建筑幕墙结构计算基础

建筑幕墙结构计算基础企业内部培训讲座第四部分第一章概述1、幕墙计算现状传统的计算原理手工计算各类计算软件发展迅速大型软件受青睐手工计算与软件联合、互补。应用规范2、目前存在问题计算人员实际经验不足过渡依赖计算软件形式主义距离优化设计很远。3、今后发展趋势有限元软件功能细化计算人员更专业。计算规范与标准更详细、准确。第二章杆件计算第一节、概述与计算对象（1）单根杆件-框架幕墙的立柱、横梁选用横梁型材的截面特性:选用型材材质:铝合金6063-T5，断面如图：型材强度设计值:85.500N/mm2型材弹性模量:E=0.7×105N/mm2X轴惯性矩:Ix=156.662cm4Y轴惯性矩:Iy=85.870cm4X轴抵抗矩:Wx1=30.412cm3X轴抵抗矩:Wx2=32.311cm3Y轴抵抗矩:Wy1=23.424cm3Y轴抵抗矩:Wy2=13.243cm3型材截面积:A=11.383cm2型材计算校核处壁厚:t=2.000mm型材截面面积矩:Ss=19.604cm3塑性发展系数:γ=1.05幕墙横梁的强度计算校核依据:Mx/γWx+My/γWy≤fa=85.5(N/mm2)幕墙横梁的抗剪强度计算校核依据:τmax≤[τ]=49.6N/mm2幕墙横梁的刚度计算校核依据:Umax≤L/180横梁承受呈三角形分布线荷载作用.（2）多根杆件组成的结构体系：-框架窗、单元板（立柱、横梁、中挺）立柱公料材质:铝合金6063-T5，型材断面如图：型材强度设计值:85.500N/mm2型材弹性模量:E=0.7×105N/mm2X轴惯性矩:Ix=401.788cm4Y轴惯性矩:Iy=76.622cm4X轴抵抗矩:Wx1=55.325cm3X轴抵抗矩:Wx2=38.866cm3型材截面积:A=15.945cm2型材计算校核处壁厚:t=3.000mm型材截面面积矩:Sx=36.070cm3塑性发展系数:γ=1.05公立柱母立柱立柱母料材质:铝合金6063-T5，型材断面如图：型材强度设计值:85.500N/mm2型材弹性模量:E=0.7×105N/mm2X轴惯性矩:Ix=381.848cm4Y轴惯性矩:Iy=26.989cm4X轴抵抗矩:Wx1=52.397cm3X轴抵抗矩:Wx2=37.028cm3型材截面积:A=14.111cm2型材计算校核处壁厚:t=3.000mm型材截面面积矩:Sx=33.158cm3塑性发展系数:γ=1.05连续梁内力表：M=系数*qL^2;Q=系数*qL;f=系数*qL^4/100EI简支梁均布荷载作用内力公式简支梁梯形荷载作用内力公式简支梁三角形荷载作用内力公式简支梁集中荷载作用内力公式ω-------分段比1/4-桁架钢桁架、异型桁架、网架一般采用有限元分析软件计算。1、3D3S2、Sap20003、Ansys4、Staad-刚架-壳体第二节、单根杆件计算框架式幕墙：立柱1）荷载-风荷载Wk=βzμsμzW0βgz---高度Z处的阵风系数μz---风压高度变化系数μs1—风压体型系数Wk---垂直作用在幕墙表面上的风荷载标准值(kN/m2)W0---基本风压(kN/m2)场地类别、建筑外轮廓、地区地域有关。2）截面特性外轮廓：整体、组合截面积A0=8311mm2X轴惯性矩IX=11897866mm4X轴抵抗矩WX=86583mm3X轴面积矩SX=91392mm3塑性发展系数γ=1.05型材壁厚t=2.5mm壁厚材质6063-T5,T63）支撑形式简支梁---铰接、固接、滑动铰。4）计算结果横梁1）荷载水平荷载：线性荷载输入。竖向荷载：集中力2）截面特性开口、闭口。3）支撑形式一般采用铰接，钢结构有时会采用固接。4）计算结果最大弯曲应力、最大剪应力，挠度mm。横梁抗弯强度校核校核依据：按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第6.2.4条==83.195N/mm2＜fa=85.5N/mm2横梁抗弯强度符合规范要求。横梁抗剪强度校核校核依据：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=5.0mmτX：横梁承受的竖直荷载产生的剪应力==1.475N/mm2＜fav=49.6N/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=5.0mmτY：横梁承受的水平荷载产生的剪应力=4.366N/mm2＜fav=49.6N/mm2横梁抗剪强度符合规范要求。横梁挠度校核校核依据：df≤df,lim=180B按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第6.2.7条1、竖直方向的挠度计算df，X：竖直方向的挠度df，X=XKEIBG38454线=23659370000384200027.054=3.396mm2、水平方向的挠度计算风荷载标准值WK=1.000KN/m2水平方向线荷载标准值WK线1=WK·h1=1.000×0.300=0.300KN/mWK线2=WK·h2=1.000×1.0=1.000KN/mdf，Y1：水平方向矩形荷载产生的挠度df，Y1=YKEIBW384541线=501988700003842000300.054=1.779mmdf，Y2：水平方向三角形荷载产生的挠度df，Y2=YKEIBW12042线=501988700001202000000.14=3.794mmdf，Y：水平方向最大挠度df，Y=df，Y1+df，Y2=1.779+3.794=5.573mm水平及竖直方向综合挠度222,2,573.5396.3YfXffddd=6.526mm≤df,lim=1802000180B=11.111mm横梁刚度满足设计要求！