幕墙设计与计算

幕墙设计与计算1.幕墙结构设计的一般原则◆按围护结构设计，不承受主体结构的荷载和地震作用。◆幕墙及其连接件应有足够的承载力、刚度和相对于主体结构的位移能力。◆非抗震设计的幕墙，在风力作用下其板材不应破碎。◆抗震设计的幕墙，在常遇地震作用下板材不应产生破损；在设防烈度地震作用下经修理后幕墙仍可使用；在罕遇地震作用下幕墙骨架不应脱落。◆构件设计应考虑重力荷载、风荷载、地震、温度和主体结构位移影响下的安全度。2.幕墙结构设计方法2.1结构的受力要求玻璃幕墙分格划分大小，直接影响到板厚和横框、竖框截面尺寸的大小，板块划分得越大，单块板面受到的总风力越大，其板厚要求更高，材料耗用量越大。在划分板块大小时，板的面积A与厚度t的关系：A∽t2（即面积增大到2倍，厚度要增至1.4倍。边长的增大与板厚的增加成正比。幕墙划分的趋势向小面积发展，建议一般情况下，玻璃的面积不超过3m2）。2.2承载力表达方式◆内力表达方式:S≤R（S―外荷载和效应产生的内力设计值、R―构件截面承载力设计值）◆应力表达方式:σ≤f（σ―各种荷载及作用产生应力设计值、f―材料强度设计值）2.3幕墙结构安全度◆采用允许应力方法，即要求σk≤〔f〕=fk/K（σk―外荷载产生的应力标准值，未附加任何安全系数；〔f〕―为允许应力值，强度的允许值；fk―为材料标准强度，由试验得到；K―结构安全系数）。◆采用多系数方法，即基本表达式为（σ=K1σk）≤（fk/K2=f）2.4荷载和作用效应可按下列方式进行组合（幕墙应按各效应组合中的最不利组合进行设计）：S=γGSG+ψWγWSW+ψEγESE+ψTγTST式中S―荷载和作用效应组合后的设计值；SG―重力荷载作为不变荷载产生的效应；SW、SE、ST―分别为风荷载、地震和温度作用为可变荷载和作用产生的效应；γG、γW、γE、γT―各效应分项系数；ψW、ψE、ψT―风荷载、地震和温度作用效应组合系数。◆进行幕墙构件、连接和锚固件承载力计算时，γG=1.2、γW=1.4、γE=1.3、γT=1.2；◆进行位移和挠度计算时，各分项系数均应按1.0采用。可考虑以下的典型组合：◆S=1.2G+1.0×1.4W+0.6×1.3W+0.2×1.2T◆S=1.2G+1.0×1.4W+0.6×1.2T+0.2×1.3E◆S=1.2G+1.0×1.3E+0.6×1.4W+0.2×1.2T◆S=1.2G+1.0×1.3E+0.6×1.2T+0.2×1.4W◆S=1.2G+1.0×1.2T+0.6×1.4W+0.2×1.3E◆S=1.2G+1.0×1.2T+0.6×1.3E+0.2×1.4WG、W、E、T分别代表重力荷载、风荷载、地震作用和温度作用产生的应力或内力。3.幕墙计算3.1幕墙横框计算a．幕墙在水平方向、竖直方向的受力模型均为简支梁，受力状态为双向受弯构件。b．竖直方向的弯矩和挠度：◆弯矩Mx=1/8qB2（KN.m）式中：q――横框所受一个分格构件自重的线荷载设计值（KN./m）；B――横框长（m）◆挠度f=5qkB4／384EIx式中：qk――横框所受一个分格自重线荷载标准值；Ix――横框绕x轴的惯性矩。c．水平方向的弯矩和挠度◆当B≤H时（H―分格高）其中：弯矩My=1/12qB2q=（1.4WK+0.6×1.3qEk）B挠度f=qkB4／120EIyqk=（WK+0.6qEk）B◆当B＞H时其中：弯矩My=1/8qB2q=（1.4WK+0.6×1.3qEk）H挠度f=5qkB4／384EIyqk=（WK+0.6qEk）Hd．