玻璃幕墙标准计算书

'沈阳远大铝业工程有限公司ShenyangYuandaAluminiumEngineeringCo.,Ltd.工程设计计算书一．总述1.计算依据s《建筑幕墙》JG3035-1996s《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-96s《金属、石材幕墙工程技术规范》JGJ133-2001s《建筑结构荷载规范》GB50009-2001s《建筑抗震设计规范》GB50011-2001s《民用建筑热工设计规范》GB50176-93s《建筑玻璃应用技术规程》JGJ113-94s《钢结构设计规范》GBJ17-88s《建筑幕墙物理性能分级》GB/T15225-94s《建筑幕墙风压变形性能测试方法》GB/T15227-94s《建筑用硅酮结构密封胶》GB16776-97s《绝热用岩棉、矿棉及其制品》GB/T11835-98s《建筑结构静力计算手册》s《铝窗制造》李之毅、苑建华等著s其它资料（根据实际工程适当增减）2.荷载计算⑴作用在幕墙上的风荷载标准值按下式计算：风荷载.mcdWk＝βgZ·μS·μZ·WO式中：Wk－作用在幕墙上的风荷载标准值（KN／m2）；48 沈阳远大铝业工程有限公司ShenyangYuandaAluminiumEngineeringCo.,Ltd.βgZ－高度z处的阵风系数，查表7.5.1；μS－风荷载体型系数，查表7.3.1；μZ－风压高度变化系数，查表7.2.2；WO－基本风压，查表附录D.4按50年一遇取值。本处系数取值按照《建筑结构荷载规范》GB50009-2001规定。⑵地震作用按下式计算QE＝βE·αmax·G式中：QE——作用于幕墙平面外水平地震作用（KN）；G——幕墙构件的重量（KN）；αmax——水平地震影响系数最大值；βE——动力放大系数。⑶荷载分项系数和组合系数的确定根据《建筑结构荷载规范》（ＧＢ50009-2001）及《玻璃幕墙工程技术规范》之精神，结合本工程的地区地理环境，建筑特点以及幕墙的受力情况，各分项系数和组合系数选择如下：①强度计算时分项系数组合系数重力荷载，γg取1.2风荷载，γw取1.4风荷载，ψw取1.0地震作用，γE取1.3地震作用，ψE取0.6温度作用，γT取1.2温度作用，ψT取0.2②刚度计算时分项系数组合系数均按1.0采用风荷载，ψw取1.048 沈阳远大铝业工程有限公司ShenyangYuandaAluminiumEngineeringCo.,Ltd.地震作用，ψE取0.6温度作用，ψT取0.2⑷荷载和作用效应按下式进行组合：S＝γgSg＋ψwγwSw＋ψEγESE＋ψTγTST式中：S——荷载和作用效应组合后的设计值；Sg——重力荷载作为永久荷载产生的效应；Sw,SE,ST——分别为风荷载，地震作用和温度作用作为可变荷载和作用产生的效应；γg,γw,γE,γT——各效应的分项系数；ψw,ψE,ψT——分别为风荷载，地震作用和温度作用效应的组合系数。⑸幕墙计算按最不利荷载组合。3.幕墙所用材料的力学性能3.1玻璃的强度设计值fg(N/mm2)类型厚度（mm）强度设计值fg大面上的强度边缘强度普通玻璃528.019.5浮法玻璃5～1228.019.515～1924.017.0≥2020.014.0钢化玻璃5～1284.058.815～1972.050.4≥2059.041.33.2铝合金型材的强度设计值fa(N/mm2)铝合金牌号状态强度设计值fa受拉、受压受剪局部承压6061T485.549.613348 沈阳远大铝业工程有限公司ShenyangYuandaAluminiumEngineeringCo.,Ltd.T6190.5110.51996063AT5124.472.2150T6147.785.71726063T585.549.6120T6140.081.21613.3铝单板的强度设计值fa(N/mm2)牌号试样状态厚度－tmm抗拉强度抗剪强度2A11（LY11）T42（MCZ）0.5-2.9129.575.12.9c48 沈阳远大铝业工程有限公司ShenyangYuandaAluminiumEngineeringCo.,Ltd.受力状态：横梁是双向受弯构件，在水平方向由板传来风力、地震力；在竖直的方向由板和横梁自重产生竖向弯距，见图5-14。图5-14横梁双向受弯2.强度计算Mx／γWx＋My／γWy≤fa式中:Mx——横梁绕x轴(垂直于幕墙平面方向)的弯距设计值(N·mm)；My——横梁截面绕y轴(幕墙平面内方向)幕墙平面内方向的弯距设计值(N·mm)；Wx——横梁截面绕x轴(垂直于幕墙平面方向）的截面抵抗矩（mm3)Wy——横梁截面绕y轴(幕墙平面内方向）的截面抵抗矩（mm3)γ——塑性发展系数，可取为1.05；fa——铝型材受拉强度设计值(N/mm2)3.48 沈阳远大铝业工程有限公司ShenyangYuandaAluminiumEngineeringCo.,Ltd.