根据以上计算，横梁的各种性能均满足设计要求！第三节、多杆结构体系（1）框架体系-窗：1）荷载梯形荷载、三角形荷载窗竖挺荷载2）截面特性闭口型腔锁五金件3）窗型4）支撑形式5）计算结果校核依据：WMAN≤fa按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第6.3.7条XWMAN0=832105.110709.046511286=83.574N/mm2＜fa=85.5N/mm2立柱强度符合规范要求。立柱抗剪强度校核校核依据：ItVS≤fav按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第6.2.5条t：立柱截面垂直于X轴腹板的截面总宽度，取t=2.8mmτX：水平方向剪应力ItVS=8.239817259871339=7.191N/mm2＜fav=49.6N/mm2立柱抗剪强度符合规范要求。立柱挠度校核校核依据：df≤df,lim=180H,且≤15mm按《铝合金窗》GB/T8479-2003第6.4.1条风荷载标准值WK=1.000KN/m2水平方向线荷载标准值WK线1=WK·h1=1.000×0.325=0.325KN/mWK线2=WK·h2=1.000×0.575=0.575KN/mWK线3=WK·h3=1.000×0.370=0.370KN/mWFK线=FK·WK/qk=0.908×1.000/1.135=0.8KN经过力学计算df=5.235mm＜df,lim=180H=1801800=10mm，且＜15mm立柱刚度满足设计要求！横梁挠度校核校核依据：df≤df,lim=180B，且≤15mm按《铝合金窗》GB/T8479-2003第6.4.1条1、竖直方向的挠度计算df，X：竖直方向的挠度df，X=XKEIBG38454线=176835700003841580293.054=1.921mm2、水平方向的挠度计算风荷载标准值WK=1.000KN/m2水平方向线荷载标准值WK线1=WK·h1=1.000×0.325=0.325KN/mWK线2=WK·h2=1.000×0.575=0.575KN/mdf，Y1：水平方向矩形荷载产生的挠度df，Y1=YKEIBW384541线=466949700003841580325.054=0.807mmdf，Y2：水平方向梯形荷载产生的挠度df，Y2=])(2)(5825[240422242BhBhEIBWYK线=])580.1575.0(2)580.1575.0(5825[466949700002401580575.0424=1.141mmdf，Y：水平方向最大挠度df，Y=df，Y1+df，Y2=0.807+1.141=1.948mm水平及竖直方向综合挠度222,2,948.1921.1YfXffddd=2.736mm≤df,lim=1801580180B=8.778mm，且≤15mm横梁刚度满足设计要求！-单元板框架计算1）荷载2）截面特性3）分格4）连接形式5）计算结果幕墙框架图单元式幕墙组成单元式幕墙立柱计算载荷分布：按等位移原理，协同作用。q=q1+q2----------------------(1)M=M1+M2-------------------(2)f1=f2----------------------------(3)Mx1=M*Ix1/(Ix1+Ix2)Mx2=M*Ix2/(Ix1+Ix2)内力分配系数立柱弯矩按公料、母料的抗弯刚度分配，分配系数计算如下：Ix=Ix1+Ix2=401.788+381.848=783.636cm4公料弯矩分配系数：a1=Ix1/Ix=401.788/783.636=0.51母料弯矩分配系数：a2=Ix2/Ix=381.848/783.636=0.49立柱剪力及轴向力按公料、母料的抗剪刚度分配，分配系数计算如下：A=A1+A2=15.945+14.111=30.056cm2公料剪、轴力分配系数：b1=A1/A=15.945/30.056=0.53母料剪、轴力分配系数：b2=A2/A=14.111/30.056=0.47刚度分配系数内力计算简支梁受力：连续梁受力：M=q*L^2/8逐跨内力分析：立柱按多跨铰接连续静定梁进行设计计算：第1跨内力：RB1=5.536×3615×[1-(285/3615)2]/2-0×(285/3615)=9945NP2=9945NM1=5.536×36152×[1-(285/3615)2]2/8-0×285×[1-(1+285/3615)2/2+285/3615]=8931701N•mm第2跨内力：RB2=5.536×3615×[1-(285/3615)2]/2-9945×(285/3615)=9161NP3=9161NMA2=-(9945×285+5.536×2852/2)=-3059097N•mmM2=5.536×36152×[1-(285/3615)2]2/8-9945×285×[1-(1+285/3615)2/2+285/3615]=7523383N•mm第3跨内力：RB3=5.536×3615×[1-(285/3615)2]/2-9161×(285/3615)=9223NP4=9223NMA3=-(9161×285+5.536×2852/2)=-2835650N•mmM3=5.536×36152×[1-(285/3615)2]2/8-9161×285×[1-(1+285/3615)2/2+285/3615]=7634412N•mm第4跨内力：RB4=5.536×3615×[1-(285/3615)2]/2-9223×(285/3615)=9218NP5=9218NMA4=-(9223×285+5.536×2852/2)=-2853266N•mmM4=5.536×36