第六章 框式幕墙支撑体系的计算与设计

d f . lim = l / 250
《建筑玻璃幕墙结构 》
§6.1 横梁的设计与计算
（4）横梁的构造要求:
①最小壁厚： 横梁截面主要受力部位的厚度，应符合下列要求： 当横梁跨度不大于1.2m时，铝合金型材截面主要受力部位的厚度不应小 于2.0mm； 当横梁跨度大于1.2m时，其截面主要受力部位的厚度不应小于2.5mm。 型材孔壁与螺钉之间直接采用螺纹受力连接时，其局部截面厚度不应小于 螺钉的公称直径； 钢型材截面主要受力部位的厚度不应小于2.5mm。 ②最大宽厚比 同立柱。
截面部位 6063--T5 6061--T4 自由挑出 双侧加劲 17 50 铝型材 6063A--T5 15 45 6063--T6 6063A--T6 13 40 6061--T6 12 35 Q235 15 40 钢型材 Q345 12 33
思考：上表中的宽厚比是 由什么理论得出的结果， 试进行推导。
2、设计计算 在立柱安装横梁的位置上安装铝角码，将横梁搁置在其上并用不锈钢螺丝 worse 定位。螺栓受剪，立挺壁与角钢壁受承压。计算中要区分横向和竖向不同 的受力情况，竖向节点要承受水平方向的风荷载、地震作用与竖直方向的 重力荷载；横向节点由于横梁搁在角码上，只承受水平风荷载和地震作用。
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（4）立柱的构造要求:
①最小壁厚 铝型材截面开口部位的厚度不应小于3.0mm，闭口部位的厚度不应小于2.5mm。型 材孔壁和螺钉直接采用螺纹连接时，其局部厚度不应小于螺钉的公称直径。 ②最大宽厚比 型材杆件相邻两纵边之间的平板部分称为板件(翼板)。一纵边与其他板件相连接 ，另一纵边为自由的板件，称为截面的自由挑出部位；两纵边均与其他板件相连接 的板件，称为截面的双侧加劲部位。板件的宽厚比不应超过一定限值，以保证截面 受压时保持局部稳定性。 截面宽厚比b0/t限值
①按照拉弯构件进行计算。
N M + ≤ f An γ W n
②按照压弯构件进行计算。
N M + ≤ f ϕ A γ W (1 − 0.8 N / N E )
③校核：
π 2 EA NE = 1.1λ 2
对铝合金构件： d f . lim = l / 180 对钢构件：
d f . lim = l / 250
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§6.2 结构胶的计算
1、硅酮结构密封胶计算
硅酮结构密封胶应根据不同的受力情况进行承载力极限状态验算。在风荷载、水 f 平地震作用下，硅酮结构密封胶的拉应力设计值不应大于其强度设计值 f1 ，1 应取 0.2N/mm2；在永久荷载作用下，硅酮结构密封胶的拉应力设计值不应大于其强度设计 值 f 2 ， f 2 应取0.01N/mm2。
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NV ≤ N cb
注：摩擦型高强度螺栓和承压型高强度螺栓在普通玻璃幕墙中用的极少。
焊缝连接 由于连接设计的形式不同，焊接的形式也有所不同，具体的焊接形式应该根据具体 的设计进行计算，参考《钢结构设计规范》进行。
（3）构造要求
幕墙与主体结构连接的固定支座应有足够的强度，材质宜采用铝合金、不锈钢或 表面热镀锌处理的碳钢。固定支座采用长圆孔等措施使得支座有适当的调节范围， 其调节范围均不小于40mm。 立柱与主体结构的连接支承点每层不宜少于1个。当每层设两个支承点时，上支承 点宜采用圆孔，下支承点宜采用长圆孔。
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简支梁
幕墙立柱每层用一处连 接件与主体结构连接， 每层立柱在连接处向上 悬挑一段，上一层立柱 下端用插芯连接支承在 此悬挑端上，计算时取 简支梁计算简图是对结 构作了简化，假定立柱 是以连接件为支座的单 跨梁(也可以认为是以 楼层高度为跨度的简支 梁)，这样按简支梁计 算弯距与剪力。 优点：传力明确，施工方便 缺点：由简支梁算出的型材截面过大，浪费材料