刚度计算：玻璃板材支承在横梁和立柱上，组成幕墙平面。在风力和地震力作用下，横梁和立柱会产生挠曲。竖向荷载使横向产生竖向挠度。如果它们的挠度过大，幕墙变形过大，则会使幕墙物理性能（抗雨水渗漏、抗空气渗透等）受到损害，甚至使玻璃破碎，因此应当验算横梁和立柱的挠度。横框的许用挠度[f]＝B/180≤20mm.①水平方向的挠度(风荷载和地震作用)B≤H时f＝qyk·B4／120EIX(三角形荷载)B＞H时f＝5qyk·B4／384EIx(矩形荷载)qyk＝(1.0×WK＋0.6qey)×B式中：E——弹性模量，铝合金0.7×105（N/mm2）；qyk——荷载组合值（KN/m）；②竖直方向的挠度（自重）f＝5qxk·B4／384EIY实际刚度计算先选横框，通过许用挠度[f]算出Ixmin、Iymin来核算所选择的横框是否符合。注：石材幕墙横框计算应单独考虑，且应考虑扭转影响。对于T形、角形、十字形截面，因为翘曲常数太小，可不考虑翘曲弯矩影响，只验算最大纯扭转剪应力。1.闭口截面：τ1=Mt/2At2.开口截面：τ2=Mtt/Ik式中：Mt–计算外扭矩A—闭口截面壁厚中心线所围成的面积48 沈阳远大铝业工程有限公司ShenyangYuandaAluminiumEngineeringCo.,Ltd.t—计算截面处的板件厚度Ik–抗扭惯性矩k为形状系数，角形取1.0，T形取1.15，槽形取1.12，工字形取1.25。四．幕墙竖框的计算立柱通常为偏心受拉构件，应避免设计成偏心受压构件，受压时容易丧失稳定。立柱的轴向力由板、横梁的重量和立柱的重量产生；立柱的弯矩由横梁传来的（有时由板材直接传来）的风力和地震力产生。1、受力模型:①简支梁：竖框上端悬挂在与建筑物连接的转接件上，下部固定在下层竖框伸出的铝插芯上（见图a）.②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）.①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）。②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（见图d）。注：③、④中连接件中心与竖框上端头距离a按设计要求定，宜取层间高的1/7，不应超过1/6。48 沈阳远大铝业工程有限公司ShenyangYuandaAluminiumEngineeringCo.,Ltd.1、计算模型选用原则①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。②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。48 沈阳远大铝业工程有限公司ShenyangYuandaAluminiumEngineeringCo.,Ltd.3、计算公式①简支梁计算公式a、强度计算偏心受拉的玻璃幕墙竖框:N／A0＋M／（γ·W）≤fa偏心受压的玻璃幕墙竖框:(尽量不要采用此模型)N／（ψ1A0）＋M／（γ·W）≤fa其中：N＝1.2GM＝1／8q强度×L2q强度＝q×Bq＝1.4×1.0×Wk＋1.3×0.6×qey式中：M——竖框弯矩设计值N·m；N——竖框拉力设计值N；A0——竖框净截面面积mm2；W——在弯矩作用方向的净截面抵抗矩mm3；γ——塑性发展系数，可取为1.05；fa——铝型材的强度设计值，N／mm2；ψ1——轴心受压构件的稳定系数，铝合金立柱的ψ1值可通过试验确定；G——幕墙构件的重量KN；L——计算层间高m；48 沈阳远大铝业工程有限公司ShenyangYuandaAluminiumEngineeringCo.,Ltd.B——分格宽m；T——玻璃厚度m；q强度——竖框所受线荷载KN/mq——强度荷载组合qey——作用于幕墙平面外水平分布地震作用KN／m2；b、刚度计算f＝5q刚度y·L4／384EIxq刚度y＝qy×Bqy＝1×Wk＋0.6qey[f]＝B/180≤20mm式中：q刚度y——在矩形荷载作用下竖框所受线荷载和作用；qy——挠度荷载组合；①双跨梁计算公式M＝q强度·（L13＋L23）／8L（理论推导公式）f＝Φ·5q刚度·L4／384EIx（经过大量计算得出的经验公式）式中：Φ——折减系数（双跨梁对相同条件的简支梁的挠度比值），按L1/L2查表或f＝（1.436RA－0.409qk×L1）L13／24EIxRA＝（L12/2－8×L×（L13＋L23））×qk/L1有待验证48 沈阳远大铝业工程有限公司ShenyangYuandaAluminiumEngineeringCo.,Ltd.