第一章、荷载计算

一、基本参数

最大标高：91.5 m

计算位置：13～1轴立面明框玻璃幕墙 

幕墙分格：B×H=1.0×1.5 m

B：玻璃宽度

H：玻璃高度

设计地震烈度：7度

地面粗糙度类别：C类

二、荷载计算

1、幕墙自重荷载标准值计算

GAK：玻璃面板自重面荷载标准值

玻璃面板采用6+12A+6钢化中空(LOW-E)玻璃

GAK=（6+6）×10-3×25.6=0.31 KN/m2

GGK：考虑龙骨和各种零部件等后的玻璃幕墙重力荷载标准值

GGK=0.40 KN/m2

2、幕墙自重荷载设计值计算

rG：永久荷载分项系数，取rG=1.2

GG：考虑龙骨和各种零部件等后的玻璃幕墙重力荷载设计值

GG=rG·GGK=1.2×0.40=0.48 KN/m2

3、幕墙承受的水平地震荷载标准值计算

qEK：垂直于幕墙平面的水平地震作用标准值

βE：动力放大系数，可取5.0

αmax：水平地震影响系数最大值，取0.08 

qEK=αmax·βE·GGK =0.08×5.0×0.40=0.16 KN/m2

4、幕墙承受的水平地震荷载设计值计算

rE：地震作用分项系数，取rE=1.3

qE：作用在幕墙上的水平地震荷载设计值 

qE=rE·qEK=1.3×0.16=0.208 KN/m2

第二章、玻璃面板校核

本工程选用6+12A+6钢化中空(LOW-E)玻璃，最大玻璃分格a=1000 mm,b=1500 mm。 

一、荷载计算

1、幕墙的风荷载计算

βgz：阵风系数，1.6167

μZ：风压高度变化系数，1.6316

W0：基本风压 W0=0.55 KN/m2（50年一遇）

μS1：围护构件面板局部风压体型系数，μS1=-1.2，（依据《建筑结构荷载规范》GB 50009-2001（2006版）第7.3.3条）

WK：作用在幕墙上的风荷载标准值 (KN/m2)

WK=βgzμS1μZW0=1.6167×1.2×1.6316×0.55=1.74 KN/m2

W：作用在幕墙上的风荷载设计值(KN/m2) 

rW：风荷载作用效应的分项系数，取1.4

W= rW×WK=1.4×1.74=2.44 KN/m2

2、荷载组合

ψW：风荷载的组合值系数，取ψW=1.0

ψE：地震作用的组合值系数，取ψE=0.5

风荷载和水平地震作用组合标准值

qK=ψWWK+ψEqEK=1.0×1.74+0.5×0.16=1.82 KN/m2

风荷载和水平地震作用组合设计值

q=ψWγWWK+ψEγEqEK=1.0×1.4×1.74 +0.5×1.3×0.16=2.54 KN/m2

二、外片玻璃面板强度校核

校核依据：≤fg

按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第6.1.5条

1、计算说明

根据《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第6.1.5条的规定，中空玻璃的内外片玻璃承受的荷载分别为、。因为内外片玻璃承受的荷载不同，所以我们需要分别结算内外片的玻璃强度及挠度。

