幕墙、门窗结构设计计算速查手册

1、幕墙、门窗结构设计计算速查手册目录一、材料力学性能: (31、玻璃的强度设计值 (32、铝合金型材的强度设计值 (33、单层铝合金板强度设计值 (34、铝塑复合板强度设计值 (45、蜂窝铝板强度设计值 (46、钢材的强度设计值 (47、不锈钢板的强度设计值 (58、耐候钢强度设计值 (59、钢结构连接强度设计值 (610、铆钉连接的强度设计值 (611、焊缝的强度设计值 (712、不锈钢螺栓连接的强度设计值 (813、材料的弹性模量 (814、材料的泊松比 (915、材料的线膨胀系数 (9二、荷载和地震作用 (91、材料的重力密度 (92、幕墙风荷载 (10三、材料强度(应力及变形挠度计算 (

2、151、玻璃最大弯曲应力及变形挠度计算 (15(1框支承单片玻璃强度应力计算公式: (15(2点支承单片玻璃强度应力计算公式: (15(3夹层玻璃计算规定: (16(4中空玻璃计算规定: (17(5玻璃刚度计算公式: (17(6玻璃跨中挠度计算公式: (17(7全玻璃幕墙玻璃肋计算: (182、硅酮结构密封胶设计计算 (193、金属板最大弯曲应力计算 (204、石板的设计计算 (22(1四点支承石板的最大弯曲应力计算 (22(2钢销的设计计算 (23(3由钢销在石板中产生的剪应力按下式计算 (24(4短槽支承的石板抗剪设计按下式计算 (24(5通槽支承石板抗弯设计计算 (25(6通槽支承石板的

3、挂钩抗剪设计计算 (25(7通槽支承的石板槽口处抗剪设计计算 (26(8通槽支承的石板槽口处抗弯设计计算 (26(9四边金属框的隐框式石板弯曲应力按四边简支板计算 (275、玻璃幕墙横梁计算 (27(1横梁截面相关要求 (27(2横梁受弯承载力 (28(3横梁受剪承载力 (28(4横梁抗扭承载力 (29(5横梁的挠度限值 (296、玻璃幕墙立柱计算 (29(1立柱截面相关要求 (29(2立柱承载力 (29(3立柱稳定性 (29(4立柱的挠度限值 (307、金属与石材幕墙横梁计算 (30(1横梁截面相关要求 (30(2横梁受弯承载力 (31(3横梁受剪承载力 (31(4横梁的挠度限值 (328、

4、金属与石材幕墙立柱计算 (32(1立柱截面相关要求 (32(2立柱承载力 (32(3立柱的长细比 (33(4立柱的挠度限值 (34一、材料力学性能:1、玻璃的强度设计值玻璃的强度设计值f(N/mm2g 2、铝合金型材的强度设计值铝合金型材的强度设计值:f(N/mm2a 3、单层铝合金板强度设计值2 4、铝塑复合板强度设计值铝塑复合板强度设计值(N/mm2 5、蜂窝铝板强度设计值2 6、钢材的强度设计值钢材的强度设计值:f(N/mm2a 7、不锈钢板的强度设计值2 8、耐候钢强度设计值(玻璃幕墙工程技术规范JGJ102-2003/P8081/附录A2 9、钢结构连接强度设计值螺栓连接的强度设计值

5、(N/mm2 10、铆钉连接的强度设计值2 11、焊缝的强度设计值焊缝的强度设计值(N/mm2 12、不锈钢螺栓连接的强度设计值2 13、材料的弹性模量2 14、材料的泊松比 15、材料的线膨胀系数材料的线膨胀系数(1/ 二、荷载和地震作用1、材料的重力密度(1材料的重力密度g (kN/m 3 2、幕墙风荷载标准值按下式计算,且不应小于1.0kN/m 2。 0w w z s gz k =式中 k w 风荷载标准值(kN/m 2;gz 高度z 处的阵风系数,应按现行国家标准建筑结构荷载规范GB50009的规定采用;s 风荷载体型系数,应按现行国家标准建筑结构荷载规范GB50009的规定采用;z

6、风压高度变化系数,应按现行国家标准建筑结构荷载规范GB50009的规定采用;0w 基本风压(kN/m 2,应按现行国家标准建筑结构荷载规范GB50009的规定采用。地面粗糙度可分为A、B、C、D四类: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。风压高度变化系数z 阵风系数gz 各主要地区50年一遇基本风压(kN/m 2 其余详见GB5009附录D幕墙高度大于200m 或体形、风荷载环境复杂时、宜进行风洞实验确定风荷载。 1、 垂直幕墙平面的水平地震作用标准值可按下

