建筑幕墻結構設計

建筑幕墻結構設計1.幕墻基本介紹什么是幕墻？

由面板與玻璃支撐結構體系（支撐裝置與支撐結構）組成的、可相對主體結構有一定位移能力或自身有一定變形能力、不承擔主體結構所受作用的建筑外維護墻。----建筑幕墻GB/T21086-20071.1幕墻的定義幕墻龍骨幕墻的龍骨：支撐面板的結構。1.1幕墻的定義主體結構幕墻主體結構：混凝土梁、混凝土樓板、混凝土柱、鋼梁、鋼柱、混凝土墻。。。1.1幕墻的定義幕墻伸縮縫幕墻連接件幕墻可相對主體結構有一定位移能力或自身有一定變形能力1.1幕墻的定義案例1面板材料：玻璃支撐體系：鋁合金龍骨主體結構：混凝土樓板相對位移：有，伸縮縫1.1幕墻的定義案例2面板材料：石材支撐體系：鋼橫梁主體結構：混凝土梁相對位移：有，石材縫1.2幕墻的特點幕墻的特點1）具有完整的結構體系2）自身能承受風荷載、地震荷載和溫差作用，并將它們傳遞到主體結構上3）能承受較大的自身平面內和平面外的變形，并具有相對于主體結構較大的變位能力4）不分擔主體結構所承受的荷載和作用5）抵抗溫差作用能力強6）抵抗地震災害能力強7）節(jié)省基礎和主體結構的費用8）可用于舊建筑的更新改造9）安裝速度快，施工周期短10）維修更換方便11）建筑效果好1.3幕墻的種類幕墻有哪些種類？（按面板材料分）1）玻璃幕墻2）石材幕墻3）鋁板幕墻4）金屬板幕墻5）其他板材幕墻（陶土板，GRC，陶瓷板…）1.3幕墻的種類按幕墻安裝施工方法分1）單元式幕墻2）構件式幕墻（框架式）1.3幕墻的種類按幕墻結構形形式分1）框支承幕墻墻2）全玻幕墻3）點支承玻璃璃幕墻幕墻類型分述述－明框明框玻璃幕墻墻的要點1）框支承幕墻墻2）金屬框架構構件顯露于面面板外表面3）應用最早，，性能穩(wěn)定可可靠4）外露構件與與龍骨之間可可能需要斷熱熱幕墻類型分述述－全隱框全隱框玻璃幕幕墻的要點1）框支承幕墻墻2）金屬框架構構件全不顯露露于面板外表表面3）結構膠是關關鍵，須進行行相容性試驗驗幕墻類型分述述－半隱框半隱框玻璃幕幕墻的要點1）框支承幕墻墻2）金屬框架構構件兩對邊顯顯露于面板外外表面；另兩兩對邊不顯露露于面板外表表面3）半隱框分：：橫明豎隱；；橫隱豎明4）結構膠仍很很關鍵，須進進行相容性試試驗幕墻類型分述述－點支式玻璃璃幕墻點支式玻璃幕幕墻的要點1）由玻璃面板板、點支承裝裝置及支承結結構構成2）通透性也很很好，常用于于建筑大跨度度空間3）點支承裝置置：駁接爪；；騎縫夾板等等4）支承結構有有多種形式：：拉索；拉桿桿；單管；鋼鋼桁架；單層層索網；玻璃璃肋等幕墻類型分述述－點支式玻璃璃幕墻豎向拉索結構構幕墻類型分述述－點支式玻璃璃幕墻水平拉索結構構幕墻類型分述述－點支式玻璃璃幕墻自平衡結構體體系幕墻類型分述述－點支式玻璃璃幕墻拉桿結構幕墻類型分述述－點支式玻璃璃幕墻單管（桿）結結構玻璃肋支撐的的點式玻璃幕幕墻幕墻類型分述述－點支式玻璃璃幕墻幕墻類型分述述－點支式玻玻璃幕墻玻璃肋支撐的的玻璃幕墻幕墻類型分述述－點支式玻玻璃幕墻鋼結構支撐的的點式玻璃幕幕墻幕墻類型分述述－點支式玻玻璃幕墻鋼結構支撐的的點式玻璃幕幕墻幕墻類型分述述－石材幕墻石材幕墻的要要點1）不是石材貼貼面墻2