Φ——折减系数双跨梁短跨与长跨的比值L1/L2双跨梁长跨段L2挠度系数值0.030.3961/100.3182/100.2443/100.1874/100.1445/100.1106/100.0847/100.0648/100.0489/100.03610.026①多跨铰接连续静定梁计算公式（参见图4-1）:1)支反力计算R1B＝1/2·qL1Pi＝R(i-1)B(i＝2，3，4，…)RiB＝1/2·qLi[1－(ai/Li)2]－Pi(ai/Li)(i＝2，3，4，…)2)弯矩计算第一跨跨中弯矩：M1＝1/8·qL12第二跨支撑点A处弯矩：M1A＝qa(l＋a)/2第二跨跨中弯矩：M2＝q(l－a2/l－a)2/8第i跨支撑点A处弯矩：MiA＝qal/2第i跨跨中弯矩：Mi＝q(l－a)2/8根据各跨弯矩最大值，分别验算各跨截面的强度。48 沈阳远大铝业工程有限公司ShenyangYuandaAluminiumEngineeringCo.,Ltd.N／A0＋M／（γ·W）≤fa3)挠度计算第一跨跨中最大挠度：f1中＝5qkL14/384EI第一跨铰接点处挠度：f2c＝qka2L23/(24EI)·[－1＋4(a2/L2)2＋3(a2/L2)3]＋P2Ka22L2/(3EI)·(1＋a2/L2)f1总＝f1中＋f2c/2≤20mmf1总/(L1＋a2)≤1/180第i跨跨中最大挠度：fi中＝5qkLi4/384EI－qkai2Li2/32EI－PikaiLi2/16EI第i跨铰接点处挠度：fic＝qkaiLi3/(24EI)·[－1＋4（a2/L2）2＋3(a2/L2)3]＋PiKai2Li/(3EI)·(1＋ai/Li)fi总＝fi中＋f(i＋1)c/2≤20mmfi总/(Li＋Ai＋1)≤1/180根据各跨挠度最大值，分别验算各跨刚度。48 沈阳远大铝业工程有限公司ShenyangYuandaAluminiumEngineeringCo.,Ltd.①多跨铰接连续一次超静定梁计算公式（参见图4－2）1)R1B＝1/2·qL1[1－(a1/L1)2]RiB＝1/2·qbi＋MiD/bi2)Mi＝1/8·qL12[1－(a1/L1)2]2MiA＝－(qai2/2＋piai)MiD＝－q(bi3＋di3)/8Li－MiAdi/2LiMi中＝1/8·qbi2＋MiD/23)选择一弯矩绝对值最大截面进行应力验算：M/γW＋N/A0≤fa4)选择一跨中弯矩最大一跨进行挠度验算：fi中＝5qkbi4/384EI＋MiDbi2/24EIfic＝(－piai3/3－qkai4/8＋qkdi4/24＋MiAdi/3＋MiDdi/6)/EIfi总＝fi中＋f(i＋1)c/2≤20mmfi总/(Li＋ai＋1)≤1/180注：1、简支梁、双跨梁、等跨多跨铰接连续静定梁可采用计算书软件计算。2、对于多跨铰接连续静定梁、多跨铰接连续一次超静定梁，应从顶层向下逐层计算；对于连续多层竖框的a1、L1（或a1、b1、d1）均相同，当内力逼近一定值时，可不再逐一计算（若M1截面应力最大，可单独对其采取加强措施）。3、弯距计算采用荷载的设计值，挠度计算采用荷载的标准值。48 沈阳远大铝业工程有限公司ShenyangYuandaAluminiumEngineeringCo.,Ltd.五、连接计算连接计算比较复杂，连接形式也多种多样，应根据不同计算模型和不同受力情况具体分析，不可盲目套用公式。1.竖框与建筑物连接τmax＝V/A<[τ]τmax——最大组合剪应力V——竖框所承受的荷载和作用效应组合后的设计值　NＡ——连接竖框螺栓的有效截面积　　mm2[τ]——螺栓许用剪应力V＝((1.4ＮWk＋1.3×0.6Ｎek)2＋(1.2Gk)2)0.5　ＮWk＝0.5Wk×B×(L2/(L-L1)＋L)等跨铰接梁ＮEk＝0.5βE·αmax·(gk·B/L·B)×(L2/(L-L1)＋L)gk＝γ×t×B×L×1.2ＮWk＝Wk×B×L/2简支梁　Ｎek＝βE·αmax·Gk/2gk＝γ×t×B×L×1.2ＮWk＝Wk×B×（（L１３＋L２３）/8L1L2＋0.5L）双跨梁　Ｎek＝βE·αmax·(Gk·B/L·B)×（（L１３＋L２３）/8L1L2＋0.5L）gk＝γ×t×B×L×1.2ＮWk——一个竖框单元所受的风荷载标准值；Wk——风荷载标准值；48 沈阳远大铝业工程有限公司ShenyangYuandaAluminiumEngineeringCo.,Ltd.B　——分格宽；L１——短跨长；L2——长跨长；L　——计算层间高；Ｎek——一个竖框单元所受的水平地震作用；gk——一个竖框单元所受的重量标准值；γ——面材密度；　　　t——面材厚度　m；1.