北大科技發展中心二期主樓幕墻工程結構計算書送審次數：送審日期：批轉日期：擬制：日期：審核：日期：批準：日期：北京江河幕墻裝飾工程有限公司2002年7月設計簡介本工程位于北京市海淀區，工程總高度56.300m，東西長71.250m，南北寬26.500m，地下二層，地上十三層，首層高度為5.400m，二層高度為4.500m，標準層分層高度為3.500m。抗震烈度為8度，防火等級為Ⅰ級，地下防水等級為一級，屋面防水等級為一級。使用年限50年，主體形式為鋼筋混凝土框架剪力墻結構，進行受力計算時采用現行《建筑結構荷載規范》GB50009—2001和《玻璃幕墻工程技術規范》JGJ102-96及《金屬與石材幕墻工程技術規范》JGJ133-2001的規定。選取50年一遇的設計風荷載，并考慮幕墻自重，設計抗震烈度為8度，最大年溫度變化為80OC。本工程采用玻璃、鋁板、和石材飾面，玻璃幕墻采用6+9+6mm銀灰色鍍膜中空鋼化玻璃，最大分格尺寸1063×1700mm；鋁板采用閃銀色氟碳噴涂，鋁合金框采用熱斷橋方式。鋁板幕墻采用3mm氟碳噴涂鋁板，最大分格尺寸1032×790mm，玻璃和鋁板幕墻采用同一根立柱，立柱、橫梁型材選用6063系列鋁合金型材，為了減小鋁板撓度，在鋁板上增加加勁肋。鋁合金窗采用6+9+6mm鋼化中空玻璃，窗立挺、橫梁采用鋁型材。屋頂和雨棚采用氟碳噴涂鋁板。通過結構計算全部滿足規范的設計要求。主要材料及設計指標1．6063-T5鋁型材抗拉強度σb≥157N/mm2屈服強度fya≥108N/mm2受拉壓強度設計值fab=85.5N/mm2受剪強度設計值fas=48.9N/mm2局部承壓強度設計值fabr=120N/mm2彈性模量Ea=70×103N/mm2線膨脹系數αa=2.35×10-5重力體積分布ρa=27.1×103N/m3伸長率δ≥8%泊松比ν=0.332.3mm3003氟碳噴涂鋁板抗拉強度設計值fa=81.0N/mm抗剪強度設計值fav=47.0N/mm抗承壓強度設計值fabr=120.0N/mm彈性模量Ea=0.7×105N/mm2線膨脹系數αa=2.35×10-5伸長率δ≥14%泊松比ν=0.33．鋼化玻璃：容重：r=25.6N/mm強度設計值：fg=84.0N/mm邊緣強度設計值：fg=58.8N/mm4．A3結構鋼屈服強度fys≥235N/mm2局部承壓強度設計值fsbr=320N/mm2抗拉壓強度設計值fsb=215N/mm2抗剪強度設計值fss=125N/mm2彈性模量Es=206×103N/mm2線膨脹系數αg=1.2×10-5重力體積分布ρs=78.5×103N/m3泊松比ν=0.35．奧氏體不銹鋼螺栓（A2-70）抗拉強度設計值ftb=320N/mm2抗剪強度設計值fsb=245N/mm26．結構硅酮密封膠短期強度允許值:f1=0.14N/mm2長期強度允許值：f2=0.007N/mm2鋁板幕墻部分一、基本參數工程所在地：北京市鋁板計算標高：42.1m設計分格：B×H=1.063×0.850mB：鋁板寬度H：鋁板高度鋁板厚度t=3mm設計地震烈度：8度地面粗糙度類別：C類

二、幕墻承受荷載計算：1.風荷載標準值計算:Wk:作用在幕墻上的風荷載標準值Wо:當地基本風壓北京市地區Wо=0.45kN/m

βgz:瞬時風壓的陣風系數:取1.76μs:風荷載體型系數:±1.5μz:風荷載高度系數，C類地區高度42.1m取1.16按《建筑結構荷載規范》GB50009-2001表1-10取值Wk=βz×μs×μz×Wо=1.76×1.5×1.16×0.45=1.378kN/m2＞1.0kN/m2取Wk=1.378kN/m22.風荷載設計值:W:風荷載設計值:kN/mrw:風荷載作用效應的分項系數：1.4W=rw×Wk=1.4×1.378=1.929=1.400*1.386kN/m3.構件重量荷載GAk:鋁板的平均自重:300N/m2H:鋁板分格高:0.850mB:鋁板分格寬:1.063mGk===0.271kN4.