1、建筑幕墙结构设计1.幕墙基本介绍什么是幕墙？由面板与玻璃支撑结构体系（支撑装置与支撑结构）组成的、可相对主体结构有一定位移能力或自身有一定变形能力、不承担主体结构所受作用的建筑外维护墙。-建筑幕墙 GB/T 21086-20071.1幕墙的定义幕墙龙骨幕墙的龙骨：支撑面板的结构。1.1幕墙的定义主体结构幕墙主体结构：混凝土梁、混凝土楼板、混凝土柱、钢梁、钢柱、混凝土墙。1.1幕墙的定义幕墙伸缩缝幕墙连接件幕墙可相对主体结构有一定位移能力或自身有一定变形能力1.1幕墙的定义案例1面板材料：玻璃支撑体系：铝合金龙骨主体结构：混凝土楼板相对位移：有，伸缩缝1.1幕墙的定义案例2面板材料：石材支撑体系
2、：钢横梁主体结构：混凝土梁相对位移：有，石材缝1.2幕墙的特点幕墙的特点1）具有完整的结构体系2）自身能承受风荷载、地震荷载和温差作用，并将它们传递到主体结构上3）能承受较大的自身平面内和平面外的变形，并具有相对于主体结构较大的变位能力4）不分担主体结构所承受的荷载和作用5）抵抗温差作用能力强6）抵抗地震灾害能力强7）节省基础和主体结构的费用8）可用于旧建筑的更新改造9）安装速度快，施工周期短10）维修更换方便11）建筑效果好1.3幕墙的种类幕墙有哪些种类？（按面板材料分）1）玻璃幕墙2）石材幕墙3）铝板幕墙4）金属板幕墙5）其他板材幕墙（陶土板，GRC，陶瓷板）1.3幕墙的种类按幕墙安装施工
3、方法分1）单元式幕墙2）构件式幕墙（框架式）1.3幕墙的种类按幕墙结构形式分1）框支承幕墙2）全玻幕墙3）点支承玻璃幕墙 幕墙类型分述明框明框玻璃幕墙的要点1）框支承幕墙2）金属框架构件显露于面板外表面3）应用最早，性能稳定可靠4）外露构件与龙骨之间可能需要断热 幕墙类型分述全隐框全隐框玻璃幕墙的要点1）框支承幕墙2）金属框架构件全不显露于面板外表面3）结构胶是关键，须进行相容性试验 幕墙类型分述半隐框半隐框玻璃幕墙的要点1）框支承幕墙2）金属框架构件两对边显露于面板外表面；另两对边不显露于面板外表面3）半隐框分：横明竖隐；横隐竖明4）结构胶仍很关键，须进行相容性试验 幕墙类型分述点支式玻璃幕
4、墙点支式玻璃幕墙的要点1）由玻璃面板、点支承装置及支承结构构成2）通透性也很好，常用于建筑大跨度空间3）点支承装置：驳接爪；骑缝夹板等4）支承结构有多种形式：拉索；拉杆；单管；钢桁架；单层索网；玻璃肋等 幕墙类型分述点支式玻璃幕墙竖向拉索结构 幕墙类型分述点支式玻璃幕墙水平拉索结构 幕墙类型分述点支式玻璃幕墙自平衡结构体系 幕墙类型分述点支式玻璃幕墙拉杆结构 幕墙类型分述点支式玻璃幕墙单管（杆）结构玻璃肋支撑的点式玻璃幕墙 幕墙类型分述点支式玻璃幕墙 幕墙类型分述点支式玻璃幕墙玻璃肋支撑的玻璃幕墙 幕墙类型分述点支式玻璃幕墙钢结构支撑的点式玻璃幕墙 幕墙类型分述点支式玻璃幕墙钢结构支撑的点式玻