）獨立于實墻墻之外3）石材面板金金屬屬掛件金金屬骨架4）按面板材料料分：天然石石材幕墻（如如花崗巖石材材幕墻和洞石石幕墻等）；；人造石材幕幕墻（如微晶晶玻璃幕墻、、瓷板幕墻和和陶土板幕墻墻）按金屬掛件形形式分：背栓栓式；背槽式式；L型掛件式；T型掛件式按板縫是否打打膠分：封閉閉式；開縫式式幕墻類型分述述－石材幕墻開縫式石材幕幕墻1）無膠污染，，外觀漂亮2）石材后須設設二次防水板板，造價較高高幕墻類型分述述－金屬板幕墻墻金屬板幕墻的的要點1）通過承重骨骨架懸掛于主主體結構上2）按面板材料料：鋁單板幕幕墻；鋁塑板板幕墻；鋁瓦瓦楞板幕墻；；銅板幕墻；；彩鋼板幕墻墻；鈦板幕墻墻；鈦鋅板幕幕墻按板縫是否打打膠分：封閉閉式；開縫式式幕墻類型分述述－金屬板幕墻墻開縫式金屬板板幕墻的要點點1）無膠污染2）面板后面須須設二次防水水板2.結構設計2.1結構設計一般般原則：2.2結構設計方法2.2結構設計方法2.3荷載和作用效應組組合2.3荷載和作用效應組組合2.4荷載與作用荷載分類2.4荷載與作用2.4.1風荷載2.4.2自重荷載2.4荷載與作用GK=rg··Trg：材料的重力力密度T：材料的厚度度2.4.3雪荷載2.4荷載與作用2.4.4活荷載2.4荷載與作用活荷載一般按按不上人屋面面S=0.5kN/m22.4.5溫度作用2.4荷載與作用幕墻設計時應應考慮年溫度度變化ΔT，年溫度變化化ΔT由當?shù)貧夂驐l條件、幕墻的的顏色和反射射性能決定，，當缺乏必要要資料時，ΔT可取為80℃.2.4.6地震荷載2.4荷載與作用3.幕墻材料的力學性性能3.1材料強度設計值3.2玻璃玻璃的定義玻璃是一種均均質的材料，，一種固化的的液體，分子子完全任意排排列，不具有有晶體的結構構。玻璃沒有有熔點，當他他被加熱時，，會追加從固固體狀態(tài)轉變變?yōu)榫哂兴苄孕缘酿べ|狀態(tài)態(tài)。玻璃是各各向同性的。。性能符號值密度ρ25.6

kN/m3彈性模量E72000N/mm2泊松比μ0.2比熱容C0.72x103J/(kgxK)線膨脹系數(shù)α1x10-5K-1導熱率λ1

W/(mxK)玻璃的基本物物理性能3.2玻璃玻璃主要是由由硅（Si）和氧（O）構成的一個不不規(guī)則的三維維結構。玻璃的成分成分分子式百分比二氧化硅SiO269%~74%氧化鈣CaO5%~12%氧化鈉Na2O12%~16%氧化鎂MgO0~6%氧化鋁Al2O30~3%3.2.1玻璃的種類主要用于建筑筑幕墻的玻璃璃種類浮法玻璃熱處理玻璃鋼化玻璃半鋼化玻璃夾層玻璃PVB夾層SGP夾層中空玻璃充空氣充惰性氣體鍍膜玻璃反射膜Low-E膜3.2.1玻璃的種類浮法玻璃浮法玻璃市已已溶化的玻璃璃浮在錫床上上，靠自重和和表面張力的的作用而形成成平滑表面。。其特點是表表面平整、無無波紋。倒入原材料熔窯1600°C熔融物流進錫錫槽600°C在退火窯中退退火200°C檢查切割阿3.2.1玻璃的種類鋼化玻璃和半半鋼化玻璃將浮法玻璃加加熱至軟化點點，然后用常常溫空氣均勻勻地噴涂驟然然冷卻而成。。鋼化化玻玻璃璃表表面面形形成成壓壓應應力力，，比比同同厚厚度度的的浮浮法法玻玻璃璃強強度度提提高高3~5倍。。