幕墙立柱的几种常见力学计算模型
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既安全又经济的幕墙立柱计算模式——多跨铰接连续静定梁幕墙作为建筑外围的重要部分,起到保护建筑和美化外观的作用。
而幕墙中的立柱则是支撑整个幕墙结构的重要组成部分。
同时,随着建筑设计越来越复杂,幕墙的立柱计算也变得越来越重要。
本文将介绍一种既安全又经济的幕墙立柱计算模式——多跨铰接连续静定梁。
1. 引言幕墙是建筑外立面的重要部分,有着美化建筑、保护建筑等多种功能。
而在幕墙中,立柱则是支撑整个幕墙结构的重要组成部分。
在幕墙设计中,立柱的计算十分重要。
本篇文章将介绍一种安全又经济的幕墙立柱计算模式——多跨铰接连续静定梁。
2. 多跨铰接连续静定梁的概念多跨铰接连续静定梁是一种常见的梁结构形式,常用于大跨度建筑结构中。
该结构可通过向外形成拱形的形状分散荷载,因此能够更好地抵御水平荷载。
在幕墙设计中,如果幕墙面积过大,单根立柱就难以承受整个幕墙的荷载。
因此,将单根立柱变为多跨铰接连续静定梁,可以有效地分散荷载,保证立柱的安全可靠。
3. 多跨铰接连续静定梁计算方法在计算多跨铰接连续静定梁的荷载时,首先需要确定梁的跨距、截面形状和材料等参数。
然后根据梁的跨距和荷载计算梁的弯矩,进而计算每个支座反力和内力。
在计算多跨铰接连续静定梁的支座反力和内力时,可以采用诸如位移法、刚度法、力法等不同的方法。
其中,位移法适用于计算梁的支座反力、弯矩和剪力等,而刚度法适用于计算梁的支座反力和弯矩等。
4. 多跨铰接连续静定梁的优势多跨铰接连续静定梁相比于单根立柱有以下优势:(1)能够分散荷载,减小每根立柱的荷载,提高立柱的安全性。
(2)能够自适应地适应建筑结构的变化,适用于各种复杂的幕墙。
(3)能够更好地抵御水平荷载,提高建筑结构的稳定性和抗震性。
(4)能够减小材料的使用量,提高建筑结构的经济性。
5. 结语多跨铰接连续静定梁是一种既安全又经济的幕墙立柱计算模式。
在幕墙设计中,我们需要根据具体情况来选择合适的幕墙立柱形式。
通过采用多跨铰接连续静定梁的设计,可以有效地保障建筑结构的安全性和经济性,同时增加建筑的美观性和实用性。
幕墙力学计算原理和方法第一章荷载和作用一、荷载分类:1.永久荷载:自重、预应力等。
其值不随时间变化。
2.可变荷载:风荷载、雪荷载、温度应力等。
其值随时间变化。
3.偶然荷载:如地震、龙卷风等。
在设计基准期内不一定出现,而一旦妯现,其量值很大且持续时间较短。
二、风荷载计算:1.场地类别划分:根据地面粗糙度,场地可划分为以下类别:A类近海面,海岛,海岸,湖岸及沙漠地区;B类指田野,乡村,丛林,丘陵以及房屋比较稀疏的乡镇和城市郊区;C类指有密集建筑群的城市市区;D类指有密集建筑群且房屋较高的城市市区;2.风荷载计算公式: W k=βgz×μz×μs×W0其中: W k---作用在幕墙上的风荷载标准值(kN/m2)βgz---瞬时风压的阵风系数,按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001取定根据不同场地类型,按以下公式计算:βgz=K(1+2μf)其中K为地区粗糙度调整系数,μf为脉动系数A类场地: βgz=0.92*(1+2μf) 其中:μf=0.387*(Z/10)^(-0.12)B类场地: βgz=0.89*(1+2μf) 其中:μf=0.5(Z/10)^(-0.16)C类场地: βgz=0.85*(1+2μf) 其中:μf=0.734(Z/10)^(-0.22)D类场地: βgz=0.80*(1+2μf) 其中:μf=1.2248(Z/10)^(-0.3)μz---风压高度变化系数,按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001取定,根据不同场地类型,按以下公式计算:A类场地: μz=1.379×(Z/10)0.24B类场地: μz=(Z/10)0.32C类场地: μz=0.616×(Z/10)^0.44D类场地: μz=0.318×(Z/10)^0.60μs---风荷载体型系数,按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001墙角处取为:1.8墙面处取为:1.0封闭建筑物还需考虑内表面+0.2或-0.2W0--- 基本风压,按全国基本风压图取值。
幕墙力学计算原理和方法第一章荷载和作用一、荷载分类:1.永久荷载:自重、预应力等。
其值不随时间变化。
2.可变荷载:风荷载、雪荷载、温度应力等。
其值随时间变化。
3.偶然荷载:如地震、龙卷风等。
在设计基准期内不一定出现,而一旦妯现,其量值很大且持续时间较短。
二、风荷载计算:1.场地类别划分:根据地面粗糙度,场地可划分为以下类别:A类近海面,海岛,海岸,湖岸及沙漠地区;B类指田野,乡村,丛林,丘陵以及房屋比较稀疏的乡镇和城市郊区;C类指有密集建筑群的城市市区;D类指有密集建筑群且房屋较高的城市市区;2.风荷载计算公式: W k=βgz×μz×μs×W0其中: W k---作用在幕墙上的风荷载标准值(kN/m2)βgz---瞬时风压的阵风系数,按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001取定根据不同场地类型,按以下公式计算:βgz=K(1+2μf)其中K为地区粗糙度调整系数,μf为脉动系数A类场地: βgz=0.92*(1+2μf) 其中:μf=0.387*(Z/10)^(-0.12)B类场地: βgz=0.89*(1+2μf) 其中:μf=0.5(Z/10)^(-0.16)C类场地: βgz=0.85*(1+2μf) 其中:μf=0.734(Z/10)^(-0.22)D类场地: βgz=0.80*(1+2μf) 其中:μf=1.2248(Z/10)^(-0.3)μz---风压高度变化系数,按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001取定,根据不同场地类型,按以下公式计算:A类场地: μz=1.379×(Z/10)0.24B类场地: μz=(Z/10)0.32C类场地: μz=0.616×(Z/10)^0.44D类场地: μz=0.318×(Z/10)^0.60μs---风荷载体型系数,按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001墙角处取为:1.8墙面处取为:1.0封闭建筑物还需考虑内表面+0.2或-0.2W0--- 基本风压,按全国基本风压图取值。
不同力学模型在幕墙立柱计算中的比较中图分类号:O3 文献标识码:A 文章编号:摘要:幕墙立柱计算采用简支梁、双跨梁、多跨静定梁、多跨铰接一次超静定梁的计算比较,从而选取最优的受力方式。
关键词:立柱抗弯和抗剪强度计算、立柱刚度挠度的计算。
绪论:幕墙是建筑的外围护结构,目前外墙采用建筑幕墙形式非常普及,本文通过对不同受力力学模型的比较就会发现受力形式不同,对幕墙立柱的选取是不同的,如果在进行设计时,选取相应不同受力力学模型的计算,幕墙立柱将会充分合理使用,这将降低成本,取得较好经济的效益。
设计人员不应简单以简支梁或双跨梁进行幕墙立柱的计算,实际建筑中应是多跨静定梁或多跨铰接一次超静定梁的受力计算,避免计算中材料的无为浪费。
为使比较方便统一,我们选取同一位置分格的幕墙立柱进行比较。
论文主体基本参数取北京新建口腔医学院综合楼计算;本工程按C类地形考虑,地震基本烈度为:8度,地震动峰值加速度为0.2g,取:αmax=0.16。
计算点基本参数:计算点标高:100m;立柱跨度:L=4000mm;立柱左分格宽:1100mm;立柱右分格宽:1100mm;立柱计算间距:B=1100mm;板块配置:中空玻璃6+12A+6 mm;立柱材质:6063-T5;选用立柱型材的截面特性选用立柱型材号:60/150系列型材的抗弯强度设计值:fa=90MPa型材的抗剪强度设计值:τa=55MPa型材弹性模量:E=70000MPa绕X轴惯性矩:Ix=4173330mm4绕Y轴惯性矩:Iy=842340mm4绕X轴净截面抵抗矩:Wnx1=53583mm3绕X轴净截面抵抗矩:Wnx2=57857mm3型材净截面面积:An=1411.5mm2型材线密度:γg=0.03811N/mm型材截面垂直于X轴腹板的截面总宽度:t=6mm型材受力面对中性轴的面积矩:Sx=34589mm3塑性发展系数:γ=1.00幕墙承受荷载计算风荷载标准值的计算方法按建筑结构荷载规范计算:wk=βgzμzμs1w0上式中:βgz:瞬时风压的阵风系数;βgz=1.6019μz:风压高度变化系数;μz=1.6966μs1:局部风压体型系数;μs1(A)=μs1(1)+[μs1(10)-μs1(1)]logA w0:基本风压值(MPa),取0.00045MPa;计算支撑结构时的风荷载标准值A=1.1×4=4.4m2wk=βgzμzμs1w0=0.00131MPa计算面板材料时的风荷载标准值A=1.1×1.38=1.518m2wk=βgzμzμs1w0 =0.001424MPa垂直于幕墙平面的分布水平地震作用标准值qEAk=βEαmaxGk/A作用效应组合S=γGSGk+ψwγwSwk+ψEγESEk幕墙立柱按简支梁计算简支梁:幕墙立柱单跨用一处连接件与主体结构连接,单跨立柱在连接处向上悬挑一段,上一层立柱下端用插芯连接支承在此悬挑端上,计算时取简支梁,计算简图对结构作了简化。
