1、目 录工程概况-1构造设计理论和原则-1幕墙材料物理特性及力学性能荷载及作用计算玻璃板块选用与校核玻璃幕墙构造胶缝计算玻璃幕墙立柱计算-13幕墙横梁强度、挠度计算玻璃组件固定块及其间距计算横梁与立柱连接计算41立柱与支座连接计算 44支座连接件计算连接件与预埋件连接计算幕墙预埋件计算立柱伸缩缝设计计算49南立面钢架计算后置件计算钢角码与后置件相连接焊缝计算观光梯与雨棚计算-57全玻璃幕墙计算屋顶钢构造支座计算73第一章 工程概况一、工程名称：广场幕墙工程二、工程地点：市三、工程内容：玻璃、铝板幕墙四、幕墙最大高度：99.75m五、地震设防烈度：六度设防六、幕墙防火级别：耐火级别一级第二章构造设2、计理论和原则一、本构造计算遵循如下规范及原则：1、玻璃幕墙工程技术规范 JGJ102-962、建筑幕墙 JGJ302-963、建筑构造荷载规范 GB4、钢构造设计规范 GBJ17-885、高层民用建筑设计防火规范 GB500456、建筑防雷设计规范 GB7、建筑抗震设计规范 GB8、民用建筑隔声设计规范 GBJ118-889、建筑模数协调统一原则 GBJ2-9610、铝及铝合金阳极氧、阳极氧化膜总规范 GB11、金属镀膜和化学解决表达办法GBT 12、金属覆盖层、钢铁制品热镀锌层有关规定GBT13、高层民用建筑钢构造技术规程 JGJ99-98二、本构造计算遵循如下设计理论和规定：1、玻璃幕墙按3、围护构造设计，其骨架竖梃悬挂在主体构造上，处在受拉状态，层与层之间设立竖向伸缩缝。2、玻璃幕墙及其连接件均具备承载力、刚度和相对于主体构造位移能力，均采用螺栓连接。3、幕墙均按6度设防，遵循“小震不坏，中震可修，大震不倒”原则，幕墙在设防烈度地震作用下经修理后仍可使用，在罕遇地震作用下幕墙骨架不脱落。4、幕墙构件在重力荷载、风荷载、地震作用、温度作用和主体构造位移影响下均具备安全性。5、幕墙构件采用弹性办法计算，其截面最大应力设计值应不超过材料强度设计值：s 式中 s荷载和作用产生截面最大应力设计值；材料强度设计值。6、荷载和作用效应组合分项系数按下列规定采用：、进行幕墙构件、连接件和预埋件承4、载力计算时：重力荷载G：1.2风荷载W：1.4地震作用E：1.3温度作用T：1.2、进行位移和挠度计算时：重力荷载G：1.0风荷载w：1.0地震作用E：1.0温度作用T：1.07、当两个及以上可变荷载或作用（风荷载、地震作用和温度作用）效应参加组合时，第一种可变荷载或作用效应组合系数可按1.0采用；第二个可变荷载或作用效应组合系数可按0.6采用；第三个可变荷载或作用效应组合系数可按0.2采用。8、荷载和作用效应可按下式进行组合： S=GSG+wwSw+EESE+TTST式中 S 荷载和作用效应组合后设计值；SG 重力荷载作为永久荷载产生效应；SW、SE、ST 分别为风荷载、地震作用和温度作用作5、为可变荷载和作用产生效应。按不同组合状况，三者可分别作为第一种、第二个和第三个可变荷载和作用产生效应；G、w、E、T各效应分项系数，可按2.2.6采用；w、E、T分别为风荷载、地震作用和温度作用效应组合系数。取决于各效应分别作为第一种、第二个和第三个可变荷载和作用效应，可按2.2.7取值；9、幕墙按各效应组合中最不利组合进行设计。第三章 幕墙材料物理特性及力学性能一、玻璃强度设计值：类 型厚 度(mm)强度设计值g(Nmm2)大面上强度边沿强度浮法玻璃51228.019.5151920.014.0钢化玻璃51284.058.8151959.041.3二、铝合金型材强度设计值：型材状态强度设计值6、g(Nmm2)抗拉、抗压抗剪6063、T584.248.9三、幕墙连接件钢材强度设计值：钢材类型强度设计值(Nmm2)抗拉、抗压和抗弯抗剪VQ235（第一组）215125四、焊缝强度设计值： 焊接办法和焊条型号构件钢材强度设计值 (Nmm2)对接焊缝隙(三级)角焊缝手工焊E43XX型Q235抗拉、抗弯抗拉、抗压、抗剪185160五、螺栓连接强度设计值： 螺栓钢号强度设计值 (Nmm2)C 级A级、B级普通螺栓Q235抗拉抗剪抗拉抗剪170130170170六、幕墙材料重力体积密度：序号材料名称密度（kNm3）密度（Nmm3）1玻 