地震作用垂直于幕墻平面的分布水平地震作用qek:垂直于鋁板幕墻平面水平地震作用標準值βe:動力放大系數:可取5.0，按5.2.5條規定采用αmax:水平地震影響系數最大值:0.160，按5.2.5條規定采用Gk:鋁板幕墻構件的重量:0.271kNqek====5*.16*1.013/1.350/2.5000.240kN/m2qe:垂直于玻璃幕墻平面的分布水平地震作用設計值qe=1.3×0.240==1.3*.2400.312kN/m25.荷載組合風荷載和地震荷載的水平分布作用標準值qk=1.378+0.6×0.24=1.522kN/m2風荷載和地震荷載的水平分布作用設計值q=1.0×1.929+0.6×0.312=2.116kN/m2三、鋁板強度校核:選用3mm厚氟碳噴涂鋁板，加一道豎肋，有一道橫肋。1.受力計算簡圖如下:（按均布荷載計算）2.鋁板強度和撓度計算：查系數表左下板==0.799查表得：彎矩系數m=0.0587撓度系數f=0.00603θ===6.9應力、撓度折減系數由θ查表有η=0.981鋁板的彎曲應力σ===22.9N/mm＜fg=81N/mm鋁板的撓度μ==0.00603×=4.5mm＜[U]==5.3mm滿足強度和撓度要求3.鋁肋強度計算采用的加勁肋的截面形式如下截面參數鋁肋截面積：A=234mm2中性軸的慣性矩：Ix=10020mm4中性軸到立柱最外緣的距離：Yx=9.6mmX軸彈性抵抗矩Wx=Ix/Yx=1044mm3塑性發展系數:υ=1.05a.加強肋強度校核主加強肋承受的梯形荷載作用M===0.032KN·m鋁肋的最大彎曲應力:σ===29.0N/mm＜fg=81.0N/mm加強肋強度滿足要求b.鋁肋的撓度校核:μ===0.61mm＜=1.4mm加強肋撓度滿足設計要求玻璃幕墻部分一、基本參數工程所在地：北京市玻璃幕墻計算標高：42.1m玻璃分格：B×H=1063×1700mmB：玻幕寬度H：玻幕高度玻璃厚度：=6×1.2=7.2mm設計地震烈度：8度地面粗糙度類別：C類二、荷載計算1.風荷載標準值計算:Wk=1.378kN/m22.風荷載設計值:W=1.929kN/m3.構件重量荷載GAk:玻璃的平均自重:500N/m2Gk===0.904kN4.地震作用垂直于幕墻平面的分布水平地震作用qek:垂直于幕墻平面水平地震作用標準值βe:動力放大系數:可取5.0，αmax:水平地震影響系數最大值:0.160Gk:幕墻構件的重量:0.904kNqek===0.40kN/m2qe:垂直于玻璃幕墻平面的分布水平地震作用設計值qe=1.3×0.400==1.3*.2400.520kN/m25.荷載組合風荷載和地震荷載的水平分布作用標準值qk=1.0×1.378+0.6×0.4=1.618kN/m2風荷載和地震荷載的水平分布作用設計值q=1.0×1.929+0.6×0.52=2.241kN/m2三、玻璃強度校核1.強度校核（依據）由==0.625查表得彎曲系數=0.0836撓度系數==24.5N/mm2＜fg=84.0N/mm2.撓度校核μ===7.6mm＜[U]=1063/100=10.6mm玻璃強度、撓度符合設計要求。3.玻璃在溫度變化影響下，玻璃邊緣與邊框之間的擠壓時在玻璃中產生的溫度應力σt1===-315.7N/mm＜0（負數表示無擠壓溫度應力）4.玻璃中央與邊緣溫差產生的應力σt2==0.74×0.72×105×1.0×10-5×1.0×1.3×1.09×0.4×30=9.06N/mm＜fg=84.0N/mm溫差應力滿足設計要求。5.玻璃最大面積Azd:玻璃的允許最大面積(m2)Wk:風荷載標準值：1.378kN/m2t1:中空玻璃中較薄玻璃的厚度:6.0mmt2:中空玻璃中較厚玻璃的厚度:6.0mmα2:玻璃種類調整系數,0.66A:計算校核處玻璃板塊面積,1.807m2=12.2m2＞A=1.807m2可以滿足使用要求。四、結構膠強度計算：膠的長期強度允許值f2=0.007N/mm2膠的短期強度允許值f1=0.14N/mm2水平荷載標準值qk=1.618KN/m玻璃單位面積重量qgk=25.6×（6+6）×10-3=0.307KN/m玻璃的短邊長度B=1063mm玻璃的長邊長度H=1700mm結構膠的變位承受能力δ=25%；玻璃的相對位移量μS=41.