幕墙计算与支撑钢结构设计

培训教材幕墙计算及幕墙支撑钢结构的设计PAGE第X章幕墙计算及幕墙后支撑钢结构的设计目录：第一节、幕墙计算一、荷载作用二、荷载作用效应组合三、材料的力学性能四、面材的计算五、立柱及横梁的计算六、连接节点的计算第二节、幕墙后支撑钢结构设计一、幕墙后支撑钢结构体系分类二、常用钢材的分类及其力学性能三、幕墙支撑钢结构的计算四、焊接节点的设计五、高强度螺栓连接节点的设计与计算六、普通螺栓连接节点的设计与计算七、柱脚节点连接的设计与计算第六章幕墙计算及幕墙后支撑钢结构的设计第一节、幕墙计算一、荷载作用1、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2、风荷载标准值的计算：式中：—风荷载标准值（N/mm2）；—阵风系数。—风荷载体形系数。—风压高度变化系数。—基本风压。基本风压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》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；风荷载体形系数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》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。阵风系数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。它区别于高层建筑的风振系数。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。3、地震作用：幕墙的地震计算主要方法为简化的等效静力方法，这种方法等同于《建筑结构抗震设计规范》中的底部剪力法。但是对于某些特殊的幕墙，如单索幕墙等仅仅用等效的静力方法不足以准确分析幕墙在地震作用下的效应，考虑结构动力特性需要采用时程分析方法既瞬态分析。弹性时程分析的基本方程如下：对于动力分析方法这里不做讲解。垂直于幕墙表面的水平地震作用按照下式计算：式中：—垂直于幕墙表面的水平地震作用标准值）；—动力放大系数，取5；—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。—幕墙面板的重量；平行于幕墙表面的集中水平地震作用标准值按照下式计算：这里主要是计算立柱（竖框）的抗震能力。二、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：式中：—结构重要性系数；—荷载效应组合的设计值，对于幕墙结构如无特殊要求一般取1； —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1、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CASE2、有地震作用效应组合上两式中：—作用效应组合的设计值；—永久荷载效应标准值；—风荷载效应标准值；—地震作用效应标准值；—永久荷载分项系数；—风荷载分项系数；—地震作用分项系数；—风荷载的组合值系数；—地震作用的组合值系数；2、幕墙在正常使用状态的荷载作用效应组合主要为如下两种组合：幕墙构件在正常使用状态下，其构件的变形验算时，一般不考虑作用效应的组合。因地震的作用效应相对风荷载作用效应较小，一般不单独进行地震作用下变形验算。在风荷载或永久荷载作用下幕墙的挠度应符合要求，而且在计算时，作用分项系数取1.0。