则辐射导热率由下式给出:
室外室内辐射传热 辐射传热 层气空对流换热对流换热传导及对流中空、夹层玻璃结构传热简图1.计算基础及依据:
计算玻璃的传热系数K值,主要是依据《建筑玻璃应用技术规程》JGJ113-2003进行的,该规程附录C给出了计算的详细方法。 K值是表征玻璃传热的参数。表示热量通过玻璃中心部位而不考虑边缘效应,稳态条件下,玻璃两表面在单位环境温度差条件时,通过单位面积的热量。K值
的单位是W/(m2
2K)。
计算采用的基本计算公式是:
1/K=1/he+1/ht+1/hi C.0.2-1??[JGJ113-2003] 在上面的公式中:
he :玻璃的室外表面换热系数; hi :玻璃的室内表面换热系数; ht:多层玻璃系统内部传热系数; 2.室外表面换热系数:
室外表面换热系数he是玻璃附近风速的函数,可用下式近似表达: he=10.0+4.1ν C.0.4-1??[JGJ113-2003] 式中:
ν:风速(m/s);
在比较K值时,冬季时h2
e可选取等于23W/(m2K)。 夏季时he可选取等于19W/(m22K)。 3.室内表面换热系数:
室内表面换热系数hi可用下式表达:
hi=hr+hc C.0.4-2??[JGJ113-2003] 上式中hr是辐射导热,hc是对流导热。
普通玻璃表面的辐射导热率是4.4W/(m22K),如果内表面校正发射率比较低,
hr=4.4ε/0.837 C.0.4-3??[JGJ113-2003]
这里是ε镀膜表面的校正发射率(0.837是清洁的、未镀膜玻璃的校正发射率)。 本处玻璃表面是普通玻璃,按上面的约定,其ε取值为0.837,带入,得: hr=4.4ε/0.837
=4.430.837/0.837 =4.4W/(m22K)
对于自由对流而言,h2c的值冬季取是3.6W/(m2K),夏季取2.5W/(m22K)。 对于通常情况下的普通垂直玻璃表面和自由对流: 冬季:
hi=hr+hc =4.4+3.6 =8W/(m22K) 夏季:
hi=hr+hc =4.4+2.5
=6.9W/(m22K)
4.多层玻璃系统内部传热系数:
(1)总体计算公式:
1/ht=Σ1/hs+Σdmrm(s=1-N,m=1-M) C.0.2-2??[参JGJ113-2003] hs:气体空隙的导热率;
N:气体层的数量,此处为1; dm:每一个材料层的的厚度;
rm:每一个材料层的热阻,玻璃的热阻为lm2K/W,PVB层为1/0.16m2K/W; M:材料层的数量,此处为4层,即三片玻璃及一片PVB; 其中:
hs=hg+hr C.0.2-3??[参JGJ113-2003] hs:气体空隙的导热率; hg:气体空隙的导热系数; hr:辐射导热系数; (2)辐射导热系数hr:
hr=4ζ(1/ε1+1/ε2-1)-13T3m C.0.2-4??[参JGJ113-2003] 在上面公式中:
ζ:斯蒂芬-波尔兹曼常数,取ζ=5.67310-8W/(m22K);
ε1和ε2:间隙层中两表面在平均绝对温度Tm下的校正发射率:ε1=0.1,ε2=0.837;
Tm:气体平均温度(K),冬季Tm=273K,夏季Tm=303K; 带入相关参数,得, 冬季参数:
hζ(1/εε-13
r=41+1/1-1)3Tm
=435.67310-83(1/0.1+1/0.837-1)-132733
=0.453W/(m2
2K) 夏季参数:
h=4ζ(1/ε-1T3
r1+1/ε2-1)3m
=435.67310-83(1/0.1+1/0.837-1)-133033 =0.619W/(m22K)
(3)气体的导热系数hg:
hg=Nuλ/s C.0.2-5??[参JGJ113-2003] 在上面公式中:
hg:气体的导热系数;
λ:气体导热率,W/(m2K),对于空气,冬季λ=0.02406W/(m2K),夏季λ=0.02639W/(m2K);
s:气体层的厚度,为12mm;
Nu:努塞尔准数,由下式给出,如果其计算结果小于1,则取1: =0.713
Gr=9.81s3ΔT2ρ/(Tmμ2)
322
=9.813(12/1000)3331.293/(30330.0000186912) =1863.532