膠在風荷載和地震荷載作用下的粘結寬度CS1===6.2mm2.膠在自重作用下的粘結寬度CS2===14.3mm取CS=15mm3.膠的粘結厚度tS＞==5.33mm取tS=6mm玻璃、結構膠的選用滿足設計要求。幕墻桿件立柱計算選用（6063-T5）181×70×3mm鋁型材，根據建筑結構特點，幕墻立柱懸掛在主體結構上，綜合考慮幕墻標高、幕墻橫向分格寬度、所選立柱型材、樓層高度以及對立柱的固定方式，下列情況為最不利，須對立柱進行強度和撓度校核。一、部位要素該處幕墻是鋁板和玻璃間隔布置，進行荷載計算時可看作玻璃幕墻，最大計算標高按42.1m計，幕墻結構自重按Gak=500N/m2，幕墻橫向計算分格寬度B=1.063m。二、力學模型采用簡支梁力學模型，立柱最大跨度H=3.500m。三、荷載確定1.風荷載標準值計算:Wk=1.378kN/m22.風荷載設計值:W=1.929kN/m3.構件重量荷載GAk:玻璃的平均自重:500N/m2H:玻璃分格高:3.500mB:玻璃分格寬:1.063mGk===1.860kN4.地震作用垂直于幕墻平面的分布水平地震作用qek:垂直于幕墻平面水平地震作用標準值βe:動力放大系數:可取5.0，αmax:水平地震影響系數最大值:0.160Gk:幕墻構件的重量:1.860kNqek===0.40kN/m2qe:垂直于玻璃幕墻平面的分布水平地震作用設計值qe=1.3×0.400==1.3*.2400.520kN/m25.荷載組合風荷載和地震荷載的水平分布作用標準值qk=1.378+0.6×0.4=1.618kN/m2風荷載和地震荷載的水平分布作用設計值q=1.0×1.929+0.6×0.52=2.241kN/m2作用于立柱上的線荷載標準值Qk=qk×B=1.618×1.063=1.720kN/m作用于立柱上的線荷載設計值Q=q×B=2.241×1.063=2.382kN/m四、幕墻立柱參數立柱截面積:A=1740mm2立柱對中性軸的慣性矩Ix=5570085mm4中性軸到立柱最外緣的距離YX=100mm 材料截面抵抗矩W=Ix/YX=5570085/100=55701mm3五、立柱強度校核依據≤ｆab=85.5N/mm2(拉彎構件)立柱承受的拉力設計值N=1.2Gk=1.2×1.860=2.232KN立柱跨中彎矩最大，則M===3.648KN·m==63.7N/mm2＜fa=85.5N/mm2立柱強度滿足要求六、立柱撓度校核==8.6mm＜mm立柱撓度滿足要求由上述計算結果可知所選型材符合要求。幕墻桿件橫梁計算綜合考慮橫梁所處位置的標高、幕墻的橫向分格寬度+、所選橫梁型材為80×80×3mm，以下情況最不利，須作橫梁強度和撓度校核。部位基本參數橫梁的計算的標高為42.1m，飾面材料為玻璃，所受重力Gk/A=500N/mm2，橫梁的計算長度取B=1.063m，幕墻的縱向分格高度H=1.300m。力學模型橫梁與立柱相接，相當于兩端簡支。荷載計算在幕墻平面內，橫梁受到的飾面材料的重力作用，可看作均布線荷載qGk=×H=500×1300/106=0.650KN/mqG=1.2×H=1.2×500×1300/106=0.78KN/m在幕墻平面外，橫梁受到風荷載和地震荷載的作用，其受力形式如上圖部分，其中橫梁承受的最大設計線荷載風荷載和地震荷載的水平分布作用標準值qk=1.378+0.6×0.4=1.618kN/m2風荷載和地震荷載的水平分布作用設計值q=1.0×1.929+0.6×0.52=2.241kN/m2作用于橫梁上的線荷載標準值Qk=qk×B=1.378×1.300=1.791kN/m作用于橫梁上的線荷載設計值Q=q×B=2.241×1.300=2.913kN/m四、幕墻橫梁截面參數：橫梁截面積：A=759mm2中性軸的慣性矩：Ix=253824mm4中性軸到立柱最外緣的距離：Yx=37mmX軸彈性抵抗矩Wx=Ix/Yx=6860mm3中性軸的慣性矩：Iy=346236mm4中性軸到立柱最外緣的距離：Yy=42mmY軸彈性抵抗矩Wy=Iy/Yy=8244mm3塑性發展系數:υ=1.05五、橫梁強度校核依據＜ｆab=85.5N/mm2===0.110KN·m===0.412KN·m則==63.0N/mm2＜ｆab=85.5N/mm2所選型材強度滿足要求。