6002 1000×252
=0.880(N/mm2) ≤ f
(2)、石材在开槽部位受剪，其剪应力按下式计算：
max石 =3. W合.a0.b0 4.n.b2.t1. 
式中： max石  石材中的最大剪应力 (N/mm2)；
n  石材单边短勾数量，为2个；
  石材抗剪调整系数，为0.83；
则： max石 =3×1.8272×0.001×936×600 4×2×60×9×0.83
=0.951(N/mm2) ≤ f
因此所选石材的强度满足设计要求。
(3)、短勾承受剪力，其剪应力按下式计算：
max勾 = W合.a0.b0 2.n.b2.t2. 1
式中： max勾  短勾中的最大剪应力 (N/mm2)；
1  短勾抗剪调整系数，为1.25。
则： max勾 =1.7736×0.001×936×600 2×2×60×4×1.25
=2.1484(N/mm2) ≤ fs
因此短勾的强度满足设计要求。
2、石材板中、板边最大挠度u、u1分别按下式计算：
u=. W合k.L4E.t3/[12(1-v2)]
u1=1. W合k.L4E.t3/[12(1-v2)]
式中，
u 石材板中最大挠度(mm)；
u1 石材板边最大挠度(mm)；
 石材板中最大挠度系数；
1 石材板边最大挠度系数；
W合k垂直于石材平面方向的荷载与作用的标准值(kN/m2)；
E 石材的弹性模量(N/mm2) ；
v 石材的泊松比 ；
u=.0189×1.272×10-3×6004 10000×253/[12(1- 0.1252)]
=1.0265(mm)
u1=0.0158×1.272×10-3×6004 10000×253/[12(1-0 .1252)]
=0.8581(mm)
石材允许的最大挠度值为石材板短边的1/100，并且小于30mm，即：=6.9 mm。
可见，u,u1
从而，石材最大挠度满足设计要求。
附录一、符号说明
  截面最大应力设计值
f  材料强度设计值
Z  阵风系数
Z  风压高度变化系数
S  风荷载体型系数
T  年温度变化值
fg  玻璃强度设计值
fa  铝合金强度设计值
fs  钢材强度设计值
  材料线膨胀系数
E  材料弹性模量
a  玻璃短边边长
b  玻璃长边边长
t  玻璃的厚度
  弯矩系数
Cs  结构硅酮密封胶粘结宽度
ts  结构硅酮密封胶粘结厚度
M  弯矩设计值
Mx  绕x轴的弯矩设计值
Mx  绕y轴的弯矩设计值
Wx  对x轴的净截面弹性抵抗矩
Wy  对y轴的净截面弹性抵抗矩
  截面塑性发展系数
N  轴力；拉、压力
fc  砼轴心受压强度设计值
V  剪力
Wmin  净截面弹性抵抗矩
W0  基本风压
Wk  风荷载标准值
W  风荷载设计值
qEk  地震荷载标准值
qE  地震荷载设计值
W合K  组合荷载标准值
W合  组合荷载设计值
附录二、材料特性
铝合金(6063-T5)的性能：
弹性模量：70000 MPa
泊松比：.33
线胀系数：.0000235
重量体积密度：2.7 吨/立方米
抗弯强度设计值：85.5 MPa
抗剪强度设计值：49.6 MPa
综合强度设计值：92.6 MPa
局部承压强度设计值：120 MPa
铝合金(LD31CS)的性能：
弹性模量：70000 MPa
泊松比：.33
线胀系数：.0000235
重量体积密度：2.7 吨/立方米
抗弯强度设计值：138.3 MPa
抗剪强度设计值：80.2 MPa
综合强度设计值：152.13 MPa
局部承压强度设计值：197.1 MPa
钢材(Q235.t≤16mm)的性能：
抗弯强度设计值：215 MPa
抗剪强度设计值：170 MPa
综合强度设计值：236.5 MPa
局部承压强度设计值：320 MPa
玻璃的性能：
弹性模量：70000 MPa
泊松比：.2
线胀系数：.00001
重量体积密度：2.56 吨/立方米
6mm玻璃的强度设计值：
大面抗弯强度设计值：28 MPa
边缘抗弯强度设计值：19.5 MPa
M12螺栓/螺钉的性能：
抗拉强度设计值：170 MPa
抗剪强度设计值：120 MPa
M6螺栓/螺钉的性能：
抗拉强度设计值：170 MPa
抗剪强度设计值：120 MPa
直角焊缝的强度设计值：160 MPa
I级锚筋的抗拉强度设计值：210 MPa
附录三、参考文献资料
1、JGJ 102-96玻璃幕墙工程技术规范，北京：中国建筑工业出版社，1996。
2、JG 3035-1996 建筑幕墙，中华人民共和国建设部，1996。
3、GB5237-93 铝合金建筑型材，北京：中国标准出版社，1993。
4、GB11614-89 浮法玻璃，北京：中国标准出版社，1989。
5、GB9963-88 钢化玻璃，北京：中国标准出版社，1989。
6、GB9962-88 夹层玻璃，北京：中国标准出版社，1989。
7、GB11944-89 中空玻璃，北京：中国标准出版社，1989。
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10、GB16776-1997建筑用硅酮结构密封胶。
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12、GB/T15227建筑幕墙风压变形性能测试分级，北京：中国标准出版社，1995。
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14、GBJ 9-87建筑结构荷载规范，北京：中国建筑工业出版社，1987。
15、GBJ 17-88 钢结构设计规范，北京：中国计划出版社，1989。
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18、GB 50057-94 建筑物防雷设计规范，北京：中国计划出版社，1994。
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36、陈荣波 结构力学，中国建筑工业出版社，1987。
37、王仕统 结构稳定，华南理工大学出版社，1997。
38、陈华良 WDD2000建筑幕墙设计软件指导手册，2002。
斑竹WROTE: 补上PART3, 扣的50币才还你[/COLOR] |
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发表于 2003-8-27 15:51:10
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