幕墻課件建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計

1、建筑幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計主講人：李海明國家一級注冊結(jié)構(gòu)工程師國家一級注冊建造師 手機： 第一節(jié) 幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計原則幕墻構(gòu)成1.幕墻構(gòu)成的各連接可自由變形。2.幕墻傳力路徑： 結(jié)構(gòu)設(shè)計一般原則第二節(jié) 幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計方法承載力設(shè)計應(yīng)力表達： 幕墻結(jié)構(gòu)安全度： 荷載和作用效應(yīng)組合第三節(jié) 荷載與作用 風荷載計算 荷載分類陣風系數(shù)gz離地面高度(m)地面粗糙度類別ABCD51.69 1.88 2.30 3.21 101.63 1.78 2.10 2.76 151.60 1.72 1.99 2.54 201.58 1.69 1.92 2.39 301.54 1.64 1.83 2.21 401.52 1.60 1.7

2、7 2.09 501.51 1.58 1.73 2.01 601.49 1.56 1.69 1.94 701.48 1.54 1.66 1.89 801.47 1.53 1.64 1.85 901.47 1.52 1.62 1.81 1001.46 1.51 1.60 1.78 1501.43 1.47 1.55 1.67 2001.42 1.44 1.50 1.60 2501.40 1.42 1.46 1.55 3001.39 1.41 1.44 1.51 參考荷載規(guī)范 表8.6.1.風壓高度變化系數(shù)z離地面或海平面高度(m)地面粗糙度類別 A BCD51.171.00 0.740.6210

3、1.381.00 0.740.62151.521.140.740.62201.631.250.840.62301.80 1.421.00 0.62401.921.561.130.73502.031.671.250.84602.121.771.350.93702.20 1.861.451.02802.271.951.541.11902.342.021.621.191002.40 2.091.70 1.271502.642.382.031.612002.832.612.30 1.922502.992.80 2.542.193003.122.972.752.453503.123.122.942.68

4、4003.123.123.122.914503.123.123.123.12參考荷載規(guī)范 8.2.1 自重荷載GK=rgT rg：材料的重力密度 T：材料的厚度 雪荷載 積雨荷載 活荷載活荷載一般按不上人屋面 S=0.5kN/m 溫度作用 地震荷載第三節(jié) 幕墻材料的力學性能 材料強度設(shè)計值 玻璃按照現(xiàn)行玻璃標準JGJ133-2009選取。玻璃的強度設(shè)計值依長期荷載和短期荷載進行區(qū)分。 單層鋁合金板 鋁合金型材 花崗石板 鋼材鋼材牌號厚度或直徑d（mm）抗拉、抗壓、抗彎(N/mm2)抗剪(N/mm2)端面承壓(N/mm2)Q235d1621512532516d4020512040d6020011

5、5Q345d1631018040016d3529517035d50265155注：表中厚度是指計算點的鋼材厚度；對軸心受力桿件是指截面中較厚鋼板的厚度.按現(xiàn)行國標GB50017-2003之表3.4.1的規(guī)定采用。 其他力學性能第四節(jié) 幕墻面板結(jié)構(gòu)計算 力學模型 計算方法 夾層及中空玻璃荷載分配 中空玻璃在風荷載作用下的變形值（單位：m）玻璃等效應(yīng)力（單位：10-6Mpa） 面材撓度控制第五節(jié) 幕墻橫梁結(jié)構(gòu)計算 板荷載向橫梁的傳遞 橫梁內(nèi)力 橫梁撓度 承重力性能 橫梁截面設(shè)計 橫梁最小壁厚第六節(jié) 幕墻立柱結(jié)構(gòu)計算 立柱的力學模型 多跨連續(xù)梁鉸接點 立柱撓度 立柱截面設(shè)計 玻璃肋計算 立柱最小壁厚

6、 鋼構(gòu)件設(shè)計3、石材計算1）荷載類型2）構(gòu)造形式（復雜、簡單、造型）3）物理特性4）支撐形式（點支撐、邊支撐）背拴、T型掛件、鋁合金掛件、背槽式、通槽掛5）計算結(jié)果（大面、小面、局部）強度撓度例題：水平方向荷載組合風荷載+水平地震荷載風荷載和水平地震作用組合標準值計算W：風荷載作用效應(yīng)分項系數(shù)，取W=1.0按玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范JGJ102-2003第5.4.3條規(guī)定E：地震荷載作用效應(yīng)分項系數(shù)，取E=0.5按玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范JGJ102-2003第5.4.3條規(guī)定qK =WWK+EqEK =1.01.0+0.50.68 =1.34 KN/m2風荷載和水平地震作用組合設(shè)計值計算q =WW+

