基本参数: 东莞地区 基本风压550 N/㎡
抗震设防烈度6度
Ⅰ.设计依据:
《建筑结构可靠度设计统一标准》 GB 50068-2001
《建筑结构荷载规范》 GB 50009-2001(2006年版)
《建筑抗震设计规范》 GB 50011-2001
《混凝土结构设计规范》 GB 50010-2002
《钢结构设计规范》 GB 50017-2003
《冷弯薄壁型钢结构技术规范》 GB 50018-2002
《混凝土结构后锚固技术规程》JGJ 145-2004
《玻璃幕墙工程技术规范》 JGJ 102-2003
《金属与石材幕墙工程技术规范》 JGJ 133-2001
《建筑幕墙》 GB/T21086-2007
《玻璃幕墙工程质量检验标准》 JGJ/T 139-2001
《铝合金建筑型材 基材》 GB/T 5237.1-2004
《铝合金建筑型材 阳极氧化、着色型材》 GB 5237.2-2004
《紧固件机械性能 螺栓、螺钉和螺柱》 GB 3098.1-2000
《紧固件机械性能 螺母 粗牙螺纹》 GB 3098.2-2000
《紧固件机械性能 自攻螺钉》 GB 3098.5-2000
《紧固件机械性能 不锈钢螺栓、螺钉和螺柱》 GB 3098.6-2000 《紧固件机械性能 不锈钢螺母》 GB 3098.15-2000
《浮法玻璃》 GB 11614-1999
《镀膜玻璃 第2部分 低辐射镀膜玻璃》GB/T18915.2-2002
《镀膜玻璃 第1部分 阳光控制镀膜玻璃》GB/T18915.1-2002 《建筑用安全玻璃 第2部分： 钢化玻璃》 GB 15763.2-2001
《幕墙用钢化玻璃与半钢化玻璃》 GB 17841-1999
《建筑结构静力计算手册 (第二版) 》
Ⅱ.基本计算:
一、风荷载计算
标高为8m处风荷载计算
W0:基本风压
W0=550 N/㎡
βgz: 8m高处阵风系数(按C类区计算)
βgz=0.85×（1+(35^0.108)×(Z/10)^-0.22）=2.161
μz: 8m高处风压高度变化系数(按C类区计算): (GB50009-2001)(2006年版)
μz=0.224Z^0.44=0.559
μs:局部风压体型系数(墙面区) 取：1.2
风荷载标准值:
Wk=βgz×μz×μs×W0 (GB50009-2001)（2006年版） =2.161×0.559×1.2×550
=797.279 N/㎡
风荷载设计值:
W: 风荷载设计值(N/㎡)
γw: 风荷载作用效应的分项系数：1.4
按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001 3.2.5 规定采用
W=γw×Wk=1.4×797.279=1116.191 N/㎡
二、幕墙立柱计算:
幕墙立柱按简支梁力学模型进行设计计算：
1. 荷载计算:
(1)风荷载均布线荷载设计值(矩形分布)计算
qw: 风荷载均布线荷载设计值(N/m)
W: 风荷载设计值: 1116.191 N/㎡
B: 幕墙分格宽: 1.5 m
qw=W×B
=1116.191×1.5
=1674.287 N/m
(2)地震荷载计算
qE: 地震作用设计值(N/㎡):
GAk: 玻璃幕墙构件(包括玻璃和框)的平均自重: 400 N/㎡
垂直于幕墙平面的均布水平地震作用标准值:
qEA: 垂直于幕墙平面的均布水平地震作用标准值 (N/㎡)
qEk=5×αmax×GAk
=5×0.04×400
=80 N/㎡
γE: 幕墙地震作用分项系数: 1.3
qE=1.3×qEk
=1.3×80
=104 N/㎡
qE线：水平地震作用均布线作用设计值(矩形分布)
qE线=qE×B
=104×1.5
=156 N/m
