幕墻計算與支撐鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計.doc

第X章 幕墻計算及幕墻后支撐鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計目錄：第一節(jié)、幕墻計算一、荷載作用二、荷載作用效應(yīng)組合三、材料的力學(xué)性能四、面材的計算五、立柱及橫梁的計算六、連接節(jié)點的計算第二節(jié)、幕墻后支撐鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計一、幕墻后支撐鋼結(jié)構(gòu)體系分類二、常用鋼材的分類及其力學(xué)性能三、幕墻支撐鋼結(jié)構(gòu)的計算四、焊接節(jié)點的設(shè)計五、高強(qiáng)度螺栓連接節(jié)點的設(shè)計與計算六、普通螺栓連接節(jié)點的設(shè)計與計算七、柱腳節(jié)點連接的設(shè)計與計算第六章 幕墻計算及幕墻后支撐鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計第一節(jié)、幕墻計算一、荷載作用1、幕墻所承受荷載的分類幕墻所承受的荷載隨時間的變異分類可分為下列三類：永久荷載，例如結(jié)構(gòu)的自重、靜水壓力、預(yù)應(yīng)力等可變荷載，例如風(fēng)荷載、屋面活荷載、雪荷載等、施工及檢修荷載偶然荷載，地震作用、爆炸力、撞擊力等2、風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值的計算： 式中： 風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值（N/mm2）； 陣風(fēng)系數(shù)。 風(fēng)荷載體形系數(shù)。 風(fēng)壓高度變化系數(shù)。 基本風(fēng)壓。 基本風(fēng)壓是根據(jù)全國各氣象臺歷年來的最大風(fēng)速記錄，按基本風(fēng)壓的標(biāo)準(zhǔn)要求，將不同風(fēng)儀高度和時次時距的年最大風(fēng)速，統(tǒng)一換算為離地10m高，自記10min平均年最大風(fēng)速（m/s）。然后根據(jù)貝努利公式確定基本風(fēng)壓。在建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范附錄D中給出了全國各個地區(qū)的經(jīng)過換算的基本風(fēng)壓。在幕墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計中如果無特殊要求，基本風(fēng)壓取50年一遇。 風(fēng)壓高度變化系數(shù)主要考慮的是風(fēng)壓隨著建筑物高度變化的變化。其主要決定兩個因素，一個是建筑物的高度；另外一個就是地面粗糙度類別，目前建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范考慮了四類地面類別： A類指近海海面和海島、海岸、湖岸及沙漠地區(qū)；B類指田野、鄉(xiāng)村、叢林、丘陵以及房屋比較稀疏的鄉(xiāng)鎮(zhèn)和城市郊區(qū)；C類指有密集建筑群的城市市區(qū)；D類指有密集建筑群而且房屋較高的城市市區(qū)； 風(fēng)荷載體形系數(shù)是指風(fēng)作用在建筑物表面上所引起的實際壓力或吸力與來流風(fēng)的速度壓的比值。對于墻面幕墻的體形系數(shù)，正壓按照建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范表7.3.1取；而負(fù)壓，對墻面取-1.2，墻角取-2.0。墻角邊指房屋寬度的0.1或房屋平均高度的0.4，取其小者，但不小于1.5m。 陣風(fēng)系數(shù)是考慮由于風(fēng)的脈動引起局部風(fēng)壓瞬時增大，同樣與高度及地面粗糙度類別有關(guān)。它區(qū)別于高層建筑的風(fēng)振系數(shù)。 對于表面形狀復(fù)雜的幕墻結(jié)構(gòu)或者有風(fēng)洞實驗資料的工程，應(yīng)該按照實驗資料進(jìn)行計算。3、地震作用： 幕墻的地震計算主要方法為簡化的等效靜力方法，這種方法等同于建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計規(guī)范中的底部剪力法。但是對于某些特殊的幕墻，如單索幕墻等僅僅用等效的靜力方法不足以準(zhǔn)確分析幕墻在地震作用下的效應(yīng)，考慮結(jié)構(gòu)動力特性需要采用時程分析方法既瞬態(tài)分析。彈性時程分析的基本方程如下：對于動力分析方法這里不做講解。 垂直于幕墻表面的水平地震作用按照下式計算： 式中： 垂直于幕墻表面的水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值）； 動力放大系數(shù)，取5； 水平地震影響系數(shù)最大值，對于抗震設(shè)防烈度為6度的地區(qū)取0.04，7度的地區(qū)取0.08（0.12），8度的地區(qū)取0.16（0.24）。括號中的數(shù)值是用于基本地震加速度為0.15和0.3g 的地區(qū)。 