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幕墙设计与计算

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发表于 2006-3-27 18:25:02 | 显示全部楼层 |阅读模式
  幕墙设计与计算
1. 幕墙结构设计的一般原则
    ◆按围护结构设计,不承受主体结构的荷载和地震作用。               
     ◆幕墙及其连接件应有足够的承载力、刚度和相对于主体结构的位移能力。
     ◆非抗震设计的幕墙,在风力作用下其板材不应破碎。
◆抗震设计的幕墙,在常遇地震作用下板材不应产生破损;在设防烈度地震作用下经修理后幕
墙仍可使用;在罕遇地震作用下幕墙骨架不应脱落。
     ◆构件设计应考虑重力荷载、风荷载、地震、温度和主体结构位移影响下的安全度。
2. 幕墙结构设计方法
2.1 结构的受力要求
玻璃幕墙分格划分大小,直接影响到板厚和横框、竖框截面尺寸的大小,板块划分得越大,单块板面受到的总风力越大,其板厚要求更高,材料耗用量越大。在划分板块大小时,板的面积A与厚度t的关系:A∽t2 (即面积增大到2倍,厚度要增至1.4倍。边长的增大与板厚的增加成正比。幕墙划分的趋势向小面积发展,建议一般情况下,玻璃的面积不超过3m2)。
2.2 承载力表达方式
    ◆内力表达方式:S ≤R (S—外荷载和效应产生的内力设计值、R—构件截面承载力设计值)
    ◆应力表达方式:σ≤f (σ—各种荷载及作用产生应力设计值、f—材料强度设计值)
2.3 幕墙结构安全度
    ◆采用允许应力方法,即要求σk≤〔f〕= fk/K
     (σk—外荷载产生的应力标准值,未附加任何安全系数;〔f〕—为允许应力值,强度的允许值;  
      fk —为材料标准强度,由试验得到;K —结构安全系数)。
     ◆采用多系数方法,即基本表达式为(σ= K 1σk)≤(fk/K2= f)
2.4 荷载和作用效应可按下列方式进行组合(幕墙应按各效应组合中的最不利组合进行设计):
    S=γGSG+ψWγWSW+ψEγESE+ψTγTST
    式中S—荷载和作用效应组合后的设计值;SG—重力荷载作为不变荷载产生的效应;
     SW 、SE 、ST—分别为风荷载、地震和温度作用为可变荷载和作用产生的效应;
     γG 、γW 、γE 、γT—各效应分项系数;ψW 、ψE 、ψT—风荷载、地震和温度作用效应组合系数。
    ◆进行幕墙构件、连接和锚固件承载力计算时,γG=1.2 、γW=1.4、γE=1.3、γT=1.2;
    ◆进行位移和挠度计算时,各分项系数均应按1.0采用。
      可考虑以下的典型组合:◆S = 1.2G + 1.0×1.4W + 0.6×1.3W + 0.2×1.2T
                    ◆S = 1.2G + 1.0×1.4W + 0.6×1.2T + 0.2×1.3E
                    ◆S = 1.2G + 1.0×1.3E + 0.6×1.4W + 0.2×1.2T
                    ◆S = 1.2G + 1.0×1.3E + 0.6×1.2T + 0.2×1.4W
                    ◆S = 1.2G + 1.0×1.2T + 0.6×1.4W + 0.2×1.3E
                    ◆S = 1.2G + 1.0×1.2T + 0.6×1.3E + 0.2×1.4W
     G、W、E、T分别代表重力荷载、风荷载、地震作用和温度作用产生的应力或内力。
3. 幕墙计算
3.1 幕墙横框计算
    a.幕墙在水平方向、竖直方向的受力模型均为简支梁,受力状态为双向受弯构件。
    b.竖直方向的弯矩和挠度:
      ◆弯矩Mx=1/8 qB2(KN.m)
式中:q——横框所受一个分格构件自重的线荷载设计值(KN./m);B——横框长(m)
◆挠度f=5 q kB4/384EIx
式中:qk——横框所受一个分格自重线荷载标准值;Ix ——横框绕x轴的惯性矩。
    c.水平方向的弯矩和挠度
    ◆当B≤H时(H—分格高)其中:弯矩My=1/12 qB2        q=(1.4WK+0.6×1.3qEk)B
                   挠度f= q kB4/120EIy    q k =(WK+0.6qEk)B
    ◆当B>H时 其中:弯矩My=1/8 q B2       q=(1.4WK+0.6×1.3qEk)H
           挠度f= 5 q kB4/384EIy     q k=(WK+0.6qEk)H
    d.横框中的最大应力设计值为 MX/VWX+MY/VWY≤fa
   式中:V——塑性发展系数,取为1.05;  WX、WY——横框绕X轴、Y轴的截面抵抗矩;
       fa——型材的材料抗拉强度设计值。
    e.横框产生的挠度应不大于B/180,且不大于20mm。
3.2 幕墙竖框的计算
◆ 竖框的计算主要采用下列四种简化力学模型:
    a.简支梁——竖框上端悬挂在与建筑物连接的转接件上,下端固定在下层竖框伸出的铝插芯上。(见图a)
    b.双跨梁——竖框与建筑物的固定点比简支梁模型多一个。(见图b)
    c.多跨铰接连续静定梁——底层竖框的上端悬挑于固定点之上一定长度,第二层竖框的下端通过  
    铝插芯与底层竖框连接,其上端也悬挑一定长度,其余层依次同样安装。(见图c)
    d.多跨铰接连续一次超静定梁——双跨梁竖框上端带有一个悬挑端,其安装方式同多跨铰接连续静定梁