竖框壁局部承压能力验算NCB＞V局部承压能力满足要求NCB＝d·t总·fCBV——螺栓所受的剪力设计值；NCB——竖框壁局部承压能力。t总——型材承压壁的总厚度；d——螺栓直径；fCB——铝型材承压强度设计值。2.横框与竖框连接计算：竖框与角片连接选用４个ＳＴ4.8×16/GB845－85自攻钉。τmax<[τ]τ＝((1.4Nwk＋1.3×0.6×Nek)2＋(1.2Gk)2)0.5/2×4A钉Nwk＝Wk·B·B/2Nwk——横框所受风力标准值Nek＝βE·αmax·GNek——横框所受水平地震作用标准值48 沈阳远大铝业工程有限公司ShenyangYuandaAluminiumEngineeringCo.,Ltd.Gk＝γ×t×B×H×1.2A钉—每个ST4.8×16紧固钉受荷面积1.伸缩缝接点宽度计算为了适应幕墙温度变形以及施工调整的需要，竖框上下段通过插芯套装，留有一段空隙——伸缩缝d。d≥σλ／ε＋a1＋a2σ＝α·△ｔ·L式中：d——伸缩缝尺寸，mm；σ——由于温度变化产生的位移，mm；α——竖框材料的线膨胀系数，铝框取2.35×10-5；△ｔ—年极端温差（℃）；Ｌ——计算层间高，m；λ——实际伸缩调整系数，取0.85；ε——考虑密封胶变形能力的系数，取0.5；a1——施工误差，取2mm；a2——主体结构的轴向压缩变形，取3mm。2.结构硅酮密封胶的强度验算：玻璃幕墙构件的下列部位应采用与接触材料相容的结构硅酮密封胶密封粘结，其粘结宽度ＣS及厚度tS应满足强度要求：a．半隐框、隐框幕墙使用的中空玻璃的两层玻璃周边；b．半隐框、隐框幕墙构件的玻璃与铝合金框之间的部位。①粘结宽度ＣS计算48 沈阳远大铝业工程有限公司ShenyangYuandaAluminiumEngineeringCo.,Ltd.最后胶缝宽度参考两者中较大者在风荷载作用下：ＣS＝Wk·a／2000f1mm在玻璃自重作用下ＣS＝qgk·a·b／2000（a＋b）f2式中：ＣS——结构硅酮密封胶的粘结宽度（mm），由计算确定，但不得小于7mm；Wk——风荷载标准值KN／m2；a——玻璃的短边长度mm；b——玻璃的长边长度mm；f1——胶的短期强度允许值，可按0.14N／mm2采用；f2——胶的长期强度允许值，可按0.007N／mm2采用；qgk——玻璃单位面积重量（KN／m2）；②粘结厚度ts计算：式中：tS——结构硅酮密封胶的粘结厚度mm；6mm≤tS≤12mmμS——幕墙玻璃的相对位移量，取3mmδ——结构硅酮密封胶的延伸率，取12.5％～25％；六．预埋件设计计算预埋件设计首先要满足《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-96中5.7.11-5.7.15的要求，然后根据预埋件形式（平板式、板槽式、槽型）及放置位置（平面、立面）校核锚筋的总截面面积。48 沈阳远大铝业工程有限公司ShenyangYuandaAluminiumEngineeringCo.,Ltd.对于槽型埋件及后补埋件因为规范中没有具体规定，业内也没有统一的计算方法，因此，计算槽型埋件时，把埋件受力情况与实验数据相比较，可知是否安全；计算后补埋件时，把埋件受力情况与锚栓的许用拉力和剪力相比较，可知是否安全。平板或板槽型埋件锚筋面积As计算当埋件结构设计满足要求后，即需要确定锚筋直径，需根据具体输入条件计算得出，以下为锚筋面积As计算。①有剪力、法向拉力和弯矩共同作用时，应按下列两个公式计算，并取其中的较大值。As≥V／（αrαvfy）＋N／（0.8αbfy）＋M／（1.3αrαbfyz）As≥N／（0.8αbfy）＋M／（0.4αrαbfyz）②有剪力、法向压力和弯矩共同作用时，应按下列两个公式计算，并取其中的较大值。As≥（V－0.3N）／（αrαvfy）＋（M－0.4NZ）／（1.3αbfyz）48 沈阳远大铝业工程有限公司ShenyangYuandaAluminiumEngineeringCo.,Ltd.As≥（M－0.4NZ）／（0.4αrαbfyz）当M＜0.4NZ时，取M－0.4NZ＝0在上述公式中：αv＝（4－0.08d）（fC／fY）0.5，当αv＞0.7时，取为0.7。