三、材料的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：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/mmm2)侧面强度(N/mmm2)弹性模量E(N/mm2)泊松比ν普通玻璃52819.50.72e50.2浮法玻璃5-122819.515-192417.0≥202014.0钢化玻璃5-128458.815-197250.4≥205941.3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，因此规范上有给出了侧面强度，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。单层铝合金板单层铝合金板俗称铝单板。主要力学性能如下：牌号试样状态厚度(mm)抗拉强度(N/mmm2)抗剪强度(N/mmm2)弹性模量E(N/mm2)泊松比ν2A11T420.5-2.9129.575.10.70e50.33>2.9-10136.579.22A12T420.5-2.9171.599.5>2.9-10185.5107.67A04T620.5-2.9273.0158.4>2.9-10287.0166.57A09T620.5-2.9273.0158.4>2.9-10287.0166.5铝塑复合板俗称铝塑板，由两边的铝合金板与中间聚乙烯层复合而成。主要力学性能如下：厚度(mm)抗拉强度(N/mmm2)抗剪强度(N/mmm2)弹性模量E(N/mm2)泊松比ν470200.2e50.256厂家提供厂家提供0.3e50.25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。铝合金牌号状态厚度(mm)抗拉(N/mm2))抗剪(N/mm2))局部承压(N/mmm2)弹性模量E(N/mm2)泊松比ν6061T4不区分85.549.61330.70e50.33T6190.5110.51996063T585.549.6120T614081.21616063AT5≤10124.472.2150>10116.667.6141T6≤10147.785.7172>10140.081.2163四、面板的计算力学模型面材的计算就是力学中板的计算，力学模型可以根据板的支撑方式来区分。幕墙面材常用下几种力学模型：四边支撑简支板、三边支撑简支板、对边支撑简支板、四点支撑简支板、三点支撑简支板、六点支撑简支板其中：框支承幕墙——四边支承简支板点式幕墙——四点、三点、六点支承简支板全玻璃幕墙（橱窗）——对边支承简支板在某些面材长宽比大于2时的四边支承简支板也可以简化成对边支承简支板来进行计算。计算的方法面材的计算可以根据简化的力学模型分别采用解析法和有限单元法来进行计算。对于支承形式和形状规则的矩形板可以采用解析方法来进行计算，而对于支承形式和形状复杂的板可以采用有限单元法来进行计算。解析法即采用经典解析公式来进行计算。以下是四边支承力学模型的弹性小挠度解析公式。四边支承简支板：板的应力：板的最大挠度：上式中：—弯矩系数，由玻璃的短边与长边的比值，按照《玻璃幕墙工程技术规范》表6.1.2-1选取；—挠度系数，由玻璃的短边与长边之比的比值，按照《玻璃幕墙工程技术规范》表6.1.3选取；—玻璃的刚度（N.mm）但是对于在荷载作用下变形比较大的面材，譬如玻璃、铝单板、铝塑板要考虑大变形几何非线性的影响。当变形较大时玻璃抵抗变形不只是由板的弯曲刚度来抵抗，还要考虑在变形后板的拉伸刚度也对抵抗变形起到很大的贡献。如下图所示，在板发生变形后在两侧产生平衡力p，大变形计算中就是考虑了平衡力p的影响。因此在幕墙的计算中，对于玻璃、铝单板、铝塑板等面材的计算中，都考虑了大变形几何非线性的影响。上面弹性小挠度解析公式在考虑大挠度的影响后变成：板的应力：板的最大挠度：式中为考虑了大变形后的折减系数。具体取值可以参见《玻璃幕墙工程技术规范（JGJ102-2003）》中相关章节。