7、EqE =1.01.4+0.50.884=1.842 KN/m2板塊計算（1）、立面石材采用：30mm厚花崗石，板塊1490X740mm。板塊計算模型詳見下圖：（2）、計算結(jié)果與校核，本計算采用Ansys板單元shell63。計算結(jié)果詳見下列圖表。經(jīng)計算，在水平荷載作用下，石材板塊內(nèi)力與撓度如下：最大撓度：fmax=0.3 mm；最大拉應(yīng)力：max=2.3 N/mm2=8.0N/mm2/2.15=3.72 N/mm2, 通過。金屬與石材幕墻工程技術(shù)規(guī)范JGJ 133金屬與石材幕墻工程技術(shù)規(guī)范JGJ 133第四章 埋件計算1、預埋件-平板埋件1）荷載（拉壓力、剪力、彎矩）2）埋件構(gòu)造（鋼筋、鋼板

8、、錨板）3）主體混凝土性能參數(shù)4）計算結(jié)果承載力極值法向拉力設(shè)計值 N 4.3kN 彎矩設(shè)計值 M 1.329kNm剪力設(shè)計值 V 63.9kN受力直錨筋的層數(shù) n 2 層每層直錨筋的根數(shù)、直徑為： 212直錨筋的間距 b1 100mm 沿剪力方向最外層錨筋中心線之間的距離 z 100mm常用埋件計算例題：錨板厚度 t 10mm 錨板寬度 B 300mm 錨板高度 H 180mm錨板的彎曲變形折減系數(shù) b混凝土強度等級：C30 fc 14.3N/mm筋的抗拉強度設(shè)計值 fy 300N/mm錨筋的總截面面積 As 驗算 當有剪力、法向拉力和彎矩共同作用時，應(yīng)按混凝土規(guī)范式 10.9.12 及式

9、10.9.12 兩個公式計算，并取其中的較大值： As V / r / v / fy + N / 0.8 / b / fy + M / 1.3 / r / b / fy / z As N / 0.8 / b / fy + M / 0.4 / r / b / fy / z錨筋的受剪承載力系數(shù) v 按混凝土規(guī)范式 10.9.15 計算： v (4.0 - 0.08 * d) * (fc / fy) 0.5 (4.0-0.08*12)*(14.3/300)0.5 0.66錨板的彎曲變形折減系數(shù) b 按混凝土規(guī)范式 10.9.16 計算： b 0.6 + 0.25 * t / d 0.6+0.25*1

10、0/12 0.81當錨筋層數(shù) n 2 時，錨筋層數(shù)影響系數(shù) r 1.00錨筋的總截面面積 As 2*2*(12/2)2 452mm As1 V / r / v / fy + N / 0.8 / b / fy + M / 1.3 / r / b / fy / z As1 63944/1.00/0.66/300 /0.8/0.81/300 /1.3/1.00/0.81/300/100 321+22+42 385mm As 452mm As2 N / 0.8 / b / fy + M / 0.4 / r / b / fy / z As2 4274/0.8/0.81/300 /0.4/1.00/0.8

11、1/300/100 22+137 159mm As 452mm錨筋間距和錨筋至構(gòu)件邊緣的距離 按混凝土規(guī)范第 10.9.6 條，對受剪預埋件，其錨筋的間距 b、b1 不應(yīng)大于 300mm，且 b1 不應(yīng)小于 6d 和 70mm；錨筋至構(gòu)件邊緣的距離 c1，不應(yīng)小于 6d 和 70mm，b、c 不應(yīng) 小于 3d 和 45mm。即：b、b1 300mm，b、c 45mm，b1、c1 72mm錨板的構(gòu)造要求錨板的厚度宜大于錨筋直徑的 0.6 倍。受拉和受彎預埋件的錨板厚度尚宜大于b/8。錨板的厚度 t 10mm Max0.6d, b/8 Max7.2, 6.3 7.2mm錨筋中心至錨板邊緣的距離 t

12、1 Max2d, 20 24mm 錨板最小寬度 Bmin 1*50+2*24mm 98mm B 300mm，滿足要求。 錨板最小高度 Hmin 1*100+2*24mm 148mm H 180mm，滿足要求。當錨筋直徑不大于 20mm 時，宜采用壓力埋弧焊。HRB335 級、HRB440 級鋼筋采用手工焊時，焊縫高度不宜小于 0.6d 7mm。鋼結(jié)構(gòu)埋件計算舉例：鋼結(jié)構(gòu)天幕采光頂埋件計算預埋件EM01計算 受力節(jié)點見下圖，在樓板處為鉸接支座。-槽式埋件1）荷載（拉壓力、剪力、彎矩）2）埋件構(gòu)造、分類（鋼板槽、錨筋）3）主體混凝土性能參數(shù)4）計算結(jié)果承載力極值Particular quality