幕墻面板的重量； 平行于幕墻表面的集中水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值按照下式計算： 這里主要是計算立柱（豎框）的抗震能力。二、荷載作用效應(yīng)組合 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)根據(jù)使用過程中在結(jié)構(gòu)上可能同時出現(xiàn)的荷載，按承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)分別進(jìn)行荷載（效應(yīng)）組合，并應(yīng)根據(jù)下列設(shè)計表達(dá)式進(jìn)行設(shè)計： 式中： 結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)； 荷載效應(yīng)組合的設(shè)計值，對于幕墻結(jié)構(gòu)如無特殊要求一般取1； 結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力的設(shè)計值，。應(yīng)按照各有關(guān)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范的規(guī)定確定1、幕墻結(jié)構(gòu)在構(gòu)件承載力極限狀態(tài)時荷載作用效應(yīng)組合：CASE1、無地震作用效應(yīng)組合 CASE2、有地震作用效應(yīng)組合上兩式中：作用效應(yīng)組合的設(shè)計值；永久荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值；風(fēng)荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值；地震作用效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值；永久荷載分項系數(shù)；風(fēng)荷載分項系數(shù)；地震作用分項系數(shù)；風(fēng)荷載的組合值系數(shù)；地震作用的組合值系數(shù)；2、幕墻在正常使用狀態(tài)的荷載作用效應(yīng)組合主要為如下兩種組合： 幕墻構(gòu)件在正常使用狀態(tài)下，其構(gòu)件的變形驗算時，一般不考慮作用效應(yīng)的組合。因地震的作用效應(yīng)相對風(fēng)荷載作用效應(yīng)較小，一般不單獨進(jìn)行地震作用下變形驗算。在風(fēng)荷載或永久荷載作用下幕墻的撓度應(yīng)符合要求，而且在計算時，作用分項系數(shù)取1.0。三、材料的力學(xué)性能 幕墻結(jié)構(gòu)在計算時我們主要需要了解的是幕墻結(jié)構(gòu)常用幾種材料的力學(xué)性能。以下就各種材料的力學(xué)性能做詳細(xì)的闡述：1、 玻璃 玻璃是典型的脆性材料，其破壞的特征是：幾乎所有的玻璃都是由于拉應(yīng)力產(chǎn)生的表面裂縫而破碎，一直到破壞為止玻璃的應(yīng)力應(yīng)變都呈線性關(guān)系。玻璃種類玻璃厚度t（mm）大面強(qiáng)度(N/mm2)側(cè)面強(qiáng)度(N/mm2)彈性模量E(N/mm2)泊松比普通玻璃52819. 50.72e50.2浮法玻璃5-122819.515-192417.0202014.0鋼化玻璃5-128458.815-197250.4205941.3 其中大面強(qiáng)度顧名思義是指玻璃大面上的強(qiáng)度，一般玻璃在荷載作用下都是按照這個強(qiáng)度來校核玻璃的強(qiáng)度。但是由于玻璃的側(cè)面由于經(jīng)過切割、打磨加工而產(chǎn)生應(yīng)力集中，強(qiáng)度有所降低，因此規(guī)范上有給出了側(cè)面強(qiáng)度，一般側(cè)面強(qiáng)度強(qiáng)度取大面強(qiáng)度的70%。在驗算玻璃的局部強(qiáng)度、連接強(qiáng)度以及玻璃肋的承載力時會采用玻璃側(cè)面強(qiáng)度設(shè)計值。2、 單層鋁合金板單層鋁合金板俗稱鋁單板。主要力學(xué)性能如下：牌號試樣狀態(tài)厚度(mm)抗拉強(qiáng)度(N/mm2)抗剪強(qiáng)度(N/mm2)彈性模量E(N/mm2)泊松比2A11T420.5-2.9129. 575.10.70e50.332.9-10136.579.22A12T420.5-2.9171. 599.52.9-10185.5107.67A04T620.5-2.9273. 0158.42.9-10287.0166.57A09T620.5-2.9273. 0158.42.9-10287.0166.53、 鋁塑復(fù)合板俗稱鋁塑板，由兩邊的鋁合金板與中間聚乙烯層復(fù)合而成。