半鋼鋼化化玻玻璃璃的的生生產產與與鋼鋼化化玻玻璃璃相相似似，，但但是是冷冷卻卻的的速速度度要要慢慢得得多多。。半半鋼鋼化化玻玻璃璃的的強強度度一一般般為為浮浮法法玻玻璃璃的的1.5~2倍。。玻璃原片加熱640°C冷卻鋼化玻璃/半鋼化玻璃3.2.1玻璃璃的的種種類類玻璃璃的的破破碎碎形形式式浮法法玻玻璃璃半鋼鋼化化玻玻璃璃鋼化化玻玻璃璃表面面無無應應力力表面面壓壓應應力力小小表面面壓壓應應力力大大破碎碎成成大大塊塊放射射性性裂裂痕痕，，無無大大塊塊碎碎片片脫脫落落碎裂裂成成小小顆顆粒粒3.2.1玻璃璃的的種種類類夾層層玻玻璃璃兩片片或或多多片片玻玻璃璃（（浮浮法法玻玻璃璃、、鋼鋼化化玻玻璃璃、、半半鋼鋼化化玻玻璃璃）），，可可以以被被一一層層或或多多層層聚聚乙乙烯烯醇醇縮縮丁丁醛醛樹樹脂脂(PVB)內夾夾層層粘粘在在一一起起，，再再經經過過電電熱熱高高壓壓器器加加熱熱到到140°C，在在12Pa的壓壓力力下下維維持持6小時時，，以以消消除除玻玻璃璃之之間間的的空空氣氣。。在沖沖擊擊荷荷載載下下，，玻玻璃璃可可能能會會破破碎碎，，但但碎碎片片會會粘粘在在夾夾層層上上，，所所以以夾夾層層玻玻璃璃是是真真正正的的安安全全玻玻璃璃。。放置置玻玻璃璃原原片片和和PVB層擠壓壓加熱熱+壓力力完成成3.2.1玻璃璃的的種種類類中空空玻玻璃璃中空空玻玻璃璃由由兩兩片片、、有有時時是是三三片片玻玻璃璃，，通通過過邊邊緣緣處處的的間隔隔條條和和密封封膠膠相相互互連連接接而而成成。。第第一一層層的的密密封封位位于于間間隔隔條條和和玻玻璃璃面面板板之之間間，，以以防防止止潮潮氣氣進進入入面面板板之之間間的的空空間間；；第第二二層層的的密密封封設設置置在在間間隔隔條條之之后后的的玻玻璃璃面面板板之之間間，，同同時時將將間間隔隔條條和和玻玻璃璃面面板板粘粘成成一一體體。。3.2.2玻璃璃的的力力學學性性能能玻璃璃的的強強度度設設計計值值fg(N/mm2)————見《玻璃璃幕幕墻墻工工程程技技術術規(guī)規(guī)范范》JGJ-2003第5.2.1條之之規(guī)規(guī)定定3.3鋼材材鋼材材的的基基本本物物理理性性能能性能符號值密度ρ78.5

kN/m3彈性模量E206000N/mm2泊松比μ0.3線膨脹系數(shù)α1.2x10-5K-13.3鋼材材鋼材材的的強強度度設設計計值值3.3鋼材材焊縫縫的的強強度度設設計計值值3.3鋼材材螺栓栓連連接接的的強強度度設設計計值值3.3鋼材材螺栓栓連連接接的的強強度度設設計計值值3.4鋁合合金金鋁合合金金的的基基本本物物理理性性能能性能符號值密度ρ28.0

kN/m3彈性模量E70000N/mm2泊松比μ0.33線膨脹系數(shù)α2.35x10-5K-1鋁合合金金的的牌牌號號１．．鋁鋁合合金金結結構構材材料料型型材材宜宜采采用用5xxx系列列和和6xxx系列列鋁鋁合合金金。。２．．板板材材宜宜采采用用3xxx系列列和和5xxx系列列鋁鋁合合金金。。3.4鋁合合金金鋁合合金金型型材材的的強強度度設設計計值值3.4鋁合合金金鋁合合金金板板材材的強強度度設設計計值值3.4鋁合合金金鋁合合金金的的基基礎礎代代號號狀狀態(tài)態(tài)１．．