幕墙设计与计算

笛声悠扬

  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

笛声悠扬

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戈莎使者

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