璃25.62.56310-52矿棉（防火棉、保温棉）0.51.07、(0.51.0)310-63铝合金型材28.02.8310-54钢 材78.57.85310-5七、幕墙材料弹性模量：序号材 料弹性模量E (Nmm2)1玻 璃0.7231052铝合金0.7031053Q235钢材2.0631054不锈钢（奥氏体）2.063105八、幕墙材料线膨胀系数：序号材 料线膨胀系数(X10-5)1混凝土1.02钢 材1.23铝合金2.354玻 璃1.05不锈钢（奥氏体）1.8第四章 荷载及作用计算一、风荷载作用 1、作用在幕墙上风荷载原则值按下式计算：K =ZZSo 式中K 作用在幕墙上风荷载原则值（kNm2）；Z瞬时风压阵风系数，取2.25；Z 风压高度变化系数，按8、现行国标建筑构造荷载规范GB采用，取Z= 0.6163 (Z10)0.44（按C类地区计算）；S风荷载体型系数，竖向幕墙外表面取1.5；o基本风压，依照建筑构造荷载规范GB，市取0.45kN m2。 则K=2.253Z31.530.45=1.52ZkNm2 (公式 4.1)2、作用在幕墙上风荷载设计值按下式计算：=wK式中作用在幕墙上风荷载设计值（kNm2）；w风荷载作用效应分项系数,取1.4；则=1.4K(公式 4.2)二、地震作用（1）玻璃地震作用1、垂直于幕墙平面均布水平地震作用按下式计算：qE=EmaxGA式中 qE 垂直于幕墙平面均布水平地震作用（kNm2）；E 动力放大系数，取3.9、0；max 水平地震影响系数最大值，6度防震设计时取0.04；GA幕墙单位面积自重原则值。则 qE=3.030.0430.4=0.05kNm2 (公式 4.3)2、 平行于幕墙平面集中水平地震作用按下式计算：pE=EmaxG 式中 pE 平行于幕墙平面集中水平地震作用（kN）；E 动力放大系数，取3.0；max 水平地震影响系数最大值，6度防震设计时取0.04；G幕墙构件重量（kN），玻璃幕墙等于0.5b=4.95104 mm3由自重产生最大轴力N=0.4bh=0.41.1855.5=6.52kNa强度验算M Nsmax = +agWA03.9106 6.52103= + 1.054.951010、4 1358=75+4.8=79.8 kNmm2 84.2 Nmm2式中smax立柱截面承载力量大值（Nmm2）； N 立柱拉力设计值（N）； A0 立柱净截面面积； M 立柱弯矩设计值（Nmm）；g塑性发展系数，可取为1.05；W立柱对x轴净截面抵抗矩（mm3）；a立柱强度设计值，铝材取84.2Nmm2。3、刚度验算由计算成果得max=15.6mm L180=16.7 mm （安全）二、标高86.25m53.85m玻璃幕墙立柱计算1、概述：幕墙立柱均悬挂在主体构造上抗弯构件进行设计，立柱在水平荷载和自重共同作用下，处在拉弯状态，不需验算其稳定性，仅计算其截面承载力和挠度。本立柱位于主塔楼，南11、立面标高86.25m。查（表4.1）得S=3.42kNm2 S=2.45kNm2荷载带宽b=1.185mq=Sb=3.421.185=4.05kNm2q=Sb=2.451.185=2.90kNm22、内力计算：按不等跨二跨持续梁计算（采用赵西安编著计算用表）=4.95104mm2N Msmax = +aA0 gW3.921062.13103 = + =75.4+1.6=77 Nmm2 84.2 Nmm21.054.95104 1358式中smax立柱截面承载力量大值（Nmm2）； N 立柱拉力设计值（N）； A0 立柱净截面面积； M 立柱弯矩设计值（Nmm）；g塑性发展系数，可取为1.05；12、W立柱对x轴净截面抵抗矩（mm3）；a立柱强度设计值，铝型材取84.2Nmm2。b.刚度验算=0.16由表查得 挠度系数 =0.0031 qkh4 2.93.641012 = =0.0031EI 0.71053.5106 =6.2mmL180 = =20mm(安全)三、标高53.86m25.05m玻璃幕墙立柱计算1、概述：幕墙立柱均悬挂在主体构造上抗弯构件进行设计，立柱在水平荷载和自重共同作用下，处在拉弯状态，不需验算其稳定性，仅计算其截面承载力和挠度。