幕墙结构计算培训资料

《幕墙结构计算培训资料》由会员分享，可在线阅读，更多相关《幕墙结构计算培训资料（195页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、结构计算书 第 1 页 共 195 页 结构计算培训资料 结构计算培训资料 结构计算书 第 2 页 共 195 页 第一部分 结构设计的基本规定 第一部分 结构设计的基本规定 第一节第一节 结构计算概念结构计算概念 作用与荷载的区别：作用与荷载的区别： 建筑幕墙是建筑物的外围护构件， 它要承受外界施加给它的各种作用。 建筑结构可靠度设计统一标准 （GB50068）对结构上的作用给出的定义： “施加在结构上的集中或分布荷载，以及引起结构外加变形或约束变形的原因，均称为结构上的作用” 。 “引起结构外加变形或约束变形的原因系指地震、基础沉降、温度变化、焊接等作用” 。这就是说，作用是指能使结构产生

2、效应（内力、变形、应力、应变、裂缝等）的各种原因的总称，其中包括施加在结构上的集中力和分布力系，以及形成结构外加变形或约束变形的原因。前一种作用是力（包括集中力和分布力）在结构上的集结，就是通常说的荷载。后一种作用（如温度变化、材料的收缩与徐变、地基变形、地震等）不是以力的形式出现的，过去将施加在结构上的作用统称为荷载（国际上也有这个习惯） ，但荷载这个术语对间接作用并不恰当，它混淆了两种不同的作用，而且容易发生误解，例如将地震作用当作是施加在结构上而与地基和结构本身无关的外力。 建筑结构可靠度设计统一标准（GB50068）将这两类作用分别称为直接作用和间接作用，而荷载仅等同于直接作用。 建筑

3、结构荷载规范 （GB50009）对直接作用作了规定，间接作用，除地震作用由建筑抗震设计规范 （GB50011）作了规定外，其余间接作用暂时还没有相应的规范。 幕墙所承受荷载的分类：幕墙所承受荷载的分类： 幕墙所承受的荷载随时间的变异分类可分为下列三类： 永久荷载，例如结构的自重、静水压力、预应力等 可变荷载，例如风荷载、屋面活荷载、雪荷载等、施工及检修荷载 偶然荷载，地震作用、爆炸力、撞击力等 水平方向风荷载计算：水平方向风荷载计算： 风荷载标准值的计算： 0=zSgzK结构计算书 第 3 页 共 195 页 式中： K风荷载标准值（N/mm2） ； gz阵风系数。 S风荷载体形系数。 z风压

4、高度变化系数。 0基本风压。 （JGJ102-2003 规定风荷载标准值不应小于 1K N/m2） 基本风压0是根据全国各气象台历年来的最大风速记录，按基本风压的标准要求，将不同风仪高度和时次时距的年最大风速，统一换算为离地 10m 高，自记10min 平均年最大风速（m/s） 。然后根据贝努利公式2 021v=确定基本风压。在建筑结构荷载规范附录D中给出了全国各个地区的经过换算的基本风压。在幕墙结构的设计中如果无特殊要求，基本风压取50年一遇。 风压高度变化系数z主要考虑的是风压随着建筑物高度变化的变化。其主要决定两个因素，一个是建筑物的高度；另外一个就是地面粗糙度类别，目前建筑结构荷载规范

5、考虑了四类地面类别： 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类指有密集建筑群而且房屋较高的城市市区； 根据地面粗糙度指数及梯度风高度，即可得出风压变化系数如下： zA=1.379(Z/10)0. 24 zB=1.000(Z/10)0. 32 zC=0.616(Z/10)0.44 zD=0.318(Z/10)0. 60 风荷载体形系数S是指风作用在建筑物表面上所引起的实际压力或吸力与来流风的速度压的比值。对于墙面幕墙的体形系数，正压按照建筑结构荷载规范结构计算书 第 4 页 共 195 页