如果按照小挠度公式来进行计算的变形会比实际值相差30%~50%。当采用有限单元法来计算时对于大变形的面材同样要采用大变形几何非线性来进行计算。因此在选择有限元软件来进行计算时必须要了解软件是否具有非线性的功能。对边支承简支板依然采用上面四边简支板的计算公式来计算，只是，弯矩系数和挠度系数分别取0.125和0.013，并且a为跨度。四点支撑玻璃的计算基本形式与四边支撑相同，但是弯矩系数和挠度系数取值不同，见《玻璃幕墙规范》。而对于不同支撑方式石板的计算与相同支撑方式的玻璃的计算是一样的，只是不考虑大变形的影响，因此公式中不考虑折减系数，并且弯矩系数、挠度系数应按照《金属与石材幕墙工程技术规范》中的有关内容来取值。中空及夹层玻璃的荷载分配对于夹层及中空玻璃，在承受风荷载及地震作用时在计算前必须要进行荷载分配。主要是依据是材料力学中层合板荷载荷载分配的理论，既所分配的荷载的大小与各层板的弯曲刚度成正比。以夹层玻璃为例，如下图所示：忽略胶层的作用，则层1及层2所被分配的荷载q1及q2分别为：、上式中D1、D2分别为层1和层2的弯曲刚度。单板的弯曲刚度D按照下式计算：由于层1和层2的弹性模量E及泊松比是相同的因此，每层玻璃的刚度取决于厚度的立方，既。因此可以得到如下关于厚度t来进行分配的公式：；。中空玻璃两块玻璃之间有气体层，直接承受荷载的玻璃挠度一般略大于间接承受荷载的玻璃，因此为了安全起见，将直接承受荷载的玻璃再乘以1.1的系数，则，外层直接承受何在的玻璃荷载分配公式变成：这就是《玻璃幕墙工程技术规范》中夹层及中空玻璃荷载分配公式的来由。面板变形的控制框支撑玻璃在风荷载作用下的变形不宜大于其短边边长的1/60；全玻璃幕墙橱窗玻璃的变形不宜大于其跨度的1/60；点支撑玻璃的变形不宜大于支撑点间长边边长的1/60；五、立柱及横梁的计算立柱和横梁既幕墙中俗称的竖框及横框立柱横梁所采用的力学模型立柱的计算模型一般采用的是简支梁或双跨梁，对于特殊的可采用多跨连续梁。而横梁一般采用的力学模型为简支梁。简支梁及双跨梁的力学模型如下：计算的方法简支梁及双跨梁都有经典的小挠度线弹性解析公式来求解在均布荷载q作用下最大弯矩及挠度。（1）、弯矩及变形的计算对于简支梁及双跨梁都有经典的力学公式如下：简支梁在受均布荷载q作用下的公式如下：最大弯矩——最大变形——I为梁截面的惯性矩。双跨梁在受均布荷载q作用下的公式如下：A的弯矩——O、A、B三点的支反力分别为：图中L1为长跨，则最大变形发生在L1跨上，L1上的挠度方程为：但是对于多跨连续梁很难找到公式来进行计算，如果采用力法和位移法手算又特别麻烦，不太适合于工程当中。因此必须要采用软件应用有限单元法来进行计算。需要注意的是如果我们想得到详细的位移分布必须要保证单元划分时的合理性。对于特殊的梁与梁的连接要注意节点之间自由度的传递。（2）、承载力的验算当我们采用上述的方法计算得到弯矩后，必须要进行拉压及剪切承载力的验算。横梁的验算：横梁截面受弯承载力必须符合下式要求：式中：、——横梁绕截面X轴及Y轴的弯矩设计值。在幕墙中X轴为平行幕墙平面的方向，Y轴为垂直于幕墙平面的方向。、——横梁截面绕X轴、Y轴的净截面抵抗矩（抗弯模量）。——塑性发展系数，取1.05；f——型材抗弯强度设计值。横梁截面受剪承载力必须符合下式要求：、式中：、——分别为横梁X轴和Y轴的剪力设计值；、——分别为距形心轴Y、X处横线以外面积对形心轴的面积矩；、——分别为对应形心轴轴X、Y处截面的宽宽度。f——型材抗剪强强度设计值。立柱的验算：立柱不仅仅承受弯弯矩的作用还还承受轴力的的作用。轴力力主要由重力力产生。如果果轴力为压力力，则要验算算立柱的压弯弯稳定性能，为为了避免出现现失稳，一般般是把立柱设设计成轴心受受拉构件，即即立柱的上支支点设为固定定铰，而下端端设为滑动铰铰。