2、外片玻璃承受的水平风荷载

t1、t2：中空玻璃外片玻璃的厚度，取t1=t2=6 mm

W K1：外片玻璃承受的水平风荷载标准值

=0.96 KN/m2

W1：外片玻璃承受的水平风荷载设计值

=1.34 KN/m2

3、外片玻璃承受的水平地震荷载

t1：中空玻璃外片玻璃的厚度，取t1=6 mm

GAK1：外片玻璃面板自重面荷载标准值

GAK1=6×10-3×25.6=0.154 KN/m2

αmax：水平地震影响系数最大值，取αmax=0.08

按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第5.3.4条

βE：动力放大系数，取βE=5.0

按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第5.3.4条

qEK1：作用在外片玻璃上的地震荷载标准值计算

qEK1=αmax·βE·GGK1=0.08×5.0×0.154=0.062 KN/m2

rE：地震作用分项系数，取rE=1.3

按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第5.4.2条

qE1：作用在外片玻璃上的地震荷载设计值 

qE1=rE·qEK1=1.3×0.062=0.081 KN/m2

4、外片玻璃风荷载和水平地震作用组合计算

ψW：风荷载的组合值系数，取ψW=1.0

按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第5.4.3条

ψE：地震作用的组合值系数，取ψE=0.5

按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第5.4.3条

qK1：外片玻璃风荷载和水平地震作用组合标准值

qK1=ψW·WK1+ψE·qEK1=1.0×0.96+0.5×0.062=0.99 KN/m2

q1：外片玻璃风荷载和水平地震作用组合设计值

q1=ψW·W1+ψE·qE1=1.0×1.34+0.5×0.081=1.38 KN/m2

5、外片玻璃的折减系数

θ：参数

t：外片玻璃厚度，取t=6 mm

=10.6

η：折减系数，取η=0.9576

由θ=10.6，查《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003表6.1.2-2得

6、外片玻璃强度校核

m：弯矩系数，取m=0.07792

由==0.67，查《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003表6.1.2-1得

σ：外片玻璃产生的最大应力

=

=17.2 N/mm2＜fg=84.0 N/mm2

外片玻璃面板强度符合规范要求。

由于内、外片玻璃厚度相同，故内片玻璃也满足强度要求。

三、玻璃面板挠度校核

校核依据：df=≤df,lim=

按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第6.1.5条

1、计算说明

根据《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第5.4.4条的规定，玻璃幕墙的玻璃面板的挠度，可不考虑组合效应，所以我们只需验算玻璃面板在风荷载作用下的挠度即可。

2、玻璃刚度计算

t：中空玻璃的两片玻璃的等效厚度

按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第6.1.5条

t===7.18 mm

D：玻璃刚度

D===2315348 N·mm

3、玻璃的挠度折减系数

θ：参数

t：玻璃厚度，取t=7.182 mm

=18.6

η：折减系数，取η=0.9256

由θ=18.6，查《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003表6.1.2-2得

4、玻璃的挠度系数  

μ：挠度系数，取μ=0.00768

由==0.67，查《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003表6.1.3得

5、玻璃挠度校核

df：玻璃产生的最大挠度

df===5.34 mm

df=5.34 mm＜df,lim===16.7 mm

玻璃面板挠度符合规范要求。

第三章、幕墙横梁计算

综合考虑横梁所处位置的标高、玻璃的分格,选横梁型材为6063-T5。横梁简支在立柱上，须对横梁的强度和挠度进行校核。

一、基本参数

横梁最大标高为91.5，饰面材料为玻璃，所受重力GAK=0.31 KN/m2，横梁的计算长度取L=1.0 m，承受的自重荷载分格高度H=1.5 m，承受的三角形荷载高度h1=500 mm，梯形荷载高度h2=400 mm。

二、荷载计算

1、幕墙的风荷载计算

βgz：阵风系数，1.6167

μZ：风压高度变化系数，1.6316

W0：基本风压 W0=0.55 KN/m2（50年一遇）

μS1：围护构件面板局部风压体型系数，μS1=-1.2，（依据《建筑结构荷载规范》GB 50009-2001（2006版）第7.3.3条）

WK：作用在幕墙上的风荷载标准值 (KN/m2)

WK=βgzμS1μZW0=1.6167×1.2×1.6316×0.55=1.74 KN/m2

W：作用在幕墙上的风荷载设计值(KN/m2) 

rW：风荷载作用效应的分项系数，取1.4

W= rW×WK=1.4×1.74=2.44 KN/m2

2、荷载组合

ψW：风荷载的组合值系数，取ψW=1.0

ψE：地震作用的组合值系数，取ψE=0.5

风荷载和水平地震作用组合标准值

qK=ψWWK+ψEqEK=1.0×1.74+0.5×0.16=1.82 KN/m2

风荷载和水平地震作用组合设计值

q=ψWγWWK+ψEγEqEK=1.0×1.4×1.74 +0.5×1.3×0.16=2.54 KN/m2

三、力学模型

横梁与立柱相连，相当于两端简支，水平方向承受梯形、三角形荷载，竖直方向承受集中荷载，简图如下图：

1、 在竖直平面内，横梁受到的饰面材料的重力作用，可看作两个集中荷载

pGK=GAK·H·B/2 =0.31×1.5×1.0/2=0.23 KN

pG=1.2qGK=1.2×0.23=0.28 KN  

2、在平面外横梁受到的风荷载和水平地震作用:  

