十二、铝板幕墙(塔楼屋顶为)结构计算书

十二、铝板幕墙(塔楼屋顶为)结构计算书
目录
1 基本参数 (1)
1.1 幕墙所在地区 (1)
1.2 地面粗糙度分类等级 (1)
1.3 抗震设防 (1)
2 幕墙承受荷载计算 (1)
2.1 风荷载标准值的计算方法 (1)
2.2 计算支撑结构时的风荷载标准值 (3)
2.3 计算面板材料时的风荷载标准值 (3)
2.4 垂直于幕墙平面的分布水平地震作用标准值 (3)
2.5 作用效应组合 (3)
3 铝单板的选用与校核 (4)
3.1 铝单板荷载计算 (4)
3.2 B板的强度、挠度校核 (5)
3.3 C板的强度、挠度校核 (6)
3.4 铝单板的加强肋(支座)强度、挠度校核 (8)
铝单板幕墙设计计算书
1 基本参数
1.1幕墙所在地区
驻马店地区；
1.2地面粗糙度分类等级
幕墙属于外围护构件，按《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001)
A类：指近海海面和海岛、海岸、湖岸及沙漠地区；
B类：指田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏的乡镇和城市郊区；
C类：指有密集建筑群的城市市区；
D类：指有密集建筑群且房屋较高的城市市区；
依照上面分类标准，本工程按B类地形考虑。

1.3抗震设防
按《建筑工程抗震设防分类标准》，建筑工程应分为以下四个抗震设防类别：
1.特殊设防类：指使用上有特殊设施，涉及国家公共安全的重大建筑工程和地震时可能发生严重次生灾害等特别重大灾害后果，需要进行特殊设防的建筑，简称甲类；
2.重点设防类：指地震时使用功能不能中断或需尽快恢复的生命线相关建筑，以及地震时可能导致大量人员伤亡等重大灾害后果，需要提高设防标准的建筑，简称乙类；
3.标准设防类：指大量的除1、2、4款以外按标准要求进行设防的建筑，简称丙类；
4.适度设防类：指使用上人员稀少且震损不致产生次生灾害，允许在一定条件下适度降低要求的建筑，简称丁类；
在维护结构抗震设计计算中：
1.特殊设防类，应按高于本地区抗震设防烈度提高一度的要求加强其抗震措施，同时，应按批准的地震安全性评价的结果且高于本地区抗震设防烈度的要求确定其地震作用；
2.重点设防类，应按高于本地区抗震设防烈度一度的要求加强其抗震措施，同时，应按本地区抗震设防烈度确定其地震作用；
3.标准设防类，应按本地区抗震设防烈度确定其抗震措施和地震作用；
4.适度设防类，应按本地区抗震设防烈度确定其抗震措施和地震作用；
根据国家规范《建筑抗震设计规范》GB50011-2010，驻马店地区地震基本烈度为：6度，地震动峰值加速度为0.05g，由于本工程是标准设防类，因此实际抗震计算中的水平地震影响系数
=0.04；
最大值应按本地区抗震设防烈度选取，也就是取：α
max
2 幕墙承受荷载计算
2.1风荷载标准值的计算方法
幕墙属于外围护构件，按建筑结构荷载规范(GB50009-2001 2006年版)计算：
w
k =β
gz
μ
z
μ
s1
w
……7.1.1-2[GB50009-2001 2006年版]
上式中：
w
k
：作用在幕墙上的风荷载标准值(MPa)；
Z：计算点标高：66m；
β
gz
：瞬时风压的阵风系数；
根据不同场地类型,按以下公式计算(高度不足5m按5m计算)：
β
gz =K(1+2μ
f
)
其中K为地面粗糙度调整系数，μ
f
为脉动系数
A类场地：β
gz =0.92×(1+2μ
f
) 其中：μ
f
=0.387×(Z/10)-0.12
B类场地：β
gz =0.89×(1+2μ
f
) 其中：μ
f
=0.5(Z/10)-0.16
C类场地：β
gz =0.85×(1+2μ
f
) 其中：μ
f
=0.734(Z/10)-0.22
D类场地：β
gz =0.80×(1+2μ
f
) 其中：μ
f
=1.2248(Z/10)-0.3
对于B类地形，66m高度处瞬时风压的阵风系数：
β
gz
=0.89×(1+2×(0.5(Z/10)-0.16))=1.5481
μ
z
：风压高度变化系数；
根据不同场地类型,按以下公式计算：
A类场地：μ
z
=1.379×(Z/10)0.24
当Z>300m时，取Z=300m，当Z<5m时，取Z=5m；
B类场地：μ
z
=(Z/10)0.32
当Z>350m时，取Z=350m，当Z<10m时，取Z=10m；
C类场地：μ
z
=0.616×(Z/10)0.44
当Z>400m时，取Z=400m，当Z<15m时，取Z=15m；
D类场地：μ
z
=0.318×(Z/10)0.60
当Z>450m时，取Z=450m，当Z<30m时，取Z=30m；
对于B类地形，66m高度处风压高度变化系数：
μ
z
=1.000×(Z/10)0.32=1.8292
μ
s1
：局部风压体型系数；
按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001(2006年版)第7.3.3条：验算围护构件及其连接的
强度时，可按下列规定采用局部风压体型系数μ
s1
：
一、外表面
1. 正压区按表7.3.1采用；
2. 负压区
-对墙面，取-1.0
-对墙角边，取-1.8
二、内表面
对封闭式建筑物，按表面风压的正负情况取-0.2或0.2。