6、表7.3.1取；而负压，对墙面取-1.2，墙角取-2.0。(墙角边指房屋宽度的0.1或房屋平均高度的0.4，取其小者，但不小于1.5m。) 檐口、雨蓬、遮阳板S=-2.0，采光顶按主体结构体型系数取值表7.3.1。 新的荷载规范， 1） 、当玻璃的面积A1 m2时，S1（A）=S 2） 、当玻璃的面积A10 m2时，S1（A）=0.8S 3） 、当玻璃的面积1A10 m2时， S1（A）=S1（1）+S1（10）-S1（1） A 按建筑结构荷载规范GB50009-2001（2006版）第7.3.3 阵风系数gz是考虑由于风的脉动引起局部风压瞬时增大，同样与高度及地面粗糙度类别有关。它区别于高层

7、建筑的风振系数（z它综合考虑了结构在风荷载作用下的动力响应，其中包括风速随时间、空间的变异性和结构的阻尼特性等因素，而对于围护结构，由于其刚性一般较大，在结构效应中可不必考虑其共振分量，此时可仅在平均风压的基础上，近似考虑脉动风瞬间的增大因素，通过阵风系数gz来计算其风荷载。 ） 阵风系数可按下式采取： gz=k1+2f f0.5351.8(-0.16)(Z/10)- 对于表面形状复杂的幕墙结构或者有风洞实验资料的工程， 应该按照实验资料进行计算。 自重荷载和活荷载：自重荷载和活荷载： 自重是沿幕墙或采光顶实际面积分布的垂直于地面的荷载,建筑结构荷载规范 （GB50009）附录一，对有关材料自

8、重标准值的规定如下： 钢 78.5 kN/m3 结构计算书 第 5 页 共 195 页 铝合金 28 kN/m3 普通玻璃 25.6 kN/m3 夹丝玻璃 26 kN/m3 花岗石 28 kN/m3 可按下式计算： GK=rgT rg：材料的重力密度 T：材料的厚度 对于幕墙与采光顶构件自重标准值设计未作规定时，可按下列数值采用： 嵌入物为中空(夹层)玻璃的幕墙(采光顶) 500N/m2 ； 嵌入物为单层玻璃的幕墙(采光顶) 400N/m2 ； 嵌入物为花岗石的幕墙 1100N/m2 活荷载是指采光顶水平投影面上的活荷载，并假定为垂直于地面的均匀分布值，可取500N/m2。屋面均布活荷载不应与

9、雪荷载同时考虑。屋面活荷载的组合值、频遇值和准永久值系数可分别取为0.7、0.5和0。 地震作用：地震作用： 垂直于幕墙表面的水平地震作用按照下式计算： 水平地震荷载 qEK=maxEGK 式中： EKq垂直于幕墙表面的水平地震作用标准值； E动力放大系数，取5； max水平地震影响系数最大值，对于抗震设防烈度为6度的地区取0.04，7度的地区取0.08（0.12） ，8度的地区取0.16（0.24） 。括号中的数值是用于基本地震加速度为0.15和0.3g 的地区。 KG幕墙面板的重量； 温度变化：温度变化： 当幕墙（采光顶）构件受到温度变化影响时，它的长度将发生变化，这种变结构计算书 第 6

10、 页 共 195 页 化可按下式计算： L=L T （4-38） 式中：L材料长度变化值； L材料设计长度； 材料线胀系数； T温度变化值。当缺乏必要资料时取80。 由于幕墙构件规格较大，材料线胀系数较高，使得幕墙构件的长度变化十分明显，L与T的变化成线性关系，当幕墙（采光顶）构件的伸长（缩短）受到阻碍时，将产生很大的应力 荷载作用效应组合荷载作用效应组合: 建筑结构设计应根据使用过程中在结构上可能同时出现的荷载， 按承载能力极限状态和正常使用极限状态分别进行荷载（效应）组合，并应根据下列设计表达式进行设计： RSO 式中： O结构重要性系数； S荷载效应组合的设计值，对于幕墙结构如无特殊要求