玻璃幕墙立柱双跨梁力学模型玻双学璃幕墙立柱跨梁力模型1.1 立柱荷墙墙化建筑幕墙的立柱是幕墙墙系的主~墙于主墙墙之上~上、下立柱之墙留有构体体它挂体构15mm以上的墙隙。
在一般情下~立柱所受荷墙可以墙化墙呈墙性分布的矩形荷墙~其受力墙墙况可以表示墙如墙1所示。
墙1墙立柱墙受均布荷墙的墙支梁墙算墙墙~其荷墙集度墙~立柱的墙算墙度墙。
因此立柱的墙算分析~可以墙化墙一典型平面杆系墙墙。
个墙墙墙可以墙墙是一平面的墙墙。
个内墙幕墙立柱墙~我墙墙墙,?是墙墙杆件~因此可以用坐墙描述~?主要墙形墙垂直于墙的墙度来它来~可以用墙度描述位移墙。
所以可以墙行如下假墙,来? 直法墙假定~? 小墙形平面假墙。
与墙1 立柱墙受均布荷墙的墙支梁墙算墙墙1.2 跨梁墙算模型解析双1.2.1 跨梁的墙算墙墙双由于幕墙立柱所受荷墙可以墙化墙呈墙性分布的矩形荷墙~假墙其荷墙集度墙~立柱的墙算墙度墙~墙立柱跨梁力墙算模型的墙算墙墙如墙双学2所示。
墙2 立柱跨梁力墙算模型墙算墙墙双学墙力模型墙界件墙,在平面~立柱共有三支座~分墙是支座学条内个A、支座B和支座C。
立柱墙墙墙杆件~主要墙形墙垂直于墙的墙度。
三支座墙的支座反力只有平行于墙方向的反个力~有水平支座反力~立柱无墙向力。
没即立柱何,墙度、墙跨、短跨和比例因子。
几参数1.2.2 跨梁力的求解双学参数墙幕墙立柱墙行墙分析墙算墙~需要墙算的力主要有,各支座反力、垂直于墙方向的构学参数墙度、立柱力矩和剪力等。
下面墙出其求解墙程~假墙立柱材料的墙性模量墙~其截面墙内即弯中性墙的墙性矩墙。
我墙知道~跨梁的墙算墙墙~墙墙上是一超定墙墙~因此必墙要用到力平衡件和墙形墙双个静静条墙件。
墙墙墙的墙形墙墙件就是在条条C支座墙~垂直于墙方向的墙度墙0。
根据加原理~在小墙形的前提下~在墙性范墙~作用在立柱上的力是各自立的~不相叠内独并互影~各荷墙所引起的力成墙性墙系~加各荷墙墙作用的力~就可以得到共响个与它内叠个独内同作用墙的力。
玻璃幕墙立柱双跨梁力学模型在构建现代建筑的过程中,玻璃幕墙是一种常见的外观设计。
给建筑物带来美观的同时也增加了建筑的结构设计难度。
在玻璃幕墙的结构设计中,立柱和梁是重要的组成部分。
本文将介绍玻璃幕墙立柱双跨梁力学模型的结构设计和力学模拟。
立柱和梁在玻璃幕墙中的作用玻璃幕墙在建筑设计中常用的一种结构,它是由许多的玻璃幕板和支撑系统组成。
支撑系统包括立柱和梁两部分,它们起到承重和支撑的作用。
在玻璃幕墙中,立柱是连接幕墙系统和建筑结构的媒介,起到支撑幕墙的作用,并将幕墙的外部荷载传递给结构系统。
梁则承载幕墙自重和外部荷载,同时支撑玻璃幕板防止其发生翘曲变形。
立柱双跨梁结构的特点在玻璃幕墙的设计中,双跨梁结构是一种常用的形式。
它具有以下几方面的特点:•空间利用率高。
当跨度较大时,双跨梁可以极大地节省了建筑面积。
•结构稳定性强。
双跨梁本身就是一种弯曲承载结构,具有很强的稳定性。
•施工和维护更方便。
双跨梁可以先拼装成一个完整的梁再进行施工,维护时只需更换一段梁即可。
立柱双跨梁力学模型的建立建立立柱双跨梁结构的力学模型是玻璃幕墙设计的重要步骤。
这个模型可以帮助工程师更好地进行施工、维护和动态分析。
立柱双跨梁结构的力学模型是一个结构力学问题,需要先进行几何模型,在此基础上建立相应的解析力学模型。
通常方法是将结构分割为若干个结构单元,然后对单元进行分析和计算。
立柱双跨梁结构的力学分析立柱双跨梁结构的力学分析是设计好玻璃幕墙的基础。
它需要考虑以下几个方面:•荷载分析:需要分析整个幕墙结构的基本荷载信息,包括重力荷载、风荷载、地震荷载等等。
这些荷载都是设计的基础,其大小和方向可以对立柱和梁的尺寸和材料选用产生重要的影响。
•结构材料分析:需要分析幕墙的各种材料,包括玻璃、铝合金和钢结构等等。
结构材料的选择将对结构的刚性和稳定性产生重要影响。
•结构刚性分析:需要分析整个幕墙结构的刚性情况,确定立柱和梁的尺寸和强度。
•结构稳定性分析:需要分析整个幕墙结构的稳定性情况,根据标准进行验算。
明框玻璃幕墙设计计算书设计:校核:审核:批准:目录1 计算引用的规范、标准及资料................................................................... 错误!未定义书签。
幕墙设计规范:..................................................................................... 错误!未定义书签。
建筑设计规范:..................................................................................... 错误!未定义书签。
玻璃规范:............................................................................................. 错误!未定义书签。
铝材规范:............................................................................................. 错误!未定义书签。
钢材规范:............................................................................................. 错误!未定义书签。
门窗及五金件规范:............................................................................. 错误!未定义书签。
胶类及密封材料规范:......................................................................... 错误!未定义书签。
第十三章、补充其他结构计算
第一节、转角竖料结构受力分析
一、计算说明
根据图纸分格及幕墙所处的位置,我们选取了最不利的位置进行计算。
竖料选用6063-T6铝合金型材,根据建筑结构特点,幕墙竖料悬挂与主体结构之上,竖料为拉弯构件,各层接缝之间设置伸缩缝,故竖料仅验算其强度和刚度,整体稳定不需要考虑。
此次主要对西北转角处立柱校核,考虑在负风压作用下,立柱两半框将不再相互挤压,而是有相互分离的趋势,此处我司将插芯与立柱半框的螺钉调节为@300mm,同时采取措施避免了立柱分离至裂开的状况。
竖料荷载分布图及计算模型:
二、力学模型及基本假定
竖料支撑于主体支座之上,上部竖料对插入下部竖料,实际受力模型为简支梁,它将承受风荷载、地震作用、自重荷载及其他形式的荷载;水平荷载可简化为梯形荷载,竖料
自重以轴心拉力形式为集中荷载,而竖料自重简化为均布荷载。
竖料左部荷载宽度W L=1420mm
竖料右部荷载宽度W R=1500mm
该竖料左右边框均为相同的半框,偏安全考虑取W=1500mm。
计算竖料的最大计算跨度S m =2700mm
计算转角框。
第四章、铝合金立柱计算一、计算说明选用(6063A-T5)铝型材,根据建筑结构特点,每根幕墙立柱双支在主体结构上,并处于受拉状态,立柱高度H=2900 mm,幕墙横向计算分格宽度B=1025 mm 。
二、力学模型幕墙的荷载由横梁和立柱承担。
玻璃面板将受到的水平方向的荷载,按45度角分别传递到横梁和立柱上。
横梁又将承受的荷载传递给立柱,最后由立柱将所有荷载通过预埋件传递到主体结构上。
计算简图如图。
三、荷载计算1、横梁承受的竖直方向面荷载标准值 G GK =0.45 KN/m 2设计值 G G =0.54 KN/m 22、立柱承受的水平方向面荷载标准值 q K =1.18 KN/m 2设计值 q=1.668 KN/m 23、受力最不利处立柱承受的偏心拉力设计值N=G G ·H ·B=0.54×4.5×1.626=3.951 KN4、立柱承受的水平线荷载标准值 q K 线=q K ·B=1.18×1.626=1.919 KN/m设计值 q 线=q·B=1.668×1.626=2.712 KN/m5、立柱所受的弯矩Ф:弯矩系数,取Ф=0.0894由H D =4500500=0.1111,查《结构静力计算手册》确定 M=Ф·q 线·H 2=0.0894×2.712×4.52=4.91 KN·m6、立柱承受的剪力λ:剪力系数,取λ=1.39由H D =4500500=0.1111,查《结构静力计算手册》确定 V=λ·q 线·H=1.39×2.712×4.5=16.964 KN四、立柱截面参数立柱截面积 A 0=1342 mm 2X 轴惯性矩 I X =3.08×106 mm 4X 轴到最外缘距离 Y X =70 mmX 轴抵抗矩 W X =43780 mm 3X 轴面积矩 S X =26607 mm 3塑性发展系数 γ=1.05五、立柱抗弯强度校核 校核依据:X W MA N γσ+=0≤f a按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第6.3.7条X W M A N γσ+=0 =4378005.11091.4132410951.363⨯⨯+⨯ =109.8 N/mm 2<f a =124.4 N/mm 2立柱强度符合规范要求。