13、 features associated with HALFEN cast-in channels are:high bearing loads up to 32 kN or 108 kN/m small edge distances of minimum 5 cm easy to adjust assembly without noise and dirt officially approved for static and dynamic loads a high degree of corrosion protection available both in stainless stee

14、l and hot-dip galvanized2、后置埋件-平板埋件1）荷載（拉壓力、剪力、彎矩）2）埋件構(gòu)造（錨栓、鋼板）化學錨固機械錨固3）主體混凝土性能參數(shù)4）計算結(jié)果承載力極值化學錨栓選型：慧魚化學錨栓設(shè)計參數(shù)膨脹螺栓螺栓材料 常用材料：Q215、Q235、25和45號鋼，對于重要的或特殊用途的螺紋聯(lián)接件，可選用15Cr ，20Cr，40Cr，15MnVB，30CrMrSi等機械性能較高的合金鋼。-復雜后置埋件通過鋼板焊接組合形成。焊縫計算：焊縫驗算（1）計算說明由于角鋼的翼緣的側(cè)向剛度較低，一般不考慮其承受剪力，故全部剪力由腹板上的一條長110 mm的焊縫承擔，彎矩和拉力則由全部焊

15、縫來承擔。（2）焊縫有效截面的幾何參數(shù)hf：焊縫高度，取hf=8 mmtmin：被焊接的兩塊鋼板中，厚度最小的鋼板厚度，取tmin=8 mmhfmax：允許焊縫最大高度hfmax=1.2tmin=1.28=9.6 mmtmax：被焊接的兩塊鋼板中，厚度最大的鋼板厚度，取tmax=8 mm hfmin：允許焊縫最小高度hfmin=1.5tmax0.5 =1.580.5 =4.2 mmhfmin=4.2 mmhf=8 mmhfmax=9.6 mmL1：豎向焊縫有效長度L1=110-10=100 mmA1：豎向焊縫計算截面面積A1=0.7hfL1=0.78100=560 mm2整個焊縫的總截面特性面

16、積 A=1680 mm慣性矩 I=2268800 mm4抵抗矩 W=32448 mm3（3）焊縫強度驗算：由彎矩和拉力產(chǎn)生的垂直于焊縫長度方向的應(yīng)力 =18.9 N/mm2ffw=160 N/mm21：由彎矩和拉力產(chǎn)生的垂直于焊縫長度方向的豎向焊縫應(yīng)力1=18.9 N/mm21：由剪力產(chǎn)生的豎向焊縫剪應(yīng)力1=V3/2A1=4.627103/2/560=4.13 N/mm2：正面角焊縫的強度設(shè)計值提高系數(shù)，取=1.22=16 N/mm2ffw=160 N/mm2焊縫滿足設(shè)計要求。第五章 連接件計算1、上墻件-框架式幕墻上墻件材料：鋼板螺栓調(diào)節(jié)件連接壁厚荷載計算（1）M12螺栓承受的剪力V1：M1

17、2螺栓承受的豎直方向剪力V1=N=4.627 KN（見第四章第二節(jié)）V2：M12螺栓承受的水平方向剪力V2=2V=26.751=13.5 KN（見第四章第二節(jié)）V：M12螺栓承受的剪力V= =14.271 KN（2）焊縫承受的荷載V3：焊縫承受的豎直方向剪力V3=V1=4.627 KNM：焊縫受到的彎矩作用M=V3d1=4.6270.08=0.37 KNmN：焊縫承受的拉力N=V2=13.5 KN3、M12螺栓驗算n：螺栓個數(shù)，n=2nV：每個螺栓剪切面數(shù)A0：M12螺栓有效面積,取A0=84.3 mm2NVb：M12螺栓的抗剪能力NVb= nnVA0fV=2284.3245=82614 NV

18、=14271 NM12不銹鋼螺栓滿足設(shè)計要求。立柱局部抗壓承載力d：M12螺栓孔徑，取d=12 mmt：穿過立柱的總壁厚t=2t=22.5=5 mmn：螺栓個數(shù)，n=2NCb：立柱局部承壓能力NCb=ndtfab=2125120.0=14400 NV=14271 N立柱局部承壓能力滿足設(shè)計要求。-單元板上墻件材料：鋼板、鋁板螺栓調(diào)整螺栓連接壁厚N1: 連接處水平總力(N): Nl=q1Hsjcg =5.5363900 =21590.400kN/m N2: 連接處自重總值設(shè)計值(N): N2=3089.0N N: 連接處總合力(N): N=(N12+N22)0.5 =(21590.4002 .0