本立柱位于主塔楼南立面，标高53.85m。查（表4.1）得S=2.79kNm2 S=1.99kNm2荷载带宽b=1.185mq=Sb=2.7913、1.185=3.31kNmq=Sb=1.991.185=2.36kNm2、内力计算按不等跨=跨持续梁计算(采用赵西安编著计算用表)=l = =0.16查表 m=0.0747 =0.0031M=mqh2 =0.07473.313.62 =3.2 kN.M由自重产生最大轴力N=0.5bh =0.51.1853.6 =2.13 kN3、强度验算采用 Y130-1A =1298 mm2 IX=2.91106 mm4Wmin =4.43104N Msmax = +aA0 gW3.21062.13103 = + =1.6+68.8=70.4 Nmm2 84.2Nmm21.054.43104 1298式中s14、max立柱截面承载力量大值（Nmm2）； N 立柱拉力设计值（N）； A0 立柱净截面面积； M 立柱弯矩设计值（Nmm）；g塑性发展系数，可取为1.05；W立柱对x轴净截面抵抗矩（mm3）；a立柱强度设计值，铝材取215Nmm2。3、 刚度验算由表查得 刚度系数 =0.0031qk =3.32104 mm3 A=1315mm2 I=2.74106 mm43、强度验算M Nsmax = +agWA02.22106 3.99103 = +1.053.32104 1315=63.7+3=66.7 kNmm2 84.2 Nmm2 (安全)式中smax立柱截面承载力量大值（Nmm2）； N 立柱拉力设15、计值（N）； A0 立柱净截面面积； M 立柱弯矩设计值（Nmm）；g塑性发展系数，可取为1.05；W立柱对x轴净截面抵抗矩（mm3）；a立柱强度设计值，铝材取84.2Nmm2。4、刚度验算由表查得 挠度系数 =0.003128 qkh40.0031282.894.241012= = =14.7mm E I 0.71052.74106L180=23.3mm20mm （安全）一、 标高25.05m6.65m玻璃幕墙立柱计算1、概述：幕墙立柱均悬挂在主体构造上抗弯构件进行设计，立柱在水平荷载和自重共同作用下，处在拉弯状态，不需验算其稳定性，仅计算其截面承载力和挠度。本立柱位于裙楼，标高25.05m16、。查（表4.1）得S=2.0kNm2 S=1.43kNm2荷载带宽b=1.17mq=Sb=2.01.9=3.8 kNm2q=Sb=1.431.9=2.72 kNm22、内力计算：按不等跨两跨持续梁计算(采用赵西安编著计算用表)=a= b1t2= 5042 6 6=133 (mm3)本幕墙组件承受水平荷载：P=S1.1851.5= 3.631.1851.5=6.45(N)该作用力由18块固定块承担，每块所受外力为N1=P118=6.4518=0.36kN因而，一种固定块承受弯矩值为：M=36013=4680 (N.mm)固定块最大应力值为：s=MWmin 4680= 133 = 35(Nmm2)17、 84.2Nmm2可见固定块强度满足设计规定。10.1 固定块连接螺钉强度校核能承受最大拉力为：N=1702(p3.5582)4=3380N 36022.5螺钉实际受力 R=1350NN=1344 (N) 10.2.3 角码局部承压能力：NbC= n1 dtfa=26484.2=4042(N)N=1344 (N)第十一章立柱与支座连接计算综合考虑幕墙所处位置标高、分格尺寸等因素，对下列不利处进行立柱与支座连接强度设计计算。该处幕墙位于主楼，标高取为99.75m，幕墙自重按GKA=500Nm2计；设计荷载为S= 3.63kNm2。=26484.2=4042(N)N=1344 (N)第十一章立柱与18、支座连接计算综合考虑幕墙所处位置标高、分格尺寸等因素，对下列不利处进行立柱与支座连接强度设计计算。该处幕墙位于主楼，标高取为99.75m，幕墙自重按GKA=500Nm2计；设计荷载为S= 3.63kNm2。幕墙分格宽度B=1185mm，立柱长度(楼层高度)为H=1500mm。