主要力學(xué)性能如下：厚度(mm)抗拉強(qiáng)度(N/mm2)抗剪強(qiáng)度(N/mm2)彈性模量E(N/mm2)泊松比470200.2e50.256廠家提供廠家提供0.3e50.254、 花崗巖石板花崗巖石板的抗彎強(qiáng)度設(shè)計值，應(yīng)依據(jù)其彎曲強(qiáng)度實驗的彎曲強(qiáng)度平均值Fgm決定，抗彎強(qiáng)度設(shè)計值、抗剪強(qiáng)度設(shè)計值應(yīng)按下列公式計算：Fg1=Fgm/2.15抗彎強(qiáng)度設(shè)計值Fg2=Fgm/4.30抗剪強(qiáng)度設(shè)計值當(dāng)彎曲強(qiáng)度實驗中任一試件彎曲強(qiáng)度實驗值低于8Mpa時，該批的花崗巖石板不得用于幕墻。花崗巖石板的彈性模量為0.8e5(N/mm2)，泊松比為0.125。5、 鋁合金牌號狀態(tài)厚度(mm)抗拉 (N/mm2)抗剪 (N/mm2)局部承壓(N/mm2)彈性模量E(N/mm2)泊松比6061T4不區(qū)分85.549.61330.70e50.33T6190.5110.51996063T585.549.6120T614081.21616063AT510124.472.215010116.667.6141T610147.785.717210140.081.2163四、面板的計算1、 力學(xué)模型面材的計算就是力學(xué)中板的計算，力學(xué)模型可以根據(jù)板的支撐方式來區(qū)分。幕墻面材常用下幾種力學(xué)模型：四邊支撐簡支板、三邊支撐簡支板、對邊支撐簡支板、四點支撐簡支板、三點支撐簡支板、六點支撐簡支板其中：框支承幕墻四邊支承簡支板點式幕墻四點、三點、六點支承簡支板全玻璃幕墻（櫥窗）對邊支承簡支板在某些面材長寬比大于2時的四邊支承簡支板也可以簡化成對邊支承簡支板來進(jìn)行計算。2、 計算的方法面材的計算可以根據(jù)簡化的力學(xué)模型分別采用解析法和有限單元法來進(jìn)行計算。對于支承形式和形狀規(guī)則的矩形板可以采用解析方法來進(jìn)行計算，而對于支承形式和形狀復(fù)雜的板可以采用有限單元法來進(jìn)行計算。解析法即采用經(jīng)典解析公式來進(jìn)行計算。以下是四邊支承力學(xué)模型的彈性小撓度解析公式。四邊支承簡支板：板的應(yīng)力：板的最大撓度：上式中：彎矩系數(shù)，由玻璃的短邊與長邊的比值，按照玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范表6.1.2-1選??；撓度系數(shù)，由玻璃的短邊與長邊之比的比值，按照玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范表6.1.3選取；玻璃的剛度（N.mm） 但是對于在荷載作用下變形比較大的面材，譬如玻璃、鋁單板、鋁塑板要考慮大變形幾何非線性的影響。當(dāng)變形較大時玻璃抵抗變形不只是由板的彎曲剛度來抵抗，還要考慮在變形后板的拉伸剛度也對抵抗變形起到很大的貢獻(xiàn)。如下圖所示，在板發(fā)生變形后在兩側(cè)產(chǎn)生平衡力p，大變形計算中就是考慮了平衡力p的影響。因此在幕墻的計算中，對于玻璃、鋁單板、鋁塑板等面材的計算中，都考慮了大變形幾何非線性的影響。上面彈性小撓度解析公式在考慮大撓度的影響后變成：板的應(yīng)力：板的最大撓度：式中為考慮了大變形后的折減系數(shù)。具體取值可以參見玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范（JGJ102-2003）中相關(guān)章節(jié)。如果按照小撓度公式來進(jìn)行計算的變形會比實際值相差30%50%。當(dāng)采用有限單元法來計算時對于大變形的面材同樣要采用大變形幾何非線性來進(jìn)行計算。因此在選擇有限元軟件來進(jìn)行計算時必須要了解軟件是否具有非線性的功能。對邊支承簡支板依然采用上面四邊簡支板的計算公式來計算，只是，彎矩系數(shù)和撓度系數(shù)分別取0.125和0.013，并且a為跨度。四點支撐玻璃的計算基本形式與四邊支撐相同，但是彎矩系數(shù)和撓度系數(shù)取值不同，見玻璃幕墻規(guī)范。而對于不同支撐方式石板的計算與相同支撐方式的玻璃的計算是一樣的，只是不考慮大變形的影響，因此公式中不考慮折減系數(shù)，并且彎矩系數(shù)、撓度系數(shù)應(yīng)按照金屬與石材幕墻工程技術(shù)規(guī)范中的有關(guān)內(nèi)容來取值。3、 中空及夾層玻璃的荷載分配對于夾層及中空玻璃，在承受風(fēng)荷載及地震作用時在計算前必須要進(jìn)行荷載分配。主要是依據(jù)是材料力學(xué)中層合板荷載荷載分配的理論，既所分配的荷載的大小與各層板的彎曲剛度成正比。以夾層玻璃為例，如下圖所示： 忽略膠層的作用，則層1及層2所被分配的荷載q1及q2分別為： 、 上式中D1、D2分別為層1和層2的彎曲剛度。單板的彎曲剛度D按照下式計算： 由于層1和層2的彈性模量E及泊松比是相同的因此，每層玻璃的剛度取決于厚度的立方，既。因此可以得到如下關(guān)于厚度t來進(jìn)行分配的公式：；。中空玻璃兩塊玻璃之間有氣體層，直接承受荷載的玻璃撓度一般略大于間接承受荷載的玻璃，因此為了安全起見，將直接承受荷載的玻璃再乘以1.1的系數(shù)，則，外層直接承受何在的玻璃荷載分配公式變成： 這就是玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范中夾層及中空玻璃荷載分配公式的來由。