当采取措施防止锚板弯曲时，可取αb＝1.0，否则αb＝0.4＋0.25t／d式中：V——剪力设计值；N——法向拉力或法向压力设计值，法向压力设计值应符合N≤0.5fCA，A为锚板面积；M——弯矩设计值；αr——锚筋层数影响系数，两层时取1.0，三层时取0.9，四层时取0.85；αｖ——锚筋受剪承载力系数；ｄ——锚筋直径（mm）；αｂ——锚板弯曲变形折减系数ｔ——锚板厚度（mm）；ｚ——外层锚筋中心线距离（mm）；fc——混凝土轴心受压强度设计值；按表5-36采用；fy——钢筋受拉强度设计值；按表5-37采用；混凝土轴心受压强度设计值fc（N/mm2）表5-36强度等级C25C30C35C40C45C50C55C6048 沈阳远大铝业工程有限公司ShenyangYuandaAluminiumEngineeringCo.,Ltd.fc12.51517.519.521.523.525.026.5钢筋受拉强度设计值fy（N/mm2）表5-37钢筋种类Ⅰ级钢筋Ⅱ级钢筋fy210310七．焊缝连接计算1.对接焊缝计算①对接接头和T形接头中，垂直于轴心拉力或轴心压力的对接焊缝，其强度应按下式计算：σ＝N／（lWt）≤ftW或fcw式中N——轴心拉力或轴心压力；lW——焊缝长度；t——在对接接头中为连接件的最小厚度，在T形接头中为腹板厚度；ftW、fcw——对接焊缝的抗拉、抗压强度设计值。②在对接接头和T形接头中，承受弯矩和剪力共同作用的对接焊缝，其正应力和剪应力应分别计算。但在同时受有较大的正应力和剪应力处（如梁腹板横向对接焊缝的端部）应按下式计算：（σ2＋3τ2）0.5≤1.1ftW注：1.当承受轴心力的板件用斜焊缝对接，焊缝与作用力间的夹角θ符合tgθ≤1.5时，其强度可不计算。2.当对接焊缝无法采用引弧板施焊时，每条焊缝的长度计算时应各减去10mm。2.直角角焊缝（图6-1）的强度计算48 沈阳远大铝业工程有限公司ShenyangYuandaAluminiumEngineeringCo.,Ltd.①在通过焊缝形心的拉力、压力或剪力作用下：当力垂直于焊缝长度方向时σt＝N／（h0lW）≤βff当力平行于焊缝长度方向时τf＝N／（h0lW）≤ffw图6-1直角角焊缝截面②在其它力或各种力综合作用下，σt和τf共同作用处：[（σt/βf）2＋τf2]0.5≤ffW式中σ——按焊缝有效截面（h0lw）计算，垂直于焊缝长度方向的应力；τf——按焊缝有效截面计算，沿焊缝长度方向的剪应力；h0——角焊缝的有效厚度，对直角角焊缝等于0.7hf，hf为较小焊脚尺寸；lW——角焊缝的计算长度,对每条焊缝取其实际长度减去10mm；ffw——角焊缝的强度设计值；βf——正面角焊缝的强度设计值增大系数；对承受静力载荷和间接承受动力载荷的结构βf＝1.22；对直接承受动力载荷的结构βf＝1.0。2.斜角焊缝（图6-2）的强度亦按上式计算，但取βf48 沈阳远大铝业工程有限公司ShenyangYuandaAluminiumEngineeringCo.,Ltd.＝1.0，其有效厚度为：当α＞90°时，h0＝hfcosα/2；当α≤90°时，h0＝0.7hf。α为两焊脚边的夹角。1.不焊透的对接焊缝（图6-3）的强度，应按角焊缝的计算公式计算，但取βf＝1.0，其有效厚度应采用：V形坡口当α≥60°时，h0＝s当α＜60°时，h0＝0.75sU形、J形坡口h0＝sS为坡口根部至焊缝表面（不考虑余高）的最短距离；α为V形坡口角度。图6-2斜角焊缝截面48 沈阳远大铝业工程有限公司ShenyangYuandaAluminiumEngineeringCo.,Ltd.图6-3不焊透的对接焊缝截面（a）、（b）、（c）V形坡口；（d）U形坡口；（e）J形坡口当熔合线处焊缝截面边长等于或接近于最短距离s时（图6-3b、c、e），抗剪强度设计值应按角焊缝的强度设计值乘以1.22。焊缝强度设计值见附表。附表：焊缝的强度设计值（N/mm2）焊接方法和焊条型号构件钢材对接焊缝角焊缝钢号组别厚度或直径（mm）抗压fcw焊缝质量为下列级别时，抗拉和抗弯ftw抗剪fvw抗拉、抗压和抗剪fcw一、二级三级自动焊、半自动焊和E43××型Q235第1组-215215185125160第2组-200200170115160第3组-190190160110160自动焊、半自动焊和E5016Mn16Mnq-≤1631531527018520048 沈阳远大铝业工程有限公司ShenyangYuandaAluminiumEngineeringCo.,Ltd.××型焊条的手工焊-17~25300300255175200-26~36290290245170200自动焊、半自动焊和E55××型焊条的手工焊15MnV15MnVq-≤16350350300205220-17~25335335285195220-26~36320320270185220注：自动焊和半自动焊所采用的焊丝和焊剂，应保证其熔敷金属抗拉强度不低于相应手工焊焊条的数值。