立柱材料为铝合金(LD31RCS)，局部承压强度为84.2Nmm2，立柱连接处壁厚t1=3mm。支座材料为钢材(Q235.t16mm)，支座壁厚t2=6mm。立柱固定方式为双系点，即立柱左右两侧均与支座连接。立柱与支座连接螺栓：2个M12。11.1 荷载计算水平荷载：N1=3.631185300010-3=12905 (N19、)垂直荷载：N2=1.25001185300010-6=2133(N)组合荷载：N=129052+21332=13080(N)11.2 螺栓个数计算每个螺栓承载力：NbV=2(102)4130=20420 (N)n=0.64(个)，取2个。11.3 局部承受能力校核在水平荷载作用下，立柱与芯筒壁共同承担局部压力，因而承压面有4个，即，NbC=4212384.2=24249.6N13080 (N)可见立柱与支座连接设计安全。第十二章 支座连接件计算综合考虑幕墙所处位置标高、分格尺寸等因素，对下列不利处进行支座强度设计计算。该处幕墙位于主楼，标高取为99.75m，幕墙自重按GkA=500Nm2计；20、设计荷载为S=3.63kNm2。幕墙分格宽度B=1185mm，立柱长度(楼层高度)为H=3000mm。支座连接件（角码）计算，其材质为钢材(Q235.t=6mm)；截面尺寸806（mm），截面积A=806=480mm2，惯性矩I=（112）6803=2.56105mm4，截面抵抗矩W=Iy=(2.56105)40=6.4103mm3，立柱左右两侧均与支座连接件（角码）连接。由连接件知，水平荷载作用力通过截面形心，因而不存在水平力偏心矩。在竖向自重作用点，距连接件根部最大距离为130mm，竖向力为0.51.1853.0=1.8kN，对连接件产生弯矩M=1.80.13=0.23kN.m，水平力N=21、3.631.1853.0=12.9kN。上述内力由二个连接件承担。 N M 12.9103 0.23106max= + = +2A 2w 2480 21.056.4103 =13.4+17.1=30.5Nmm2215Nmm2（安全）可见支座设计安全。第十三章 连接件与预埋件连接计算综合考虑幕墙所处位置标高、分格尺寸等因素，对下列不利处进行支座与埋件连接强度设计计算。该处幕墙位于主楼，标高取为86.25m，幕墙自重按GKA=500Nm2计；设计荷载为S=3.42kNm2。幕墙分格宽度B=1185mm，楼层高度为H=3600mm。立柱固定方式为双系点，即立柱左右两侧均与支座连接。由连接件图知，连接22、件与预埋件连接螺栓位于连接件中心，即上述自重产生弯矩，由螺栓轴拉力和40mm力臂构成抵抗矩承担，由上述计算自重产生弯矩M=0.23kN.m，抵抗矩力臂为40mm，由此产生螺栓轴力N1=M40=（0.23106）40=5750N。12螺栓有效直径为10mm，A=（4）10.12=80.10mm2，螺栓抗拉强度设计值为170Nmm2。由第十二章得最大水平力12.9kN，再叠加自重产生弯矩使螺栓增长拉力，N1=5.75kN，因而对螺栓产生总拉力为12.9+5.75=18.7kN，由二颗螺栓承担， N 18.7103max= = =117Nmm20.7时,取0.7)aV=(4.0-0.08d)fcfy23、=(4.0-0.0810)(15215)=0.7039从而，取aV=0.7V N MAS= + +ar. aV. fY 0.8 ab. fYar. ab. fY.z1.8103 12.9103 0.23106= + + 10.7215 0.80.8215 10.821570 =125(mm2)N MAS= + 0.8 ab. fY 0.4 ar. ab. fY.z 12.9103 0.23106= + 0.80.8215 0.410.821570=141.4(mm2)DL=9.2mm可见伸缩缝适应年温差变化。第十六章 南立面钢桁架计算标高99.75m82.65m ，由水平向（3m间距）和竖向（24、间距9m）构成水平和竖直向钢桁架。第一节 竖向桁架梁计算竖向桁架高13.5m于标高94.25m处设立斜撑，使竖向桁架带悬臂单跨桁架梁。