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： W k =βz μs μz W 0W k : 作用在幕墙上的风荷载标准值 (KN/m 2) βz : 瞬时风压的阵风系数: 取2.25 μs : 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）W 0: 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1 KN/m 2时按1 KN/m 2取值。

幕墙规范中计算中风荷载设计值的计算公式为： W =1.4 W K（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q EK : 垂直于玻璃幕墙平面的分布水平地震作用 (kN/m 2)G Ak :幕墙构件的平均自重（N/m 2） 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）q EK = AK G ⨯⨯max 5α （3）进行结构计算的时候荷载分项系数的取值S = S W +0.6S E二、各种主要材料强度的取值（1） 玻璃（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1.0 6063-T5铝型材屈服强度 f ya ≥160 N/mm 2 受拉压强度设计值 f ab =85.5 N/mm 2 受剪强度设计值 f as =49.6 N/mm 2 局部承压强度设计值 f abr =150 N/mm 2 弹性模量 E a =70×103 N/mm 2 线膨胀系数 αa =2.35×10-5重力体积分布 ρa =27.1×103 N/m 3 伸长率 δ≥8 %泊松比 ν=0.33 2.0 6063A-T5铝型材抗拉强度 σb ≥230 N/mm 2 受拉压强度设计值 f ab =125.5 N/mm 2 受剪强度设计值 f as =71.8N/mm 2 局部承压强度设计值 f abr =150 N/mm 2 弹性模量 E a =70×103 N/mm 2 线膨胀系数 αa =2.35×10-5重力体积分布 ρa =27.1×103 N/m 3 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 f ys ≥235 N/mm 2 局部承压强度设计值 f sbr =320 N/mm 2 抗拉压强度设计值 f sb =215 N/mm 2 抗剪强度设计值 f ss =125 N/mm 2弹性模量 E s =206×103 N/mm 2 线膨胀系数 αg =1.2×10-5重力体积分布 ρs =78.5×103 N/m 3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 f ys ≥700 N/mm 2 抗拉强度设计值 f t b =320 N/mm 2抗剪强度设计值 f s b =245 N/mm 2 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+0.6×1.3q Ek a: 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= 44t E a q ⨯⨯η：玻璃的应力折减系数 由θ 查表σw =η⨯⨯⨯ψ⨯226t a q 2.玻璃的挠度计算较核依据：最大挠度要小于30mm 和a/100q k : 作用在玻璃上的荷载标准值 (KN/m 2)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-⨯t E θ：θ= 44tE a q k ⨯⨯ η：玻璃的应力折减系数由θ查表有η U ：玻璃的挠度U=η⨯⨯⨯Da q f K 43.四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4．中空玻璃和夹胶玻璃等效厚度的计算te=2221t t + (夹胶玻璃等效厚度) te=0.95×2221t t + (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≤⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛b t t b v v N N N N 和 bc V N N ≤ 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Ｖ Ｎ ＭＡs ≥ ───── ＋──── ＋────── αr αv ｆy 0.8αb ｆy 1.3αr αb ｆy ｚ Ｎ ＭＡs ≥ ──── ＋────── 0.8αb ｆy 0.4αr αb ｆy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－0.3 Ｎ Ｍ－0.4Ｎｚ Ａs ≥ ───── ＋ ────── αb ｆy 1.3αr αb ｆyＭ－0.4Ｎｚ Ａs ≥ ──────── 0.4αr αb ｆy ｚ 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： ｆc ａv ＝(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（N mm）；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。