风荷载标准值：wK=1.74 KN/m2 

风荷载和水平地震作用组合设计值：q=2.54 KN/m2

上部承受三角形线荷载：

承受风线荷载标准值：w1K=wK×h1=1.74×0.5=0.87 KN/m

承受线荷载组合设计值：q1=q×h1=2.54×0.5=1.27 KN/m

下部承受梯形线荷载：

承受风线荷载标准值：w2K=wK×h2=1.74×0.4=0.70 KN/m

承受线荷载组合设计值：q2=q×h2=2.54×0.4=1.02 KN/m

3、横梁承受自重产生的最大弯矩、剪力

= PG·a ==0.07 KN·m

=0.28 KN

4、横梁承受水平荷载最大弯矩、剪力

上部三角形线荷载作用下：

MY1==0.11 KN·m

VY1=0.32 KN

下部梯形线荷载作用下：

MY2 ==0.1 KN·m

VY2=0.31 KN

=+=0.11 +0.1=0.21 KN·m

=+=0.32+0.31 =0.63 KN

四、幕墙横梁截面参数

横梁强度设计值：   85.5 N/mm2

铝合金的弹性模量： E=0.7×105 N/mm2 

横梁截面积：         A=943 mm2 

X轴惯性矩：         Ix=432220 mm4

X轴抵抗矩：         Wx=10602 mm3   

Y轴惯性矩：         Iy=781550 mm4

Y轴抵抗矩：         Wy=16713 mm3

塑性发展系数：      γ=1.05

五、横梁抗弯强度校核    

    

=

=18.3 N/mm2＜=85.5 N/mm2

六、横梁抗剪强度校核    

校核依据：≤fav

按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第6.2.5条

1、竖直方向剪应力

t：横梁截面垂直于X轴腹板的截面总宽度，取t=3 mm

τX：横梁承受的竖直荷载产生的剪应力

τX=

=

=12.6 N/mm2＜fav=49.6 N/mm2

2、水平方向剪应力

t：横梁截面垂直于Y轴腹板的截面总宽度，取t=3 mm

τY：横梁承受的水平荷载产生的剪应力

τY1=

=

=16 N/mm2＜fav=49.6 N/mm2

 

横梁强度满足要求。

七、横梁刚度校核   

1、由自重引起的挠度

μx=

=

=0.27 mm

2、由风荷载作用引起的挠度

上部三角形荷载作用下：

μy1

=0.07 mm

下部梯形荷载作用下：

μy2

=0.13 mm

μy=μy1+μy2=0.07+0.13=0.2 mm

3、横梁的挠度

μmax/L=0.27/1000=1/3704＜1/180

横梁刚度符合设计要求。

 

第四章、幕墙立柱计算

幕墙立柱材料选用6063-T5铝合金型材，根据建筑结构特点，每根幕墙立柱简支在主体结构上，并处于受拉状态，须对立柱进行强度和挠度校核。

一、基本参数

该处幕墙标高91.5，竖直荷载GGK=0.40 KN/m2，玻璃横向计算分格宽度B=0.8 m，立柱计算高度H=3.1 m。

二、荷载计算

1、幕墙的风荷载计算

βgz：阵风系数，1.6167

μZ：风压高度变化系数，1.6316

W0：基本风压 W0=0.55 KN/m2（50年一遇）

A：幕墙立柱的从属面积，A=0.8×3.1=2.48 m2

μS1（A）：围护构件的从属面积A小于10 m2而大于1 m2的局部风压体型系数，μS1（A）=-1.121（依据《建筑结构荷载规范》GB 50009-2001（2006版）第7.3.3条）

WK：作用在幕墙上的风荷载标准值 (KN/m2)

WK=βgzμS1μZW0=1.6167×1.121×1.6316×0.55=1.63 KN/m2

W：作用在幕墙上的风荷载设计值(KN/m2)  