附：几点补充一．斜幕墙以上计算适用于立面幕墙，对于采光顶、雨蓬和与竖直方向夹角大于15°的斜幕墙尚应考虑雪荷载和屋面均布活荷载以及施工检修荷载，取最不利荷载组合。注意自重荷载方向与风荷载或雪荷载方向不再垂直。二．点式玻璃幕墙的计算点式玻璃幕墙的支撑体系大致分为钢结构、拉杆、拉索、肋玻璃等几类，玻璃为四点或六点支撑，形式较为复杂，建议采用有限元软件进行计算。三．橱窗的计算橱窗需要验算面玻璃、肋玻璃和结构胶。1.面玻璃强度计算按四边简支板计算。2.肋玻璃用（1）式初选，用（2）式验算。（1）48 沈阳远大铝业工程有限公司ShenyangYuandaAluminiumEngineeringCo.,Ltd.（2a）（2b）3.胶缝强度按（3）式验算：f1=qk/2t≤0.14N/mm2（3）四．窗的计算窗的框料一般壁厚和截面尺寸都较小，当洞口较高时，需要仔细验算其强度和刚度。1.荷载计算与幕墙计算公式相同，只是在计算风荷载时因为窗一般位于大面上，故体型系数取1.0。荷载分项系数和组合系数的确定，也与幕墙计算公式相同。2.强度计算根据分格的不同，框料承担矩形、梯形或三角形荷载，按简支梁公式（见横框计算部分）计算出弯矩、剪力，按下式验算：σmax=Mx／γWx＋My／γWy≤[σ]τmax=Q·S/I·δ≤[τ]式中：Q——计算截面所承受的剪力；S——计算截面应力处以上毛截面对中和轴的面积矩；I——毛截面的惯性矩；δ——腹板的厚度；48 沈阳远大铝业工程有限公司ShenyangYuandaAluminiumEngineeringCo.,Ltd.[τ]——材料的抗剪允许应力；3.挠度计算根据分格的不同，框料承担矩形、梯形或三角形荷载，按简支梁公式（见横框计算部分）计算出挠度fmax应满足fmax≤[f]其中[f]为构件的允许挠度，当窗为柔性镶嵌单层玻璃时[f]＝L/130；当窗为刚性镶嵌单层玻璃时[f]＝L/160；当窗为柔性镶嵌双层玻璃时[f]＝L/180。※如果竖框计算仍不能通过，风荷载体型系数取为0.8，不计地震荷载，但不推荐按此计算。五．断热铝型材的强度计算（铝门窗幕墙委员会专家组专家龙文志）1.前言建筑节能是世界性的潮流，也是中国持续发展的需要。铝材与隔热塑料复合的断热建筑铝型材（以下简称断热铝材）的传热系统比普通建筑铝型材（以下简称普通铝材）低，是一种符合节能潮流的节能建材，当它用于建筑幕墙和铝合金外窗之时，除了要考虑其保温隔热性能之外，还要充分考虑到其结构的安全性和可靠性。从力学角度看：普通铝材是各相同性材料的弯曲梁，断热铝材是两种不同材料复合而成的组合梁，两者的力学分析不完全相同，有鉴于此，本文试图对断热铝材的强度计算进行探讨。2.组合梁的力学分析两种材料复合而成的矩形组合梁（图一a48 沈阳远大铝业工程有限公司ShenyangYuandaAluminiumEngineeringCo.,Ltd.）弯曲时，如果铝材与塑料接合处联结牢固，不发生相对滑动和分离，铝材和塑料将一起变形，按照材料力学弯曲理论的平面假设，应变将沿截面高度连续线性变化（图一b），当两种材料的弹性模量相同时，同一截面的弯曲正应力沿高度呈连续分布（图一c），当两种材料的弹性模量不同时，同一截面的弯曲正应力沿高度不连续分布（图一d），两者虽然都呈线性变化，但分布直线斜率不同，在铝材和塑料的结合处，应力发生突变。因而隔热铝材的强度计算可分为两部分：（1）化作整体梁的强度计算，（2）铝材和隔热塑料分离面的强度计算。图一3、整体梁的强度计算当组合梁作为整体梁进行强度计算时，为方便起见，工程上采用“当量截面法”，这种方法是在不改变各种材料截面形心位置的前提下，将一种材料的面积扩大（或缩小）n倍，化作为完全为另一种材料截面的整体梁，这个截面积为当量截面。如图二a隔热型材组合截面中，将铝材的面积扩大n48 沈阳远大铝业工程有限公司ShenyangYuandaAluminiumEngineeringCo.,Ltd.倍，化作为单一塑料截面的整体梁，为了保持铝材原截面形心位置不变，必须将铝材的宽度对称地扩大n倍，如图二b所示。这里n是两种材料弹性模量之比：即：n=E铝/E塑E铝——铝材弹性模量，根据JGJ102规范，E铝=70000N/㎜2E塑——隔热塑料弹性模量，根据ISO527标准，PA66GF25隔热塑料在干燥状态下：E塑≥2900N/㎜2化成单一材料的整体梁以后，即可直接用梁的平面弯曲公式进行应力计算。即：σ=MZ/JY图二上式中的JY为当量截面对中性轴的惯性矩。但是这样计算所得的应力只反映代换后的那种材料的梁内应力，对于被代换材料那部分截面上的应力还需将其扩大（或缩小）n倍。