建筑幕墙设计(第六章)

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1、 6 玻璃幕墙计算与设计第一节 概述 一、玻璃幕墙的类型与构成 1 组成：玻璃面板、连接件、支承结构 2 分类：全玻璃幕墙 - 玻璃肋框式玻璃幕墙 - 铝合金框架点支式玻璃幕墙 - 刚性、柔性支承体系 3 连接方式化学方式：指通过结构胶将玻璃面板直接胶结或通过连接件胶结于支承体系。 机械方式：指将玻璃面板嵌固或钻孔后通过爪件连接于支承体系。6 玻璃幕墙计算与设计第一节 概述 二、全玻璃幕墙 1 定义 2 特点：通透性好、构造简单，结构无锈蚀问题，适用于大堂、大厅及共享空间。 3 截面构成： （1）全玻璃幕墙连接方法：胶结和爪件连接胶结是玻璃面板与玻璃肋通过结构胶垂直粘结在一起，玻璃肋与玻璃面板

2、可平齐连接，也可后置连接。爪件连接通过金属连接件连接玻璃肋和玻璃面板 （2）玻璃要求单片玻璃面板10-19mm，夹层单片8mm玻璃肋：截面高度hr100mm，厚度t126 玻璃幕墙计算与设计第一节 概述 二 全玻璃幕墙 4 与主体结构的连接方式悬挂在主体结构上-面板、玻璃肋受拉下端支承于主体结构-面板、玻璃肋受压力下端支承全玻璃幕墙最大高度6 玻璃幕墙计算与设计第一节 概述 三 框式玻璃幕墙 1 定义 2 分类 明框玻璃幕墙隐框玻璃幕墙单元式幕墙称为隐框幕墙的原因？因为框架在玻璃的内侧，隐框幕墙一般采用镀膜 玻璃，由于镀膜玻璃是单向透像性，从而从外侧 看不到框架，看到的全是玻璃，达到隐框的效果

3、6 玻璃幕墙计算与设计第一节 概述 三 框式玻璃幕墙 3 材料和型材（1）玻璃（2）立柱（3）横梁（4）组合截面6 玻璃幕墙计算与设计第一节 概述 三 框式玻璃幕墙 4 连接构造构件式框式幕墙，横梁一般通过角码、螺钉或螺 栓与立柱连接，立柱连接于主体结构中。（1）横梁与立柱的连接构造（2）立柱与主体结构的构造连接6 玻璃幕墙计算与设计第一节 概述 三 框式玻璃幕墙 （2）立柱与主体结构的构造连接A幕墙与主体结构连接设计考虑的基本要求 对重力荷载、风荷载、地震作用和温度作用有足够抵抗力 在以上荷载作用下，不应使幕墙构件产生有害变形。 当主体结构和幕墙产生相对位移时，不影响幕墙性能。B荷载传递路线

4、C预埋件设计要求6 玻璃幕墙计算与设计第一节 概述 三 框式玻璃幕墙 （2）立柱与主体结构的构造连接D连接件要求 连接件与主体结构的锚固力应大于连接件本身的承载力R幕墙 2，宜采用四边支承。点支承的弯矩、剪应力、位移较大。点支承玻璃厚度四边支承玻璃厚度（2）多层板:两块以上单层板通过简单叠置、表面粘贴、边缘密封构成多层板。 a 简单叠置：荷载作用下各单层板位移相等，各单层板所受弯曲荷载跟据弯曲刚度EI按比例分配。板的弯曲刚度 与其厚度的立方成正比，荷载可按厚度的立方进行分配 。 b 表面粘贴：采用具有抗剪刚度的胶粘贴两个单层板的表 面形成夹层板，荷载不能按照各单层板刚度进行简单分 配，各夹层板

5、以一整体承受荷载。 c 边缘密封：两块单层板边缘密封后形成了中空板。中空 板的空间降低了板件的抗扭刚度，但中部不可压缩的空 气也能起结构作用。中空板和中部空气的共同作用效应 产生导管效应，它与加载时间和速度无关。6 玻璃幕墙计算与设计（3）带肋或加劲板的玻璃采用加劲肋可以使承受弯曲的玻璃板跨越更大的跨度。加 劲肋增加了板截面的高度，弯曲应力减小，位移减小。 但是，只有肋与板的连接有效传递剪力，带肋板才能起到 整体作用，否则无作用。（工厂中生产槽形截面理想） （4）桁架加劲板：桁架下弦通过撑杆或玻璃肋连接于玻璃面板上受拉。 如果在玻璃面板两侧布置桁架，可以承受两个方向的弯曲 荷载。玻璃面板本身因