7、式计算:A G q k E Ek /max =式中 Ek q 垂直于幕墙平面的分布水平地震作用标准值(kN/m2;E 动力放大系数,可取5.0;k G 幕墙构件(包括玻璃面板和铝框的重力荷载标准值(kN ; A 幕墙平面面积(m 2。 2、 平行于玻璃幕墙平面的集中水平地震作用标准值可按下式计算:k E Ek G P max =式中 Ek P 平行于玻璃幕墙平面的集中水平地震作用标准值(kN 。 3、 作用效应组合:(一般情况无地震作用效应组合时,应按下式进行:有地震作用效应组合时,应按下式进行计算:式中 S 作用效应组合的设计值; GK S 永久荷载效应标准值; wk S 风荷载效应标准值;

8、 Ek S 地震作用效应标准值; G 永久荷载分项系数;w 风荷载分项系数; E 地震作用分项系数;w 风荷载的组合值系数; E 地震作用的组合值系数。分项系数的取值:一般情况下,永久荷载、风荷载和地震作用的分项系数G 、w 、E 应分别取1.2、1.4、1.3;当永久荷载的效应起控制作用时,其分项系数G 应取1.35;此时,参与组合的可变荷载效应仅限于竖向荷载效应;当永久荷载的效应对构件有利时,其分项系数G 的取值不应大于1.0。 组合值系数的取值:一般情况下,风荷载的组合值系数w 应取1.0,地震作用的组合值系数E 应取0.5; 对水平倒挂玻璃及其框架,可不考虑地震作用效应的组合,风荷载的

9、组合值系数w 应取1.0(永久荷载的效应不起控制作用时或0.6(永久荷载的效应起控制作用时。幕墙构件的挠度验算时,风荷载分项系数w 和永久荷载分项系数G 均应取1.0,且不考虑作用效应的组合。三、材料强度(应力及变形挠度计算1、玻璃最大弯曲应力及变形挠度计算 (1框支承单片玻璃强度应力计算公式: 风荷载作用 226t a mw k wk=地震作用 226ta m q Ek Ek= 参数44Et a w k = 或445.0(Et式中k w 、Ek q 分别为垂直于幕墙平面的风荷载、地震作用标准值(N/mm 2a 矩形玻璃板材短边边长(mmt 玻璃的厚度(mm E 玻璃的弹性模量(N/mm 2m

10、 弯矩系数,可由玻璃板短边与长边边长之比b a /的值查表得到 折减系数,可由参数按下表采用: g f 玻璃大面强度设计值(2点支承单片玻璃强度应力计算公式:风荷载作用 226t a mw k wk=地震作用 226ta m q Ek Ek= 参数44Et a w k = 或445.0(Et式中k w 、Ek q 分别为垂直于玻璃幕墙平面的风荷载,地震作用标准值(N/mm 2 b 支承点间玻璃面板长边边长(mmt 玻璃的厚度(mm 折减系数,可由参数按下表采用: (3夹层玻璃计算规定:作用于夹层玻璃上的风荷载和地震作用可按下列公式分配到两个玻璃片上进行应力计算:W k1=323131t t t

11、 W k + W k2=323132t t t W k + q Ek1=323131t t t q Ek+ q Ek2=323132t t t q Ek + 式中k W 作用于夹层玻璃上的风荷载标准值(N/mm 2;1k W ,2k W 分别为分配到各单片玻璃的风荷载标准值(N/mm 2; Ek q 作用于夹层玻璃上的地震作用标准值(N/mm 2;1Ek q ,2Ek q 分别为分配到各单片玻璃的地震作用标准值(N/mm 2;1t ,2t 分别为各单片玻璃的厚度(mm 。 (4中空玻璃计算规定:作用于中空玻璃上的风荷载标准值可按下列公式分配到两个玻璃片上进行应力计算: 1直接承受风荷载作用的单

12、片玻璃:W k1=1.1323131t t t W k + 2不直接承受风荷载作用的单片玻璃:W k2=323132t t t W k + 式中k W 作用于中空玻璃上的风荷载标准值(N/mm 2;1k W ,2k W 分别为分配到各单片玻璃的风荷载标准值(N/mm 2;1t ,2t 分别为各单片玻璃的厚度(mm 。 (5玻璃刚度计算公式:D =1(1223-Et式中D 玻璃的刚度(N mm ; t 玻璃的厚度(mm ;对于夹层玻璃采用等效厚度33231t t t e +=; 对于中空玻璃采用等效厚度3323195.0t t t e +=泊松比。(6玻璃跨中挠度计算公式: 1框支承玻璃604a

13、 Da W d k f = 式中f d 在风荷载标准值作用下挠度最大值(mm ;k W 垂直于玻璃幕墙平面的风荷载标准值(N/mm 2; a 框之承玻璃短边边长。挠度系数,可由玻璃板短边与长边边长之比a/b 按下表采用 2点支承玻璃604b Db W d k f = 折减系数,可由参数按下表采用: 1玻璃肋最小截面高度r h (mm 计算:tf Wlh hg r 432=(单肋 tf Wlh hg r 832=(双肋 式中W 风荷载设计值(N/mm 2l 两肋之间的玻璃面板跨度(mm ;g f 玻璃侧面强度设计值(N/mm 2t 玻璃肋截面厚度(mm h 玻璃肋上下支点的距离、即计算跨度(mm