如下图所所示：则立柱在承受拉力力和弯矩作用用下，其承载载力应符合下下式要求：式中：N——立柱的轴力设计值值；M——立柱的弯矩设计值值；A——立柱的净截面面积积；W——立柱截面的抗弯模模量；f——型材抗弯强度设计计值；——截面塑性发展系数数，取1.05。（3）、正常使用状态态变形的验算算立柱和横梁梁在正常使状状态的变形要要求应符合如如下：对铝合金型型材，构件的的挠度应小于于跨度的1/180；对钢型材，构构件的挠度应应小于跨度的的1/250。玻璃肋的计算玻璃肋作为橱窗玻玻璃的支撑构构件起着抵抗抗面板玻璃所所传递的荷载载。玻璃肋的的基本受力模模型采用的是是简支梁力学学模型。由于于玻璃肋截面面为矩形，因因此在一定厚厚度下我们主主要是考核在在承载力极限限状态下的玻玻璃肋的最小小高度，玻璃璃肋的截面厚厚度不得小于于12mm。（1）、全玻璃幕墙玻玻璃肋的截面面高度hr（下图）可可按下列公式式计算：ｈr=（3WLh2/8fgt）1/2（双双肋）（6-3）ｈr=（3WLh2/4fgt）1/2（单单肋）（6-4）式中：ｈr———玻璃肋截面面高度（mm）w——风荷载设计计值（N/mm2）L——两肋之间的的玻璃面板跨跨度（mm）fg——玻璃侧面强强度设计值（N/mm2）t——玻璃肋截面面厚度（mm）h——玻璃肋上、下下支点的距离离，即计算跨跨度（mm）。（22）、全玻幕墙玻玻璃肋在风荷荷载设计值作作用下的应力力可按下式计计算：σ=0.755WLh2/hhr2t≤fg（单肋）（6-5）σ=0.3775WLhh2/hhr2t≤fg（双肋）（6-6）（33）、全玻幕幕墙玻璃肋在在风荷载标准准值作用下的的挠度df可按下式计计算：df=5/332（wkLh4/Ethr3）（单肋）（6-7）df=5/664（wkLh4/Ethr3）（双肋）（6-8）式中：wk——风风荷载标准值值(N/mm2)EE——玻璃弹性模模量（N/mm2）在风荷载标准值作作用下，玻璃璃肋的挠度限限值df，lim宜取其其计算跨度1/200。六、连接节点的计计算立柱与主体的连接接计算立柱与主体连接主主要通过L形钢角码来来连接，如下下图：上图中钢角码与预预埋板相焊接接，在这个连连接中我们主主要计算螺栓栓、钢角码、焊焊缝的承载能能力、竖框局局部承压承载载力及预埋件件的计算。竖竖框传递给每每个钢角码的的力水平方向向为N、垂直方向向为V，见下图。（1）、钢角码与预埋埋件焊缝的计计算：钢角码与预埋件间间采用三边围围焊连接，每每个水平焊缝缝长度为b,竖向焊缝长长度为h,焊脚尺寸hf，则焊缝的的计算厚度为为：hE＝0.7×hhf根据规范对围焊在在计算时需在在端点减去hhf，则实际计计算焊缝的宽宽度为b0=b-hf，钢角码及焊缝所围围成的区域如如上图所示，其中：竖框与钢角码连接接螺栓距离焊焊缝形心点距距离为；e、ef=b0-b0×b0/((2b0+h)+hf焊缝所围城区域的的几何特性为为：面积：A=hEE×(h+22b0)对形心点惯性矩和和极惯性矩为为:Ix=h×h×hh×hE/12+bb0×h×h××hE/2Iy=2×hE××((ef-hf)3+(b--ef)3)/3+hh×hE×(b-eef)2Ip=Ix+Iyy把与竖框连接螺栓栓点部位所受受的反力移到到形心点,则形心点所所受内力为:N=V=Mx=V×e=My=N×ef==Mz=V×ef==根据分析认为焊缝缝最危险点如如图中A、B两点A点所受正应力和剪剪应力分别为为：——A点到形心的距离B点所受正应力和剪剪应力分别为为：——B点到形心的距离这里认为剪力主要要由向焊缝承承担焊缝所采用的焊条条为E43型手工焊条条，则角焊缝缝的抗拉、抗抗压和抗剪强强度为160Mppa。因此（2）、钢角码根部计计算：钢角码根部截面形形状为矩形，矩矩形截面的宽宽度为钢角码码的厚度为t=7mm，长度为h。