經經常常用用的的鋁鋁合合金金結結構構材材料料型型材材為為6063T5及6063T6。２．．經經常常用用的的板板材材為為3003H14及5005H14。3.4鋁合合金金鋁合合金金型型材材表表面面處處理理：：１．．陽陽極極氧氧化化；；２．．電電泳泳噴噴涂涂；；3．粉粉末末噴噴涂涂；；4．氟氟碳碳噴噴涂涂。。表面面處處理理的的厚厚度度應應滿滿足足表表3.2.2的要要求求———見《玻璃璃幕幕墻墻工工程程技技術術規(guī)規(guī)范范》JGJ-2003第3.2.2條之之規(guī)規(guī)定定3.4鋁合合金金斷熱熱鋁鋁型型材材：：１．．穿穿條條式式———PA66GF25(聚酰酰胺胺66+25玻璃璃纖纖維維））２．．注注膠膠式式———PUR(聚氨氨基基甲甲酸酸乙乙脂脂））3.5花崗崗石石板板3.6其他他力學學性性能能4.幕墻墻面板板結結構構計計算算力學學模模型型4.幕墻墻面板板結結構構計計算算計算算方方法法面材材撓撓度度控控制制4.1玻璃璃的的結結構構計計算算單片片玻玻璃璃在在垂垂直直于于玻玻璃璃幕幕墻墻平平面面的的風風荷荷載載和和地地震震作作用用下下，，最最大大應應力力應應符符合合下下列列規(guī)規(guī)定定：：1最大應力力標準值值——見《玻璃幕墻墻工程技技術規(guī)范范》JGJ-2003第6.1.2條之規(guī)定定4.1玻璃的結結構計算算單片玻璃璃在風荷荷載作用用下的跨跨中撓度度——見《玻璃幕墻墻工程技技術規(guī)范范》JGJ-2003第6.1.3條之規(guī)定定1單片玻璃璃的剛度度D按下式計計算2玻璃跨中中撓度按按按下式式計算：：4.1玻璃的結結構計算算夾層玻璃璃在荷載載作用下下的變形形和應力力分布4.1玻璃的結結構計算算夾層及中空玻玻璃荷載載分配4.1玻璃的結結構計算算PVB膜夾層玻玻璃按下下列規(guī)定定計算：——見《玻璃幕墻墻工程技技術規(guī)范范》JGJ-2003第6.1.4條之規(guī)定定1作用于PVB膜夾層玻玻璃的風風荷載和和地震作作用按下下列公式式分配至至兩片玻玻璃4.1玻璃的結結構計算算2PVB夾層玻璃璃撓度計計算4.1玻璃的結結構計算算中空玻璃璃按下列列規(guī)定計計算——見《玻璃幕墻墻工程技技術規(guī)范范》JGJ-2003第6.1.5條之規(guī)定定4.1玻璃的結結構計算算玻璃在不不同類型型的支撐撐形式下下的變形形和應力力分布4.1玻璃的結結構計算算在垂直于于幕墻平平面的風風荷載和和地震作作用下，，四點支支承玻璃璃面板的的應力和和撓度應應符合下下列規(guī)定定——見《玻璃幕墻墻工程技技術規(guī)范范》JGJ-2003第8.1.5條之規(guī)定定4.1玻璃的結結構計算算全玻璃幕幕墻結構構設計4.1玻璃的結結構計算算全玻璃單單肋公式式來歷：：σ=M/WM=q線h2/8=wlh2/8,式中q線=wlW=thr2/6σ=fg=(wlh2/8)/(thr2/6)=3wlh2/4thr2hr=(3wlh2/4fgt)1/24.1玻璃的結結構計算算[例題1]鋼化玻璃璃1500mm××1500mm，T=10mm，四角孔距距邊125mm，WK=2000N/m2，qEK=74N/m2，驗算玻璃璃強度及及撓度是是否滿足足要求。。