本计算点为转角位置。

按JGJ102-2003第5.3.2条文说明：风荷载在建筑物表面分布是不均匀的，在檐口附近、边角部位较大。

根据风洞试验结果和国外的有关资料，在上述区域风吸力系数可取-1.8，其余墙面可考虑-1.0，由于维护结构有开启的可能，所以还应考虑室内压-0.2。

对无开启的结构，《建筑结构荷载规范》条文说明第7.3.3条指出“对封闭建筑物，考虑到建筑物内实际存在的个别洞口和缝隙，以及机械通风等因素，室内可能存在正负不同的气压，参照国外规范，大多取±(0.2-0.25)的压力系数，现取±0.2”。

即不论有无开启扇，均要考虑内表面的局部体型系数。

另注：上述的局部体型系数μ
s1
(1)是适用于围护构件的从属面积A小于或等于1m2的情况，
当围护构件的从属面积A大于或等于10m2时，局部风压体型系数μ
s1
(10)可乘以折减系数0.8，
当构件的从属面积小于10m2而大于1m2时，局部风压体型系数μ
s1
(A)可按面积的对数线性插值，即：
μ
s1(A)=μ
s1
(1)+[μ
s1
(10)-μ
s1
(1)]logA
在上式中：
当A≥10m2时，取A=10m2；
当A≤1m2时，取A=1m2；
μ
s1(10)=0.8μ
s1
(1)
w
：基本风压值(MPa)，根据现行<<建筑结构荷载规范>>GB50009-2001附表D.4(全国基本风压分布图)中数值采用，但不小于0.3KN/m2，按重现期100年，驻马店地区取0.00045MPa；2.2计算支撑结构时的风荷载标准值
计算支撑结构时的构件从属面积：
A=1.31×0.9=1.179m2
LogA=0.072
μ
s1(A)=μ
s1
(1)+[μ
s1
(10)-μ
s1
(1)]logA
=1.774
μ
s1
=1.774+0.2 =1.974
w
k =β
gz
μ
z
μ
s1
w
=1.5481×1.8292×1.974×0.00045 =0.002515MPa
2.3计算面板材料时的风荷载标准值
计算面板材料时的构件从属面积：
A=1.31×0.9=1.179m2
LogA=0.072
μ
s1(A)=μ
s1
(1)+[μ
s1
(10)-μ
s1
(1)]logA
=1.774
μ
s1
=1.774+0.2 =1.974
w
k =β
gz
μ
z
μ
s1
w
=1.5481×1.8292×1.974×0.00045
=0.002515MPa
2.4垂直于幕墙平面的分布水平地震作用标准值
q
EAk =β
E
α
max
G
k
/A ……5.3.4[JGJ102-2003]
q
EAk
：垂直于幕墙平面的分布水平地震作用标准值(MPa)；
β
E
：动力放大系数,取5.0；
α
max
：水平地震影响系数最大值，取0.04；
G
k
：幕墙构件的重力荷载标准值(N)；
A：幕墙构件的面积(mm2)；
2.5作用效应组合
荷载和作用效应按下式进行组合：
S=γ
G S
Gk
+ψ
w
γ
w
S
wk
+ψ
E
γ
E
S
Ek
……5.4.1[JGJ102-2003]
上式中：
S：作用效应组合的设计值；
S
Gk
：重力荷载作为永久荷载产生的效应标准值；
S
wk 、S
Ek
：分别为风荷载，地震作用作为可变荷载产生的效应标准值；
γ
G 、γ
w
、γ
E
：各效应的分项系数；
ψ
w 、ψ
E
：分别为风荷载，地震作用效应的组合系数。