4、 面板變形的控制框支撐玻璃在風(fēng)荷載作用下的變形不宜大于其短邊邊長的1/60；全玻璃幕墻櫥窗玻璃的變形不宜大于其跨度的1/60；點支撐玻璃的變形不宜大于支撐點間長邊邊長的1/60；五、立柱及橫梁的計算 立柱和橫梁既幕墻中俗稱的豎框及橫框1、 立柱橫梁所采用的力學(xué)模型立柱的計算模型一般采用的是簡支梁或雙跨梁，對于特殊的可采用多跨連續(xù)梁。而橫梁一般采用的力學(xué)模型為簡支梁。簡支梁及雙跨梁的力學(xué)模型如下：2、 計算的方法簡支梁及雙跨梁都有經(jīng)典的小撓度線彈性解析公式來求解在均布荷載q作用下最大彎矩及撓度。（1）、彎矩及變形的計算對于簡支梁及雙跨梁都有經(jīng)典的力學(xué)公式如下：簡支梁在受均布荷載q作用下的公式如下：最大彎矩最大變形I為梁截面的慣性矩。雙跨梁在受均布荷載q作用下的公式如下：A的彎矩O、A、B三點的支反力分別為：圖中L1為長跨，則最大變形發(fā)生在L1跨上，L1上的撓度方程為：但是對于多跨連續(xù)梁很難找到公式來進(jìn)行計算，如果采用力法和位移法手算又特別麻煩，不太適合于工程當(dāng)中。因此必須要采用軟件應(yīng)用有限單元法來進(jìn)行計算。需要注意的是如果我們想得到詳細(xì)的位移分布必須要保證單元劃分時的合理性。對于特殊的梁與梁的連接要注意節(jié)點之間自由度的傳遞。（2）、承載力的驗算當(dāng)我們采用上述的方法計算得到彎矩后，必須要進(jìn)行拉壓及剪切承載力的驗算。橫梁的驗算： 橫梁截面受彎承載力必須符合下式要求： 式中： 、橫梁繞截面X軸及Y軸的彎矩設(shè)計值。在幕墻中X軸為平行幕墻平面的方向，Y軸為垂直于幕墻平面的方向。 、橫梁截面繞X軸、Y軸的凈截面抵抗矩（抗彎模量）。 塑性發(fā)展系數(shù)，取1.05； f型材抗彎強(qiáng)度設(shè)計值。 橫梁截面受剪承載力必須符合下式要求： 、 式中： 、分別為橫梁X軸和Y軸的剪力設(shè)計值； 、分別為距形心軸Y、X處橫線以外面積對形心軸的面積矩；、分別為對應(yīng)形心軸X、Y處截面的寬度。 f型材抗剪強(qiáng)度設(shè)計值。 立柱的驗算： 立柱不僅僅承受彎矩的作用還承受軸力的作用。軸力主要由重力產(chǎn)生。如果軸力為壓力，則要驗算立柱的壓彎穩(wěn)定性能，為了避免出現(xiàn)失穩(wěn)，一般是把立柱設(shè)計成軸心受拉構(gòu)件，即立柱的上支點設(shè)為固定鉸，而下端設(shè)為滑動鉸。如下圖所示： 則立柱在承受拉力和彎矩作用下，其承載力應(yīng)符合下式要求： 式中：N立柱的軸力設(shè)計值；M立柱的彎矩設(shè)計值；A立柱的凈截面面積；W立柱截面的抗彎模量；f型材抗彎強(qiáng)度設(shè)計值；截面塑性發(fā)展系數(shù)，取1.05。（3）、正常使用狀態(tài)變形的驗算 立柱和橫梁在正常使?fàn)顟B(tài)的變形要求應(yīng)符合如下： 對鋁合金型材，構(gòu)件的撓度應(yīng)小于跨度的1/180； 對鋼型材，構(gòu)件的撓度應(yīng)小于跨度的1/250。3、 玻璃肋的計算玻璃肋作為櫥窗玻璃的支撐構(gòu)件起著抵抗面板玻璃所傳遞的荷載。玻璃肋的基本受力模型采用的是簡支梁力學(xué)模型。由于玻璃肋截面為矩形，因此在一定厚度下我們主要是考核在承載力極限狀態(tài)下的玻璃肋的最小高度，玻璃肋的截面厚度不得小于12mm。（1）、全玻璃幕墻玻璃肋的截面高度hr（下圖）可按下列公式計算： r =（3WLh2 /8fgt）1/2 （雙肋） （6-3） r =（3WLh2 /4fgt）1/2 （單肋） （6-4）式中： r玻璃肋截面高度（mm） w 風(fēng)荷載設(shè)計值（N/mm2） L兩肋之間的玻璃面板跨度（mm） fg玻璃側(cè)面強(qiáng)度設(shè)計值（N/mm2） t 玻璃肋截面厚度（mm） h玻璃肋上、下支點的距離，即計算跨度（mm）。 （2）、 全玻幕墻玻璃肋在風(fēng)荷載設(shè)計值作用下的應(yīng)力可按下式計算： =0.75WL h 2 / hr2tfg （單肋） （6-5） =0.375WL h 2 / hr2tfg （雙肋） （6-6） （3）、全玻幕墻玻璃肋在風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值作用下的撓度df可按下式計算： df =5/32（wkLh4/Ethr3） （單肋） （6-7） df =5/64（wkLh4/Ethr3） （雙肋） （6-8）式中：wk風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值(N/mm2) E玻璃彈性模量（N/mm2）在風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值作用下，玻璃肋的撓度限值df，lim宜取其計算跨度1/200。六、連接節(jié)點的計算1、 立柱與主體的連接計算立柱與主體連接主要通過L形鋼角碼來連接，如下圖：上圖中鋼角碼與預(yù)埋板相焊接，在這個連接中我們主要計算螺栓、鋼角碼、焊縫的承載能力、豎框局部承壓承載力及預(yù)埋件的計算。豎框傳遞給每個鋼角碼的力水平方向為N、垂直方向為V，見下圖。 （1）、鋼角碼與預(yù)埋件焊縫的計算：鋼角碼與預(yù)埋件間采用三邊圍焊連接，每個水平焊縫長度為b, 豎向焊縫長度為h, 焊腳尺寸hf，則焊縫的計算厚度為：hE0.7hf根據(jù)規(guī)范對圍焊在計算時需在端點減去hf，則實際計算焊縫的寬度為b0=b-hf，鋼角碼及焊縫所圍成的區(qū)域如上圖所示，其中：豎框與鋼角碼連接螺栓距離焊縫形心點距離為；e、ef=b0-b0b0/(2 b0+h)+hf焊縫所圍城區(qū)域的幾何特性為：面積：A= hE(h+2b0)對形心點慣性矩和極慣性矩為:Ix=hhhhE/12+ b0hhhE/2Iy=2hE(ef-hf)3+ (b-ef)3)/3+hhE(b-ef)2Ip=Ix+Iy把與豎框連接螺栓點部位所受的反力移到形心點,則形心點所受內(nèi)力為:N=V=Mx=Ve=My=Nef=Mz=Vef=根據(jù)分析認(rèn)為焊縫最危險點如圖中A、B兩點A點所受正應(yīng)力和剪應(yīng)力分別為：A點到形心的距離B點所受正應(yīng)力和剪應(yīng)力分別為：B點到形心的距離這里認(rèn)為剪力主要由向焊縫承擔(dān)焊縫所采用的焊條為E43型手工焊條，則角焊縫的抗拉、抗壓和抗剪強(qiáng)度為160Mpa。因此（2）、鋼角碼根部計算：鋼角碼根部截面形狀為矩形，矩形截面的寬度為鋼角碼的厚度為t=7mm，長度為h。則矩形截面的的面積A=ht截面的抗彎模量Wx=hht/6把與豎框連接螺栓點部位所受的反力移到根部則鋼角碼根部所受內(nèi)力為：N=N、V=V、M=Ve則截面所受正應(yīng)力和剪應(yīng)力分別為：（3）、與豎框連接的螺栓抗剪承載力的驗算。螺栓所承受的剪力為豎框傳遞給連接件的兩個力N及V的平方和開根，既：（4）、豎框局部承壓的計算：豎框壁局部承壓能力為：NBc=dt總fBc =61213310-3 =9.576KN 其中：t總 型材承壓壁的總厚度 d螺栓直徑 fBc鋁型材承壓強(qiáng)度設(shè)計值當(dāng)NBc大于螺栓所承受的剪力時，豎框壁局部承壓能力滿足要求。（5）、預(yù)埋件與主體混凝土連接錨栓的計算此部分的計算和鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中的柱腳的計算是一樣的，詳細(xì)可見后面的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中柱腳的計算，這里就不做講解。2、 橫梁與立柱連接的計算橫框與豎框連接主要通過螺釘來連接，連接也主要是計算螺釘?shù)目辜舫休d力。假設(shè)橫框傳遞給連接部位的剪力為V，則根據(jù)螺釘?shù)臄?shù)量及面積我們可以得到螺釘總的抗剪面積A，則V/A就是螺釘?shù)募羟袘?yīng)力，從而與許用抗剪強(qiáng)度設(shè)計值相比較就可以知道螺釘?shù)某休d能力是否符合要求。3、 膠縫的計算（1）、隱框幕墻結(jié)構(gòu)硅酮密封膠的強(qiáng)度驗算幕墻玻璃在風(fēng)荷載作用下的受力狀態(tài)相當(dāng)于承受均布荷載下的雙向板，如下圖所示： 在支撐邊緣的最大線均布拉力為a/2，由結(jié)構(gòu)膠的粘結(jié)力承受。則結(jié)構(gòu)膠的最小粘結(jié)寬度為：sWa（2f1） 式中： s結(jié)構(gòu)硅酮密封膠的最小粘結(jié)寬度 ； a 玻璃的短邊長度； f1結(jié)構(gòu)膠在風(fēng)荷載或地震作用下的強(qiáng)度設(shè)計值，取0.2MPa ； W風(fēng)荷載設(shè)計值； 當(dāng)抗震設(shè)計時，W應(yīng)換成（W+0.5qe），qe為作用在玻璃上地震作用標(biāo)準(zhǔn)值。 在重力荷載作用下豎向玻璃幕墻的結(jié)構(gòu)膠承受長期的剪應(yīng)力作用，平均剪應(yīng)力可按照下式進(jìn)行計算：剪應(yīng)力不得超過結(jié)構(gòu)膠在永久荷載作用下的強(qiáng)度設(shè)計值，取0.01MPa。（2）、全玻璃幕墻玻璃肋與面板的膠縫計算面玻璃支承在玻璃肋上的形式，有后置式、騎縫式、平齊式、突出式。后置式（見圖6-1）。玻璃肋置于面玻璃的后部，用密封膠與面玻璃粘接成一個整體。騎縫式（見圖6-2）。玻璃肋位于面玻璃后部的兩塊面玻璃接縫處，用密封膠將三塊玻璃連接在一起，并將兩塊面玻璃之間的縫隙密封起來。 圖6-1 6-2平齊式（見圖6-3）。玻璃肋位于兩塊面玻璃之間，玻璃肋的一邊與面玻璃表面平齊，玻璃肋與兩塊面玻璃間用密封膠粘接并密封起來。這種型式由于面玻璃與玻璃肋側(cè)面透光厚度不一樣，會在視覺上產(chǎn)生色差。突出式（見圖6-4）。玻璃肋位于兩塊面玻璃之間，兩側(cè)均突出大片玻璃表面，玻璃肋與面玻璃間用密封膠粘接并密封。 圖6-3 圖6-4全玻幕墻膠縫承載力應(yīng)符合下列要求： A與玻璃面板平齊或突出的玻璃肋： qL/2000t1f1 B 后置或騎縫的玻璃肋： qL/1000t2f1 式中：垂直于玻璃面板的分布荷載設(shè)計值（），抗震設(shè)計時應(yīng)包含地震作用計算的分布荷載設(shè)計值； L兩肋之間的玻璃面板跨度（）； 膠縫寬度，取玻璃面板截面厚度（）； 膠縫寬度，取玻璃肋截面厚度（）； 硅酮結(jié)構(gòu)密封膠在風(fēng)荷載作用下的強(qiáng)度設(shè)計值，取0.2N/mm2；3） 膠縫厚度應(yīng)符合規(guī)范第5.6.5條的要求，并不應(yīng)小于6mm；第二節(jié)、幕墻支撐鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計一、幕墻支撐鋼結(jié)構(gòu)體系分類 幕墻的支撐鋼結(jié)構(gòu)形式多樣、千變?nèi)f化。