带悬臂幕墙立柱计算幕墙立柱按双跨梁力学模型进行设计计算:弯矩图(M)剪力图(V)带悬臂梁力学模型(静力计算手册表2-6)1 荷载计算(1)风荷载均布线荷载设计值(矩形分布)计算q w: 风荷载均布线荷载设计值(kN/m)W: 风荷载设计值: 2.133kN/m2B: 幕墙分格宽: 1.100mq w=W×B=2.133×1.100=2.345 kN/m(2)地震荷载计算q EA: 地震作用设计值(KN/m2):G Ak: 幕墙构件(包括面板和框)的平均自重: 500N/m2垂直于幕墙平面的均布水平地震作用标准值:q EAk: 垂直于幕墙平面的均布水平地震作用标准值 (kN/m2)q EAk=5×αmax×G Ak=5×0.080×500.000/1000=0.200 kN/m2γE: 幕墙地震作用分项系数: 1.3q EA=1.3×q EAk=1.3×0.200=0.260 kN/m2q E:水平地震作用均布线作用设计值(矩形分布)q E=q EA×B=0.260×1.100=0.286 kN/m(3)立柱弯矩:M w: 风荷载作用下立柱胯间弯矩(kN.m)M wA: 风荷载作用下A支座弯矩(kN.m)q w: 风荷载均布线荷载设计值: 2.345(kN/m)l: 梁跨间长度: 4.000mm: 悬臂端长度:2.000mλ:跨距比:m/lM w=q w×l2×(1-λ2)2/8=2.345×4.0002×(1-(2/4)2)2/8=2.638 kN·mM wA=q w×m2/2=2.345×2.0002/2=4.69 kN·mM E: 地震作用下立柱胯间弯矩(kN·m):M EA: 地震作用下A支座弯矩(kN·m):M E=q E×l2×(1-λ2)2/8=0.286×4.0002×(1-(2/4)2)2/8=0.322 kN·mM EA=q E×m2/2=0.286×2.0002/2=0.572 kN·m故:立柱A支座弯矩大于跨间弯矩,取支座处弯矩计算 M: 幕墙立柱在风荷载和地震作用下产生弯矩(kN·m) 采用S W+0.5S E组合M=M wA+0.5×M EA=4.69+0.5×0.572=4.976kN·m=4976000.000Nmm2 选用立柱型材的截面特性立柱型材为组合截面。
幕墙转角立柱计算方法本页仅作为文档封面,使用时可以删除This document is for reference only-rar21year.March第十三章、补充其他结构计算第一节、转角竖料结构受力分析一、计算说明根据图纸分格及幕墙所处的位置,我们选取了最不利的位置进行计算。
竖料选用6063-T6铝合金型材,根据建筑结构特点,幕墙竖料悬挂与主体结构之上,竖料为拉弯构件,各层接缝之间设置伸缩缝,故竖料仅验算其强度和刚度,整体稳定不需要考虑。
此次主要对西北转角处立柱校核,考虑在负风压作用下,立柱两半框将不再相互挤压,而是有相互分离的趋势,此处我司将插芯与立柱半框的螺钉调节为@300mm,同时采取措施避免了立柱分离至裂开的状况。
竖料荷载分布图及计算模型:二、力学模型及基本假定竖料支撑于主体支座之上,上部竖料对插入下部竖料,实际受力模型为简支梁,它将承受风荷载、地震作用、自重荷载及其他形式的荷载;水平荷载可简化为梯形荷载,竖料自重以轴心拉力形式为集中荷载,而竖料自重简化为均布荷载。
竖料左部荷载宽度 W L=1420mm竖料右部荷载宽度 W R=1500mm该竖料左右边框均为相同的半框,偏安全考虑取W=1500mm。
计算竖料的最大计算跨度 S m =2700mm计算转角框三、竖料截面参数铝合金竖梁的截面特性,关于强轴X-X 方向:A m =1370mm 2 I x_m =3174097mm 4 I y_m =3197235mm 4 C yc_m =69mm 1___-⨯=myc C m x I m xc W 346013_mm m xc W = C yt_m =76mm 1___-⨯=m yt C m x I m xt W341754_mm mxt W = 局部扭曲失稳——截面等级分类:GB 50429-2007表5.2.2-1 受压板件全部有效的最大宽厚比GB 50429-2007表5.2.3 计算系数21,αα的取值杆件A ——元件类型——加劲肢单元: 计算板件的宽度: mm b 83.28= 计算板件的厚度: mm t 3=关于X-X 轴为均布应力:根据规范规定,对于均布受压板件:0.1'=k 加劲肋修正系数,对于不带加劲肋的板件: 1=η材质系数查表得: MPa f 1802.0=, 15.1/2402.0==f MPa ε 加劲板件、中间加劲板件的宽厚比限值: 83.24'5.210==k I ηεβ 实际计算宽厚比: 83.2461.90=<==I tbββ 满足要求。
石材幕墙钢型材立柱受力分析计算摘要:石材幕墙具有造型优美、使用生命周期长、安装维修成本低等特点,已广泛被运用到现代各类建筑中。
通过对石材幕墙可能承受的风荷载、地震荷载的计算,验算其立柱抗弯强度、抗剪强度、挠度等参数,以满足石材幕墙的安全性。
关键词:石材幕墙;荷载;安全性1前言石材幕墙具有造型优美、使用生命周期长、安装维修成本低等特点[1],已广泛被运用到现代各类建筑中。
为了保证在长时间的使用年限里安全性,需在设计过程对其抗弯强度、抗剪强度等参数进行计算,以满足石材幕墙的使用要求。
2. 工程背景门楼石材幕墙所属建筑物地区类别为C类地形即有密集建筑群的城市市区,抗震设防烈度为6度,地震设防分类为标准设防类,工程基本风压取0.35kN/m²,工程基本雪压[2]取0.5kN/m²。
3.幕墙钢型材立柱计算基本参数根据现场实际情况,幕墙立柱按单跨简支(受拉)力学模型进行设计计算,立柱跨度L取3400mm,立柱左分格宽为800mm,立柱右分格宽为800mm,立柱计算间距B 取 800mm,立柱材质为Q235钢型材,受力模型如图1。
图1 简支梁力学模型风荷载作用的线荷载集度按矩形分布考虑,风荷载线分布最大荷载集度标准qwk =Wk×B=0.8N/mm,风荷载线分布最大荷载集度设计值qw=1.5qwk=1.2N/mm。
水平地震作用线荷载集度按矩形分布考虑,按现行国家标准《玻璃幕墙工程技术规范》(JGJ102-2003)第 5.3.4 条,垂直于幕墙平面的分布水平地震标准值qEAK =βE×αmax×GAK=0.00022N/mm2,,式中βE动力放大系数取 5,αmax水平地震影响系数最大值本工程取值0.04。
水平地震作用线荷载集度标准值qEK =qEAK×B=0.176N/mm,水平地震作用线荷载集度设计值qE=qEK×γE=0.229N/mm。
郑州金水万达中心项目1#、2#楼明框玻璃幕墙设计计算书(一)河南天地装饰工程有限公司2015.04目录1 计算引用的规范、标准及资料 (1)1.1 幕墙设计规范: (1)1.2 建筑设计规范: (1)1.3 铝材规范: (2)1.4 金属板及石材规范: (2)1.5 玻璃规范: (3)1.6 钢材规范: (3)1.7 胶类及密封材料规范: (3)1.8 五金件规范: (4)1.9 相关物理性能等级测试方法: (4)1.10 《建筑结构静力计算手册》(第二版) (5)1.11 土建图纸: (5)2 基本参数 (5)2.1 幕墙所在地区 (5)2.2 地面粗糙度分类等级 (5)2.3 抗震设防 (5)3 幕墙承受荷载计算 (6)3.1 风荷载标准值的计算方法 (6)3.2 计算支撑结构时的风荷载标准值 (8)3.3 计算面板材料时的风荷载标准值 (8)3.4 垂直于幕墙平面的分布水平地震作用标准值 (8)3.5 平行于幕墙平面的集中水平地震作用标准值 (8)3.6 作用效应组合 (8)4 幕墙立柱计算 (9)4.1 立柱型材选材计算 (9)4.2 确定材料的截面参数 (10)4.3 选用立柱型材的截面特性 (11)4.4 立柱的抗弯强度计算 (12)4.5 立柱的挠度计算 (12)4.6 立柱的抗剪计算 (13)5 幕墙横梁计算 (13)5.1 横梁型材选材计算 (14)5.2 确定材料的截面参数 (16)5.3 选用横梁型材的截面特性 (17)5.4 幕墙横梁的抗弯强度计算 (18)5.5 横梁的挠度计算 (18)5.6 横梁的抗剪计算 (19)6 