上面的γ
G 、γ
w
、γ
E
为分项系数，按5.4.2、5.4.3、5.4.4[JGJ102-2003]规定如下：
进行幕墙构件强度、连接件和预埋件承载力计算时：重力荷载：γ
G
：1.2；
风荷载：γ
w
：1.4；
地震作用：γ
E
：1.3；
进行挠度计算时；
重力荷载：γ
G
：1.0；
风荷载：γ
w
：1.0；
地震作用：可不做组合考虑；
上式中，风荷载的组合系数ψ
w
为1.0；
地震作用的组合系数ψ
E
为0.5；
3 铝单板的选用与校核
基本参数：
1：板块分格尺寸：a×b=900mm×1310mm；
2：铝单板厚度：t=2.5mm；
模型简图为：
3.1铝单板荷载计算
(1)板块自重(参看表5.2.2[JGJ133-2001])：
G
Ak
：板块单位面积自重(MPa)；
G
Ak
=0.0000675MPa
(2)垂直于幕墙平面的分布水平地震作用：
q
EAk
：垂直于幕墙平面的分布水平地震作用(MPa)；
β
E
：动力放大系数,取5.0；
α
max
：水平地震影响系数最大值，取0.04；
G
Ak
：铝单板单位面积自重(MPa)；
q
EAk =β
E
α
max
G
Ak
……5.3.4[JGJ102-2003]
=5.0×0.04×0.0000675
=0.000014MPa
(3)作用在板块上的风荷载及地震作用荷载组合：
用于强度计算时，采用S
w +0.5S
E
设计值组合：……5.4.1[JGJ102-2003]
q=1.4w
k +0.5×1.3q
EAk
=1.4×0.002515+0.5×1.3×0.000014 =0.00353MPa
S w +0.5S
E
标准值组合：
q
k =w
k
+0.5q
EAk
=0.002515+0.5×0.000014
=0.002522MPa
用于挠度计算时，采用S
w
标准值：……5.4.1[JGJ102-2003]
w
k
=0.002515MPa
3.2B板的强度、挠度校核
L
x =327.5mm，L
y
=900mm
(1)强度校核：
校核依据：
σ=6mqa2η/t2≤f ……5.4.3[JGJ133-2001]
上式中：
σ：板块在组合荷载作用下的板中最大应力设计值(MPa)； m：弯矩系数，按边长比a/b查表，得m=0.128；
q：作用在幕墙上的荷载组合设计值(MPa)；
a：板分格的短边边长(mm)；
b：板分格的长边边长(mm)；
η：板块的折减系数；
t：板的厚度(mm)；
f：铝单板抗弯强度(MPa)；
首先按下面公式计算θ值：
θ=q
k
a4/Et4……6.1.2-3[JGJ102-2003]
其中：
θ：计算参数；
q
k
：作用在板块上的荷载组合标准值(MPa)；
a：分格短边长度(mm)；
E：铝单板的弹性模量(MPa)；
t：铝单板的厚度(mm)；
θ=q
k
a4/Et4
=0.002522×327.54/70000/2.54
=10.61
按系数θ，查表5.4.3[JGJ133-2001]，η=0.947；
σ=6mqa2η/t2……5.4.3[JGJ133-2001] =6×0.128×0.00353×327.52×0.947/2.52
=44.058MPa
44.058MPa≤f=58MPa(铝单板)
强度满足要求!
(2)挠度校核：
校核依据：
d
f =ημw
k
a4/D≤d
f,lim
……6.1.3-2[JGJ102-2003]
上面公式中：
d
f
：铝单板挠度计算值(mm)；
η：铝单板挠度的折减系数，按θ=w
k
a4/Et4查表，为0.947；
μ：铝单板挠度系数，按边长比a/b查表，得μ=0.00537；
w
k
：风荷载标准值(MPa)
a：短边尺寸(mm)；
D：弯曲刚度(N·mm)；
d
f,lim
：许用挠度，取短边长的1/60，为5.458mm；
其中：
D=Et3/(12(1-υ2)) ……6.1.3-1[JGJ102-2003]
上式中：
E：铝单板的弹性模量(MPa)；
t：铝单板的厚度(mm)；
υ：铝单板材料泊松比，为0.3；
D=Et3/(12(1-υ2))
=70000×2.53/(12×(1-0.32))
=100160.256N·mm
d
f =ημw
k
a4/D
=0.947×0.00537×0.002515×327.54/100160.256 =1.469mm
1.469mm≤d
f,lim
=5.458mm(铝单板)
挠度满足要求!
3.3C板的强度、挠度校核
L
x =327.5mm，L
y
=900mm
(1)强度校核：
校核依据：