從受力機(jī)理上來區(qū)分，大致可以分為剛架結(jié)構(gòu)、桁架結(jié)構(gòu)及預(yù)應(yīng)力索桿結(jié)構(gòu)三種，或者由這三種結(jié)構(gòu)組合而成。（1）、剛架結(jié)構(gòu)體系 在剛架結(jié)構(gòu)體系中桿件與桿件之間都采用剛性連接。因此結(jié)構(gòu)整體剛度比較大，抵抗變形能力強(qiáng)，在幕墻中得到很廣泛的應(yīng)用。但是為了保證構(gòu)件之間連接能夠很好的傳遞彎矩，節(jié)點連接構(gòu)造比較復(fù)雜，而且質(zhì)量要求很高。（2）、桁架結(jié)構(gòu)體系 桁架結(jié)構(gòu)體系是指在體系中構(gòu)件與構(gòu)件之間采用鉸接的結(jié)構(gòu)，因此構(gòu)件只產(chǎn)生拉壓軸力，而不產(chǎn)生彎矩。這種結(jié)構(gòu)的特點是結(jié)構(gòu)受力簡單清晰，節(jié)點構(gòu)造容易實現(xiàn)。某些結(jié)構(gòu)采用手工就可以計算。缺點是整體剛度不如剛架結(jié)構(gòu)，抵抗變形性能不是太好。（3）、預(yù)拉力索桿結(jié)構(gòu) 預(yù)應(yīng)力索桿結(jié)構(gòu)，顧名思義，是在細(xì)桿或者索構(gòu)件中灌注預(yù)應(yīng)力，從而使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生剛度以抵抗結(jié)構(gòu)的變形。預(yù)拉力索桿結(jié)構(gòu)由于其結(jié)構(gòu)體系輕盈、形式千變?nèi)f化、通透性強(qiáng)、藝術(shù)表現(xiàn)力強(qiáng)，因此得到廣大建筑師和投資者的喜愛。 但是其結(jié)構(gòu)剛度受其內(nèi)力的影響很大，屬于幾何非線性結(jié)構(gòu)。分析和設(shè)計很復(fù)雜。因此在這里就不做詳細(xì)的介紹，只介紹幾個基本概念給大家了解。 形預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)在某狀態(tài)下的幾何形狀態(tài)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)在某狀態(tài)下的內(nèi)力分布 對于預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的分析是從三個階段來考慮的：始態(tài)沒有施加預(yù)應(yīng)力前結(jié)構(gòu)的狀態(tài)。初態(tài)施加完預(yù)應(yīng)力之后結(jié)構(gòu)在自重或其它恒載作用下的平衡狀態(tài)。終態(tài)在初態(tài)的基礎(chǔ)上考慮了外部可變荷載作用下的平衡狀態(tài)。 對于復(fù)雜結(jié)構(gòu)，這三種狀態(tài)的確定是很重要的。二、常用鋼材的分類及其力學(xué)性能1、 鋼材的分類在幕墻后支撐鋼結(jié)構(gòu)中常用的鋼材可分為碳素結(jié)構(gòu)鋼、低合金鋼、不銹鋼。（1）、碳素結(jié)構(gòu)鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼是最普遍的工程有鋼，按照其含碳量的多少又可分為低碳鋼、中碳鋼和高碳鋼三種。通常把含碳量為0.030.25%稱為低碳鋼，0.260.6%稱為中碳鋼，0.62.0%稱為高碳鋼。而在建筑中最常用的是Q235牌號的低碳鋼及優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼20#鋼。Q235鋼在質(zhì)量上可分為A、B、C、D四個等級。從脫氧方法上可分為沸騰鋼F、半鎮(zhèn)靜鋼b、鎮(zhèn)靜鋼Z、特殊鎮(zhèn)靜鋼TZ。不同厚度鋼材的抗彎曲強(qiáng)度是不一樣的，厚度越大的鋼材其強(qiáng)度越不好。（2）、低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼 低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼是指在煉鋼過程中增添一些合金元素，其總量不超過5%的鋼材，加入合金元素后剛才的強(qiáng)度可明顯提高，在建筑幕墻支撐結(jié)構(gòu)中比較常用的低合金鋼為Q345牌號。 Q235鋼在質(zhì)量上可分為A、B、C、D、E五個等級。不同厚度鋼材的抗彎曲強(qiáng)度是不一樣的，厚度越大的鋼材其強(qiáng)度越不好。（3）、鋼材牌號的表示方法由代表屈服點的Q、屈服點數(shù)值、質(zhì)量等級符號、脫氧方法等四部分組成。例如：Q235-A、F在牌號的組成表示中“Z”和“TZ”符號予以省略。