六、橫梁剛度校核該處幕墻橫梁最大撓度是μx、μy兩部分的矢量和：由自重引起的撓度μx===0.60mm由風荷載和地震荷載引起的撓度μy===1.35mmμmax===1.48mm[μ]=B/180=5.64mm,μmax＜[μ]橫梁剛度符合設計要求。幕墻連接件計算一、橫梁與立柱連接計算（標高42.1m）綜合考慮幕墻所處的位置的標高、分格尺寸等因素，對下列最不利處進行計算，該處幕墻標高為42.1m，幕墻自重按Gk/A=500N/mm2，設計荷載q=2.241KN/m2，幕墻分格寬度B=1.063m，橫梁上下分格高度為H=1.300m。立柱材料為鋁合金，局部壁厚4mm，橫梁為鋁合金，局部壁厚3mm。角碼材料為鋁合金，壁厚為4mm，采用3個M6不銹鋼螺絲與立柱連接。螺絲承受水平和豎直組合剪力作用。計算模型2.荷載計算a.橫梁端部支點承受的水平荷載N1=q×B×H/2=2.241×1.063×1.300/2=1.548KNb.橫梁端部支點承受的垂直荷載N2===0.415KNc.組合荷載N===1.603KN3.與立柱相連接的螺絲個數n1，立柱局部承壓校核：每個螺絲的承載力=2413Nn1===0.66個取螺絲n1=3（個）立柱局部承壓能力=3×6×4×120=8640N＞N=1302N角碼局部承壓能力=3×6×4×120=8640N＞N=1302N可見，橫梁與立柱的連接滿足要求。二、立柱與支座連接計算計算模型，計算寬度B=1.100m，高度H=3.500m。立柱材料為鋁合金，局部承壓強度為120N/mm2，立柱壁厚=4mm，支座材料為鋼材，局部承壓強度為320N/mm2，支座壁厚為=8mm，立柱的固定方式為雙系點，即兩側均有鋼連接件連接。用2個M12不銹鋼螺栓。荷載計算水平荷載/2=2.241×1.063×3.500/2=4.169KN垂直荷載/2=0.5×1.2×0.5×1.063×3.500=1.155KN組合荷載N===4.316KNc.螺栓個數計算每個螺栓的承載力=19249.8Nn1===0.23個取螺栓個數n1=2（個）立柱孔壁局部承壓能力=2×2×12×4×120=23040N＞N=4316N鋼連接件局部承壓能力=2×2×12×8×320=122880N＞N=4316N立柱與支座連接設計符合要求。三、支座計算標高取42.1m，自重荷載=500N/mm2，水平荷載為2.241KN/mm2，幕墻分格寬度1.063m，高度為3.500m，幕墻采用鋼連接件110×90×8×100mm，端部截面積A=800mm，抵抗矩W=13333.3mm3幕墻立柱連接螺栓的中心離支部橫截面形心的水平距離d=83mm，垂直距離為0。模型如下圖所示：1.荷載計算單個鋼連接件承受如下荷載水平荷載：N=q×B×H=×2.241×1.063×1.300=1.548KN垂直荷載：V==0.5×1.2×0.5×1.063×1.300=1.115KN支座橫截面最大彎矩M=N×0+V×d=0+1.115×83×10-3=0.093KN·m2.支座校核正應力==8.6N/mm2＜f=215N/mm2支座設計安全。四、幕墻預埋件計算主體結構采用混凝土強度等級為C30，標高取為42.1m，=500N/mm2，水平荷載為2.241KN/mm2，幕墻分格寬度1.350m，高度為3.600m。錨筋選用Ⅰ級鋼筋，直徑12mm，共4根分2層，錨筋間距為120mm，錨板尺寸采用280×180×8mm的Q235鋼板。受力形式如下圖1.荷載計算垂直剪力為V=/2=1.2×0.5×1.063×3.500/2=1.234KN水平拉力為N=q×B×H/2=2.241×1.063×3.500/2=4.169KN彎矩為W=V×d1+N×0=1.234×83×10-3+0=0.102KN·m2.