一、 水平荷载1、横向第一桁架布置在标高 86.25m荷载带宽 b=(3.0+3.0)2 =3.0m横向桁架受均布荷载为：S=3.42 Sk=2.45q=Sb =3.423.0 =10.26 kNm竖向钢立柱布置间距 9M ，因而作用于立柱桁架第一节点作用力为:P=10.269 =92.34 kN2、横向第二桁架布置在标高 89.25 m S=3.47 Sk=2.48荷载带宽 b =3m横向桁架受均布荷载为q =3.473 =10.41 kNmq =10.41925、 =93.69 kN3、横向第三桁架布置在标高 92.25m S=3.52 Sk=2.53荷载带宽 b = 3mq =3.523 =10.56 kNmp =10.569 =95.04 kN 4、横向第四桁架布置在标高 95.25m S =3.56 Sk=2.55b = (3+3)2 =3q=3.563 =10.68 kNmp=10.689 =96.12kN5、第五桁架布置在标高 99.75m S=3.63 Sk=2.6b =32 =1.5 mq=3.631.5 =5.45 kNmp =5.459 = 49 kN二、 竖向荷载设自重0.8kNm2，作用于竖向桁架（涉及竖向桁架自重）上每一节点P=26、0.839 =21.6kN三、 内力计算采用理正工程设计计算程序，计算成果Nmax = 975.1 kNM =12.6 kN.,又依照自重在该杆件压力=21.65 =108 kN因而最大杆件压力=975.1+1082 = 1029.1 kN即：Nmax =1029.1 kNM=12.6 kN.M,四、 强度计算采用2L16014 A=24330 mm2Wmin = 29.095104 mm3Ix =21.048107 mm4ix=49.2 mm =100049.2 =20.3 =0.96N M= + A W1029.1103 12.6106= + 24330 29.095104 =118.8 27、+ 69.3 = 188.1 Nmm2 215 Nmm2 (安全)为安全，采用16016五、 刚度验算查计算成果得：umax= 42.4 mm悬臂长 5.5 mul =42.4(25500) =1259.4挠度与型材截面积成反比因而改用 16016面积增长量 49.0743.3 =1.133即 u =42.41.133 =37.4 ul =37.4(25500) =1294 1300 (安全)第二节 水平向桁架计算一、 荷载选用不利状态横梁进行计算，标高92.25m由表（4.1）查得 S=3.52 kNm2 SK =2.53 kNm2荷载带宽 b =3mq=3.523 =10.56 kNmqk28、=2.533 =7.59 kNm节点荷载 (节间距 1M)p =10.561 =10.56 kNpk =7.591= 7.59 二、 内力计算采用理正计算程序计算成果最大轴力 N=171 kN M=0.6 kN.M三、 强度验算采用2L805 A=2791 mm2I =24.879105mm4Wmin=28.34103mm3M Nsmax51agWA00.6106 1711035120.834104 2791=34.3+108.1=142.4Nmm2 215Nmm2 (安全)式中smax立柱截面承载力量大值（Nmm2）； N 立柱拉力设计值（N）； A0 立柱净截面面积； M 立柱弯矩设计值（29、Nmm）；g塑性发展系数，可取为1.05；W立柱对x轴净截面抵抗矩（mm3）；a立柱强度设计值，钢材取215Nmm2。四、 刚度验算由计算成果得 umax =13mm1389kN（四）、钢架柱与钢架柱斜撑连接计算悬臂长度为1690B支座：选用22高强螺栓10.9级8根，N=1528=1216kN988kNA支座选用822高强螺栓（10.9级）二、东、西面屋顶钢构造支座计算：（一）悬臂2040mm，受风压宽度为2645mm（二）悬臂1.7m支架，受风荷载宽度3175mm（一）、（二）取用若钢板t=16，钢筋16选用420化学螺栓（三）悬臂1.2m支架（四）悬臂0.8m支架四、南立面支座焊缝长度计算224高强度螺栓由二条L=200焊缝来代替，224，五、南立面B支座在NB作用下加强钢板强度和变形计算：满足规定！