第六章幕墙计算与支撑钢结构设计

第X章幕墙计算及幕墙后支撑钢结构的设计目录：

第一节、幕墙计算

一、荷载作用

二、荷载作用效应组合

三、材料的力学性能

四、面材的计算

五、立柱及横梁的计算

六、连接节点的计算

第二节、幕墙后支撑钢结构设计

一、幕墙后支撑钢结构体系分类

二、常用钢材的分类及其力学性能

三、幕墙支撑钢结构的计算

四、焊接节点的设计

五、高强度螺栓连接节点的设计与计算

六、普通螺栓连接节点的设计与计算

七、柱脚节点连接的设计与计算

第六章 幕墙计算及幕墙后支撑钢结构的设计

第一节、幕墙计算

一、荷载作用

1、幕墙所承受荷载的分类

幕墙所承受的荷载随时间的变异分类可分为下列三类： 永久荷载，例如结构的自重、静水压力、预应力等

可变荷载，例如风荷载、屋面活荷载、雪荷载等、施工及检修荷载 偶然荷载，地震作用、爆炸力、撞击力等 2、风荷载标准值的计算：

0ωμμβω⋅⋅⋅=z S gz K

式中： K ω—风荷载标准值（N/mm 2）； gz β—阵风系数。

S μ—风荷载体形系数。 z μ—风压高度变化系数。 0ω—基本风压。

基本风压0ω是根据全国各气象台历年来的最大风速记录，按基本风压的标准要求，将不同风仪高度和时次时距的年最大风速，统一换算为离地10m 高，自记10min 平均年最大风速（m/s ）。然后根据贝努利公式2

02

1v ρω=

确定基本风压。在《建筑结构荷载规范》附录D 中给出了全国各个地区的经过换算的基本风压。在幕墙结构的设计中如果无特殊要求，基本风压取50年一遇。

风压高度变化系数z μ主要考虑的是风压随着建筑物高度变化的变化。其主要决定两个因素，一个是建筑物的高度；另外一个就是地面粗糙度类别，目前《建筑结构荷载规范》考虑了四类地面类别：

—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 类指有密集建筑群而且房屋较高的城市市区；

风荷载体形系数S μ是指风作用在建筑物表面上所引起的实际压力或吸力与来流风的速度压的比值。对于墙面幕墙的体形系数，正压按照《建筑结构荷载规范》表7.3.1取；而负压，对墙面取-1.2，墙角取-2.0。墙角边指房屋宽度的0.1或房屋平均高度的0.4，取其小者，但不小于1.5m 。

阵风系数gz β是考虑由于风的脉动引起局部风压瞬时增大，同样与高度及地面粗糙度类别有关。它区别于高层建筑的风振系数。

对于表面形状复杂的幕墙结构或者有风洞实验资料的工程，应该按照实验资料进行计算。 3、地震作用：

幕墙的地震计算主要方法为简化的等效静力方法，这种方法等同于《建筑结构抗震设计规范》中的底部剪力法。但是对于某些特殊的幕墙，如单索幕墙等仅仅用等效的静力方法不足以准确分析幕墙在地震作用下的效应，考虑结构动力特性需要采用时程分析方法既瞬态分析。弹性时程分析的基本方程如下：

[][][]{}[]⎭

⎬⎫⎩⎨⎧-=+⎭⎬⎫⎩⎨⎧+⎭⎬⎫⎩⎨⎧.....g u m u k u C u m 对于动力分析方法这里不做讲解。

垂直于幕墙表面的水平地震作用按照下式计算： A

G q K

E EK ⋅⋅=

max αβ

式中：

EK q —垂直于幕墙表面的水平地震作用标准值）； E β—动力放大系数，取5；

m ax α—水平地震影响系数最大值，对于抗震设防烈度为6度的地区取

0.04，7度的地区取0.08（0.12），8度的地区取0.16（0.24）。括号中的数值是用于基本地震加速度为0.15和0.3g 的地区。

K G —幕墙面板的重量；

平行于幕墙表面的集中水平地震作用标准值按照下式计算：

K E EK G P ⋅⋅=max αβ 这里主要是计算立柱（竖框）的抗震能力。

二、荷载作用效应组合

建筑结构设计应根据使用过程中在结构上可能同时出现的荷载，按承载能力极限状态和正常使用极限状态分别进行荷载（效应）组合，并应根据下列设计表达式进行设计：

R S O ≤γ

式中： O γ—结构重要性系数；

S —荷载效应组合的设计值，对于幕墙结构如无特殊要求一般取1；

R —结构构件抗力的设计值，。应按照各有关建筑结构设计规范的

规定确定

1、幕墙结构在构件承载力极限状态时荷载作用效应组合： CASE1、无地震作用效应组合

WK W W GK G S S S ⋅⋅+⋅=γφγ

CASE2、有地震作用效应组合

EK E E WK W W GK G S S S S ⋅⋅+⋅⋅+⋅=γφγφγ

上两式中：

S —作用效应组合的设计值；

GK S —永久荷载效应标准值； WK S —风荷载效应标准值；

EK S —地震作用效应标准值；

G γ—永久荷载分项系数；

W γ—风荷载分项系数；

E γ—地震作用分项系数； W φ—风荷载的组合值系数；

—地震作用的组合值系数；

E

2、幕墙在正常使用状态的荷载作用效应组合主要为如下两种组合：

幕墙构件在正常使用状态下，其构件的变形验算时，一般不考虑作用效应的组合。因地震的作用效应相对风荷载作用效应较小，一般不单独进行地震作用下变形验算。在风荷载或永久荷载作用下幕墙的挠度应符合要求，而且在计算时，作用分项系数取1.0。

三、材料的力学性能

幕墙结构在计算时我们主要需要了解的是幕墙结构常用几种材料的力学性能。以下就各种材料的力学性能做详细的阐述：

1、玻璃

玻璃是典型的脆性材料，其破坏的特征是：几乎所有的玻璃都是由于拉应力产生的表面裂缝而破碎，一直到破坏为止玻璃的应力应变都呈线性关系。

其中大面强度顾名思义是指玻璃大面上的强度，一般玻璃在荷载作用下都是按照这个强度来校核玻璃的强度。但是由于玻璃的侧面由于经过切割、打磨加工而产生应力集中，强度有所降低，因此规范上有给出了侧面强度，一般侧面强度强度取大面强度的70%。在验算玻璃的局部强度、连接强度以及玻璃肋的承载力时会采用玻璃侧面强度设计值。

2、单层铝合金板

单层铝合金板俗称铝单板。主要力学性能如下：