19、002)0.5=22810.257N D2: 連接不銹鋼螺栓（A2-70）直徑: 12.000mm D0: 連接螺栓有效直徑: 10.360mm Nvb: 不銹鋼螺栓的承載能力: Nv: 連接處剪切面數(shù): 1 Nvb= Nv3.14D02fv/4 =13.1410.3602245/4 =20642.000N Num1: 立梃與建筑物主結(jié)構(gòu)連接的螺栓個數(shù): Num1=N/Nvb =22810.257/20642.000 =1.105個 設(shè)計有4個（公、母料上各有2個獨立受力的螺栓），受力可以滿足要求。不銹鋼螺栓驗算Ncbl: 立梃型材（6063-T5）壁抗承壓能力(N): D2: 連接螺栓直徑:

20、 12.000mm Nv: 連接處剪切面數(shù): 4 t: 立梃局部壁厚: 5.000mm(螺栓處局部加厚)+6.0mm(鋁合金卡塊)=11.0mm(如圖中標注) Ncbl=D2fcetNum1 =12.00012011.0004.000 =63360.0N 63360.000N 22810.257N 鋁立柱局部承壓強度可以滿足。 Ncbg: 鋁合金掛碼型材(Q235)壁抗承壓能力(N): Lct2: 連接處鋁合金掛碼壁厚: 12.000mm Ncbg=D2fceLct2Num1 =12.00012012.0004.000 =69120.000N69120.000N 22810.257N 鋁合金掛

21、碼局部承壓強度可以滿足。鋁合金連接件驗算2、耳板1）荷載2）截面尺寸3）銷軸形式4）焊縫尺寸5）計算結(jié)果3、五金件1）荷載2）截面尺寸3）銷軸形式4）焊縫尺寸5）計算結(jié)果-門、窗五金鎖點計算傳動計算1、幕墻承受荷載計算風荷載標準值的計算方法 參考天津國際貿(mào)易中心項目風洞實驗報告，按最大風壓值：wk=4.1KPa=4100Pa ，校核鎖點時的玻璃面密度取G=0.014X25.6=0.358kPa；開啟窗鎖點計算基本參數(shù)：1：分格尺寸：1500mm700mm (1)風荷載作用： qwk：風荷載線分布最大荷載標準值(N/mm2)； wk：風荷載標準值(MPa)；qwk=wk=0.004100N/mm

22、2(2)水平地震作用： qEAk：垂直于幕墻平面的分布水平地震作用標準值(MPa)； E：動力放大系數(shù)，取5.0； max：水平地震影響系數(shù)最大值，取0.12； Gk：幕墻構(gòu)件的重力荷載標準值(N)，(含面板和框架)； A：幕墻平面面積(mm2)； qEAk=EmaxGk/A 5.3.4JGJ102-2003 =50.120.000358 =0.00021MPa qEk：水平地震作用線荷載集度標準值(N/mm)；B：開啟扇分格寬度(mm)； qE：水平地震作用線荷載集度設(shè)計值(N/mm)； qE=1.3qEk =1.30.00021 =0.00028N/mm2(3)幕墻受荷載集度組合：用于強度

23、計算時，采用Sw+0.5SE設(shè)計值組合： 5.4.1JGJ102-2003 q=1.4qkw+0.5qE =1.40.0041+0.50.00028 =5.88kN/m2N=5.880.71.5=6.17 kN2、窗扇受力計算作用鎖點剪力許用值為V=1200 N.窗扇為上懸開啟，六點鎖設(shè)計，在閉合狀態(tài)時，鎖點受力如下：其中：計算荷載方程：QX1=(1/2X0.5+4/5X1.2+1.5)V3 V3=6170/(1/2X0.5+4/5X1.2+1.5) =2276 N所以單點剪力 V=V3/2=2276/2= 1138 N 1200 N. 通過。六點鎖點滿足使用要求！-點駁件點駁爪點駁頭支撐螺栓

24、駁接頭詳細計算采用T系列駁接頭,根據(jù)提供的技術(shù)資料及產(chǎn)品的等強度設(shè)計理念,在本計算中只驗算其薄弱截面。螺栓強度等級為A2-70，14螺栓的小徑為D1=11.835mm A0=11.8352/4=110mm2螺栓抗剪強度設(shè)計值fv為245N/mm2螺栓抗拉強度設(shè)計值ft為320N/mm2螺栓抗拉承載力為NcbA0ft35.20kN螺栓抗剪承載力為NvbAfv37.71kN承重駁接頭所受拉力為Fy0.66kN Ncb35.20kN螺栓所受面內(nèi)剪力為Vi(Fx2+Fz2)1/2(0.392+0.182)1/20.43kNNvb37.71kN所受附加彎矩為(面內(nèi)剪力產(chǎn)生)M= Vie= 0.43100062mm= 25800 N.m其中e=32+2+36.5-8-1.14/2=62mm螺栓所受拉應(yīng)力為Fy/ A0+ M/(D3/32)0.661000/110 /(143/32)306.87N/mm2ft320N/