幕墙结构计算培训

幕墙结构计算一、熟悉《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-96和《金属与石材幕墙工程技术规范》JGJ133-2001中对各种荷载的取值和分项系数的取值二、对各种现行各种材料的强度设计值花岗岩、Q235钢、6063-T5铝型材、6003A-T5铝型材、3003铝板、各种浮法玻璃和钢化玻璃大面强度和边缘强度有一个初步的了解。三、玻璃的强度和挠度的计算（四边简支和四边点支）玻璃等效厚度的计算（中空玻璃、夹胶玻璃）隐框幕墙玻璃结构胶的计算明框幕墙玻璃边缘挤压应力的计算四、石材、金属板的强度和挠度计算五、结构传力模式六、立柱的计算（1）荷载的取值（2）惯性矩、抗弯矩等各种截面参数的算法（CAD中MASSPROP命令的使用）（3）幕墙立柱构件主要形式（优、缺点）（优先采用上端悬挂支柱，尽量避免下端支承，金属构件刚度较小，容易失稳）1．简支梁优点：传力明确，施工方便缺点：由简支梁算出的型材截面过大，浪费材料2．双跨梁（双跨梁弯矩和挠度系数）优点：可减小弯矩和挠度，尤其对挠度的影响很大缺点：中间支座处的支座反力很大，施工不方便3．多跨连续梁（在接头处构造上的处理）优点：可减小幕墙的挠度缺点：由于活动接头不完全连续，实际上可采用的弯矩值比简支梁的略小。接头处要进行构造处理（4）立柱材料的选用1.铝型材（在挠度允许下，可采用6063A-T5和6063-T5牌号的铝材），挠度主要由铝型材的弹性模量控制。2.钢3.钢铝组合型材（5）规范对型材壁厚和挠度的强制性要求。七．幕墙横梁的计算横梁是双向受弯构件，按立柱之间的距离作为梁的跨度，梁的支承条件按简支考虑。横梁是双向受弯构件，在水平方向上为风荷载和地震荷载产生的水平荷载，在竖向方向上为由板和横梁自重产生的竖向荷载。横梁的水平荷载分为三角形荷载和梯形荷载。八、幕墙连接件的计算按钢结构规范计算（螺栓连接和焊缝连接）九、预埋件的计算预埋件的受力有剪力（一般由自重产生）、拉力（一般由风荷载和地震荷载产生）、弯矩（一般由自重产生），具体见幕墙规范和混凝土规范。十、结构计算软件的应用一、荷载的计算在幕墙计算中荷载主要为风荷载、地震荷载和自重荷载。（1）风荷载的计算：幕墙规范中计算中风荷载标准值的计算公式为：Wk=βzμsμzW0Wk:作用在幕墙上的风荷载标准值(KN/m2)βz:瞬时风压的阵风系数:取2.25μs:风荷载体型系数:±1.5μz:风荷载高度变化系数（根据建筑物的标高和地面粗糙度查系数）W0:基本风压《全国基本风压分布图》中数值取用50年一遇系数取1.1，100年一遇系数取1.2幕墙规范中规定当风荷载标准值小于1KN/m2时按1KN/m2取值。幕墙规范中计算中风荷载设计值的计算公式为：W=1.4WK（2）地震荷载的计算：垂直于玻璃幕墙平面的分布水平地震作用qEK:垂直于玻璃幕墙平面的分布水平地震作用(kN/m2)GAk:幕墙构件的平均自重（N/m2）βE:动力放大系数:可取5.0（根据新规范取值）αmax:水平地震影响系数最大值（与地震烈度有关）qEK=AKGmax5（3）进行结构计算的时候荷载分项系数的取值S=SW+0.6SE二、各种主要材料强度的取值（1）玻璃各类玻璃强度设计值玻璃类型厚度强度设计值大面上的强度fg1(N/mm^2)边缘强度fg1(N/mm^2)普通玻璃52819.5浮法玻璃5~122819.515~192014钢化玻璃5~128458.815~195941.3夹丝玻璃6~102114.7（2）铝材在现在市场中可用的铝型材为6063A-T5和6063-T5，它们的材料强度取值见下表1.06063-T5铝型材屈服强度fya≥160N/mm2受拉压强度设计值fab=85.5N/mm2受剪强度设计值fas=49.6N/mm2局部承压强度设计值fabr=150N/mm2弹性模量Ea=70×103N/mm2线膨胀系数αa=2.35×10-5重力体积分布ρa=27.1×103