n
Nu=A(Gr2Pr)
=0.0353(1863.53230.713)0.38 =0.538W/(m22K)
因为:0.538<1,所以,取Nu=1 Nu=A(Gr2Pr)n C.0.2-6??[参JGJ113-2003] 在上面的公式中: A:是常数; n:幂指数;
Gr:格拉晓夫准数; Pr:普朗特准数;
对于垂直空间,A=0.035,n=0.38;水平情况;A=0.16,n=0.28; 格拉晓夫准数由下式计算:
Gr=9.81s3ΔT2ρ/(Tmμ2) C.0.2-7??[参JGJ113-2003] 普朗特准数按下面公式计算:
Pr=μc/λ C.0.2-8??[参JGJ113-2003] 式中:
s:气体层的厚度,为12mm;
ΔT:气体间隙前后玻璃表面的温度差,取3K;
ρ:气体的密度,取1.293Kg/m3
;
μ:气体的动态黏度,冬季取0.0000172092kg/(ms),0.0000186912kg/(ms);
c:气体的比热,为1006J/(kg2K);
Tm:气体平均温度(K),冬季Tm=273K,夏季Tm=303K; a.冬季参数: Pr=μc/λ
=0.000017209231006/0.02406 =0.72
Gr=9.81s3ΔT2ρ/(T2
mμ)
=9.813(12/1000)333231.293/(27330.00001720922) =2439.887 Nu=A(Gr2Pr)n
=0.0353(2439.88730.72)0.38 =0.598W/(m22K)
因为:0.598<1,所以,取Nu=1 hg=Nuλ/s
=130.02406/(12/1000)
=2.005W/(m2
2K) hs=hg+hr
=2.005+0.453 =2.458W/(m22K) b.夏季参数: Pr=μc/λ
=0.000018691231006/0.02639
夏季取 hg=Nuλ/s
=130.02639/(12/1000) =2.199W/(m22K) hs=hg+hr
=2.199+0.619
=2.818W/(m2
2K)
(4)多层玻璃系统内部传热系数:
1/ht=Σ1/hs+Σdmrm(s=1-N,m=1-M) C.0.2-2??[参JGJ113-2003] 冬季参数:
1/ht=Σ1/hs+Σdmrm(s=1-N,m=1-M)
=1/2.458+6/1000+6/1000+6/1000+1.52/10003(1/0.16) =0.434m22K/W 夏季参数:
1/ht=Σ1/hs+Σdmrm(s=1-N,m=1-M)
=1/2.818+6/1000+6/1000+6/1000+1.52/10003(1/0.16) =0.382m22K/W 5.K值的计算:
冬季的K值为:
1/K1=1/he+1/ht+1/hi =1/23+0.434+1/8 =0.602m22K/W K1=1.6611W/(m22K) 夏季的K值为:
1/K2=1/he+1/ht+1/hi =1/19+0.382+1/6.9 =0.58m22K/W
K2
2=1.7241W/(m2K) 幕墙框的传热系数K值的计算
本结构采用普通型材型材,通过近似计算,查表得: Kf=5.2W/(m22K); ψ=0.02W/m2K 幕墙整体的传热系数K值
实际结构中需要考虑金属框及周边洞口的影响,并进行加权计算。 K=(ΣAg2Kg+ΣAf2Kf+Σlψ2ψ)/A 在上面的公式中:
K:计算后的K值;
Ag:玻璃总面积; Kg:玻璃板的K值; Af:金属框总面积; Kf:金属框的K值;
lψ:玻璃区域的总周长; ψ:线传热系数; A:幕墙总面积;
K冬季=(ΣAg2Kg+ΣAf2Kf+Σlψ2ψ)/A
=(180031.6611+10035.2+16030.02)/1800 =1.952W/(m22K)
K夏季=(ΣAg2Kg+ΣAf2Kf+Σlψ2ψ)/A
=(180031.7241+10035.2+5030.02)/1800 =2.014W/(m22K)
按规范GB50189-2005《公共建筑节能设计标准》的要求,本处的K值应该不大于2W/(m22K),所以满足规范要求!