(3)立柱弯矩:
M: 幕墙立柱在风荷载和地震作用下产生弯矩(N.m) q线: 风荷载和地震作用均布线荷载设计值（N/m)
q线=q w+0.5×q E线
=1674.287+0.5×156
=1752.287 N/m
L:立柱计算跨度:3.4m
M=q线×L^2/8
=1752.287×3.4^2/8
=2532.055 N.m
(4)立柱最小截面抵抗距预选值:
Wx: 立柱最小截面抵抗距预选值(㎜^3)
M: 幕墙立柱在风荷载和地震作用下产生弯矩(N·㎜) fa: 型材抗弯强度设计值85.5 N/㎜^2
Wx=M/(1.05×fa)
=2532055/(1.05×85.5)
=28204 ㎜^3
(5)立柱最小截面抵抗距预选值:
Ix: 立柱最小惯性距预选值(㎜^4)
qwk: 风荷载均布线荷载设计值(N/㎜)
qwk=wk×B=0.000797279×1500=1.196 N/㎜
H:立柱跨度:3400 ㎜
E:铝材弹性模量:70000 N/㎜^2
Ix=5×qwk×H^3/(384×E×(1/180))
=5×1.196×3400^3/(384×70000×(1/180))
=1573915 ㎜^4
2. 选用立柱型材的截面特性:
立柱型材号:M170-1
选用的立柱材料牌号:6063-T5
型材强度设计值: 抗拉、抗压85.5 N/mm^2 抗剪49.6 N/mm^2
型材弹性模量: E=70000 N/mm^2
X轴惯性矩: Ix=400 cm^4
Y轴惯性矩: Iy=50 cm^4
立柱型材在弯矩作用方向净截面抵抗矩: Wn=40 cm^3
立柱型材净截面积: An=15.55 cm^2
立柱型材截面垂直于X轴腹板的截面总宽度: T=4 mm
立柱型材计算剪应力处以上(或下)截面对中和轴的面积矩: Ss=30 cm^3 塑性发展系数: γ=1.05
3. 幕墙立柱的强度计算:
校核依据: N/An+M/(γ×Wn)≤ｆa=85.5 N/mm^2(拉弯构件)
B: 幕墙分格宽: 1.5 m
GAk: 幕墙自重: 400 N/㎡
幕墙自重线荷载:
Gk=400×B/1000
=400×1.5
=600 N/m
Nk: 立柱受力:
Nk=Gk×L
=600×3.4
=2040 N
N: 立柱受力设计值:
γG: 结构自重分项系数: 1.2
N=1.2×Nk
=1.2×2040
=2448 N
σ: 立柱计算强度(N/mm^2)(立柱为拉弯构件)
N: 立柱受力设计值: 2448 N
An: 立柱型材净截面面积: 15.55 cm^2
M: 立柱弯矩: 2532.055 N.m
Wn: 立柱在弯矩作用方向净截面抵抗矩: 40 cm^3
γ: 塑性发展系数:1.05
σ=N/(An×10^2)+M/(1.05×Wn)
=2448/(15.55×10^2)+2532.055/(1.05×40)
=61.861 N/mm^2
61.861 N/mm^2<ｆa=85.5 N/mm^2
所以立柱强度可以满足要求！
4. 幕墙立柱的刚度计算:
校核依据: df≤L/180
df: 立柱最大挠度
Du: 立柱最大挠度与其所在支承跨度(支点间的距离)比值: L: 立柱计算跨度: 3400㎜
df=5×qWk×L^4/(384×0.7×Ix)=7.43 mm