N/m3伸长率δ≥8%泊松比ν=0.332.06063A-T5铝型材抗拉强度σb≥230N/mm2受拉压强度设计值fab=125.5N/mm2受剪强度设计值fas=71.8N/mm2局部承压强度设计值fabr=150N/mm2弹性模量Ea=70×103N/mm2线膨胀系数αa=2.35×10-5重力体积分布ρa=27.1×103N/m3伸长率δ≥8%泊松比ν=0.33（3）钢材现在工程中主要使用Q235B钢，Q235A钢不可焊（Q235钢即为A3钢）Q235钢屈服强度fys≥235N/mm2局部承压强度设计值fsbr=320N/mm2抗拉压强度设计值fsb=215N/mm2抗剪强度设计值fss=125N/mm2弹性模量Es=206×103N/mm2线膨胀系数αg=1.2×10-5重力体积分布ρs=78.5×103N/m3泊松比ν=0.3（4）不锈钢螺栓不锈钢螺栓主要采用奥氏体AT-2屈服强度fys≥700N/mm2抗拉强度设计值ftb=320N/mm2抗剪强度设计值fsb=245N/mm2三、玻璃的强度和挠度的计算1.玻璃强度的计算校核依据:σ≤ｆgq:玻璃所受荷载组合值：q=W+0.6×1.3qEka:玻璃短边边长（m）b:玻璃长边边长（m）t:玻璃计算厚度（mm）ψ:玻璃板面跨中弯曲系数,按边长比a/b查出(b为长边边长)查表σw:玻璃产生的应力θ：θ=44tEaqη：玻璃的应力折减系数由θ查表σw=226taq2.玻璃的挠度计算较核依据：最大挠度要小于30mm和a/100qk:作用在玻璃上的荷载标准值(KN/m2)f:玻璃挠度系数,按边长比a/b查出(b为长边边长)查表D：玻璃的刚度D=232.0112tEθ：θ=44tEaqkη：玻璃的应力折减系数由θ查表有ηU：玻璃的挠度U=DaqfK43.四边简支和四边点支玻璃的强度和挠度系数四边点支玻璃的强度由玻璃边缘强度控制ψ：玻璃弯曲系数（四边简支）a/bψa/bψ00.1250.70.07420.250.1230.750.06830.330.1180.80.06280.40.1150.850.05760.50.10.90.05280.550.09340.950.04830.60.086310.04420.650.0868玻璃挠度系数（四边简支）a/bfa/bf00.013020.70.007270.210.012970.750.006630.250.012820.80.006030.330.012230.850.005470.50.010130.90.004960.550.00940.950.004490.60.0086710.004060.650.00796玻璃的挠度和刚度系数（四点支承）a/bψf0.50.13040.014080.550.13180.014440.60.13360.014920.650.13560.015540.70.13770.016320.750.13990.01730.80.14240.01850.850.1450.019960.90.14770.02170.950.15060.0237710.15370.0262应力与挠度折减系数θηθηθηθ51600.741500.54350100.95800.692000.5≥400200.91000.642500.46400.811200.613000.434．中空玻璃和夹胶玻璃等效厚度的计算te=2221tt(夹胶玻璃等效厚度)te=0.95×2221tt(中空玻璃等效厚度)四、结构的传力模式横梁的传力模式分为三种（1）两边支撑的情况（2）周边支撑板1.较规则的四边形板2.三角形、多边形板横梁是双向受弯构件，在水平方向上受风荷载和地震荷载传来的水平荷载，在竖直方向上受由于自重作用产生的竖向荷载。立柱的传力模式立柱支撑点按铰支考虑，通常按单跨简支梁计算。如果每层由两个支撑点，也可以按双跨梁计算。立柱也可按连续梁计算，此时要在立柱接头要做构造处理，立柱要作为连续，能传递弯矩，应满足以下两条件：1.