◆ 计算模型选用原则:
a.当楼面梁截面高度足够(或楼层间有辅助支撑结构)可以布置两个支点时,应优
先采用多跨铰接连续一次超静定梁;其次采用双跨梁。
b.当楼面梁截面高度较小(或楼层间无辅助支撑结构)只能布置一个支点时,应优先采用多跨铰接连续静定梁。此情况原则上不采用简支梁进行竖框计算,除非工程有特殊要求,方采用简支梁计算模型。

◆ 四种计算模型预选曲线:   
( 一、简 支 梁 ) 省略
( 二、双 跨 梁 ) 省略
( 三、多跨铰接连续静定梁 ) 省略
( 四、多跨铰接连续一次超静定梁 )  
3.3 面材的应力计算
    a.玻璃在垂直于幕墙平面方向上的荷载作用下的最大应力设计值为:
δ=6θ.q.a2/t2  (N/mm2)
  式中:q ——面荷载设计值(N/mm2);
      a ——玻璃的短边长(mm);
      t ——玻璃的计算厚度(mm),按幕墙规范的规定执行;
      θ——弯曲系数,按玻璃的边长比a/b查表(见幕墙规范)。
    b.铝复合板、铝单板、蜂窝板在垂直于幕墙平面方向上的荷载作用下的最大应力标
      准值为: δ=6m.q.a2/t2 . η (N/mm2)
    式中:q ——面荷载的标准值(N/mm2);
        a ——板分格的短边长(mm);
        t ——板的厚度(mm);
            m——弯曲系数,按板分格的边长比和边界条件查表;
           η ——考虑大挠度变形的应力折减系数,
               根据θ=Wka4/Et4或θ=qEKa4/Et4  注:查表(E为板的弹性模量)。
    c.花岗石板(四角支承式)在垂直于幕墙平面方向的荷载作用下的最大应力设计值
      为:δ=6m.q.a2/t2
式中:t——石板厚度(mm);  其余含义同b,但m所查的表不同。
3.4 结构胶的厚度和宽度计算
a. 隐框、半隐框幕墙采用的结构胶宽度除应满足构造要求外,还应按下面的公式计算确定。
   ◆  结构胶的宽度按下面两种方法计算,取其中的较大者(但不得小于7mm)。
  第一种在风荷载作用下:CS=Wka/2000f1(mm)
     式中:Wk——风荷载标准值(KN/m2);
    a ——玻璃的短边长度(mm);
    f1 ——胶的短期强度允许值(可按0.14N/mm2)。
      第二种在玻璃自重作用下:CS=qGKab/2000(a+b)f2
     式中:qGK——玻璃单位面积重量(KN/m2);
    ab ——玻璃的短边和长边长度(mm);
    f2  ——胶的长期强度允许值(可按0.007N/mm2)。
   b. 倒挂玻璃的粘结宽度
      CS=  a(Wk/ f1 + qGK/ f2)
            2000         注:式中符号同上。     
   c. 结构胶的厚度按下式计算:
      ts= us/ δ√(2+δ)
式中:us——幕墙玻璃的相对位移量(mm);
     δ——结构胶的变位承受能力(%)。
      注:①玻璃与金属框之间的粘结厚度ts不应小于6mm,且不应大于12mm。
         ②几种结构胶的变位承受能力
 楼主| 发表于 2011-12-28 18:16:09 | 显示全部楼层
经常有人打来电话咨询这个问题,希望有关人员能看到此文。再次顶起!
发表于 2012-1-11 10:48:40 | 显示全部楼层
找到好贴不容易,我顶你了,谢了












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