df 所以立柱挠度可以满足要求！ 5. 立柱抗剪计算: 校核依据: τmax≤[τ]=49.6 N/mm^2 (1)Vwk: 风荷载作用下剪力标准值(N) Vwk=Wk×L×B/2 =797.279×3.4×1.5/2 =2033.061 N (2)Vw: 风荷载作用下剪力设计值(N) Vw=1.4×Vwk =1.4×2846.285 =2846.285 N (3)VEk: 地震作用下剪力标准值(N) VEk=qEk×L×B/2 =80×3.4×1.5/2 =204 N (4)VE: 地震作用下剪力设计值(N) VE=1.3×VEk =1.3×204 =265.2 N (5)V: 立柱所受剪力: 采用Vw+0.5VE组合 V=Vw+0.5×VE =2846.285+0.5×265.2 =2978.885 N (6)立柱剪应力: τ: 立柱剪应力: Ss: 立柱型材计算剪应力处以上(或下)截面对中和轴的面积矩: 30 cm^3 立柱型材截面垂直于X轴腹板的截面总宽度: T=4 mm Ix: 立柱型材截面惯性矩: 400 cm^4 τ=V×Ss×10^3/(Ix×10^4×T) =2978.885×30×10^3/(400×10^4×4) =5.585 N/mm^2 5.585 N/mm^2<[τ]=49.6 N/mm^2 所以立柱抗剪强度可以满足要求！ 三、幕墙横梁计算 1. 选用横梁型材的截面特性: 选用型材号: M170-2 选用的横梁材料牌号: 6063-T5 横梁型材抗剪强度设计值: 49.6 N/mm^2 横梁型材抗弯强度设计值: 85.5 N/mm^2 横梁型材弹性模量: E=70000 N/mm^2 Mx横梁绕截面X轴(平行于幕墙平面方向)的弯矩(N.mm) My横梁绕截面Y轴(垂直于幕墙平面方向)的弯矩(N.mm) Wnx横梁截面绕截面X轴(幕墙平面内方向)的净截面抵抗矩: Wnx=16.196 cm^3 Wny横梁截面绕截面Y轴(垂直于幕墙平面方向)的净截面抵抗矩: Wny=7.186 cm^3 型材截面积: A=7.564 cm^2 γ塑性发展系数，可取 1.05 2. 幕墙横梁的强度计算: 校核依据: Mx/γWnx+My/γWny≤fa=85.5 N/㎜^2 (1)横梁在自重作用下的弯矩(N.m) 横梁上分格高: 1.3 m 横梁下分格高: 1.3 m H-横梁受荷单元高(应为上下分格高之和的一半): 1.3 m l-横梁跨度,l=1.5 m GAk: 横梁自重: 300 N/㎡ Gk: 横梁自重荷载线分布均布荷载标准值(N/m): Gk=300×H =300×1.3 =390 N/m G: 横梁自重荷载线分布均布荷载设计值(N/m) G=1.2×Gk =1.2×390 =468 N/m My: 横梁在自重荷载作用下的弯矩(N·m) My=G×B^2/8 =468×1.5^2/8 =131.625 N.m (2)横梁在风荷载作用下的弯矩(N·m) 风荷载线分布最大集度标准值(梯形分布) qwk=Wk×H =797.279×1.3 =1036.463 N/m 风荷载线分布最大集度设计值 qw=1.4×qwk =1.4×1036.463 =1451.048 N/m Mxw: 横梁在风荷载作用下的弯矩(N·m) Mxw=qw×B^2/12 =1451.048×1.5^2/12 =272.072 N.m (3)地震作用下横梁弯矩 qEk: 横梁平面外地震作用: βE: 动力放大系数: 5 αmax: 地震影响系数最大值: 0.04 GAk: 幕墙构件自重: 300 N/㎡ qEk=5×αmax×300 =5×0.04×300 =60 N/㎡ qex: 水平地震作用最大集度标准值 B: 幕墙分格宽: 1500 m 水平地震作用最大集度标准值(梯形分布) qex=qEk×H =60×1.5 =78 N/m qE: 水平地震作用最大集度设计值 γE: 地震作用分项系数: 1.3 qE=1.3×qex =1.3×78 =101.4 N/m MxE: 地震作用下横梁弯矩: MxE=qE×B^2/12 =101.4×1.5^2/12 =19.013 N.m (4)横梁强度: σ: 横梁计算强度(N/mm^2): 采用SG+SW+0.5SE组合 Wnx: 横梁截面绕截面X轴的净截面抵抗矩: 16.196 cm^3 Wny: 横梁截面绕截面Y轴的净截面抵抗矩: 7.186 cm^3 γ: 塑性发展系数: 1.05 σ=My/(γ×Wny)+Mxw/(γ×Wnx)+0.5×MxE/(γ×Wnx) =34.002 N/mm^2 34.002 N/mm^2<ｆa=85.5 N/mm^2 所以横梁正应力强度可以满足要求！ 