玻璃板块的选用与校核 (20)6.1 玻璃板块荷载计算: (20)6.2 玻璃的强度计算: (21)6.3 玻璃最大挠度校核: (22)7 连接件计算 (23)7.1 横梁与立柱间焊接强度计算 (24)7.2 立柱与主结构连接 (25)8 幕墙埋件计算(化学锚栓) (27)8.1 荷载值计算 (27)8.2 锚栓群中承受拉力最大锚栓的拉力计算 (27)8.3 群锚受剪内力计算 (29)8.4 锚栓钢材破坏时的受拉承载力计算 (29)8.5 基材混凝土的受拉承载力计算 (29)8.6 锚栓钢材受剪破坏承载力计算 (30)8.7 基材混凝土受剪承载力计算 (31)8.8 拉剪复合受力情况下的混凝土承载力计算 (32)9 幕墙转接件强度计算 (32)9.1 受力分析 (33)9.2 转接件的强度计算 (33)10 幕墙焊缝计算 (33)10.1 受力分析 (33)10.2 焊缝特性参数计算 (33)10.3 焊缝校核计算 (34)11 明框玻璃幕墙伸缩及紧固计算 (34)11.1 立柱连接伸缩缝计算 (35)11.2 玻璃镶嵌槽紧固螺钉抗拉强度计算 (35)11.3 玻璃边缘到边框槽底间隙计算 (36)明框玻璃幕墙设计计算书1 计算引用的规范、标准及资料1.1 幕墙设计规范《铝合金结构设计规范》GB50429-2007《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003《建筑瓷板装饰工程技术规程》CECS101:98《建筑幕墙》GB/T21086-2007《金属与石材幕墙工程技术规范》JGJ133-2001《小单元建筑幕墙》JG/T216-20071.2 建筑设计规范:《地震震级的规定》GB/T17740-1999《钢结构设计规范》GB50017-2003《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010《高层民用建筑设计防火规范》GB50045-95(2005年版) 《高处作业吊蓝》GB19155-2003《工程抗震术语标准》JGJ/T97-2011《工程网络计划技术规程》JGJ/T121-99《混凝土结构后锚固技术规程》JGJ145-2013《混凝土结构加固设计规范》GB50367-2013《混凝土结构设计规范》GB50010-2010《混凝土用膨胀型、扩孔型建筑锚栓》JG160-2004《建筑材料放射性核素限量》GB6566-2010《建筑防火封堵应用技术规程》CECS154:2003《建筑钢结构焊接技术规程》JGJ81-2002《建筑工程抗震设防分类标准》GB50223-2008《建筑结构荷载规范》GB50009-2012《建筑结构可靠度设计统一标准》GB50068-2001《建筑抗震设计规范》GB50011-2010《建筑设计防火规范》GB50016-2006《建筑物防雷设计规范》GB50057-2010《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB50018-2002《民用建筑设计通则》GB50352-2005《擦窗机》GB19154-2003《钢结构焊接规范》GB50661-2011《钢结构工程施工规范》GB50755-2012《变形铝及铝合金化学成份》GB/T3190-2008 《建筑用隔热铝合金型材》JG175-2011《建筑用铝型材、铝板氟碳涂层》JG/T133-2000 《铝合金建筑型材第1部分基材》GB5237.1-2008 《铝合金建筑型材第2部分阳极氧化、着色型材》GB5237.2-2008 《铝合金建筑型材第3部分电泳涂漆型材》GB5237.3-2008 《铝合金建筑型材第4部分粉末喷涂型材》GB5237.4-2008 《铝合金建筑型材第5部分氟碳漆喷涂型材》GB5237.5-2008 《铝合金建筑型材第6部分隔热型材》GB5237.6-2012 《铝及铝合金彩色涂层板、带材》YS/T431-2009 《铝型材截面几何参数算法及计算机程序要求》YS/T437-2009 《有色电泳涂漆铝合金建筑型材》YS/T459-2003 《变形铝和铝合金牌号表示方法》GB/T16474-20111.4 金属板及石材规范:《干挂饰面石材及其金属挂件》JC830.1、2-2005 《建筑装饰用微晶玻璃》JC/T872-2000 《建筑幕墙用瓷板》JG/T217-2007 《建筑装饰用搪瓷钢板》JG/T234-2008 《微晶玻璃陶瓷复合砖》JC/T994-2006 《超薄天然石材复合板》JC/T1049-2007 《铝幕墙板板基》YS/T429.1-2000 《铝幕墙板第2部分:有机聚合物喷涂铝单板》YS/T429.2-2012 《建筑幕墙用铝塑复合板》GB/T17748-2008 《建筑幕墙用陶板》JG/T324-2011 《建筑装饰用石材蜂窝复合板》JG/T328-2011 《建筑幕墙用氟碳铝单板制品》JG331-2011《纤维增强水泥外墙装饰挂板》JC/T2085-2011 《建筑用泡沫铝板》JG/T359-2012 《金属装饰保温板》JG/T360-2012 《外墙保温用锚栓》JG/T366-2012 《聚碳酸酯(PC)中空板》JG/T116-2012 《聚碳酸酯(PC)实心板》JG/T347-2012 《铝塑复合板用铝带》YS/T432-2000 《天然板石》GB/T18600-2009 《天然大理石荒料》JC/T202-2011 《天然大理石建筑板材》GB/T19766-2005 《天然花岗石荒料》JC/T204-2011 《天然花岗石建筑板材》GB/T18601-2009 《天然石材统一编号》GB/T17670-2008 《天然饰面石材术语》GB/T13890-2008《镀膜玻璃第1部分:阳光控制镀膜玻璃》GB/T18915.1-2013 《镀膜玻璃第2部分:低辐射镀膜玻璃》GB/T18915.2-2013 《防弹玻璃》GB17840-1999《平板玻璃》GB11614-2009《建筑用安全玻璃第3部分:夹层玻璃》GB15763.3-2009 《建筑用安全玻璃第2部分:钢化玻璃》GB15763.2-2005 《建筑用安全玻璃防火玻璃》GB15763.1-2009 《半钢化玻璃》GB/T17841-2008 《热弯玻璃》JC/T915-2003《压花玻璃》JC/T511-2002《中空玻璃》GB/T11944-20121.6 钢材规范:《建筑结构用冷弯矩形钢管》JG/T178-2005《不锈钢棒》GB/T1220-2007 《不锈钢冷加工钢棒》GB/T4226-2009 《不锈钢冷轧钢板及钢带》GB/T3280-2007 《不锈钢热轧钢板及钢带》GB/T4237-2007 《不锈钢小直径无缝钢管》GB/T3090-2000 《彩色涂层钢板和钢带》GB/T12754-2006 《低合金钢焊条》GB/T5118-2012 《低合金高强度结构钢》GB/T1591-2008 《建筑幕墙用钢索压管接头》JG/T201-2007《耐候结构钢》GB/T4171-2008 《高碳铬不锈钢丝》YB/T096—1997 《合金结构钢》GB/T3077-1999 《金属覆盖层钢铁制品热镀锌层技术要求》GB/T13912-2002 《冷拔异形钢管》GB/T3094-2012 《碳钢焊条》GB/T5117-2012 《碳素结构钢》GB/T700-2006《碳素结构钢和低合金结构钢热轧薄钢板及钢带》GB/T912-2008《碳素结构钢和低合金结构钢热轧厚钢板及钢带》GB/T3274-2007 《优质碳素结构钢》GB/T699-19991.7 胶类及密封材料规范:《丙烯酸酯建筑密封膏》JC484-2006《幕墙玻璃接缝用密封胶》JC/T882-2001《彩色涂层钢板用建筑密封胶》JC/T884-2001《丁基橡胶防水密封胶粘带》JC/T942-2004《干挂石材幕墙用环氧胶粘剂》JC887-2001《工业用橡胶板》GB/T5574-2008 《混凝土建筑接缝用密封胶》JC/T881-2001《建筑窗用弹性密封剂》JC485-2007《建筑密封材料试验方法》GB/T13477.1~20-2002 《建筑用防霉密封胶》JC/T885-2001《建筑用硅酮结构密封胶》GB16776-2005《建筑用岩棉、矿渣棉绝热制品》GB/T19686-2005《建筑用硬质塑料隔热条》JG/T174-2005《建筑装饰用天然石材防护剂》JC/T973-2005《聚氨酯建筑密封胶》JC/T482-2003《聚硫建筑密封胶》JC/T483-2006《绝热用岩棉、矿棉及其制品》GB/T11835-2007《硫化橡胶或热塑性橡胶撕裂强度的测定》GB/T529-2008《石材用建筑密封胶》JC/T883-2001《橡胶袖珍硬度计压入硬度试验方法》GB/T531-1999《修补用天然橡胶胶粘剂》HG/T3318-2002《中空玻璃用弹性密封胶》JC/T486-2001《中空玻璃用丁基热熔密封胶》JC/T914-2003《建筑表面用有机硅防水剂》JC/T902-2002《钢结构防火涂料》GB14907-20021.8 