6、桁架的整体作用而承受附加压应 力，由于作用在面板本身的荷载产生弯曲拉应力，所以桁 架加肋板对玻璃有利。6 玻璃幕墙计算与设计5 玻璃壳单向弯曲的曲面玻璃，可构成柱壳结构，承受压力。 双向弯曲的曲面玻璃构成双曲面，承受垂直于壳的压力。二、玻璃结构的子结构 主结构次结构围护结构 三、子结构构成复杂结构的方式分层构成（有主次）离散构成（无主次、各子结构独立）6 玻璃幕墙计算与设计第四节 玻璃幕墙面板的计算和设计 一、计算理论 1 强度校核：它要满足的是截面最大应力设计值不应超过玻璃大面强度设计值。 无地震效应组合 有地震效应组合2 挠度校核 玻璃最大挠度不应超过限值6 玻璃幕墙计算与设计第四节 玻璃

7、幕墙面板的计算和设计 一、计算理论 3 玻璃面板设计考虑因素能够抵抗构件中的所有应力限值位移破坏玻璃本身应有剩余承载力部分玻璃破坏后，结构应有剩余稳定性考虑了玻璃面板的几何非线性效应，在计算时应先进行各种 荷载的组合，然后对最不利荷载组合进行最大应力的计算， 它不符合线性条件下的各种荷载作用下最大应力的叠加原理 。各种荷载的标准值、分项系数及组合系数按5-4 5-66 玻璃幕墙计算与设计第四节 玻璃幕墙面板的计算和设计 二、单片玻璃 1 框式玻璃幕墙：框式玻璃幕墙的受力状态同四边支承板，可按四边简支板计算其跨中最大弯矩和最大应力。6 玻璃幕墙计算与设计(1) 强度校核：（规范经验公式 ）(2)

8、 挠度校核 ：(3) 玻璃要求：框式玻璃幕墙单片玻璃厚度6mm第四节 玻璃幕墙面板的计算和设计 二、单片玻璃 2 点支式玻璃幕墙：点支式玻璃幕墙的受力状态为四点支 承板。6 玻璃幕墙计算与设计(1) 强度校核：（规范经验公式 ） (2) 挠度校核 ：(3) 玻璃要求：玻璃面板支承孔与板边距离不宜小70mm浮头式连接件的玻璃不小于6mm，沉头式不小于8mm第四节 玻璃幕墙面板的计算和设计 二、单片玻璃 3 全玻璃幕墙：全玻璃幕墙的受力状态为玻璃肋支 承板 。6 玻璃幕墙计算与设计(1) 强度校核：（规范经验公式 ）(2) 挠度校核 ：第四节 玻璃幕墙面板的计算和设计 三、中空玻璃 1 计算理论：

9、中空玻璃变形时，两个玻璃片独自承受各自荷载，两片玻璃位移相等。 2 计算公式： （1）两片玻璃面板承担的均布荷载（2）等效厚度6 玻璃幕墙计算与设计第四节 玻璃幕墙面板的计算和设计 三、中空玻璃 （3）强度计算： 两片玻璃分别验算（4）挠度计算 可分别验算挠度， 也可求出等效厚度，再验算整体挠度6 玻璃幕墙计算与设计第四节 玻璃幕墙面板的计算和设计 三、中空玻璃 3 规范设计公式 强度计算 直接承受荷载作用外单片玻璃 不直接承受荷载作用内单片玻璃 挠度计算 原因：两片玻璃之间有气体，直接承受荷载的正面玻璃挠 度略大于间接承受荷载的玻璃挠度，挠度与荷载成正比 ，分配荷载应大。直接承受荷载的玻璃挠

10、度大于按两片玻璃等原则计 算的挠度值，所以有效厚度应考虑折减系数。6 玻璃幕墙计算与设计第四节 玻璃幕墙面板的计算和设计 四、夹层玻璃 1 计算理论夹层玻璃的分析模型 整体截面模型复合截面模型分离截面模型 夹层玻璃的工作性能 取决内夹层的抗剪刚度GA抗剪刚度越大，工作性能越接近整体截面抗剪刚度为零，工作性能等同分离截面 影响抗剪刚度的因素 荷载作用时间环境温度6 玻璃幕墙计算与设计第四节 玻璃幕墙面板的计算和设计 四、夹层玻璃 2 设计方法 （1）计算方法：规范对夹层玻璃偏于安全取分离截面模型计算强度和挠度。 （2）应力计算（3）挠度计算6 玻璃幕墙计算与设计第五节 横梁和立柱的设计 一、框式

11、玻璃幕墙的简化 实际结构是很复杂的，完全按照结构的实际情况进行力学 分析是不可能的，也是不必要的。对实际结构进行力学计 算前，必须加以简化，略去不重要的细节，表现基本特点 简化过程 结构的简化：以立柱的轴线代表立柱，楼层高度为立柱计算跨度。 支座简化：立柱的上端或下端可按固定铰支座和活动铰 支座进行简化，有这两种支座的杆件是典型简支梁 荷载简化：将作用在幕墙上的风荷载当作沿幕墙面均匀分布，它对立柱来说是均匀线荷载。6 玻璃幕墙计算与设计第五节 横梁和立柱的设计 一、框式玻璃幕墙的简化 简化实例6 玻璃幕墙计算与设计采取由下而上安装程序，立柱按楼层设 置，每一立柱下端套在下一层立柱设置 的套管上