rW：风荷载作用效应的分项系数，取1.4

W= rW×WK=1.4×1.63=2.28 KN/m2

2、荷载组合

ψW：风荷载的组合值系数，取ψW=1.0

ψE：地震作用的组合值系数，取ψE=0.5

风荷载和水平地震作用组合标准值

qK=ψWWK+ψEqEK=1.0×1.63+0.5×0.16=1.71 KN/m2

风荷载和水平地震作用组合设计值

q=ψWγWWK+ψEγEqEK=1.0×1.4×1.63+0.5×1.3×0.16=2.39 KN/m2

三、力学模型

立柱与主体相接，采用简支梁力学模型，水平方向和竖直方向均承受矩形荷载。计算简图如下：

1、水平风荷载标准值：wK=1.63 KN/m2

水平荷载组合设计值：q=2.39 KN/m2

2、水平风线荷载标准值： w线K=wK·B=1.63×0.8=1.30 KN/m

水平线荷载组合设计值： q线=q·B=2.39×0.8=1.91 KN/m

3、立柱所受的弯矩

Mmax==2.3 KN·m

Vmax==2.96 KN  

4、立柱所受的轴力标准值

NK=GGK×B×H

=0.40×0.8×3.1

=0.99 KN

立柱所受的轴力设计值

N=1.2×NK=1.2×0.99=1.19 KN

四、幕墙立柱参数

铝合金立柱强度设计值：       85.5 N/mm2

铝合金弹性模量：    E=0.7×105 N/mm2 

铝型材截面积：        A0=1196 mm2 

X轴惯性矩：           Ix=3235860 mm4

X轴抵抗矩：           Wx=42064 mm3

塑性发展系数：        γ=1.05

五、立柱强度校核

==53 N/mm2＜=85.5 N/mm2

铝合金立柱强度满足要求。

六、立柱刚度校核 

校核依据：立柱承受的最大挠度应不大于H/180。

水平风荷载下引起的挠度u=6.9 mm＜H/180=3100/180=17.2 mm

立柱挠度满足要求。

由上述计算可知立柱型材符合设计要求。

第五章、幕墙连接件计算

一、横梁与立柱的连接

1、计算模型

横梁与立柱通过铝合金角码用M6螺栓连接，承受垂直于幕墙面的水平荷载和竖直方向上的自重荷载。横梁的计算长度取L=1.0 m，横梁承受的水平荷载按三角形、梯形分布，分格高度h1=0.5 m，h2=0.4 m；承受的自重荷载按集中荷载分布。立柱的局部壁厚为3 mm。

2、荷载计算

横梁的计算长度：L=1.0 m

由第四章计算可得：

横梁端部承受的垂直荷载

N1=0.28 KN

横梁端部承受的水平荷载

N2=0.63 KN

横梁端部所承受的剪力合力

N===0.69 KN

3、横梁与立柱相连接螺栓的校核

M6不锈钢螺栓有效直径，取5.062 mm

不锈钢螺栓的抗剪应力，取245 N/mm2

每个螺栓的抗剪承载力：

=4931 N＞N=690 N

根据构造要求，取2个M6不锈钢螺栓。

4、立柱局部承压能力

=4×6×3×120

=8460 N＞N=690 N

5、铝角码局部承压能力

NCb=2d×t×120=2×6×4×120=8640 N＞V=690 N

横梁与立柱连接满足设计要求。

二、立柱与钢角码连接计算

1、计算模型

计算宽度B=0.8 m，高度H=3.1 m。立柱为铝型材，局部承压强度为120 N/mm2，局部壁厚=3 mm，钢角码尺寸为125×80×8 mm，材料为钢材，局部承压强度为325 N/mm2，立柱的固定方式为双系点，即两侧均有钢角码，用2个M12不锈钢螺栓连接。立柱承受的水平荷载和自重荷载均按矩形分布。

2、荷载计算

立柱承受的自重荷载 GG=0.48 KN/m2 

立柱承受的水平荷载 q=2.39 KN/m2

垂直荷载 

N1=1.19 KN

水平荷载 

N2=2.96 KN

所承受的剪力合力

N===3.2 KN

3、M12螺栓计算

M12螺栓有效直径 10.1 mm

M12螺栓抗剪应力 245 N/mm2

每个螺栓的承载力

=39.263 KN＞3.2 KN

根据构造要求，采用2个M12不锈钢螺栓。

4、局部抗压计算

2个M12螺栓，承压面个数n=2×2=4

立柱局部抗压承载力

=n×d×t×ft

=4×12×3×120

=17.3 KN＞N=3.2 KN

钢连接件局部承载力

=n×d×t×ft

=4×12×8×325

=124.8 KN＞N=3.2 KN

立柱与钢连接设计符合要求。

三、钢角码与预埋件连接计算

1、计算模型

分格宽度B=0.8 m，高度H=3.1 m，钢角码尺寸为125×80×8 mm，材料为镀锌角钢，局部承压强度为325 N/mm2，幕墙的重力作用点距离支座端部水平距离d1=75 mm，每个钢角码采用1个M16螺栓与埋件连接，螺栓到连接件最边缘垂直距离d2=50 mm。模型如下图。

2、荷载计算

垂直荷载 

N1=1.19/2=0.6 KN 

水平荷载 

N2=2.96/2=1.48 KN

钢角码底部所受弯矩

M=N1×d1=0.6×0.075=0.045 KN·m

由弯矩产生的拉拔力

N3=M/d2=0.045 /0.05=0.9 KN

自重和水平荷载由2个M16摩擦型高强螺栓（8.8级）承受， M16高强螺栓抗剪承载力22.1 KN，抗拉承载力48.1 KN，有效面积A=157 mm2，模型如下图所示：

3、荷载计算

单个M16高强螺栓承受拉力 

N=2.38 KN

单个M16高强螺栓承受剪力

V=0.6 KN

4、螺栓校核

单个M16螺栓所受剪力 V=0.6 KN＜=22.1 KN

单个M16螺栓所受拉力 N=2.38 KN＜=48.1 KN

M16高强螺栓满足设计要求。