2、 鋼材的選擇為保證承重結(jié)構(gòu)的承載能力和防止在一定條件下出現(xiàn)脆性破壞，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)的重要性、荷載特征、結(jié)構(gòu)形式、應(yīng)力狀態(tài)、連接方法、鋼材厚度和工作環(huán)境等因素綜合考慮，選用合適的鋼材牌號和材性。承重結(jié)構(gòu)的鋼材宜采用Q235鋼、Q345鋼、Q390鋼和Q420鋼，其質(zhì)量應(yīng)分別符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)碳素結(jié)構(gòu)鋼GB/T700和低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼GB/T1591的規(guī)定。當(dāng)采用其他牌號的鋼材時，尚應(yīng)符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定和要求。下列情況的承重結(jié)構(gòu)和構(gòu)件不應(yīng)采用Q235沸騰鋼：1 焊接結(jié)構(gòu)。1） 直接承受動力荷載或振動荷載且需要驗算疲勞的結(jié)構(gòu)。2） 工作溫度低于20時的直接承受動力荷載或振動荷載但可不驗算疲勞的結(jié)構(gòu)以及承受靜力荷載的受彎及受拉的重要承重結(jié)構(gòu)。3） 工作溫度等于或低于30的所有承重結(jié)構(gòu)。2 非焊接結(jié)構(gòu)。工作溫度等于或低于20的直接承受動力荷載且需要驗算疲勞的結(jié)構(gòu)。承重結(jié)構(gòu)采用的鋼材應(yīng)具有抗拉強(qiáng)度、伸長率、屈服強(qiáng)度和硫、磷含量的合格保證，對焊接結(jié)構(gòu)尚應(yīng)具有碳含量的合格保證。焊接承重結(jié)構(gòu)以及重要的非焊接結(jié)構(gòu)承重結(jié)構(gòu)采用的鋼材還應(yīng)具有冷彎試驗的合格證。對于需要驗算疲勞的焊接結(jié)構(gòu)的鋼材。應(yīng)具有常溫沖擊韌性的合格保證， 當(dāng)結(jié)構(gòu)工作溫度不高于0但高于20時，Q235鋼和Q345鋼應(yīng)具有0沖擊韌性的合格保證；當(dāng)結(jié)構(gòu)工作溫度不高于20時，對Q235鋼和Q345鋼應(yīng)具有20沖擊韌性的合格保證； 對于需要驗算疲勞的非焊接結(jié)構(gòu)的鋼材，也應(yīng)具有常溫沖擊韌性的合格保證當(dāng)結(jié)構(gòu)工作溫度不高于，當(dāng)結(jié)構(gòu)工作溫度不高于-20時，對Q235鋼和Q345鋼應(yīng)具有0的沖擊韌性的合格保證。三、幕墻后支撐鋼結(jié)構(gòu)的計算 幕墻后支撐鋼結(jié)構(gòu)的計算一般采用有限元軟件來進(jìn)行計算。計算主要分析結(jié)構(gòu)在以下三方面的性能：（1）、強(qiáng)度的驗算主要是計算在承載能力極限狀態(tài)作用下構(gòu)件的強(qiáng)度。在計算時應(yīng)把各種工況考慮全面。（2）、變形的驗算 不同形式的結(jié)構(gòu)，不同使用功能的結(jié)構(gòu)其變形的控制都不一樣，詳細(xì)的大家可以看鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范附錄部分。對于幕墻中的剛架或者桁架結(jié)構(gòu)，在風(fēng)荷載作用下的撓度限值為其跨度的1/250，對于懸挑結(jié)構(gòu)跨度取其懸挑長度的2倍。 而對于張拉結(jié)構(gòu)取其跨度的1/200。 （3）、穩(wěn)定的計算 對于構(gòu)件的穩(wěn)定計算可以按照鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范中相關(guān)規(guī)定來進(jìn)行計算。對于復(fù)雜的結(jié)構(gòu)可以采用軟件進(jìn)行幾何非線性屈曲分析。對于構(gòu)件穩(wěn)定相關(guān)內(nèi)容見鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范四、焊接節(jié)點的設(shè)計 焊縫連接是幕墻中比較常用的連接形式，以下從幾個方面來對焊縫的設(shè)計和計算來進(jìn)行講解。1、 焊縫的分類及質(zhì)量等級常用的焊縫主要包括對接焊縫、角焊縫、對接焊縫與角焊縫的組合焊縫。其中對接焊縫與角焊縫的組合焊縫的計算與角焊縫相同。對接焊縫質(zhì)量上分為1、2、3三個等級，其中1級和2級與母材等強(qiáng)度，1級焊縫探傷比例為100%，2級焊縫的探傷比例為20%，而三級焊縫由于不需要無損探傷，因此焊縫的內(nèi)部質(zhì)量不易控制，因此焊縫的設(shè)計強(qiáng)度需要折減。角焊縫由于其形狀的原因，在受力后應(yīng)力分布比較復(fù)雜，尤其是焊接后殘余應(yīng)力的存在。因此角焊縫設(shè)計強(qiáng)度要低于三級對接焊縫。焊縫應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)的重要性、荷載特性、焊縫形式、工作環(huán)境以及應(yīng)力狀態(tài)等情況，按照下列原則來分別選用不同質(zhì)量等級的焊縫：（1）、在需要進(jìn)行疲勞計算的構(gòu)件中，凡對接焊縫均應(yīng)焊透，其質(zhì)量等級為： 作用力垂直于焊縫長度防哪個鄉(xiāng)的橫向?qū)雍缚p或T形對接焊縫與角焊縫的組合焊縫，受拉時應(yīng)為一級，受壓時宜為二級；作用力平行于焊縫長度方向的縱向?qū)雍缚p應(yīng)為二級。