14、 2玻璃肋挠度计算:34165rk f Eth lh S d = (单肋34325rk f Eth lh S d = (双肋 同时还要满足200h d f 式中W 风荷载设计值(N/mm 2E 玻璃弹性模量(N/mm 22、硅酮结构密封胶设计计算(1竖向隐框、半隐框玻璃幕墙中玻璃和铝框之间硅酮结构密封胶的粘接宽度Cs ,应按根据受力情况分别按下列规定计算。非抗震设计时,可取第1,3款计算的较大值;抗震设计时,可取第2,3款计算的较大值。 1在风荷载作用下,粘接宽度Cs=12000f wa式中Cs 硅酮结构密封胶的粘接宽度(mm ;w 作用在计算单元上的风荷载设计值(kN/m 2 a 矩形玻璃板

15、的短边长度(mm 1f 硅酮结构密封胶在风荷载或地震作用下的强度设计值,取0.2 N/mm 22在风荷载和水平地震作用下,粘接宽度Cs=120005.0f aq w E +(式中E q 作用在计算单元上的地震作用设计值(kN/m 2; a,b 分别为矩形玻璃板的短边和长边长度(mm ;1f 硅酮结构密封胶在永久荷载作用下的强度设计值,取0.01 N/mm 2(2水平倒挂的隐框、半隐框玻璃和铝框之间硅酮结构密封胶的粘接宽度 Cs=2120002000f a q f waG +(3硅酮结构密封胶的粘接厚度s t 应符合下式要求:2(+ss u ts u =g h 式中s t 硅酮结构密封胶的粘接厚

16、度(mm ; s u 幕墙玻璃相对于铝合金框的位移(mm ;风荷载标准值作用下主体结构的楼层弹性层间位移角限值(rad ;g h 玻璃面板高度(mm ,取其边长a 或b ; 硅酮结构密封胶的变位承受能力,取对应于其受拉应力为0.20N/mm2时的伸长率。(4规范要求:硅酮结构密封胶的粘接宽度不应小于7mm ,粘接厚度不应小于6mm ;粘接宽度宜大于厚度;但不宜大于厚度的2倍。隐框玻璃幕墙的硅酮结构密封胶的粘接厚度不应大于12mm 。(5全玻幕墙胶缝承载力应符合下列要求: 1与玻璃面板平齐或突出的玻璃肋:112f t ql 2后置式骑缝的玻璃肋:12f t ql 式中q 垂直玻璃面板的分布荷载设

17、计值(N/mm 2,抗震设计时应包含地震作用计算的分布荷载设计值;l 两肋之间的玻璃面板跨度(mm ;1t 胶缝宽度,取玻璃板截面厚度(mm ; 2t 胶缝宽度,取玻璃肋截面厚度(mm ;1f 硅酮结构密封胶在风荷载作用下的强度设计值,取0.2 N/mm 2。 3、金属板最大弯曲应力计算 风荷载作用226t l mw k wk=地震作用226tl mq Ek Ek式中wk ,Ek 分别为垂直于板面的风荷载,地震作用产生的板中最大应力标准值(N/mm 2;k w ,Ek q 分别为垂直于板面的风荷载、地震作用标准值(N/mm 2; l 金属板分格的边长(mm ;2 折减系数,可由参数按下表采用:

18、 参数44Et a w k = 或446.0(Eta 金属板分格短边边长(mm ; E 金属板的弹性模量(N/mm 2;f 金属板强度设计值。4、石板的设计计算(1四点支承石板的最大弯曲应力计算风荷载作用2206t b mw k wk=地震作用226t b mq Ek Ek=式中wk ,Ek 分别为垂直于板面的风荷载、地震作用产生的板中最大应力标准值(N/mm 2k w ,Ek q 分别为垂直于板面的风荷载、地震作用标准值(N/mm 2; 0b 四点支承板的计算长边边长(mm ; t 板的厚度(mm ;m 四点支承板的在均布荷载作用下的最大弯矩系数,可按下表采用: f石板的抗弯强度设计值。(2

19、钢销的设计计算 式中pwk ,pEk 分别为垂直板面的风荷载,地震作用产生的钢销剪应力标准值(N/mm 2;k w ,Ek q 分别为垂直于板面风荷载,地震作用标准值(N/mm 2; b ,a 石材的长边和短边(mm ;Ap 钢销截面面积(mm2;一个连接边上的钢销数量,四侧连接时,一个长边上的钢销数量; 应力调整系数,可按下表采用: p 钢销剪应力设计值(N/mm 2; s f 钢销抗剪强度设计值(N/mm 2。 式中wk ,Ek 分别为垂直于板面风荷载,地震作用由钢销在石板中产生的剪应力标准值(N/mm 2;k w ,Ek q 分别为垂直于板面风荷载,地震作用标准值(N/mm 2;t 石板