《建筑玻璃幕墙结构 》
t α b = 0.6 + 0.25 d
§6.2 埋件的设计与计算
（3）埋件的构造措施
受力预埋件的锚板宜采用Q235号钢。锚筋应采用Ⅰ级或Ⅱ级钢筋，并严 禁采用冷加工钢筋。 预埋件受力直锚筋不宜少于4根，且不宜多于4层；其直径不宜小于8mm。 受剪预埋件的直锚筋可用2根。预埋件的锚筋应位于构件外层主筋的内 侧。 为了充分利用锚筋的受拉强度时，锚固长度la应符合要求；锚筋最小锚 固长度在任何情况下不应小于250mm。当锚筋按构造配置、并且尚未充 分利用其受拉强度时，锚固长度可适当减少，但不应小于180mm。光圆 钢筋端部应作弯钩。 锚板的厚宜大于锚筋直径的0.6 倍。锚筋中心至锚板边缘的距 离c、c1不应小于钢筋直径的2 倍和20mm中的较大值。
AS = N 0.8·α b · f y
f
+
M 0.4α r ·α b · f y ·Z
M V
N
c 其中 α v = (4.0 - 0.08d ) f y
e1 αr——钢筋层数影响系数，当锚筋等间距配置时， 二层取1.0，三层取0.9，四层取0.85 αv——锚筋受剪承载力系数。当 αv大于0.7时，取0.7 d ——钢筋直径（mm） t ——锚板厚度（mm） αb——锚板弯曲变形折减系数，当采取防止锚板弯变形的措施时，可1.0 Z ——沿剪力作用方向最外层锚筋中心线之间的距离
§6.1 横梁的设计与计算
（1）计算模型: 横梁以立柱为支承，按立柱之间的距离作为横梁的计算跨度，梁的支承 条件按简支考虑，因此横梁按照单跨简支梁考虑。 （2）计算荷载： 横梁是双向受弯构件，在水平方向，由板传来风荷载、地震作用；在竖直 方向，由板和横梁的重力荷载产生竖向弯矩。
H1
H1 H1
worse
（2）连接计算
螺栓连接 在现行规范中要求幕墙的连接要采用螺栓连接。在进行玻璃幕墙的连接时一般采用 不锈钢螺栓（A-2）。此不锈钢的螺栓强度要超过Q235钢螺栓。同时承受剪力和杆 轴方向拉力的普通螺栓和铆钉，应符合下列公式的要求：
《建筑玻璃幕墙结构 》
§6.2 立柱与埋件连接设计
⎛ Nv ⎞ ⎛ Nt ⎞ ⎜ b ⎟ + ⎜ b ⎟ ≤1 ⎜N ⎟ ⎜N ⎟ ⎝ v⎠ ⎝ t ⎠
H2 B B H2 B
横梁竖向荷载: 明框：集中荷载。 隐框：均布荷载。
H2
B>H1,B>H2 梯形＋梯形
B≤H1,B≤H2 三角形＋三角形
B≤H1,B>H2 三角形＋梯形
《建筑玻璃幕墙结构 》
§6.1 横梁的设计与计算
（3）横梁的计算与校核: ①横梁截面受弯承载力:截面弯曲应力应符合下式要求：
My Mx + ≤ f γ Wnx γ Wny
立柱
强度及挠度计算与校核：根据立柱的材性不
同有所不同。
构造措施：包括型材的壁厚和宽厚比。
玻璃幕墙构件 设计与计算
荷载的计算:包括风荷载、地震荷载、玻璃自重 力学模型：一般来说为简支梁。
横梁
强度及挠度计算与校核：根据横梁的材性不
同有所不同。
构造措施：包括型材的壁厚和宽厚比。
《建筑玻璃幕墙结构 》
§6.1 立柱的设计与计算
《建筑玻璃幕墙结构 》
§6.2 连接的设计与计算
横竖插接式 角码胀浮式
具体的定义以及 他们之间的优缺 点比较详见教材 P80-84
立柱与横梁 的连接
角码插接式： 通槽螺栓式：
幕墙连接设 计与计算
立柱与埋件 的连接
螺栓连接:调节灵活、安装速度快；费用高 焊缝连接:费用低，安装定位困难。
埋件与主体 结构的连接
第六章 框式幕墙支承体系的 设计与计算
本章主要内容
§6.1 玻璃幕墙构件的设计与计算 §6.2 玻璃幕墙的连接设计与计算 §6.3 玻璃幕墙的安装方法简介
worse
《建筑玻璃幕墙结构 》
§6.1 构件的设计与计算
荷载的计算:包括风荷载、地震荷载、自重 力学模型：包括常见的三种力学模型即
简支梁、双跨梁和多跨静定梁
《建筑玻璃幕墙结构 》
立柱与埋件的连接节点
动 画 演 示
§6.2 埋件的设计与计算
（1） 埋 件 的 种 类
动画演示
板式埋件(侧埋) 槽式埋件(上埋) 板槽式埋件(侧埋)
《建筑玻璃幕墙结构 》
§6.2 埋件的设计与计算
（2）埋件的计算
当有剪力、法向压力、弯矩共同作用时，锚筋面积按下式计算并应大于其最大值：