3. 幕墙横梁的抗剪强度计算: 校核依据: τx=Vy×Sx/(Ix×tx)≤49.6 N/mm^2 校核依据: τy=Vx×Sy/(Iy×ty)≤49.6 N/mm^2 Vx-横梁竖直方向(X轴)的剪力设计值N； Vy-横梁水平方向(Y轴)的剪力设计值N； Sx-横梁截面计算剪应力处以上(或下)截面对中性轴(X轴)的面积矩=10.337 cm^3； Sy-横梁截面计算剪应力处左边(或右边)截面对中性轴(Y轴)的面积矩=5.13 cm^3； Ix-横梁绕截面X轴的毛截面惯性矩=72.853 cm^4； Iy-横梁绕截面y轴的毛截面惯性矩=20.7 cm^4； tx-横梁截面垂直于X轴腹板的截面总宽度=2 ㎜； ty-横梁截面垂直于Y轴腹板的截面总宽度=2 ㎜； f-型材抗剪强度设计值=49.6 N/mm^2； (1)Vwk: 风荷载作用下横梁剪力标准值(N) Wk: 风荷载标准值: 797.279 N/㎡ B: 幕墙分格宽: 1.5 m 风荷载呈梯形分布时： Vwk=Wk×H×B/4 =797.279×1.3×1.5/4 =388.674 N (2)Vw: 风荷载作用下横梁剪力设计值(N) Vw=1.4×Vwk =1.4×388.674 =544.144 N (3)VEk: 地震作用下横梁剪力标准值(N) 地震作用呈梯形分布时： VEk=qEk×H×B/4 =60×1.3×1.5/4 =29.25 N (4)VE: 地震作用下横梁剪力设计值(N) γE: 地震作用分项系数: 1.3 VE=1.3×VEk =1.3×29.25 =38.025 N (5)Vy: 横梁水平方向(y轴)的剪力设计值(N): 采用Vy=Vw+0.5VE组合 Vy=Vw+0.5×VE =544.144+0.5×38.025 =563.157 N (6)Vx: 横梁竖直方向(x轴)的剪力设计值(N): Vx=G×B/2 =351 N (7)横梁剪应力 τx=Vy×Sx/(Ix×10×tx) =563.157×10.337/(72.853×10×2) =3.995 N/mm^2 τy=Vx×Sy/(Iy×10×ty) =351×5.13/(20.7×10×2) =4.349 N/mm^2 τx=3.995 N/mm^2 τy=4.349 N/mm^2 所以横梁抗剪强度可以满足要求！ 4.幕墙横梁的刚度计算 铝合金型材校核依据: df≤L/180 横梁承受呈三角形分布风荷载作用时的最大荷载集度： qwk：风荷载线分布最大荷载集度标准值:1036.463 N/m 水平方向由风荷载作用产生的挠度: dfw=qwk×B^4/(120×E×Ix×10^7) =0.857 mm 自重作用产生的挠度: dfG=5×GK×B^4/(384×E×Iy×10^7) =1.774 mm 在风荷载标准值作用下，横梁的挠度为: dfw=0.857 mm 在重力荷载标准值作用下，横梁的挠度为: dfG=1.774 mm l-横梁跨度,l=1500 mm 铝合金型材 dfw< l/180=8.333㎜ 铝合金型材 dfG 所以横梁挠度可以满足要求！
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