qEAk=βEαmaxG/A ……5.3.4[JGJ102-2003] =5×0×0.0005 =0MPa
qEk:水平地震作用线荷载集度标准值(N/mm); B:幕墙立柱计算间距(mm); qEk=qEAkB =0×1900 =0N/mm
qE:水平地震作用线荷载集度设计值(N/mm); qE=1.3qEk =1.3×0 =0N/mm
(3)幕墙受荷载集度组合:
用于强度计算时,采用Sw+0.5SE设计值组合: ……5.4.1[JGJ102-2003] q=qw+0.5qE
=2.79+0.5×0 =2.79N/mm
用于挠度计算时,采用Sw标准值: ……5.4.1[JGJ102-2003] qk=qwk
=1.993N/mm
(4)求支座反力R1及最大弯矩:
由双跨梁弯矩图可知,两支点0,2处弯矩为零,中支点弯矩最大为M1,而在均布荷载作用下,最大挠度在长跨内出现。 M1:中支座弯矩(N·mm); R1:中支座反力(N); M1=-q(L13+L23)/8L
=-2.79×(4303+45703)/8/5000 =-6662764.125N·mm R1=qL1/2-M1/L1+qL2/2-M1/L2
=2.79×430/2-(-6662764.125/430)+2.79×4570/2-(-6662764.125/4570) =23927.736N
3.2 确定材料的截面参数
(1)截面的型材惯性矩要求: k2=0
2
k1=4M1/(qL2)
=4×6662764.125/(2.79×45702) =0.457
查《建筑结构静力计算手册》第二版表3-9附注说明: x0=A/4+2R1/3cos(θ+240) 其中:
A=2+k1-k2=2.457
R=((A/4)2-k1/2)3/2=0.057
θ=1/3arccos((A3-12k1A-8(1-2k1-k2))/64R)=26.479 x0=A/4+2R1/3cos(θ+240)
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=2.457/4+2×0.0571/3cos(26.479+240) =0.567
λ=x0(1-2k1+3k1x0-2x02-k1x02+x03) =0.145
代入df,lim=λqkL24/24EIxmin 上式中:
df,lim:按规范要求,立柱的挠度限值(mm); qk:风荷载线荷载集度标准值(N/mm); L2:长跨长度(mm);
E:型材的弹性模量(MPa),对6063-T6取70000MPa; Ixmin:材料需满足的绕X轴最小惯性矩(mm4); L2/180=4570/180=25.389
按[5.1.1.2]《建筑幕墙》GB/T21086-2007的规定,对于构件式玻璃幕墙或单元幕墙(其它形式幕墙或外围护结构无绝对挠度限制):
当跨距≤4500mm时,绝对挠度不应该大于20mm; 当跨距>4500mm时,绝对挠度不应该大于30mm; 对本例取:
df,lim=25.389mm 代入上式:
Ixmin=λqkL24/24Edf,lim
=0.145×1.993×45704/24/70000/25.389 =2955188.744mm4 (2)截面的型材抵抗矩要求:
Wnx:立柱净截面抵抗矩预选值(mm3); Mx:弯矩组合设计值即M1(N·mm); 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; fa :型材抗弯强度设计值(MPa),对6063-T6取150; Wnx=Mx/γfa
=6662764.125/1.00/150 =44418.428mm3
3.3 选用立柱型材的截面特性
按上一项计算结果选用型材号:东阳B1#150明 型材的抗弯强度设计值:150MPa 型材的抗剪强度设计值:τa=85MPa 型材弹性模量:E=70000MPa 绕X轴惯性矩:Ix=4879030mm4 绕Y轴惯性矩:Iy=945370mm4
绕X轴净截面抵抗矩:Wnx1=58387mm3 绕X轴净截面抵抗矩:Wnx2=59172mm3 型材净截面面积:An=1497.556mm2
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型材线密度:γg=0.040434N/mm
型材截面垂直于X轴腹板的截面总宽度:t=6.4mm 型材受力面对中性轴的面积矩:Sx=38959mm3 塑性发展系数:γ=1.00
3.4 立柱的抗弯强度计算
(1)立柱轴向拉力设计值:
Nk:立柱轴向拉力标准值(N);
qGAk:幕墙单位面积的自重标准值(MPa); A:立柱单元的面积(mm2); B:幕墙立柱计算间距(mm); L:立柱跨度(mm); Nk=qGAkA =qGAkBL
=0.0005×1900×5000 =4750N
N:立柱轴向拉力设计值(N); N=1.2Nk
=1.2×4750 =5700N
(2)抗弯强度校核:
按双跨梁(受拉)立柱强度公式,应满足:
N/An+Mx/γWnx≤fa ……6.3.7[JGJ102-2003] 上式中:
N:立柱轴力设计值(N);
Mx:立柱弯矩设计值(N·mm); An:立柱净截面面积(mm2);
Wnx:在弯矩作用方向的净截面抵抗矩(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; fa:型材的抗弯强度设计值,取150MPa; 则:
N/An+Mx/γWnx=5700/1497.556+6662764.125/1.00/58387 =117.92MPa≤150MPa 立柱抗弯强度满足要求。
3.5 立柱的挠度计算
因为惯性矩预选是根据挠度限值计算的,所以只要选择的立柱惯性矩大于预选值,挠度就满足要求:
实际选用的型材惯性矩为:Ix=4879030mm4 预选值为:Ixmin=2955188.744mm4 实际挠度计算值为:
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df=λqkL24/24EIx
=0.145×1.993×45704/24/70000/4879030 =15.378mm
而df,lim=25.389mm
所以,立柱挠度满足规范要求。
3.6 立柱的抗剪计算
校核依据:
τmax≤τa=85MPa (立柱的抗剪强度设计值) (1)求中支座剪力设计值: 采用Vw+0.5VE组合
Vw1左=-(qL1/2-M1/L1)
=-(2.79×430/2-(-6662764.125/430)) =-16094.65N Vw1右=qL2/2-M1/L2
=2.79×4570/2-(-6662764.125/4570) =7833.085N 取V=16094.65N (2)立柱剪应力:
τmax:立柱最大剪应力(MPa); V:立柱所受剪力(N);
Sx:立柱型材受力面对中性轴的面积矩(mm3); Ix:立柱型材截面惯性矩(mm4);
t:型材截面垂直于X轴腹板的截面总宽度(mm); τmax=VSx/Ixt
=16094.65×38959/4879030/6.4 =20.081MPa 20.081MPa≤85MPa 立柱抗剪强度满足要求!
4 幕墙横梁计算
基本参数:
1:计算点标高:25.7m; 2:横梁跨度:B=1900mm; 3:横梁上分格高:1300mm; 横梁下分格高:2700mm; 4:横梁计算间距:H=2000mm; 5:力学模型:三角荷载简支梁; 6:板块配置:中空玻璃6 +6 mm; 7:横梁材质:6063-T5;
因为B≤H,所以本处幕墙横梁按三角形荷载简支梁力学模型进行设计计算,受力模型如下:
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4.1 横梁型材选材计算
(1)横梁在风荷载作用下的线荷载集度(按三角形分布): qwk:风荷载线分布最大荷载集度标准值(N/mm); wk:风荷载标准值(MPa); B:横梁跨度(mm); qwk=wkB
=0.001049×1900 =1.993N/mm
qw:风荷载线分布最大荷载集度设计值(N/mm); qw=1.4qwk
=1.4×1.993 =2.79N/mm
(2)垂直于幕墙平面的分布水平地震作用的线荷载集度(按三角形分布): qEAk:垂直于幕墙平面的分布水平地震作用(MPa); βE:动力放大系数,取5.0;
αmax:水平地震影响系数最大值,取0;
Gk:幕墙构件的重力荷载标准值(N),(主要指面板组件); A:幕墙平面面积(mm2);
qEAk=βEαmaxGk/A ……5.3.4[JGJ102-2003] =5.0×0×0.0004 =0MPa
qEk:横梁受水平地震作用线荷载集度标准值(N/mm); B:横梁跨度(mm); qEk=qEAkB =0×1900 =0N/mm
qE:横梁受水平地震作用线荷载集度设计值(N/mm); qE=1.3qEk =1.3×0
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