则矩形截面的的面面积A=h×tt截面的抗弯模量WWx=h×hh×t/6把与竖框连接螺栓栓点部位所受受的反力移到到根部则钢角角码根部所受受内力为：N=N、V=V、M=V×ee则截面所受正应力力和剪应力分分别为：（3）、与竖框连接的的螺栓抗剪承承载力的验算算。螺栓所承受的剪力力为竖框传递递给连接件的的两个力N及V的平方和开开根，既：（4）、竖框局部承压压的计算：竖框壁局部承压能能力为：NBc=d·t总·fBBc=6×112×1333×10-33=9.5576KN其其中：t总——型材承压壁壁的总厚度d——螺栓直径fBc——铝型材承压压强度设计值值当NBc大于螺栓所承受的的剪力时，竖竖框壁局部承承压能力满足足要求。（5）、预埋件与主体体混凝土连接接锚栓的计算算此部分的计算和钢钢结构设计中中的柱脚的计计算是一样的的，详细可见见后面的钢结结构设计中柱柱脚的计算，这这里就不做讲讲解。横梁与立柱连接的的计算横框与竖框连接主主要通过螺钉钉来连接，连连接也主要是是计算螺钉的的抗剪承载力力。假设横框框传递给连接接部位的剪力力为V，则根据螺螺钉的数量及及面积我们可可以得到螺钉钉总的抗剪面面积A，则V/A就是螺钉的的剪切应力，从从而与许用抗抗剪强度设计计值相比较就就可以知道螺螺钉的承载能能力是否符合合要求。胶缝的计算（1）、隐框幕墙结构构硅酮密封胶胶的强度验算算幕墙玻璃在风荷载载作用下的受受力状态相当当于承受均布布荷载下的双双向板，如下下图所示：在支撑边缘的最大大线均布拉力力为aω/2，由结构胶胶的粘结力承承受。则结构构胶的最小粘粘结宽度为：：Ｃs＝W·a／（2·ff1）式式中：Ｃs——结构硅酮密密封胶的最小小粘结宽度；a——玻璃的短边边长度；f1——结构胶在在风荷载或地地震作用下的的强度设计值值，取0.2MPPa；W——风荷载设计计值；当抗震设计时，WW应换成（W+0.55qe），qe为作用在玻玻璃上地震作作用标准值。在重力荷载作用下下竖向玻璃幕幕墙的结构胶胶承受长期的的剪应力作用用，平均剪应应力可按照下下式进行计算算：剪应力不得超过结结构胶在永久久荷载作用下下的强度设计计值，取0.01MMPa。（2）、全玻璃幕墙玻玻璃肋与面板板的胶缝计算算面玻璃支承在玻璃璃肋上的形式式，有后置式式、骑缝式、平平齐式、突出出式。后置式（见图61）。玻璃肋肋置于面玻璃璃的后部，用用密封胶与面面玻璃粘接成成一个整体。骑缝式（见图62）。玻璃肋肋位于面玻璃璃后部的两块块面玻璃接缝缝处，用密封封胶将三块玻玻璃连接在一一起，并将两两块面玻璃之之间的缝隙密密封起来。图6--162平齐式（见图63）。玻璃肋肋位于两块面面玻璃之间，玻玻璃肋的一边边与面玻璃表表面平齐，玻玻璃肋与两块块面玻璃间用用密封胶粘接接并密封起来来。这种型式式由于面玻璃璃与玻璃肋侧侧面透光厚度度不一样，会会在视觉上产产生色差。突出式（见图64）。玻璃肋肋位于两块面面玻璃之间，两两侧均突出大大片玻璃表面面，玻璃肋与与面玻璃间用用密封胶粘接接并密封。图6--3图6--4全玻幕墙胶缝承载载力应符合下下列要求：A．与与玻璃面板平平齐或突出的的玻璃肋：qqL/20000t1≤f1B．后置或骑缝缝的玻璃肋：：qqL/10000t2≤f1式中：ｑ——垂直直于玻璃面板板的分布荷载载设计值（ＮＮ／ｍｍ２），抗震设设计时应包含含地震作用计计算的分布荷荷载设计值；；L——两肋肋之间的玻璃璃面板跨度（ｍｍｍ）；ｔ１——胶缝宽度，取玻璃璃面板截面厚厚度（ｍｍ）；；ｔ２——胶缝宽度，取玻璃璃肋截面厚度度（ｍｍ）；；ｆ１——硅酮结构密封胶在在风荷载作用用下的强度设设计值，取0.2N//mm2；胶缝厚度应符合规规范第5.6.5条的要求，并并不应小于6mm；第二节、幕墙支撑撑钢结构的设设计一、幕墙支撑钢结结构体系分类类幕墙的支撑撑钢结构形式式多样、千变变万化。