五金件规范:《封闭型沉头抽芯铆钉》GB/T12616-2004《封闭型平圆头抽芯铆钉》GB/T12615-2004《紧固件螺栓和螺钉通孔》GB/T5277-1985《紧固件公差螺栓、螺钉、螺柱和螺母》GB/T3103.1-2002《紧固件机械性能不锈钢螺母》GB/T3098.15-2000 《紧固件机械性能不锈钢螺栓、螺钉、螺柱》GB/T3098.6-2000《紧固件机械性能抽芯铆钉》GB/T3098.19-2004 《紧固件机械性能螺母、粗牙螺纹》GB/T3098.2-2000《紧固件机械性能螺母、细牙螺纹》GB/T3098.4-2000《紧固件机械性能螺栓、螺钉和螺柱》GB/T3098.1-2010《紧固件机械性能自攻螺钉》GB/T3098.5-2000《紧固件术语盲铆钉》GB/T3099.2-2004《螺纹紧固件应力截面积和承载面积》GB/T16823.1-1997 《十字槽盘头螺钉》GB/T818-2000《铜合金铸件》GB/T13819-1992《锌合金压铸件》GB/T13821-2009《铝合金压铸件》GB/T15114-2009《铸件尺寸公差与机械加工余量》GB/T6414-1999《电动采光排烟窗》JG189-20061.9 相关物理性能等级测试方法:《玻璃幕墙工程质量检验标准》JGJ/T139-2001《玻璃幕墙光学性能》GB/T18091-2000《彩色涂层钢板和钢带试验方法》GB/T13448-2006《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205-2001《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB50204-2002(2011版)《建筑防水材料老化试验方法》GB/T18244-2000《建筑幕墙气密、水密、抗风压性能检测方法》GB/T15227-2007《建筑幕墙抗震性能振动台试验方法》GB/T18575-2001《建筑幕墙平面内变形性能检测方法》GB/T18250-2000《建筑装饰装修工程质量验收规范》GB50210-2001《金属材料室温拉伸试验方法》GB/T228-20021.10 《建筑结构静力计算手册》(第二版)1.11 土建图纸:2 基本参数2.1 幕墙所在地区郑州地区;2.2 地面粗糙度分类等级幕墙属于外围护构件,按《建筑结构荷载规范》(GB50009-2012)A类:指近海海面和海岛、海岸、湖岸及沙漠地区;B类:指田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏的乡镇和城市郊区;C类:指有密集建筑群的城市市区;D类:指有密集建筑群且房屋较高的城市市区;依照上面分类标准,本工程按C类地形考虑。
幕墙立柱的几种常见力学计算模型幕墙立柱根据实际支撑条件一般可以按以下几种力学模型设计。
1、 简支梁墙工程技术规范》(JGJ102-96)载作用下,其简化图形如图1.1由截面法可求得简支梁任意位置的弯矩为: 图1.1x ql x q M 222+-= 进而可解得:当2/l x=时,有弯矩最大值:2max125.0qlM=。
简支梁的变形可以按梁挠曲线的近似微分方程[1]:)22(22qx x ql dxy d EI --=经过两次积分可得简支梁的挠度方程为:)242412(1343x ql qxqlx EI y ---=由于梁上外力及边界条件对于梁跨中点都是对称的,因此梁的挠曲线也是对称的,则最大挠度截面发生在梁的中点位置。
即:当2/l x=时,代入上式有:EIlq f k 38454max =此种力学模型是目前我国幕墙行业使用的较广泛的形式,但由于没有考虑上下层立柱间的荷载的传递,因而计算结果偏于保守。
2、连续梁在理想状态下,认为立柱上下接头处可以完全传递弯矩和减力,其最大弯矩和变形可查《建筑结构静力手册》中相关的内力表。
在工程实际中,上下层立柱间采用插芯连接,若让插芯起到传递弯矩的作用,需要插芯有相当长的嵌入长度和足够的刚度。
即立柱接头要作为连续,能传递弯矩,应满足以下两个条件:(I) 芯柱插入上、下柱的长度不小于2h c , h c 为立柱截面高度; (II) 芯柱的惯性矩不小于立柱的惯性矩[4]。
计算时连续梁的跨数,可按3跨考虑。
同时考虑由于施工误差等原因造成活动接头的不完全连续,从设计安全角度考虑,按连续梁设计时,推荐采用的弯矩值为:2)101~121(qlM[2]。
在工程实际中,我们不提倡采用这种连续梁算法。
主要原因是由于铝合金型材模具误差等不可避免的因素,造成立柱接头处只能少部分甚至无法传递弯矩,根本无法形成连续梁的受力模型。
3、双跨梁(一次超静定)在简支梁的计算中,由于挠度和弯矩偏大,为了提高梁的刚度和强度,就必须加大立柱截面,这样用料较大,在经济上也不太合算。
郑州金水万达中心项目1#、2#楼明框玻璃幕墙设计计算书(一)河南天地装饰工程有限公司2015.04目录1 计算引用的规范、标准及资料 (1)1.1 幕墙设计规范: (1)1.2 建筑设计规范: (1)1.3 铝材规范: (2)1.4 金属板及石材规范: (2)1.5 玻璃规范: (3)1.6 钢材规范: (3)1.7 胶类及密封材料规范: (3)1.8 五金件规范: (4)1.9 相关物理性能等级测试方法: (4)1.10 《建筑结构静力计算手册》(第二版) (5)1.11 土建图纸: (5)2 基本参数 (5)2.1 幕墙所在地区 (5)2.2 地面粗糙度分类等级 (5)2.3 抗震设防 (5)3 幕墙承受荷载计算 (6)3.1 风荷载标准值的计算方法 (6)3.2 计算支撑结构时的风荷载标准值 (8)3.3 计算面板材料时的风荷载标准值 (8)3.4 垂直于幕墙平面的分布水平地震作用标准值 (8)3.5 平行于幕墙平面的集中水平地震作用标准值 (8)3.6 作用效应组合 (8)4 幕墙立柱计算 (9)4.1 立柱型材选材计算 (9)4.2 确定材料的截面参数 (10)4.3 选用立柱型材的截面特性 (11)4.4 立柱的抗弯强度计算 (12)4.5 立柱的挠度计算 (12)4.6 立柱的抗剪计算 (13)5 幕墙横梁计算 (13)5.1 横梁型材选材计算 (14)5.2 确定材料的截面参数 (16)5.3 选用横梁型材的截面特性 (17)5.4 幕墙横梁的抗弯强度计算 (18)5.5 横梁的挠度计算 (18)5.6 横梁的抗剪计算 (19)6 玻璃板块的选用与校核 (20)6.1 玻璃板块荷载计算: (20)6.2 玻璃的强度计算: (21)6.3 玻璃最大挠度校核: (22)7 连接件计算 (23)7.1 横梁与立柱间焊接强度计算 (24)7.2 立柱与主结构连接 (25)8 幕墙埋件计算(化学锚栓) (27)8.1 荷载值计算 (27)8.2 锚栓群中承受拉力最大锚栓的拉力计算 (27)8.3 群锚受剪内力计算 (29)8.4 锚栓钢材破坏时的受拉承载力计算 (29)8.5 基材混凝土的受拉承载力计算 (29)8.6 锚栓钢材受剪破坏承载力计算 (30)8.7 基材混凝土受剪承载力计算 (31)8.8 拉剪复合受力情况下的混凝土承载力计算 (32)9 幕墙转接件强度计算 (32)9.1 受力分析 (33)9.2 转接件的强度计算 (33)10 幕墙焊缝计算 (33)10.1 受力分析 (33)10.2 焊缝特性参数计算 (33)10.3 焊缝校核计算 (34)11 明框玻璃幕墙伸缩及紧固计算 (34)11.1 立柱连接伸缩缝计算 (35)11.2 玻璃镶嵌槽紧固螺钉抗拉强度计算 (35)11.3 玻璃边缘到边框槽底间隙计算 (36)明框玻璃幕墙设计计算书1 计算引用的规范、标准及资料1.1 幕墙设计规范《铝合金结构设计规范》GB50429-2007《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003《建筑瓷板装饰工程技术规程》CECS101:98《建筑幕墙》GB/T21086-2007《金属与石材幕墙工程技术规范》JGJ133-2001《小单元建筑幕墙》JG/T216-20071.2 建筑设计规范:《地震震级的规定》GB/T17740-1999《钢结构设计规范》GB50017-2003《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010《高层民用建筑设计防火规范》GB50045-95(2005年版) 