11、一般取1； R 结构构件抗力的设计值， 。应按照各有关建筑结构设计规范的规定确定（可以是构件的承载力设计值或强度设计值） 幕墙结构在构件承载力极限状态时荷载作用效应组合： CASE1、无地震作用效应组合 WKWWGKGSSS+= CASE2、有地震作用效应组合 EKEEWKWWGKGSSSS+= 上两式中： S作用效应组合的设计值； 结构计算书 第 7 页 共 195 页 GKS永久荷载效应标准值； WKS风荷载效应标准值； EKS地震作用效应标准值； G永久荷载分项系数；取 g=1.2； W风荷载分项系数；取 w=1.4； E地震作用分项系数；取 e=1.3； W风荷载的组合值系数；取 w=

12、1.0； E地震作用的组合值系数；取 e=0.5 以上个系数取值方法详见玻璃幕墙工程技术规范JGJ-2003中第5.4.2条。 挠度验算挠度验算: dfdflim df：构件在风荷载标准值或永久荷载标准值作用下产生的挠度值。 dflim：构件挠度限值。 在钢结构计算中，挠度验算应考虑不同作用效应的组合。但在幕墙计算中，出于简化考虑，不考虑不同作用效应的组合，仅须分别单独计算风荷载或永久荷载标准值作用下的挠度。 具体到下列幕墙构件： 铝横梁、立柱：dflim=l/180，l为支点间距离。 （长度小于4.5米的，绝对挠度为20mm，长度大于4.5米的绝对挠度可为30mm.） 钢横梁、立柱：dfli

13、m=l/250，l为支点间距离。 四边支承玻璃：dflim=短边边长/60 四点支承玻璃：dflim=支承点间长边边长/60 玻璃肋对边支承玻璃：dflim =跨度/60 玻璃肋：dflim=计算跨度/200 结构计算书 第 8 页 共 195 页 第二节第二节 材料力学性能材料力学性能 幕墙结构在计算时我们主要需要了解的是幕墙结构常用几种材料的力学性能。以下就各种材料的力学性能做详细的阐述： 1、 玻璃 玻璃是典型的脆性材料， 其破坏的特征是： 几乎所有的玻璃都是由于拉应力产生的表面裂缝而破碎，一直到破坏为止玻璃的应力应变都呈线性关系。 玻璃种类 玻璃厚度t （mm） 大面强度(N/mm2)

14、 侧面强度(N/mm2) 弹性模量E (N/mm2) 泊松比 普通玻璃 5 28 19. 5 5-12 28 19.5 15-19 24 17.0 浮法玻璃 20 20 14.0 5-12 84 58.8 15-19 72 50.4 钢化玻璃 20 59 41.3 0.72e5 0.2 其中大面强度顾名思义是指玻璃大面上的强度， 一般玻璃在荷载作用下都是按照这个强度来校核玻璃的强度。但是由于玻璃的侧面由于经过切割、打磨加工而产生应力集中，强度有所降低，因此规范上给出了侧面强度，一般侧面强度强度取大面强度的70%。在验算玻璃的局部强度、连接强度以及玻璃肋的承载力时会采用玻璃侧面强度设计值。 （玻

15、璃的破损是由强度控制的， 钢化玻璃破损时其挠度可以达到跨度的1/301/40,因此在满足基本构造要求的前提下，玻璃的挠度控制条件不宜过严，以免限制了其承载力的发挥。 ） 结构计算书 第 9 页 共 195 页 2、 花岗岩石板 花岗岩石板的抗弯强度设计值， 应依据其弯曲强度实验的弯曲强度平均值Fgm决定，抗弯强度设计值、抗剪强度设计值应按下列公式计算： Fg1=Fgm/2.15抗弯强度设计值 Fg2=Fgm/4.30抗剪强度设计值 当弯曲强度实验中任一试件弯曲强度实验值低于8Mpa时，该批的花岗岩石板不得用于幕墙。 花岗岩石板的弹性模量为0.8e5(N/mm2)，泊松比为0.125。 3、 铝合金 牌号 状态 厚度(mm) 抗拉 (N/mm2)抗剪 (N/mm2)局部承压(N/mm2) 弹性模量E (N/mm2) 泊松比 T4 85.5 49.6 13