从受受力机理上来来区分，大致致可以分为刚刚架结构、桁桁架结构及预预应力索杆结结构三种，或或者由这三种种结构组合而而成。（1）、刚架结构体系系在刚架结构构体系中杆件件与杆件之间间都采用刚性性连接。因此此结构整体刚刚度比较大，抵抵抗变形能力力强，在幕墙墙中得到很广广泛的应用。但但是为了保证证构件之间连连接能够很好好的传递弯矩矩，节点连接接构造比较复复杂，而且质质量要求很高高。（2）、桁架结构体系系桁架结构体体系是指在体体系中构件与与构件之间采采用铰接的结结构，因此构构件只产生拉拉压轴力，而而不产生弯矩矩。这种结构构的特点是结结构受力简单单清晰，节点点构造容易实实现。某些结结构采用手工工就可以计算算。缺点是整整体刚度不如如刚架结构，抵抵抗变形性能能不是太好。（3）、预拉力索杆结结构预应力索杆结构，顾顾名思义，是是在细杆或者者索构件中灌灌注预应力，从从而使结构产产生刚度以抵抵抗结构的变变形。预拉力力索杆结构由由于其结构体体系轻盈、形形式千变万化化、通透性强强、艺术表现现力强，因此此得到广大建建筑师和投资资者的喜爱。但是其结构刚度受受其内力的影影响很大，属属于几何非线线性结构。分分析和设计很很复杂。因此此在这里就不不做详细的介介绍，只介绍绍几个基本概概念给大家了了解。形——预应力结构在某状状态下的几何何形状态——预应力结构在某状状态下的内力力分布对于预应力结构的的分析是从三三个阶段来考考虑的：始态——没有施加预应力前前结构的状态态。初态——施加完预应力之后后结构在自重重或其它恒载载作用下的平平衡状态。终态——在初态的基础上考考虑了外部可可变荷载作用用下的平衡状状态。对于复杂结构，这这三种状态的的确定是很重重要的。二、常用钢材的分分类及其力学学性能钢材的分类在幕墙后支撑钢结结构中常用的的钢材可分为为碳素结构钢钢、低合金钢钢、不锈钢。（1）、碳素结构钢碳素结构钢是最普普遍的工程有有钢，按照其其含碳量的多多少又可分为为低碳钢、中中碳钢和高碳碳钢三种。通通常把含碳量量为0.03~~0.25%%称为低碳钢钢，0.26~~0.6%称为中碳钢钢，0.6~22.0%称为高碳钢钢。而在建筑筑中最常用的的是Q235牌号的低碳碳钢及优质碳碳素结构钢20#钢。Q235钢在质量量上可分为A、B、C、D四个等级。从从脱氧方法上上可分为沸腾腾钢F、半镇静钢b、镇静钢Z、特殊镇静静钢TZ。不同厚度钢材的抗抗弯曲强度是是不一样的，厚厚度越大的钢钢材其强度越越不好。（2）、低合金高强度度结构钢低合金高强强度结构钢是是指在炼钢过过程中增添一一些合金元素素，其总量不不超过5%的钢材，加加入合金元素素后刚才的强强度可明显提提高，在建筑筑幕墙支撑结结构中比较常常用的低合金金钢为Q345牌号。Q235钢钢在质量上可可分为A、B、C、D、E五个等级。不同厚度钢材的抗抗弯曲强度是是不一样的，厚厚度越大的钢钢材其强度越越不好。（3）、钢材牌号的表表示方法由代表屈服点的QQ、屈服点数数值、质量等等级符号、脱脱氧方法等四四部分组成。例如：Q235--A、F在牌号的组成表示示中“Z”和“TZ”符号予以省省略。钢材的选择为保证承重结构的的承载能力和和防止在一定定条件下出现现脆性破坏，应应根据结构的的重要性、荷荷载特征、结结构形式、应应力状态、连连接方法、钢钢材厚度和工工作环境等因因素综合考虑虑，选用合适适的钢材牌号号和材性。承重结构的钢材宜宜采用Q235钢、Q345钢、Q390钢和Q420钢，其质量量应分别符合合现行国家标标准《碳素结结构钢》GB/T7700和《低合金金高强度结构构钢》GB/T11591的规定。当当采用其他牌牌号的钢材时时，尚应符合合有关标准的的规定和要求求。下列情况的承重结结构和构件不不应采用Q235沸腾钢：焊接结构。直接承受动力荷载载或振动荷载载且需要验算算疲劳的结构构。