《高处作业吊蓝》GB19155-2003《工程抗震术语标准》JGJ/T97-2011《工程网络计划技术规程》JGJ/T121-99《混凝土结构后锚固技术规程》JGJ145-2013《混凝土结构加固设计规范》GB50367-2013《混凝土结构设计规范》GB50010-2010《混凝土用膨胀型、扩孔型建筑锚栓》JG160-2004《建筑材料放射性核素限量》GB6566-2010《建筑防火封堵应用技术规程》CECS154:2003《建筑钢结构焊接技术规程》JGJ81-2002《建筑工程抗震设防分类标准》GB50223-2008《建筑结构荷载规范》GB50009-2012《建筑结构可靠度设计统一标准》GB50068-2001《建筑抗震设计规范》GB50011-2010《建筑设计防火规范》GB50016-2006《建筑物防雷设计规范》GB50057-2010《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB50018-2002《民用建筑设计通则》GB50352-2005《擦窗机》GB19154-2003《钢结构焊接规范》GB50661-2011《钢结构工程施工规范》GB50755-2012《变形铝及铝合金化学成份》GB/T3190-2008 《建筑用隔热铝合金型材》JG175-2011《建筑用铝型材、铝板氟碳涂层》JG/T133-2000 《铝合金建筑型材第1部分基材》GB5237.1-2008 《铝合金建筑型材第2部分阳极氧化、着色型材》GB5237.2-2008 《铝合金建筑型材第3部分电泳涂漆型材》GB5237.3-2008 《铝合金建筑型材第4部分粉末喷涂型材》GB5237.4-2008 《铝合金建筑型材第5部分氟碳漆喷涂型材》GB5237.5-2008 《铝合金建筑型材第6部分隔热型材》GB5237.6-2012 《铝及铝合金彩色涂层板、带材》YS/T431-2009 《铝型材截面几何参数算法及计算机程序要求》YS/T437-2009 《有色电泳涂漆铝合金建筑型材》YS/T459-2003 《变形铝和铝合金牌号表示方法》GB/T16474-20111.4 金属板及石材规范:《干挂饰面石材及其金属挂件》JC830.1、2-2005 《建筑装饰用微晶玻璃》JC/T872-2000 《建筑幕墙用瓷板》JG/T217-2007 《建筑装饰用搪瓷钢板》JG/T234-2008 《微晶玻璃陶瓷复合砖》JC/T994-2006 《超薄天然石材复合板》JC/T1049-2007 《铝幕墙板板基》YS/T429.1-2000 《铝幕墙板第2部分:有机聚合物喷涂铝单板》YS/T429.2-2012 《建筑幕墙用铝塑复合板》GB/T17748-2008 《建筑幕墙用陶板》JG/T324-2011 《建筑装饰用石材蜂窝复合板》JG/T328-2011 《建筑幕墙用氟碳铝单板制品》JG331-2011《纤维增强水泥外墙装饰挂板》JC/T2085-2011 《建筑用泡沫铝板》JG/T359-2012 《金属装饰保温板》JG/T360-2012 《外墙保温用锚栓》JG/T366-2012 《聚碳酸酯(PC)中空板》JG/T116-2012 《聚碳酸酯(PC)实心板》JG/T347-2012 《铝塑复合板用铝带》YS/T432-2000 《天然板石》GB/T18600-2009 《天然大理石荒料》JC/T202-2011 《天然大理石建筑板材》GB/T19766-2005 《天然花岗石荒料》JC/T204-2011 《天然花岗石建筑板材》GB/T18601-2009 《天然石材统一编号》GB/T17670-2008 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玻璃幕墙⽴柱双跨梁⼒学计算模型玻璃幕墙⽴柱双跨梁⼒学计算模型(玻璃幕墙⽴柱双跨梁⼒学模型1.1 ⽴柱荷载简化建筑幕墙的⽴柱是幕墙结构体系的主体,它悬挂于主体结构之上,上、下⽴柱之间留有15mm以上的缝隙。
在⼀般情况下,⽴柱所受荷载可以简化为呈线性分布的矩形荷载,其受⼒简图可以表⽰为如图1所⽰。
图1为⽴柱为受均布荷载的简⽀梁计算简图,其荷载集度为,⽴柱的计算长度为。
因此⽴柱的计算分析,可以简化为⼀个典型平⾯杆系问题。
该问题可以认为是⼀个平⾯内的问题。
对幕墙⽴柱来说,我们认为:①它是细长杆件,因此可以⽤坐标来描述;②主要变形为垂直于轴的挠度,可以⽤挠度来描述位移场。
所以可以进⾏如下假设:●直法线假定;●⼩变形与平⾯假设。
图1 ⽴柱为受均布荷载的简⽀梁计算简图1.2 双跨梁计算模型解析1.2.1 双跨梁的计算简图由于幕墙⽴柱所受荷载可以简化为呈线性分布的矩形荷载,假设其荷载集度为,⽴柱的计算长度为,则⽴柱双跨梁⼒学计算模型的计算简图如图2所⽰。
图2 ⽴柱双跨梁⼒学计算模型计算简图该⼒学模型边界条件为:在平⾯内,⽴柱共有三个⽀座,分别是⽀座A、⽀座B和⽀座C。
⽴柱为细长杆件,主要变形为垂直于轴的挠度。
三个⽀座处的⽀座反⼒只有平⾏于轴⽅向的反⼒,没有⽔平⽀座反⼒,即⽴柱⽆轴向⼒。
⽴柱⼏何参数:长度、长跨、短跨和⽐例因⼦。
1.2.2 双跨梁⼒学参数的求解对幕墙⽴柱进⾏结构分析计算时,需要计算的⼒学参数主要有:各⽀座反⼒、垂直于轴⽅向的挠度、⽴柱内⼒即弯矩和剪⼒等。
下⾯给出其求解过程,假设⽴柱材料的弹性模量为,其截⾯对中性轴的惯性矩为。
我们知道,双跨梁的计算问题,实际上是⼀个超静定问题,因此必须要⽤到静⼒平衡条件和变形谐调条件。
该问题的变形谐调条件就是在C⽀座处,垂直于轴⽅向的挠度为0。
根据叠加原理,在⼩变形的前提下,在弹性范围内,作⽤在⽴柱上的⼒是各⾃独⽴的,并不相互影响,各个荷载与它所引起的内⼒成线性关系,叠加各个荷载单独作⽤的内⼒,就可以得到共同作⽤时的内⼒。
幕墙计算(一)幕墙立柱计算一、基本参数:1.所在城市:梧州2.地区类型:B 类3.计算点标高:20 m4.力学模型:简支梁5.立柱跨度:4600 mm6.立柱左分格宽度(B1):1500 mm立柱右分格宽度(B2):1500 mm二、立柱荷载1.风荷载作用的线荷载集度:体型系数:靤 = 1.0802风压高度变化系数:靭 = 1.231阵风系数:鈍z = 1.631风荷载标准值:Wk = 1kN/m^2风荷载作用效应的分项系数:鉾 = 1.4风荷载设计值:W = 1.4kN/m^2风荷载作用线荷载集度标准值:qWK = (B1+B2)/2×Wk = 1.5kN/m 风荷载作用线荷载集度设计值:qW = (B1+B2)/2×W = 2.1kN/m2.水平地震作用线荷载集度:动力放大系数:釫 = 5.0水平地震影响系数最大值:醡ax = .04玻璃总厚度:H = 16mm玻璃板块平均自重(不包括框):GAK1 = .4096kN/m^2幕墙的平均自重(包括面板和框): GAK = .5596kN/m^2水平地震作用标准值:qEAK = .112kN/m^2水平地震作用分项系数:鉫 = 1.3水平地震作用设计值:qEB= .145kN/m^2水平地震作用线荷载集度标准值:qEk = .168kN/m水平地震作用线荷载集度设计值:qE = .218kN/m荷载组合线荷载集度标准值:qK = 1.584kN/m荷载组合线荷载集度设计值:q = 2.209kN/m3.立柱在组合荷载作用下的弯矩设计值:风荷载作用下的弯矩设计值:Mw = 5554500 N.mm地震荷载作用下的弯矩设计值:Me = 576610 N.mm荷载组合为:1Sw + .5Se弯矩组合设计值为:M = 1Mw + .5Me = 5842805 N.mm 自重荷载作用标准值:Nk = 3861.24 N自重荷载作用的设计值:N = 4633.488 N塑性发展系数为:? = 1.05剪力组合设计值为:V = qL/2 = 5080.7N三、确定材料的初选截面:1.所选钢材牌号为: Q235(d≤16)钢材的弹性模量为:E = 206000 MPa钢材的抗拉,抗压强度值为:fa = 215 MPa钢材的剪强度值为:鬭 = 125 MPa2.立柱抵抗矩预选值为:Wnx = Mx/鉬y = 25881.75 mm^33.立柱惯性矩预选值为:Ix = 2307152.609 mm^4四、选用立柱型材的截面特性:钢型材净截面面积:A = 4544 mm^2绕X轴的惯性矩:Ix = 23060140 mm^4绕Y轴的惯性矩:Iy = 7578539 mm^4绕X轴净截面矩:Wx1 = 230601.4 mm^3绕X轴净截面矩:Wx2 = 230601.4 mm^3型材截面面积矩:Sx = 144512 mm^3抗剪总厚度:t = 16 mm五、立柱截面验算:1.立柱的抗弯强度计算:? = N/An +Mx/鉝nx= 25.15 MPa < fy = 215 MPa*************************立柱抗弯强度满足要求!*************************2.立柱的挠度计算:df = 1.84090851181774 mm< df,lim = min[L/250,20(30)]= 18.4 mm*******************立柱挠度满足要求!*******************3.立柱的抗剪计算:? = VSx/Ixt= 1.99 MPa < fv = 125 MPa*************************立柱抗剪强度满足要求!(二)横梁计算一、基本参数:1.计算点标高:20m2.横梁跨度:B = 1500mm3.横梁的上分格高度 h1:1600mm横梁的下分格高度 h2:1450mm4.力学模型:简支梁(双向受弯)5.玻璃总厚度: h = 16mm二、横梁荷载:a.