芯柱插入上下柱的不少于2hc，hc为立柱截面高度2.芯柱的惯性矩不小于立柱的惯性矩。立柱是偏心受拉构件，在个别情况下，如果立柱在下面支撑，有可能出现偏心受压。立柱应采用上端悬挂支柱，尽量避免下端支撑。金属构件刚度较小，受压时容易丧失稳定。简支梁、双跨梁、连续梁的弯矩、剪力、挠度可由结构静力手册和结构软件计算得出。五、幕墙连接的计算1.在现行规范中要求幕墙的连接要采用螺栓连接。在进行玻璃幕墙的连接时一般采用不锈钢螺栓（AT-2）。此不锈钢的螺栓强度要超过Q235钢螺栓。同时承受剪力和杆轴方向拉力的普通螺栓和铆钉，应符合下列公式的要求122bttbvvNNNN和bcVNN摩擦型高强度螺栓和承压型高强度螺栓在普通幕墙中用的较小，如需采用时可参考钢结构规范2.在某些工程中要采用焊缝连接，此部分可参考钢结构规范六、预埋件的计算ＶＮＭＡs≥─────＋────＋──────αrαvｆy0.8αbｆy1.3αrαbｆyｚＮＭＡs≥────＋──────0.8αbｆy0.4αrαbｆy当有剪力、法向压力和弯矩共同作用时，应按下列两公式计算并取其中的较大值。Ｖ－0.3ＮＭ－0.4ＮｚＡs≥─────＋──────αbｆy1.3αrαbｆyＭ－0.4ＮｚＡs≥────────0.4αrαbｆyｚ当Ｍ〈0.4Ｎｚ时,取Ｍ－0.4Ｎｚ＝0。上述公式中的系数，应按下列公式计算：ｆcａv＝(4.0－0.08ｄ)SQR（──）ｆy当ａv大于0.7时,取ａv=0.7。ｔαb＝0.4＋0.25──ｄ当采取措施防止锚板弯曲变形时,可取αv＝1.0。上述各式中：Ｖ──剪力设计值（N）；Ｎ──法向拉力或法向压力设计值（N）；法向压力设计值不应大于0.5ｆcＡ，此处Ａ为锚板的面积（mm^2）；Ｍ──弯矩设计值（Nmm）；αr──钢筋层数影响系数，当等间距配置时，二层取1.0，三层取0.9；αv──锚筋受剪承载力系数；ｄ──锚筋直径（mm）；ｔ──锚板厚度（mm）；αb──锚板弯曲变形折减系数；ｚ──外层锚筋中心线之间的距离（mm）；ｆc──外层锚筋中心受压强度设计值（N/mm^2），可按现行国家标准《混凝土结构设计规范》GBK10采用；1.受力预埋件的锚板宜采用3号钢。锚筋应采用Ⅰ级或Ⅱ级钢筋，并不得采用冷加工钢筋。图5.7.10由秒锚板和直锚筋组成的预埋件2.预埋件受力直钢筋不宜少于4根，直径不宜小于8mm，受剪预埋件的直钢筋可用2根。预埋件的锚筋应放在外排主筋内侧。3.直锚筋与锚板应采用T形焊，锚筋直径不大于20mm时宜采用压力埋弧焊。手工焊缝高度不宜小于6mm及0.5d(1级钢筋)或0.6d(2级钢筋)。4.充分利用锚筋的受拉强度时，锚固长度应符合表5.7.16的要求，锚筋最小锚固长度在任何情况下不应小于250mm。锚筋按构造配置、未充分利用其受拉强度时，锚固长度可适当减少，但不应小于180mm。光圆钢筋端部应作弯钩。5.锚板的厚度应大于锚筋直径的0.6倍。受拉和受弯预埋件的锚板的厚度尚应大于b/8，（b为锚筋的间距图5.7.10）。锚筋中心至锚板边缘的距离c不应小于2d及20mm。对于受拉和受弯预埋件，其锚筋的间距b、b1和锚筋至构件边缘的距离c、c1,均不应小于3d及45mm。对受剪预埋件，其锚筋的间距b及b1不应大于300mm,其中b1不应小于6d及70mm，锚筋至构件边缘的距离c1不应小于6d及70mm，b、c不应小于3d及45mm。锚固钢筋的锚固长度ｌa(mm)表5.7.1.5┎━━━━━┳━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┓┃┃混凝土强度等级┃┃钢筋类型┣━━━━━━━━━━┳━━━━━━━━━━━┫┃┃C25┃≥C30┃┣━━━━━╋━━━━━━━━━━╋━━━━━━━━━━━┫┃Ⅰ┃30d┃25d┃┣━━━━━╋━━━━━━━━━━╋━━━━━━━━━━━┫┃Ⅱ┃40d┃35d┃┗━━━━━┻━━━━━━━━━━┻━━