錨筋最小截面積計算當有剪力、法向拉力、彎矩共同作用時，錨筋面積按下式計算，并應大于其最大值：其中，錨筋層數影響系數=1錨板彎曲變形折系數=0.6+0.25=0.6+0.25=0.77錨板受剪承載力系數（＞0.7，取0.7）=（4.0-0.08d）=（4.0-0.08×12）=0.81取=0.7==43.6mm2==45.4mm2所需錨筋最小截面積為45.4mm23.法向拉力校核法向拉力N＜0.5，即4169N＜0.5×15×50400=378000N4.預埋件錨筋確定（選擇4φ12）錨筋總面積為=452.4mm2＞45.4mm2預埋件錨筋截面積滿足要求。鋁合金窗結構計算一、基本參數窗計算標高：44.1m窗橫梁最大跨度：1.300m窗玻璃最大設計分格：B×H=633×700mm地面粗糙度類別：C類二、荷載計算1.風荷載標準值Wk:作用在幕墻上的風荷載標準值(KN/m2)βgz:瞬時風壓的陣風系數:取1.75μs:風荷載體型系數:-1.0μz:風荷載高度變化系數:1.18北京地區基本風壓按照50年一遇取值W0=0.45kN/m2Wk=βzμsμzW0=1.75×1.0×1.18×0.45=0.929kN/m22.風荷載設計值W:風荷載設計值(KN/m2)rw:風荷載作用效應的分項系數：1.4W=rwWk=1.4×0.929=1.300KN/m23.窗構件重量荷載GAk:窗構件(包括玻璃和鋁型材及五金配件)的平均自重:360N/m2Gk:窗構件(包括玻璃和鋁型材及五金配件)的重量:Gk=GAk×B×H/1000=360×0.633×0.700/1000=0.160kN4.地震作用(1)垂直于窗平面的分布水平地震作用:qek:垂直于窗平面的分布水平地震作用(kN/m2)βe:動力放大系數:可取5.0αmax:水平地震影響系數最大值:0.16Gk:窗構件的重量:0.160KNqek===0.288KN/m25.組合荷載q=W+0.6×1.3×qek=1.300+0.6×1.3×0.288=1.525KN/m2qk=Wk+0.6×qek=0.929+0.6×0.288=1.102KN/m2三、玻璃的計算1.中空玻璃防結露計算（6+9+6中空玻璃）冬季室外計算溫度tE取-16℃，室內計算溫度ti取20℃，相對濕度取60%，查表得：室內空氣露點溫度為tD=12.5℃當中空玻璃內表面溫度θi高于室內空氣露點溫度tD時，內表面不會結露。校核依據:θi≥tDθi＝Ri：中空玻璃內表面換熱阻，取0.11m2·K/WRe：中空玻璃外表面換熱阻，取0.04m2·K/WR：中空玻璃的熱阻，取1/2.5m2·K/WR0:中空玻璃的總熱阻R0=Ri+R+RE==0.55m2·K/Wθi===12.8℃≥tD＝12.5℃內表面不會結露。2.玻璃的強度計算：校核依據:σ≤ｆg=84.0N/mm2q:玻璃所受荷載組合值a:玻璃短邊邊長:0.633mb:玻璃長邊邊長:0.700mt:玻璃厚度:7.20mmψ:玻璃板面跨中彎曲系數,由==0.904，查出ψ=0.0526σw:玻璃產生的應力σw===3.7N/mm2≤ｆg=84.0N/mm2玻璃的強度滿足四、窗立挺計算窗立挺的強度計算:校核依據:≤ｆa=85.5N/mm2（1）立挺在水平荷載作用下的彎矩立挺承受的線荷載標準值q線k=qk×B=1.102×0.633=0.698KN/m立挺承受的線荷載設計值q線=q×B=1.525×0.633=0.956KN/mM:水平荷載作用下的立挺彎矩L：立挺計算高度0.700mM===0.059kN·m(2)立挺型材的截面特性如下:立挺的強度設計值:85.5N/mm2彈性模量:E=7.0×104N/mm2x軸慣性矩:Ix=96793mm4x軸抵抗矩:Wx=3872mm3型材截面積:A=407mm2塑性發展系數:γ=1.05(3)立挺強度:σ:立挺計算強度:γ:塑性發展系數:1.05σ===14.5N/mm2＜ｆa=85.5N/mm2立挺正應力強度滿足（4）窗立挺的剛度計算校核依據:Umax==3.9mm==0.32mm＜Umax=3.9mm撓度滿足要求五、窗橫梁的計算窗橫梁的強度計算:校核依據:≤ｆg=85.5N/mm2（1）橫梁在水平荷載作用下的彎矩