工作温度低于－220℃时的直接承承受动力荷载载或振动荷载载但可不验算算疲劳的结构构以及承受静静力荷载的受受弯及受拉的的重要承重结结构。工作温度等于或低低于－30℃的所有承重重结构。非焊接结构。工作作温度等于或或低于－20℃的直接承受受动力荷载且且需要验算疲疲劳的结构。承重结构采用的钢钢材应具有抗抗拉强度、伸伸长率、屈服服强度和硫、磷磷含量的合格格保证，对焊焊接结构尚应应具有碳含量量的合格保证证。焊接承重重结构以及重重要的非焊接接结构承重结结构采用的钢钢材还应具有有冷弯试验的的合格证。对于需要验算疲劳劳的焊接结构构的钢材。应应具有常温冲冲击韧性的合合格保证，当结构工作作温度不高于于0℃但高于－20℃时，Q235钢和Q345钢应具有0℃冲击韧性的的合格保证；；当结构工作作温度不高于于－20℃时，对Q235钢和Q345钢应具有－20℃冲击韧性的的合格保证；；对于需要验算疲劳劳的非焊接结结构的钢材，也也应具有常温温冲击韧性的的合格保证当当结构工作温温度不高于，当当结构工作温温度不高于-20℃时，对Q235钢和Q345钢应具有0℃的冲击韧性性的合格保证证。三、幕墙后支撑钢钢结构的计算算幕墙后支撑钢结构构的计算一般般采用有限元元软件来进行行计算。计算算主要分析结结构在以下三三方面的性能能：（1）、强度的验算主要是计算在承载载能力极限状状态作用下构构件的强度。在在计算时应把把各种工况考考虑全面。（2）、变形的验算不同形形式的结构，不不同使用功能能的结构其变变形的控制都都不一样，详详细的大家可可以看《钢结结构设计规范范》附录部分分。对于幕墙墙中的刚架或或者桁架结构构，在风荷载载作用下的挠挠度限值为其其跨度的1/250，对于悬挑挑结构跨度取取其悬挑长度度的2倍。而对对于张拉结构构取其跨度的的1/200。（3）、稳定的计算对于于构件的稳定定计算可以按按照《钢结构构设计规范》中中相关规定来来进行计算。对对于复杂的结结构可以采用用软件进行几几何非线性屈屈曲分析。对于构件稳定相关关内容见《钢钢结构设计规规范》四、焊接节点的设设计焊缝连接是幕墙中中比较常用的的连接形式，以以下从几个方方面来对焊缝缝的设计和计计算来进行讲讲解。焊缝的分类及质量量等级常用的焊缝主要包包括对接焊缝缝、角焊缝、对对接焊缝与角角焊缝的组合合焊缝。其中中对接焊缝与与角焊缝的组组合焊缝的计计算与角焊缝缝相同。对接焊缝质量上分分为1、2、3三个等级，其其中1级和2级与母材等等强度，1级焊缝探伤伤比例为100%，2级焊缝的探探伤比例为20%，而三级焊焊缝由于不需需要无损探伤伤，因此焊缝缝的内部质量量不易控制，因因此焊缝的设设计强度需要要折减。角焊缝由于其形状状的原因，在在受力后应力力分布比较复复杂，尤其是是焊接后残余余应力的存在在。因此角焊焊缝设计强度度要低于三级级对接焊缝。焊缝应根据结构的的重要性、荷荷载特性、焊焊缝形式、工工作环境以及及应力状态等等情况，按照照下列原则来来分别选用不不同质量等级级的焊缝：（1）、在需要进行疲疲劳计算的构构件中，凡对对接焊缝均应应焊透，其质质量等级为：：作用力垂直直于焊缝长度度防哪个乡的的横向对接焊焊缝或T形对接焊缝缝与角焊缝的的组合焊缝，受受拉时应为一一级，受压时时宜为二级；；作用力平行行于焊缝长度度方向的纵向向对接焊缝应应为二级。（2）、不需要计算疲疲劳的构件中中，凡要求与与母材等强的的对接焊缝均均应焊透，对对于受拉构件件，焊缝质量量等级不得小小于2级，受压宜宜为2级。（3）、不要求焊透的的T形接头采用用的角焊缝或或部分焊透的的对接焊缝与与角焊缝的组组合焊缝，以以及搭接连接接采用的角焊焊缝，其质量量等级为：对直接承受受动力荷载且且需要计算疲疲劳的结构，焊焊缝的外观质质量应符合二二级；对于其其它结构外观观质量应符合合三级。焊接焊条的选用对应钢材选用合适适的焊条是设设计人员应该该掌握的基础础知识。