20、厚度(mm ;d 钢销孔直径(mm ; h 钢销入孔长度(mm ;由钢销在石板中产生的剪应力设计值(N/mm 2; f 花岗石板抗剪强度设计值(N/mm2。 式中wk ,Ek 分别为垂直于板面风荷载,地震作用由不锈钢挂钩在石板中产生的剪应力标准值(N/mm 2;k w ,Ek q 分别为垂直于板面风荷载,地震作用标准值(N/mm 2;C 槽口宽度(mm ;s 单个槽底总长度(mm 。矩形槽的槽底总长度s 取为槽底加长槽深的2倍,弧形槽s 取为圆弧总长度。由不锈钢挂钩在石板中产生的剪应力设计值(N/mm 2; f 花岗石板抗剪强度设计值(N/mm 2。注:短槽支承石板的最大弯曲应力可按四点支承石

21、板计算。(5通槽支承石板抗弯设计计算 风荷载作用2275.0t l w k wk=地震作用 2275.0tl q Ek Ek=式中wk ,Ek 分别为垂直于板面的风荷载、地震作用在板中产生的最大弯曲应力标准值(N/mm 2k w ,Ek q 分别为风荷载、地震作用标准值(N/mm 2; l 石板的跨度,即支承边的距离(mm ;t 石板的厚度(mm ;f 石材抗弯强度设计值(N/mm 2。(6通槽支承石板的挂钩抗剪设计计算风荷载作用 p k wk t lw 2= 地震作用 pEk Ek t lq 2=式中wk ,Ek 分别为垂直于板面的风荷载、地震作用下,挂钩承受的剪应力标准值(N/mm 2;k

22、 w ,Ek q 分别为风荷载或地震作用标准值(N/mm 2;l 石板的跨度,即支承边间的距离(mm ;p t 挂钩厚度(mm ; f 挂钩抗剪强度设计值(N/mm 2。 (7通槽支承的石板槽口处抗剪设计计算 风荷载作用 c t lw k wk -= 地震作用 ct lq Ek Ek -=式中wk ,Ek 分别为垂直于板面风荷载,地震作用在槽口处产生的剪应力标准值(N/mm 2;k w ,Ek q 分别为风荷载,地震作用标准值(N/mm 2; t 石板厚度(mm ;C 槽口宽度(mm ;l 支承边间的距离(mm ;槽口处石板中的剪应力设计值(N/mm 2; f 花岗石板抗剪强度设计值(N/mm

23、 2。 (8通槽支承的石板槽口处抗弯设计计算 风荷载作用2(8c t lhw k wk -= 地震作用2(8c t lhq Ek Ek -=式中wk ,Ek 分别为垂直于板面风荷载,地震作用在槽口处产生的最大弯曲应力标准值(N/mm 2;k w ,Ek q 分别为风荷载,地震作用标准值(N/mm 2; t 石板厚度(mm ;C 槽口宽度(mm ;l 支承边间的距离(mm ; h 槽的受力一侧深度(mm ;槽口处石板中最大弯曲应力设计值(N/mm 2;f 石板抗弯强度设计值(N/mm 2。(9四边金属框的隐框式石板弯曲应力按四边简支板计算风荷载作用226ta m w k wk= 地震作用226t

24、a m q Ek Ek式中wk ,Ek 分别为垂直于板面的风荷载、地震作用在板中产生的最大弯曲应力标准值(N/mm 2;k w ,Ek q 分别为垂直于板面的风荷载、地震作用标准值(N/mm 2; a 板的短边边长(mm ;t 石板的厚度(mm ;m 板的跨中弯矩系数,可按下表采用: 四边简支石板的跨中弯矩系数(v=0.125 板中最大弯曲应力设计值(N/mm 2; f 石板抗弯强度设计值(N/mm 2。 5、玻璃幕墙横梁计算(1横梁截面相关要求横梁截面主要受力部位的厚度,应符合下列要求: 2当横梁跨度不大于1.2m 时,铝合金型材截面主要受力部位的厚度不应小于2.0mm ;当横梁跨度大于1.2m 时,其截面主要受力部位的厚度不应小于2.5mm 。型材孔壁与螺钉之间直接采用螺纹受力连接时,其局部截面厚度不应小于螺钉的公称直径;3钢型材截面主要受力部位的厚度不应小于2.5mm. (2横梁受弯承载力横梁截面受弯承载力应符合下式要求:f W M W M nyy nx x塑性发展系数,