σ=6mqa2η/t2≤f ……5.4.3[JGJ133-2001]
上式中：
σ：板块在组合荷载作用下的板中最大应力设计值(MPa)； m：弯矩系数，按边长比a/b查表，得m=0.0851；
q：作用在幕墙上的荷载组合设计值(MPa)；
a：板分格的短边边长(mm)；
b：板分格的长边边长(mm)；
η：板块的折减系数；
t：板的厚度(mm)；
f：铝单板抗弯强度(MPa)；
首先按下面公式计算θ值：
θ=q
k
a4/Et4……6.1.2-3[JGJ102-2003]
其中：
θ：计算参数；
q
k
：作用在板块上的荷载组合标准值(MPa)；
a：分格短边长度(mm)；
E：铝单板的弹性模量(MPa)；
t：铝单板的厚度(mm)；
θ=q
k
a4/Et4
=0.002522×327.54/70000/2.54
=10.61
按系数θ，查表5.4.3[JGJ133-2001]，η=0.947；
σ=6mqa2η/t2……5.4.3[JGJ133-2001] =6×0.0851×0.00353×327.52×0.947/2.52
=29.292MPa
29.292MPa≤f=58MPa(铝单板)
强度满足要求!
(2)挠度校核：
校核依据：
d
f =ημw
k
a4/D≤d
f,lim
……6.1.3-2[JGJ102-2003]
上面公式中：
d
f
：铝单板挠度计算值(mm)；
η：铝单板挠度的折减系数，按θ=w
k
a4/Et4查表，为0.947；
μ：铝单板挠度系数，按边长比a/b查表，得μ=0.00266；
w
k
：风荷载标准值(MPa)
a：短边尺寸(mm)；
D：弯曲刚度(N·mm)；
d
f,lim
：许用挠度，取短边长的1/60，为5.458mm；
其中：
D=Et3/(12(1-υ2)) ……6.1.3-1[JGJ102-2003]
上式中：
E：铝单板的弹性模量(MPa)；
t：铝单板的厚度(mm)；
υ：铝单板材料泊松比，为0.3；
D=Et3/(12(1-υ2))
=70000×2.53/(12×(1-0.32))
=100160.256N·mm
d
f =ημw
k
a4/D
=0.947×0.00266×0.002515×327.54/100160.256 =0.728mm
0.728mm≤d
f,lim
=5.458mm(铝单板)
挠度满足要求!
3.4铝单板的加强肋(支座)强度、挠度校核
(1)强度校核：
校核依据：
σ=M/γW≤f
a.支座弯矩计算：
M：支座中点弯矩计算值(N·mm)；
q：作用在肋上的水平线荷载集度设计值(N/mm)；
L：板分格的短边边长(mm)；
L
x
：板格宽度(mm)；
因为L
x
＜L，所以肋承受的是梯形荷载；
M=qL2/24×(3-(L
x
/L)2)
=0.00353×327.5×9002/24×(3-(327.5/900)2)
=111886.083N·mm
b.支座的抗弯强度计算：
σ：支座跨中最大应力设计值(MPa)；
M：支座中点弯矩计算值(N·mm)；
W：加强肋的截面抵抗矩(mm3)；
γ：塑性发展系数：
对于冷弯薄壁型钢龙骨，按《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB 50018-2002，取1.00；
对于热轧型钢龙骨，按JGJ133或JGJ102规范,取1.05；
对于铝合金龙骨，按最新《铝合金结构设计规范》GB 50429-2007，取1.00；
此处取：γ=1.00；
σ=M/γW
=111886.083/1.00/3063
=36.528MPa
36.528MPa≤90MPa(6063-T5)
支座强度满足要求。

(2)挠度校核：
校核依据：
d
f =q
k
L4/240EI×(25/8-5×(L
x
/2/L)2+2×(L
x
/2/L)4)(梯形荷载)
上面公式中：
d
f
：支座的挠度计算值(mm)；
q
k
：作用在肋上的水平线荷载集度标准值(N/mm)；
L
y
：支座的跨度(mm)；
E：支座材料的弹性模量：70000MPa；
I：支座材料的惯性矩(mm4)；
d
f =q
k
L4/240EI×(25/8-5×(L
x
/2/L)2+2×(L
x
/2/L)4)
=0.002515×327.5×9004/240/70000/61276×(25/8-5×(327.5/2/900)2+2×(327.5/2/900)4)
=1.555mm
d
f,lim
：支座的极限挠度，取跨度的1/300，为3mm；
d
f =1.555mm≤d
f,lim
=3mm
支座挠度满足挠度要求。