1.1.2 主受力杆设计
构件幕墙的宽度分格较大,根据招标文件要求幕墙距结构梁距离为1M故选用H600X200焊接工字钢做为幕墙连接用钢梁,因此,主受力杆件我司以满足设计规范及整体结构稳定的要求为原则进行设计。(见图1)。
图1(工字钢布置示意图) 1.1.3 结构胶设计
取玻璃最大的分格(2M X 2M)进行分析。
①、结构胶在风荷载和地震作用下的粘结宽度:
按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第5.6.3条 CqaS1= =16.927 mm 2000f1取CS=18 mm
②年温差作用下结构胶粘结厚度计算: ts: 结构胶的粘结厚度: mm
δ:硅酮结构密封胶的变位承受能力,取对应其受拉应力0.14N/mm2时
的伸长率为10%。(根据厂家提供的资料) △T:年温差: 80℃
US:玻璃板块在年温差作用下玻璃与铝型材相对位移量 铝型材线膨胀系数:a1=2.35310-5 1/0C 玻璃线膨胀系数: a2=1.0310-5 1/0C US =b2△T2(a1- a2)
=32603803(2.35310-5-1.0310-5) =3.52mm
按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第5.6.5条
tUsS= 7.68 mm ??2???取tS=8 mm
结构胶的最终尺寸:结构胶宽度CS=18 mm,厚度tS=8 mm
在热胀冷缩及风荷载和地震作用下,玻璃的结构胶需要达到18mm宽x8mm厚。(见图2)。
图2构件幕墙横剖节点图 1.1.4 位移能力设计
① 温度作用下的位移能力
ⅰ、横料(左右)
横梁长度:L
钢材线膨胀系数:α=12x10-6 1/oC 温度变化值: ?T?80C 纵向允许变形:20mm
?L???TLmm
横向位移=?L?dc?de ⅱ、竖料(上下)
立柱长度:L
钢材线膨胀系数:α=23.5x10-6 1/oC 温度变化值: ?T?80C
纵向允许变形:20mm
?L???TLmm
竖向位移=?L?dc?de
经计算,在温度作用下,立柱的位移值为:12.33mm;横梁的位移值为:10.64mm。因此我司在横梁连接设计上采用一端固定,另一端沿玻璃面可水平运动的形式,以满足温度作用下的位移量。 ② 地震作用下的位移能力
本构件幕墙系统具备X轴和Y轴两个方向的位移功能,消除地震时的位移量,以保证当任何一个面发生平面外的变形时,不影响邻近垂直面上骨架系统、面板及其连接系统。
1.1.5 防、排水设计
a、因其为隐框形式,通常玻璃之间注胶后极少发生渗水现象,为了百分百
消除渗水隐患,玻璃附框预留了内排水通设计(见图3)
图3幕墙防渗水内通道示意图 3曲面幕墙的定位设计、施工 3.1 面板设计
通过对立面进行三维整体放样来分析其立面组成,对每个单元板块进行点面数据测量,形成定量的板块曲度数据分析表格。
(详见放样图) 3.2 挂装设计
a、受力分析
由于本工程为双曲面造型,每个单元板块都不一样。 b、支座设计
采用三维可调设计——初调精确到±1mm,保证幕墙单元安装精度。 3.3定位设计
在双曲区域的单元板块四点不共面,最大曲面弦高为27mm。 a、放线图设计
根据建筑师外立面设计意图,利用几何学上的轴测法,依次对每个板块进行放样,形成双曲面的立面体。
b、曲值分析
由生成的曲面获得A、B、C、D四点坐标,通过同轴两点的弦高确定其相似半径,最终生成双曲。
2 弯钢成形板块的设计
幕墙玻璃采取双曲面弯钢的方式。
4.2 形状的测定
根据放线图设计,并结合板块的曲值。按照编号对每个板块进行模拟放样,得出板块形状。 三、设计难点分析
1、 幕墙的变形位移
①、层间位移
H:标准层层高
建筑位移=1/500*3*H(按技术要求层间位移取1/500) ③ 平面内位移
根据百年一遇风荷载下的青岛银座中心项目商业入口玻璃幕墙位移数据查得幕墙类型最大的平面内位移值:
平面内位移 X向(mm) Y向(mm) 2.178 10.589 ③、平面外位移
满足三维调节 ④、温度位移
ⅰ、横料(左右)
横梁长度:L
铝合金线膨胀系数:α=23.5x10-6
1/o
C 温度变化值: ?T?80C 纵向允许变形:20mm