（2）、不需要計算疲勞的構(gòu)件中，凡要求與母材等強(qiáng)的對接焊縫均應(yīng)焊透，對于受拉構(gòu)件，焊縫質(zhì)量等級不得小于2級，受壓宜為2級。 （3）、不要求焊透的T形接頭采用的角焊縫或部分焊透的對接焊縫與角焊縫的組合焊縫，以及搭接連接采用的角焊縫，其質(zhì)量等級為： 對直接承受動力荷載且需要計算疲勞的結(jié)構(gòu)，焊縫的外觀質(zhì)量應(yīng)符合二級；對于其它結(jié)構(gòu)外觀質(zhì)量應(yīng)符合三級。2、 焊接焊條的選用對應(yīng)鋼材選用合適的焊條是設(shè)計人員應(yīng)該掌握的基礎(chǔ)知識。下面給出常用鋼材的對應(yīng)焊條型號：不同強(qiáng)度鋼材之間的焊接，一般應(yīng)該選擇與低強(qiáng)度鋼材相適應(yīng)的焊條。也就是就低不就高的原則。 鋼材牌號質(zhì)量等級選用焊條型號Q235A*E4303B*E4303、E4328E4315、E416CDQ345A*E5003B*E5003、E5015、E5016、E5018CE5015、E5016、E5018DE 表中*表示用于一般結(jié)構(gòu)、非重大結(jié)構(gòu)。 E表示焊條 43表示熔敷金屬抗拉強(qiáng)度最小值 0表示焊接的位置 3與前位數(shù)字組合表示焊接電流種類及藥皮類型。3、 常用焊縫標(biāo)注作為設(shè)計人員不可能完全跟蹤施工中焊接的每個環(huán)節(jié)，因此圖紙中對焊接的技術(shù)要求必須要詳細(xì)和準(zhǔn)確，不僅僅要把焊縫的質(zhì)量要求及選用焊條型號要表述明白，而且對于每個焊接位置具體焊縫的形式和尺寸要求也要表達(dá)清晰和準(zhǔn)確。詳細(xì)的焊縫符號表達(dá)方式可以查看焊縫符號表示法（GB 324）中的規(guī)定，以及查看建筑結(jié)構(gòu)制圖標(biāo)準(zhǔn)中的相關(guān)內(nèi)容。4、 角焊縫的設(shè)計與計算由于角焊縫施工簡便，因此角焊縫是工程中最常用的焊縫。下面介紹常用直角角焊縫的計算。角焊縫計算中首先是其計算高度的確定，見下圖： he為直角腳焊縫的計算高度，等于0.7hf，hf為焊腳尺寸。 正面角焊縫（作用力垂直于焊縫長度的方向）的強(qiáng)度要滿足下式要求： 側(cè)面角焊縫（作用力平行于焊縫長度方向）的強(qiáng)度滿足下式要求： 在各種力綜合作用下，和共同作用處的強(qiáng)度應(yīng)滿足下式要求： 式中： 按焊縫有效截面（he*lw）計算，垂直于焊縫長度方向的應(yīng)力； 按焊縫有效截面計算，沿焊縫長度方向的剪應(yīng)力； 角焊縫的計算高度； 角焊縫的計算長度，對每條焊縫取其實際長度減去2hf； f角焊縫的強(qiáng)度設(shè)計值；正面角焊縫的強(qiáng)度設(shè)計值增大系數(shù)；對承受靜載和間接承受動載的結(jié)構(gòu)取1.22，對直接承受動力荷載的結(jié)構(gòu)取1.0。5、 對接焊縫的設(shè)計與計算：6、 本文由美晉彤情侶商城整理：/在對接接頭和T形接頭中垂直于軸心拉力或壓力方向的對接焊縫，其強(qiáng)度應(yīng)按照下式計算： 式中：f為對接焊縫的抗拉或抗剪強(qiáng)度設(shè)計值。 t為連接件的最小板厚。7、 部分焊透的對接焊縫及角接與T形對接的組合焊縫設(shè)計與計算。 部分焊透的對接焊縫及角接與T形對接的組合焊縫設(shè)計與計算與角焊縫是相同的，常用組合焊縫的計算高度如下： 計算高度為：he=S-3（mm） 五、高強(qiáng)度螺栓連接節(jié)點的設(shè)計與計算1、 高強(qiáng)度螺栓的種類及性能高強(qiáng)度螺栓從外形上可以分為大六角頭和扭剪型兩種；目前我們國家大六角頭螺栓性能等級有8.8級和10.9級兩種，扭剪型只有10.9級一種，而目前在幕墻工程中常用的為大六角頭高強(qiáng)度螺栓。每個高強(qiáng)度螺栓的設(shè)計預(yù)拉力如下：螺栓的性能等級螺栓的公稱直徑M16M20M22M24M27M308.8級8012515017523028010.9級1001551902252903552、 高強(qiáng)度螺栓的連接機(jī)理分類高強(qiáng)度螺栓按照其受力狀況，可分為摩擦型連接、摩擦-承壓型連接、承壓型連接及張拉型連接。目前摩擦型連接是普遍使用的連接方式。（1）、摩擦型連接：這種連接接頭處高強(qiáng)度螺栓緊固，使連接板層夾緊，利用由此產(chǎn)生于連接板層之間的摩擦力來傳遞外荷載。高強(qiáng)度螺栓在連接接頭中不受剪只受拉。這種連接應(yīng)力傳遞圓滑、接頭剛性好，破壞形式為連接接頭滑移。通常所指的高強(qiáng)度螺栓連接都指這種連接。（2）、承壓型連接：對于高強(qiáng)度螺栓連接接頭，當(dāng)外力超過摩擦力后，接頭發(fā)生明顯的滑移，螺桿與連接板孔壁接觸并受力，其破壞形式為螺栓桿被剪斷或連接板被破壞。（3）、摩擦-承壓型連