横框中的最大应力设计值为MX／VWX＋MY／VWY≤fa式中：V――塑性发展系数，取为1.05；WX、WY――横框绕X轴、Y轴的截面抵抗矩；fa――型材的材料抗拉强度设计值。e．横框产生的挠度应不大于B/180，且不大于20mm。3.2幕墙竖框的计算◆竖框的计算主要采用下列四种简化力学模型：a．简支梁――竖框上端悬挂在与建筑物连接的转接件上，下端固定在下层竖框伸出的铝插芯上。（见图a）b．双跨梁――竖框与建筑物的固定点比简支梁模型多一个。（见图b）c．多跨铰接连续静定梁――底层竖框的上端悬挑于固定点之上一定长度，第二层竖框的下端通过铝插芯与底层竖框连接，其上端也悬挑一定长度，其余层依次同样安装。（见图c）d．多跨铰接连续一次超静定梁――双跨梁竖框上端带有一个悬挑端，其安装方式同多跨铰接连续静定梁。（见图d）◆计算模型选用原则：a．当楼面梁截面高度足够（或楼层间有辅助支撑结构）可以布置两个支点时，应优先采用多跨铰接连续一次超静定梁；其次采用双跨梁。b．当楼面梁截面高度较小（或楼层间无辅助支撑结构）只能布置一个支点时，应优先采用多跨铰接连续静定梁。此情况原则上不采用简支梁进行竖框计算，除非工程有特殊要求，方采用简支梁计算模型。◆四种计算模型预选曲线：（一、简支梁）（二、双跨梁）5.JPG(148.11KB,下载次数:213)（三、多跨铰接连续静定梁）（四、多跨铰接连续一次超静定梁）3.3面材的应力计算a．玻璃在垂直于幕墙平面方向上的荷载作用下的最大应力设计值为：δ=6θ.q.a2／t2（N／mm2）式中：q――面荷载设计值（N／mm2）；a――玻璃的短边长（mm）；t――玻璃的计算厚度（mm），按幕墙规范的规定执行；θ――弯曲系数，按玻璃的边长比a／b查表（见幕墙规范）。b．铝复合板、铝单板、蜂窝板在垂直于幕墙平面方向上的荷载作用下的最大应力标准值为：δ=6m.q.a2／t2.η（N／mm2）式中：q――面荷载的标准值（N／mm2）；a――板分格的短边长（mm）；t――板的厚度（mm）；m――弯曲系数，按板分格的边长比和边界条件查表；η――考虑大挠度变形的应力折减系数，根据θ=Wka4／Et4或θ=qEKa4／Et4注：查表（E为板的弹性模量）。c．花岗石板（四角支承式）在垂直于幕墙平面方向的荷载作用下的最大应力设计值为：δ=6m.q.a2／t2式中：t――石板厚度（mm）；其余含义同b，但m所查的表不同。3.4结构胶的厚度和宽度计算a．隐框、半隐框幕墙采用的结构胶宽度除应满足构造要求外，还应按下面的公式计算确定。◆结构胶的宽度按下面两种方法计算，取其中的较大者（但不得小于7mm）。第一种在风荷载作用下：CS=Wka／2000f1（mm）式中：Wk――风荷载标准值（KN／m2）；a――玻璃的短边长度（mm）；f1――胶的短期强度允许值（可按0.14N/mm2）。第二种在玻璃自重作用下：CS=qGKab／2000（a+b）f2式中：qGK――玻璃单位面积重量（KN／m2）；ab――玻璃的短边和长边长度（mm）；f2――胶的长期强度允许值（可按0.007N/mm2）。b．倒挂玻璃的粘结宽度CS=a（Wk/f1+qGK/f2）2000注：式中符号同上。c．结构胶的厚度按下式计算：ts=us／δ√（2+δ）式中：us――幕墙玻璃的相对位移量（mm）；δ――结构胶的变位承受能力（%）。注：①玻璃与金属框之间的粘结厚度ts不应小于6mm，且不应大于12mm。②几种结构胶的变位承受能力