下面面给出常用钢钢材的对应焊焊条型号：不同强度钢材之间间的焊接，一一般应该选择择与低强度钢钢材相适应的的焊条。也就就是就低不就就高的原则。钢材牌号质量等级选用焊条型号Q235A*E4303B*E4303、EE4328E4315、E4416CDQ345A*E5003B*E5003、EE5015、E5016、E50188CE5015、E55016、E50188DE表中*表示示用于一般结结构、非重大大结构。E——表示示焊条43——表表示熔敷金属属抗拉强度最最小值0——表示示焊接的位置置3——与前前位数字组合合表示焊接电电流种类及药药皮类型。常用焊缝标注作为设计人员不可可能完全跟踪踪施工中焊接接的每个环节节，因此图纸纸中对焊接的的技术要求必必须要详细和和准确，不仅仅仅要把焊缝缝的质量要求求及选用焊条条型号要表述述明白，而且且对于每个焊焊接位置具体体焊缝的形式式和尺寸要求求也要表达清清晰和准确。详详细的焊缝符符号表达方式式可以查看《焊焊缝符号表示示法》（GB3224）中的规定定，以及查看看《建筑结构构制图标准》中中的相关内容容。角焊缝的设计与计计算由于角焊缝施工简简便，因此角角焊缝是工程程中最常用的的焊缝。下面面介绍常用直直角角焊缝的的计算。角焊缝计算中首先先是其计算高高度的确定，见见下图：he为直角角脚焊缝的计计算高度，等等于0.7hf，hf为焊脚尺寸寸。正面角焊缝缝（作用力垂垂直于焊缝长长度的方向）的的强度要满足足下式要求：：侧面角焊缝缝（作用力平平行于焊缝长长度方向）的的强度满足下下式要求：在各种力综合作用用下，和共同作用处处的强度应满满足下式要求求：式中：——按焊缝有有效截面（he*lw）计算，垂垂直于焊缝长长度方向的应应力；——按焊缝有有效截面计算算，沿焊缝长长度方向的剪剪应力；——角焊缝的的计算高度；；——角焊缝的的计算长度，对对每条焊缝取取其实际长度度减去2hf；f——角焊缝缝的强度设计计值；——正面角焊缝的强度度设计值增大大系数；对承承受静载和间间接承受动载载的结构取1.22，对直接承承受动力荷载载的结构取1.0。对接焊缝的设计与与计算：在对接接头和T形形接头中垂直直于轴心拉力力或压力方向向的对接焊缝缝，其强度应应按照下式计计算：式中：f——为对对接焊缝的抗抗拉或抗剪强强度设计值。tt——为连接件的的最小板厚。部分焊透的对接焊焊缝及角接与与T形对接的组组合焊缝设计计与计算。部分焊透的对接焊焊缝及角接与与T形对接的组组合焊缝设计计与计算与角角焊缝是相同同的，常用组组合焊缝的计计算高度如下下：计算高度为为：he=S--3（mm）五、高强度螺栓连连接节点的设设计与计算高强度螺栓的种类类及性能高强度螺栓从外形形上可以分为为大六角头和和扭剪型两种种；目前我们们国家大六角角头螺栓性能能等级有8.8级和10.9级两种，扭扭剪型只有10.9级一种，而而目前在幕墙墙工程中常用用的为大六角角头高强度螺螺栓。每个高强度螺栓的的设计预拉力力如下：螺栓的性能等级螺栓的公称直径M16M20M22M24M27M308.8级8012515017523028010.9级100155190225290355高强度螺栓的连接接机理分类高强度螺栓按照其其受力状况，可可分为摩擦型型连接、摩擦擦-承压型连接接、承压型连连接及张拉型型连接。目前前摩擦型连接接是普遍使用用的连接方式式。（1）、摩擦型连接：：这种连接接头处高高强度螺栓紧紧固，使连接接板层夹紧，利利用由此产生生于连接板层层之间的摩擦擦力来传递外外荷载。高强强度螺栓在连连接接头中不不受剪只受拉拉。这种连接接应力传递圆圆滑、接头刚刚性好，破坏坏形式为连接接接头滑移。通通常所指的高高强度螺栓连连接都指这种种连接。（2）、承压型连接：：对于高强度螺栓连连接接头，当当外力超过摩摩擦力后，接接头发生明显显的滑移，螺螺杆与连接板板孔壁接触并并受力，其破破坏形式为螺螺栓杆被剪断断或连接板被被破