解：W=1.4×WK=1.4×2000=2800N/m2qE=1.3×qEK=1.3×74=96N/m2q=W+0.5×qE=2800+0.5××96=2848N/m2LX/LY=1.25/1.25=1查表得m=0.154，μ=0.02603qk=WK+0.5×qEK=2000+0.5××74=2037N/m2θ=[(wk+0.5qEk)]b4/Et4=(2.037×10-3×12504)/(0.72×105×104)=6.9，查表6.1.2-2得η=0.985σ=(6mqb2/t2)η=（6×0.154×2.848×10-3×12502/102）×0.985=40.5N/mm2＜84N/mm2故玻璃強強度滿足足要求??！WK=2000N/m2θ=wkb4/Et4=(2×10-3×12504)/(0.72×105×104)=6.8ηη=0.986D=Et3/[12(1-ν2)]=0.72×105×103/[12×（1-0.22）]=6250000Nmmdf=[μwkb4/D]ηη=[（0.02603×2××10-3×12504）/6250000]××0.986=20.05mmdf/L=20.05/1250=1/62.3<1/60故玻璃撓撓度也滿滿足要求求！4.1玻璃的結結構計算算[例題2]全玻璃幕幕墻，層層高4m，兩玻璃璃肋間距距1.5m，面玻采采用t=15mm鋼化玻璃璃，肋玻玻采用t=19mm鋼化玻璃璃，肋寬寬取為350mm，WK=3500Pa，qEK=135N/m2，驗算面面玻璃、、玻璃肋肋強度及及撓度是是否滿足足要求。。解：（1）面玻璃璃W=1.4×WK=1.4××3500=4900N/m2(另據(jù)規(guī)范范7.2.2條,m=0.125,μ=0.013)qE=1.3×qEK=1.3×135=176N/m2q面=W+0.5××qE=4900+0.5××176=4988N/m2qK=WK+0.5×qEK=3500+0.5××135=3568N/m2=3.568××10-3N/m2θ=[(wk+0.5qEk)]b4/Et4=(3.568×10-3×15004)/(0.72×105×154)=4.95ηη=1σ=(6mqa2/t2)η=(0.75××4.988××10-3×15002/152）×1=37.4N/mm2＜84N/mm2故面玻璃璃強度滿滿足要求求！θ=wka4/Et4=(3.5×10-3×15004)/(0.72×105×154)=4.86ηη=1df={（0.013×3.5××10-3×15004）/[0.72××105×153/12××（1-0.22）]}××1=10.9mmdf/L=10.9/1500=1/138＜1/60，故面玻玻璃撓度度也滿足足要求?。。?）玻璃肋肋A．初選ｈｈr=[（3WLh2/4fgt）]1/2=[（3×4.988×10-3×1500×40002/4×50.4×19）]1/2=306mm取為350mmB．校核σ=0.75×4.988××10-3×1500×40002/（3502×19）=38.6N/