《建筑玻璃幕墙结构 》
t α b = 0.6 + 0.25 d
M V
N
§6.2 埋件的设计与计算
（2）埋件的计算(续)
当有剪力、法向拉力、弯矩共同作用时，锚筋面积按下式计算并应大于其最大值： V N M 平板埋件(侧埋) AS = + + α rα V f y 0.8α b f y 1.3α rα b f y Z
（1）立柱的受力模式
立柱支撑点按铰支考虑，通常按单跨简支梁计算。如果每层由 两个支撑点，也可以按双跨梁计算。 立柱也可按连续梁计算，此时要在立柱接头要做构造处理，立 柱要作为连续，能传递弯矩，应满足以下两条件： ①芯柱插入上下柱的不少于2hc，hc为立柱截面高度 ②芯柱的惯性矩不小于立柱的惯性矩。 立柱是偏心受拉构件，在个别情况下，如果立柱在下面支撑， worse 有可能出现偏心受压。立柱应采用上端悬挂支柱，尽量避免下端 支撑。金属构件刚度较小，受压时容易丧失稳定。 简支梁、双跨梁、连续梁的弯矩、剪力、挠度可由结构静力手 册和结构软件计算得出。
AS ≥ V − 0.3 N M − 0.4 NZ + α rαV f y 1.3α rα b f y Z
AS ≥
c 其中 α v = (4.0 - 0.08d ) f y
平板埋件(侧埋)
M - 0.4 NZ 0.4α r ·α b · f y ·Z
f
e1 αr——钢筋层数影响系数，当锚筋等间距配置时， 二层取1.0，三层取0.9，四层取0.85 αv——锚筋受剪承载力系数。当 αv大于0.7时，取0.7 d ——钢筋直径（mm） t ——锚板厚度（mm） αb——锚板弯曲变形折减系数，当采取防止锚板弯变形的措施时，可1.0 Z ——沿剪力作用方向最外层锚筋中心线之间的距离
②横梁截面受剪承载力:截面剪切应力应符合下式要求：
Vy S x I xtx
≤ f
Vx S y I yt y
≤ f
worse ③横梁抗扭承载力:当玻璃在横梁上偏置使横梁产生较大的扭矩时，应进行横梁 抗扭承载力计算。
Mt = q×e
④校核：
对铝合金构件： d f . lim = l / 180 对钢构件：
优点：可减小幕墙的挠度 缺点：由于活动接头不完全连续，实际上可采用的弯矩 值比简支梁的略小。接头处要进行构造处理
（2）立柱荷载: 立柱水平向承受风荷载和地震作用，使立柱受弯。竖向承受幕墙的重力荷 载，使立柱产生轴力。按照构件式幕墙和单元式幕墙的不同，荷载的取值可 分为以下两种情况： ①幕墙为构件式：立柱承担两边分格内各一半的荷载。 ②幕墙为单元式：由于立柱为组合框，验算时要按照等刚度分配荷载。 （3）立柱计算与校核:
立柱与横梁的连接节点
立柱与横梁的连接节点
§6.2 立柱与埋件连接设计
（1）幕墙与埋件连接设计应考虑的基本要求：
①对重力荷载、风荷载、地震作用和温度作用有足够的承载能力。 ②在上述荷载和作用下，不应使幕墙构件产生有害的变形。 ③ 当主体结构与幕墙产生相对位移时，不应影响幕墙的正常使用。 连接件与主体结构的锚固力应大于连接件本身的承载力。同样与连接件直接连 接的主体结构的承载力也应大于连接件的承载力。
平板埋件 槽式埋件 板槽式埋件
《建筑玻璃幕墙结构 》
§6.2 立柱与横梁连接设计
1、构造要求 (1)横梁可通过角码、螺钉或螺栓与立柱连接。角码应能承受横梁的 剪力，其厚度不应小于3mm； (2)横梁与立柱之间应留1.5~2mm伸缩缝，用双面带泡沫体充填，并 用密封胶密封以利于克服横梁因热胀冷缩所产生的伸缩； (3)角码和立柱采用不同金属材料时，应采用绝缘垫片分隔或采取其 他有效措施防止双金属腐蚀。
双跨梁
幕墙立柱每层有两处连 接件与主体结构连接， 每层立柱在楼层处连接 点向上悬挑一段，上一 跨立柱下端用插芯连接 支承此悬挑端上，计算 时取双跨梁计算简图
优点：可减小弯矩和挠度，尤其对挠度的影响很大 缺点：中间支座处的支座反力很大，施工不方便
铰接多跨梁
幕墙立柱每层用一处连接 件与主体结构连接，每层 立柱在连接处向上悬挑一 段，上一层立柱下端用插 芯连接支承在此悬挑端 上，实际上是一段段带悬 挑的简支梁用铰连接成多 跨梁，这种多跨静定梁计 算简图要比取单跨简支梁 与实际支承情况更为接近。