详细推导见：JohnN.Cernia《StrengthofMaterials》2dedition,Holt,RinehartandWinston,1977。48 沈阳远大铝业工程有限公司ShenyangYuandaAluminiumEngineeringCo.,Ltd.例一：[知]：铝材宽b1=60mm，厚t1=10mm，塑料宽b2=20mm，梁高H=100mm，最大弯矩Mmax=4000Nm，隔热条高h=80mm，E铝=70000N/mm2，E塑=7000N/mm2。[求]：铝材截面最大弯曲正应力σ铝max隔热塑料截面最大弯曲正应力σ塑max[解]：(1)将铝塑组合梁转化为单一塑料整体梁：n=E铝/E塑=70000N/mm2/7000N/mm2=10所以得到铝材截面转化后的宽度：b3=n×b1=10×60mm=600mm(2)转化后整体梁的当量截面如图二b所示。JY=[600×1003-（600-20）×803]mm=0.25×108mm4(3)计算当量截面弯曲最大正应力:σmax=(4×106N-mm×50mm)/0.25×108mm4=8N/mm2(4)计算铝材弯曲最大正应力:σ铝max=n×σmax=10×8N/mm2=80N/mm2(5)计算塑料弯曲最大正应力:σ塑max=(4×106N-mm×40mm)/0.25×108mm4=6.4N/mm24、分离面最大应力计算48 沈阳远大铝业工程有限公司ShenyangYuandaAluminiumEngineeringCo.,Ltd.（1）铝材与隔热塑料复合而成的组合梁，其线荷载设计值为q，型材宽b，在梁的跨度取一微段dx，如图三a所示，在m-m截面和n-n截面上作用有正应力和剪应力，铝材和隔热塑料分界面m1n1，将铝材从微段dx分离，如图三b所示，在分离面m1m1n1n1上作用有剪应力τ分和正应力σ分，在mmm1m1面上作用有弯曲剪应力τ弯。（2）分离面最大剪应力τ分max计算；根据剪应力互等定律：τ分=τ弯依照材料力学计算公式：τ弯=Q.S/JY.bQ——截面所受剪力S——截面静面矩JY——截面惯性矩B——隔热塑料截面宽图三矩形梁上的mmm1m1截面（图四）静面矩，可按下式计算：48 沈阳远大铝业工程有限公司ShenyangYuandaAluminiumEngineeringCo.,Ltd.图四铝塑分离面的Z=h/2，最大剪应力发生在剪力量最大截面，矩形梁分离面的最大剪应力的设计值可按下式计算：τ分max=Qmzx（H2-h2）/8JYQmzx——最大剪力设计值（N）JY——截面惯性矩（㎜4）H——截面总高度（mm）h——塑料隔热条总高度（㎜）τ分max——分离面最大剪应力设计值（N/㎜2）工字梁分离面的最大剪应力设计值，可按下式计算：τ分max=b3Qmzx（H2-h2）/8b2JYb2——当量截面腹板宽度（㎜）b3——当量截面翼缘宽度（㎜）（3）分离面最大正应力σ分max计算：按照图二b所示的分离单元体，其上所受之力在垂直方向的平衡式为：48 沈阳远大铝业工程有限公司ShenyangYuandaAluminiumEngineeringCo.,Ltd.按照上式，当τ弯=0，σ分达到最大，即分离面的最大正应力发生在Q=0的截面，则上式为：qdX-σ分max=b2dX=0则分离面的最大正应力可按下式计算：σ分max=q/b2q——线荷载设计值（N/㎜）b2——塑料隔热条宽（㎜）σ分max——分离面最大正应力设计值（N/㎜2）图五例二：[知]：某一幕墙工程的力柱采用隔热铝材，其截面几何尺寸见例一，承受线荷载的设计值q=8N/mm，塑料隔热条的宽度b2=20mm，按简支梁计算机，跨度τ=3000mm[求]：分离面最大剪应力设计值，分离面最大正应力设计值。[解]：梁的弯矩、剪力图见图五48 沈阳远大铝业工程有限公司ShenyangYuandaAluminiumEngineeringCo.,Ltd.（1）依照图五的剪力图，最大剪力发生在支座处，该截面的剪力设计值为：Qmax=qL/2，分离面的最大剪应力设计值计算如下：由例一得知：b3=600mm，H=100mm，h=80mm，jy=0.25×108mm4τ分max=b3Qmzx（H2-h2）/8b2JY=b3qL（H2-h2）/16b2JY=（600mm×8N/mm×300mm）×(1002-802)mm/16×20mm×0.25×108mm4=6.48N/mm2（2）依照图五的剪力图，跨中截面剪力为0，分离面的最大拉应力发生在该处，其设计值可计算如下：σ分max=q/b2=8/20N/mm2=0.4N/mm25、建议（一）断热铝材用于建筑幕墙和铝门窗的结构件时，应进行强度设计计算。（二）铝材应计算弯曲最大拉应力，隔热塑料应计算最大弯曲拉应力和最大弯曲剪应力。