12、，上端固定在楼层板或梁上。 计算简图：立柱上端，固定在楼层楼板上，它的水平与 竖向活动均受限制，只可绕支承点转动，是 固定胶支座。立柱下端，套在插入下一层立柱的套管上， 可竖向活动，水平受限，是活动铰支座。第五节 横梁和立柱的设计 一、框式玻璃幕墙的简化 计算简图与实际结构工作情况差别：1号立柱下端并不真正位于支座，有一段距 离b，这段距离位于下一层立柱2号，而1号 立柱锚固点以上又纳入1号立柱计算简图， 反映层高为一跨，简图基本反映实际情况， 可取。6 玻璃幕墙计算与设计第五节 横梁和立柱的设计 二、板荷载向横梁的传递 幕墙面板构成板材后，与横梁、立柱有多种连结方式，面 板的面荷载如何传递到

13、横梁上，要由连结构造决定。 （一）两边支承的情况 当板由两对边支承时，如同单向板，直接将荷载传至梁上，在梁上的荷载集度qbqb=1/2lq（二）周边支承板 当板材四边均有支承（横梁、立柱）时，板的荷载可按不 同图形规律传递到周边梁柱上。6 玻璃幕墙计算与设计第五节 横梁和立柱的设计 三、横梁和立柱的内力 板的荷载传给横梁和立柱是分布力（均布荷载、三角或梯 形荷载），横梁传给立柱的是集中荷载（支座反力）。 1 横梁以立柱为支承，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，承受由板传 来的风、地震荷载，竖直方向，承受由板和横梁 自重产生竖向荷载6 玻璃幕

14、墙计算与设计第五节 横梁和立柱的设计 三、横梁和立柱的内力 2 立柱支承点按铰支考虑，通常按单跨简支梁计算 ，如果每层有两个以上支承点，按双跨连续梁或 多跨连续梁。 （1）立柱上下柱之间用芯柱连接 如芯柱本身有足够刚度，应当认为可以传递剪力，此时立 柱内力可按多跨连续梁考虑，多跨梁计算立柱弯矩比按单 跨简支梁小。 满足条件： 芯柱插入上、下柱长度不小于2hc立柱截面高度 芯柱惯性矩不小于立柱惯性矩6 玻璃幕墙计算与设计第五节 横梁和立柱的设计 三、横梁和立柱的内力 （2）立柱的轴向力由板、横梁的重量和立柱的重量产生; 立柱的弯矩由横梁（板）传来的风、地震荷载产生。N=GLB简支单跨梁：M+=1

15、/8qh2 M-=0 连续梁：M+=（1/24-1/16)qh2M-=（1/24-1/16)qh2 考虑活动接头不完全连续，从设计安全度考虑，连续梁进 行设计时可采用 M+=（1/12-1/10)qh2M - =（1/12-1/10)qh26 玻璃幕墙计算与设计第五节 横梁和立柱的设计 四、横梁和立柱的截面设计 （一）横梁（横梁为双偏心受弯构件，按两端简支设计 横梁承受水平方向的风荷载、地震作用和垂直方 向的支承在横梁上的玻璃及横梁自重荷载。由于 横梁为双向受弯构件，需验算正应力、剪应力、 挠度（自重产生的、风荷载产生的）6 玻璃幕墙计算与设计第五节 横梁和立柱的设计 四、横梁和立柱的截面设计

16、 （一）横梁 1 型材截面设计最大正应力6 玻璃幕墙计算与设计第五节 横梁和立柱的设计 四、横梁和立柱的截面设计 （一）横梁 2 型材截面设计最大剪应力6 玻璃幕墙计算与设计第五节 横梁和立柱的设计 四、横梁和立柱的截面设计 （一）横梁 3 挠度验算6 玻璃幕墙计算与设计第五节 横梁和立柱的设计 （二）立柱 1 自下而上安装（拉弯构件）6 玻璃幕墙计算与设计第五节 横梁和立柱的设计 四、横梁和立柱的截面设计 （二）立柱 2 自上而下安装（压弯构件）6 玻璃幕墙计算与设计第五节 横梁和立柱的设计 四、横梁和立柱的截面设计 （二）立柱 3 双跨梁 幕墙立柱每层有两处连接件与主体结构连接，每层立柱在 楼层处连接点向上悬挑一段，上一跨立柱下端用插芯连接 支承此悬挑端上，计算时取双跨梁计算简图作简化。 假定立柱是以楼层处连接点为端支座，梁底连接点为中间 支座，共三个支座。 中间支座-负弯矩起控制作用，支座两侧剪力有一个最大 。 两端支座-弯矩为0，有剪力。 两跨-有弯矩，有剪力。6 玻璃幕墙计算