垂直于幕墙平面的水平方向荷载:(上部为三角形分布,下部为梯形分布):1.风荷载标准值:Wk = 1 kN/m^22.风荷载设计值:W = 1.4kN/m^23.地震荷载作用标准值:qEAK = .112kN/m^24.地震荷载作用设计值:qEB = .145kN/m^25.横梁上部荷载线荷载集度(按三角分布): (1)上部风荷载线集度标准值:qWks = Wk × B/2 =.75kN/m(2)上部风荷载线集度设计值:qWs = W ×B/2 =1.05kN/m(3)上部地震荷载线集度标准值:qEKs = qEAK × B/2 =.084kN/m(4)上部地震荷载线集度设计值:qEs = qE1 × B/2 =.109kN/m6.横梁下部荷载线荷载集度(按梯形分布): (1)下部风荷载线集度标准值:qWkx = Wk × h2/2 =.725kN/m(2)下部风荷载线集度设计值:qWx = W × h2/2 =1.015kN/m(3)下部地震荷载线集度标准值:qEKx = qEAK × h2/2 = .081kN/m(4)下部地震荷载线集度设计值:qEx = qE2 × h2/2 =.105kN/m7.横梁上部荷载的弯矩设计值:荷载组合: Sw1 + .5Se1上部荷载作用下的弯矩设计值:My1 = 207000 N.mm8.横梁下部荷载的弯矩设计值:荷载组合: Sw2 + .5Se2下部荷载作用下的弯矩设计值:My2 = 206813.75 N.mm9.垂直于幕墙平面的水平方向弯矩设计值: My = 413813.75 N.mm10.横梁上部荷载的剪力设计值:荷载组合: Sw1 + .5Se1上部荷载作用下的水平剪力设计值:Vx1 = 414N11.横梁下部荷载的剪力设计值:荷载组合: Sw2 + .5Se2下部荷载作用下的水平剪力设计值:Vx2 = 413.85N12.垂直于幕墙平面的水平总剪力设计值: Vx = Vx1 + Vx2 = 827.85Nb.横梁在自重荷载作用下的荷载1.横梁在自重荷载作用下的弯矩值:(1)横梁自重线荷载标准值:Gk = .895 kN/m(2)横梁自重线荷载设计值:G = Gk × 1.2 = 1.074 kN/m(3)自重荷载下的弯矩设计值:Mx = G×B^2/8 = 302062.5 N.mm 2.横梁在竖直方向的剪力设计值:Vy = G×B/2 = 805.5 N三、确定初选截面的参数:所选钢材牌号为: Q235(d≤16)钢材的抗弯强度设计值:fy = 215 MPa钢材的抗剪强度设计值:fv = 125 MPa钢材弹性模量:E = 206000 MPa1.横梁抵抗矩预选为:Wnx = Mx /鉬a = 1338 mm^3 ;Wny = My /鉬a = 1833.1 mm^3 ;2.横梁惯性矩预选为:横梁挠度的限值:df,lim = B/250 = 6 mm则由水平方向的挠度公式:df,lim = Wk×B^4/120EI ++ [Wk×B^4/240EI]×(25/8-5醊2+2醊4) 知:Ix = 47731.9 mm^4 ;由水平方向的挠度公式:df,lim= 5×Gk×B^4/384EI知:Iy = 51162.9 mm^4 ;四、选用横梁型材的截面特性:所选钢材截面特性为:型材净截面面积:A = 1216 mm^2绕X轴的惯性矩:Ix = 1173845 mm^4绕Y轴的惯性矩:Iy = 1173845 mm^4绕X轴净截面矩:Wx1 = 29346.1 mm^3绕X轴净截面矩:Wx2 = 29346.1 mm^3绕Y轴净截面矩:Wy1 = 29346.1 mm^3绕Y轴净截面矩:Wy2 = 29346.1 mm^3型材截面绕X轴面积矩:Sx = 17344 mm^3型材截面绕Y轴面积矩:Sy = 17344 mm^3垂直于X轴腹板的厚度:tx = 8 mm垂直于Y轴腹板的总厚度:ty = 8 mm五、横梁截面验算1. 按横梁抗弯强度计算公式,应满足:Mx/鉝nx + My/鉝ny ≤ fy 则:?= Mx/鉝nx + My/鉝ny= 23.233 MPa≤ fy = 215 MPa****************************横梁抗弯强度满足要求!****************************2.横梁的挠度验算:横梁水平方向的挠度为:df1=.262mm ≤ df,lim= min[B/250,20(30)]=6mm横梁水平挠度满足要求!********************横梁竖直方向的挠度为:df2=.244mm ≤ df,lim= min[B/500,3]=3 mm横梁竖直方向挠度满足要求!****************************故此,横梁的挠度满足要求!****************************3.横梁的抗剪强度验算:横梁水平方向的剪应力为:魓 = 1.529 N/mm ≤ fv= 125 N/mm横梁水平剪力满足要求!********************横梁竖直方向的剪应力为:魕 = 1.488 N/mm ≤ fv = 125 N/mm横梁竖直剪力满足要求!****************************故此,横梁的抗剪强度满足要求*****************************(三)玻璃计算一、基本参数:1.所在城市:梧州2.地区类型:B 类3.计算点标高:20 m4.力学模型:四边简支板5.玻璃配置为:夹层玻璃6.第一片(外片)玻璃种类为:钢化玻璃7.第一片(外片)玻璃厚度为:t1 = 8 mm8.第二片(内片)玻璃种类为:钢化玻璃9.第二片(内片)玻璃厚度为:t2 = 8 mm二、玻璃板风荷载计算1.体型系数: 靤 = 1.22.风压高度变化系数:靭 = 1.2313.阵风系数:鈍z = 1.6314.风荷载标准值:Wk = 1 kN/m^25.风荷载设计值:W = 1.4 kN/m^2三、玻璃验算第一片玻璃(外片)强度验算:(1)第一片(外片)分配的风荷载标准值:Wk1 = .5 kN/m^2(2)第一片(外片)分配的风荷载设计值:W1 = .7 kN/m^2(3)第一片(外片)分配的荷载组合标准值: qk1 = .52 kN/m^2(4)第一片(外片)荷载组合设计值:q = .727 kN/m^2(5)弯矩系数:m = .049425(6)玻璃计算参数:?1 = 8.926392(7)强度折减系数:?1 = .96859(8)第一片玻璃板设计最大应力值:?1 = (6 ? m ? q1 ? a ^ 2 / t1 ^ 2 ) ?1= 7.341 MPa < 84 MPa***************************第一片玻璃抗弯强度满足要求***************************2.第二片(内片)玻璃强度验算:(1)第二片(内片)分配的风荷载标准值:Wk2 = .5 kN/m^2(2)第二片(内片)分配的风荷载设计值:W2 = .7 kN/m^2(3)第二片(内片)分配的荷载组合标准值: qk2 = .52 kN/m^2(4)第一片(内片)荷载组合设计值:q2 = .727 kN/m^2(5)弯矩系数:m = .049425(6)玻璃计算参数:?2 = 8.926392(7)强度折减系数:?2 = .96859(8)第二片玻璃板设计最大应力值:?2 = (6 ? m ? q2 ? a ^ 2 / t2 ^ 2 ) ?2= 7.341 MPa < 84 MPa***************************第二片玻璃抗弯强度满足要求***************************3.玻璃面板挠度验算:(1)挠度系数为:? = .004607(2)夹胶玻璃的等效厚度为:te = 10.08 mm(3)计算参数为:鑔2 = 6.812386(4)挠度折减系数为:鏳2 = .9855(5)玻璃面板的挠度计算值为:df2 = ?2 ? ? 譝k 譨 ^ 4 / D2= 3.59 mm < dflim = a/60 = 25.000 mm ****************************玻璃面板挠度满足要求****************************。
幕墙立柱计算讲座第一部分 立柱计算概述 第一章 幕墙荷载传递方式第二章 计算模型转换下面以明框立柱大样为例:根据立柱的实际支承条件,我们通常将立柱的力学模型分为简支梁、双跨梁、悬臂梁、多跨铰接静定连续梁。
1、 简支梁简支层间的竖剖节点为:简支层间的横剖节点为:简支梁力学模型是《玻璃幕墙工程技术规范》(JGJ102-2003)中推荐的立柱计算模型。
在均布荷载作用下,其简化图形如图1.1。
图1.1简支梁均布荷载对应的弯矩、剪力图:(幕墙设计还需要考虑竖向自重)由截面法可求得简支梁任意位置的弯矩为:xql x q M 222+-=进而可解得:当2/l x =时,有弯矩最大值:2max 125.0qlM =。