铝材和隔热塑料的分离面还应计算最大拉应力和最大剪应力（三）强度校核建议：σ铝max≤fa；σ塑max≤f塑拉；48 沈阳远大铝业工程有限公司ShenyangYuandaAluminiumEngineeringCo.,Ltd.τ塑max≤f塑剪；σ分max≤f分拉；τ分max≤f分剪；σ铝max——铝材最大弯曲拉应力设计值σ塑max——隔热塑料最大弯曲拉应力设计值τ塑max——隔热塑料最大弯曲剪应力设计值σ分max——铝材和隔热塑料分离面最大拉应力设计值τ分max——铝材和隔热塑料分离面最大剪应力设计值fa——铝材拉伸强度设计值。可按JGJ102规范选取f塑拉——隔热塑料拉伸强度设计值f塑剪——隔热塑料剪切强度设计值f分拉a——隔热型材和铝材和塑料分离面抗拉强度设计值f分剪——隔热型材的铝材和塑料分离面抗剪强度设计值f塑拉=f塑拉标/K2；f塑剪=f塑剪标/K2f分拉=f分拉标/K2；f分剪=f分剪标/K2f塑拉标——隔热塑料拉伸强度标准值f塑剪标——隔热塑料剪切强度标准值f分拉标——隔热型材的铝材和塑料分离面抗拉强度标准值f分剪标——隔热型材的铝材和塑料分离面抗剪强度标准值K2——安全系数K2=3.5（四）为了保证隔热铝材力学性能的可靠性，要对隔热铝材生产厂家提出下列要求：（1）48 沈阳远大铝业工程有限公司ShenyangYuandaAluminiumEngineeringCo.,Ltd.提供隔热铝材的隔热塑料及其与铝材分离面的抗拉强度和抗剪强度标准值。（1）铝材和隔热塑料的膨胀系数要相等。（2）提供干湿度和温度对其力学性能的影响。（4）在后续的各种加工中，其力学性能不变化。（5）提供质量保证期。6、结束语断热铝型材的强度计算尚未见到国内外的技术标准和规范，文献报道也没有，本文作了一些开创性的探讨，权供参考。作为抛砖引玉之文，其用意在于：在提高建筑幕墙和铝门窗保温隔热性能的同时，千万要保证结构的安全性和可靠性。断热铝材决不能断！错误及不妥之处，敬请指正。六．热工计算1.保温计算⑴根据《民用建筑热工设计规范》GB50176-93,围护结构的最小传热阻Romin＝［ti-te］·n·Ri／［△t］式中：［△t］--室内空气与围护结构内表面允许温差℃，查表4.1.1-2；n--温度修正系数，查表4.1.1-1；Ri--围护结构内表面换热阻m2k/W，查附录二附表2.2；48 沈阳远大铝业工程有限公司ShenyangYuandaAluminiumEngineeringCo.,Ltd.ti--冬季室内计算温度℃，一般居住建筑，取18℃；高级居住建筑，医疗、托幼建筑，取20℃；te--围护结构冬季室外计算温度℃，按规范第2.0.1条的规定采用。⑵围护结构的传热阻应按下式计算：R0＝Ri＋R＋Re式中：R0--围护结构的传热阻m2k/W；Ri--内表面换热阻m2k/W，按附录附表2.2采用；Re--外表面换热阻m2k/W，按附录附表2.3采用；R--围护结构热阻m2k/W；R＝R面板＋R墙＋R保温＋R空气＝δ面板／λ面板＋δ墙／λ墙＋δ保温／λ保温＋R空气其中：δ面板、δ墙、δ保温--分别为幕墙面板土建墙体和保温材料层的厚度，mm；λ面板、λ墙、λ保温--分别为幕墙面板土建墙体和保温材料层的导热系数，W／m·k，查表附录四附表4.1；R空气--空气间层热阻m2k/W，查表附录二附表2.4；如果R0＞Romin则保温性能满足要求。2、墙体内表面防结露设计⑴室内空气露点温度的确定48 沈阳远大铝业工程有限公司ShenyangYuandaAluminiumEngineeringCo.,Ltd.室内空气的计算温度ti取20℃；相对湿度φ＝60％时人体感觉舒适。查表20℃时空气的饱和水蒸气分压力为E＝17.53mmHg,则φ＝60％时空气的水蒸气分压力为：e＝φ·E/100＝60·17.53/100＝10.52(mmHg)据e＝10.52（mmHg）查表，可知室内空气露点温度为td＝12.0℃※这是基于人体舒适程度来要求的，对于绝大多数地区都适用。如对室内外计算温度和相对湿度有具体要求，可查李之毅、苑建华等著《铝窗制造》表23。⑵当围护结构内表面温度θi高于室内空气露点温度td时，内表面不会有结露，即应有θi≥tdθi＝ti-Ri·(ti-td)/Ro所以，装修后维护结构所需的最小总热阻为Romin＝(ti-te)·Ri/(ti-td)式中：Ri、Ro--幕墙的内表面换热阻和幕墙的总热阻ti--室内空气的计算温度,取20℃;te–采暖期室外平均温度，查规范附录三附表3.1；td--室内空气露点温度。如果实际装修后维护结构的总热阻R0≥R0min，则幕墙内表面不会有结露。※本节中附表均在《民用建筑热工设计规范》GB50176-93中查找。48'