简支梁的变形可以按梁挠曲线的近似微分方程[1]:)22(22qx x ql dx y d EI --=经过两次积分可得简支梁的挠度方程为:)242412(1343x ql qx qlx EI y ---=由于梁上外力及边界条件对于梁跨中点都是对称的,因此梁的挠曲线也是对称的,则最大挠度截面发生在梁的中点位置。
即:当2/l x =时,代入上式有:EI l q f k 38454max =此种力学模型是目前我国幕墙行业使用的较广泛的形式,但由于没有考虑上下层立柱间的荷载的传递,因而计算结果偏于保守。
2、 双跨梁(一次超静定)双跨梁层间的竖剖节点为:在简支梁的计算中,由于挠度和弯矩偏大,为了提高梁的刚度和强度,就必须加大立柱截面,这样用料较大,在经济上也不太合算。
在简支梁中间适当位置增加一个支承,就形成了“双跨梁”,可以有效的减小梁的内力和挠度。
双跨梁简化图形如图3.1。
图3.1双跨梁为一次超静定结构,可以采用力法求解,但为节省时间,通常我们可以采用查静力手册。
双跨梁均布荷载作用下的弯矩和剪力图:以上简单介绍了双跨梁的力学模型,双跨梁在工程实际的应用是相当广泛的,它可以大大减少立柱的用料。
在工程中大多利用建筑结构的下翻梁或加设钢梁、钢架来增加支点。
幕墙立柱的几种常见力学计算模型幕墙立柱根据实际支撑条件一般可以按以下几种力学模型设计。
1、简支梁简支梁力学模型是《建筑幕墙工程技术规范》(JGJ102-2003)中推荐的立柱计算模型。
在均布荷载作用下,其简化图形如图1.1。
由截面法可求得简支梁任意位置的弯矩为: 图1.1x ql x q M 222+-= 进而可解得:当2/l x =时,有弯矩最大值:2max 125.0ql M =。
简支梁的变形可以按梁挠曲线的近似微分方程[1]:)22(22qx x ql dx y d EI --= 经过两次积分可得简支梁的挠度方程为:)242412(1343x ql qx qlx EI y ---= 由于梁上外力及边界条件对于梁跨中点都是对称的,因此梁的挠曲线也是对称的,则最大挠度截面发生在梁的中点位置。
即:当2/l x =时,代入上式有:EIl q f k 38454max = 此种力学模型是目前我国幕墙行业使用的较广泛的形式,但由于没有考虑上下层立柱间的荷载的传递,因而计算结果偏于保守。
2、连续梁在理想状态下,认为立柱上下接头处可以完全传递弯矩和剪力,其最大弯矩和变形可查《建筑结构静力手册》中相关的内力表。
在工程实际中,上下层立柱间采用插芯连接,若让插芯起到传递弯矩的作用,需要插芯有相当长的嵌入长度和足够的刚度。
即立柱接头要作为连续,能传递弯矩,应满足以下两个条件:(I) 芯柱插入上、下柱的长度不小于2h c , h c 为立柱截面高度;(II) 芯柱的惯性矩不小于立柱的惯性矩[4]。
计算时连续梁的跨数,可按3跨考虑。
同时考虑由于施工误差等原因造成活动接头的不完全连续,从设计安全角度考虑,按连续梁设计时,推荐采用的弯矩值为:2)101~121(ql M 。
在工程实际中,我们不提倡采用这种连续梁算法。
主要原因是由于铝合金型材模具误差等不可避免的因素,造成立柱接头处只能少部分甚至无法传递弯矩,根本无法形成连续梁的受力模型。
例析幕墙竖框最优计算模型及工程1.序言在幕墙设计中,人们会根据建筑幕墙结构的特点,采用与之相适应的结构计算与分析方法。
幕墙的立柱,是幕墙的“骨架”,如何设计幕墙立柱,选择合理的计算分析方法,是保证幕墙结构安全和提高经济性能的关键环节。
竖框的计算模型主要有以下几种形式:单跨简支梁,双跨简支梁,等跨铰接静定梁,双支点等跨铰接静定梁。
本文将探讨幕墙竖框的四种力学计算模型,分析影响竖框计算的因素,提出最优化的计算模型及在工程实现中的注意事项。
用于分析的工程实例为:幕墙中的危险部位处风荷载为1.56 KN/m2,计算层间高L=3.6米,竖框承担的分格宽度为B=1.5m。
校核竖框挠度荷载组合如下:q刚度=Wk×B=1.56×1.5=2.34KN/m校核竖框强度荷载组合如下:q强度=(1.4×1×Wk+1.3×0.5×qEy)×B=3.564KN/m2.单跨简支梁竖框支座反力为:RA= RB=ql/2竖框的中点弯矩最大,最大弯矩为:Mmax=ql2/83.双跨简支梁当主体建筑的楼层跨度较大时,通常会将立柱设计为双跨梁的结构型式,并采用双跨梁力学模型进行分析计算。
我们知道,双跨梁的分析已经非常成熟,在此不赘述。
设比例因子L1/L(短跨与全跨之比)。
根据分析,双跨简支静定梁主要注意的:1)短跨与全跨之比,从支座反力的角度出发,在构造允许的情况下,建议>0.1,慎重选择较小的结构型式。
2)双跨梁的最大弯矩出现在中间支座处,最大弯矩为,的变化范围是0至0.5,随着值从小变大,在相同的外部荷载条件下,双跨梁的各项力学参数的最大值(如最大支座反力、最大挠度和最大弯矩)是越来越小。
当=0.5时,最小,竖框最省料,。
3)要综合考虑构造和造价的要求,立柱是否采用雙跨梁结构型式。
4.等跨接静定梁等跨铰接静定梁每层只有一个固定点,其连接构造为最少,经济效益最为明显。
幕墙立柱的几种常见力学计算模型
幕墙立柱根据实际支撑条件一般可以按以下几种力学模型设计。
1、 简支梁
简支梁力学模型是《建筑幕墙工程技术规范》(JGJ102-96)中推荐的立柱计算模型。
在均布荷载作用下,其简化图形如图1.1。
矩为: 图1.1
x ql x q M 2
22+-=
进而可解得:当2/l x =时,有弯矩最大
值:2max 125.0ql M =。
简支梁的变形可以按梁挠曲线的近似微分方程[1]
:
)2
2(22qx
x ql dx y d EI --=
经过两次积分可得简支梁的挠度方程为:
)24
2412(1343x ql qx qlx EI y ---=
由于梁上外力及边界条件对于梁跨中点都是对称的,因此梁的挠曲线也是对称的,则最大挠度截面发生在梁的中点位置。
即:当2/l x =时,代入上式有:EI
l q f k 38454
max
= 此种力学模型是目前我国幕墙行业使用的较广泛的形式,但由于没有考虑上下层立柱间的荷载的传递,因而计算结果偏于保守。
2、连续梁
在理想状态下,认为立柱上下接头处可以完全传递弯矩和减力,其最大弯矩和变形可查《建筑结构静力手册》中相关的内力表。
在工程实际中,上下层立柱间采用插芯连接,若让插芯起到传递弯矩的作用,需要插芯有相当长的嵌入长度和足够的刚度。
即立柱接头要作为连续,能传递弯矩,应满足以下两个条件:
(I) 芯柱插入上、下柱的长度不小于2h c , h c 为立柱截面高度;
(II) 芯柱的惯性矩不小于立柱的惯性矩[4]。
计算时连续梁的跨数,可按3跨考虑。
同时考虑由于施工误差等原因造成活动接头的不完全连续,从设计安全角度考虑,按连续梁设计时,推荐采用的弯矩值为:2)10
1
~121(
ql M =[2]。
在工程实际中,我们不提倡采用这种连续梁算法。
主要原因是由于铝合金型材模具误差等不可避免的因素,造成立柱接头处只能少部分甚至无法传递弯矩,根本无法形成连续梁的受力模型。
3、双跨梁(一次超静定)
在简支梁的计算中,由于挠度和弯矩偏大,为了提高梁的刚度和强度,就必须加大立柱截面,这样用料较大,在经济上也不太合算。
在简支梁中间适当位置增加一个支撑,就形成了“双跨梁”,可以有效的减小梁的内力和挠度。
双跨梁简化图形如图3.1。
图3.1
双跨梁为一次超静定结构,可以采用力法求解,具体如下:
将支座B 等效简化为一个反力R B ,则根据荷载叠加原理,可以将图3.1的力学模型简化为图3.2-a 和图33.2-b 两种力学模型的合成。
按图3.2-a ,在均布荷载作用下,B 点的变形为:
])()(21[24323l
a l a EI a ql f
b +-=…………①
按图3.2-b ,在集中荷载R B 作用下,B 点的
变形为:
EIl
a l a R f B
b 3)(220
--=…………………②
另外,B 点为固定支座,其总的变形为0,按此条件将①式与②式联立,可得方程③:
0])()(21[243)(32322=+-+--l
a l a EI a ql EIl a l a R B ……………….. ③
解方程③,可以求得支座B 处的反力R B ,进而采用截面法可解得梁的最大弯矩为支座B
处的负弯矩,其值为:
l
a l a q M ])([||33max -+=
双跨梁的最大挠度在BC 段,其值可近似按下式计算:
)24/()))((409.04355.1(3max EI a l a l q R f k B ---≈
另外,在工程实际中双跨梁的最大挠度也可将BC 段视做简支梁,按BC 段简支挠度计算,
这样计算的结果偏大。
双跨梁的弯矩和挠度除按上述方法计算外,也可按下式计算:
EI l q f mql M k /4max 2max μ==
式中:m 为最大弯矩系数,µ为最大挠度系数,均可由表1查取。
表1 双跨梁最大弯矩和挠度系数[3]
以上简单介绍了双跨梁的力学模型,双跨梁在工程实际的应用是相当广泛的,它可以大大减少立柱的用料。
在工程中大多利用建筑结构的下翻梁或加设钢梁、钢架来增加支点。
同时,应当注意,双跨梁的最大支反力一般也出现在中间支座B 处,这在计算幕墙预埋件时应特别注意。