5、璃幕墙 幕墙类型分述石材幕墙石材幕墙的要点1）不是石材贴面墙2）独立于实墙之外3）石材面板 金属挂件 金属骨架4）按面板材料分：天然石材幕墙（如花岗岩石材幕墙和洞石幕墙等）；人造石材幕墙（如微晶玻璃幕墙、瓷板幕墙和陶土板幕墙）按金属挂件形式分：背栓式；背槽式；L型挂件式；T型挂件式按板缝是否打胶分：封闭式；开缝式 幕墙类型分述石材幕墙开缝式石材幕墙1）无胶污染，外观漂亮2）石材后须设二次防水板，造价较高 幕墙类型分述金属板幕墙金属板幕墙的要点1）通过承重骨架悬挂于主体结构上2）按面板材料：铝单板幕墙；铝塑板幕墙；铝瓦楞板幕墙；铜板幕墙；彩钢板幕墙；钛板幕墙；钛锌板幕墙按板缝是否打胶分：封闭式；
6、开缝式 幕墙类型分述金属板幕墙开缝式金属板幕墙的要点1）无胶污染2）面板后面须设二次防水板2.结构设计2.1结构设计一般原则：2.2结构设计方法2.2结构设计方法2.3荷载和作用效应组合2.3荷载和作用效应组合2.4荷载与作用荷载分类2.4荷载与作用2.4.1 风荷载2.4.2 自重荷载2.4荷载与作用GK=rgT rg：材料的重力密度 T：材料的厚度2.4.3 雪荷载2.4荷载与作用2.4.4 活荷载2.4荷载与作用活荷载一般按不上人屋面 S=0.5kN/m2.4.5 温度作用2.4荷载与作用幕墙设计时应考虑年温度变化T，年温度变化T由当地气候条件、幕墙的颜色和反射性能决定，当缺乏必要资料时
7、，T可取为80.2.4.6 地震荷载2.4荷载与作用3.幕墙材料的力学性能3.1 材料强度设计值3.2 玻璃玻璃的定义玻璃是一种均质的材料，一种固化的液体，分子完全任意排列，不具有晶体的结构。玻璃没有熔点，当他被加热时，会追加从固体状态转变为具有塑性的黏质状态。玻璃是各向同性的。性能性能符号符号值值密度25.6 kN/m3弹性模量E72000 N/mm2泊松比0.2比热容C0.72 x103 J/(kg x K)线膨胀系数1x 10-5 K-1导热率1 W/(m x K)玻璃的基本物理性能3.2 玻璃玻璃主要是由硅（Si）和氧（O）构成的一个不规则的三维结构。玻璃的成分成分成分分子式分子式百分
8、比百分比二氧化硅SiO269%74%氧化钙CaO5%12%氧化钠Na2O12%16%氧化镁MgO06%氧化铝Al2O303%3.2.1玻璃的种类主要用于建筑幕墙的玻璃种类浮法玻璃热处理玻璃钢化玻璃半钢化玻璃夹层玻璃PVB夹层SGP夹层中空玻璃充空气充惰性气体镀膜玻璃反射膜Low-E 膜3.2.1玻璃的种类浮法玻璃浮法玻璃市已溶化的玻璃浮在锡床上，靠自重和表面张力的作用而形成平滑表面。其特点是表面平整、无波纹。倒入原材料熔窑 1600C熔融物流进锡槽 600C在退火窑中退火200C检查切割 阿3.2.1玻璃的种类钢化玻璃和半钢化玻璃将浮法玻璃加热至软化点，然后用常温空气均匀地喷涂骤然冷却而成。钢
9、化玻璃表面形成压应力，比同厚度的浮法玻璃强度提高35倍。半钢化玻璃的生产与钢化玻璃相似，但是冷却的速度要慢得多。半钢化玻璃的强度一般为浮法玻璃的1.52倍。玻璃原片加热 640C冷却钢化玻璃/半钢化玻璃3.2.1玻璃的种类玻璃的破碎形式浮法玻璃半钢化玻璃钢化玻璃表面无应力表面压应力小表面压应力大破碎成大块放射性裂痕，无大块碎片脱落碎裂成小颗粒3.2.1玻璃的种类夹层玻璃两片或多片玻璃（浮法玻璃、钢化玻璃、半钢化玻璃），可以被一层或多层聚乙烯醇缩丁醛树脂(PVB)内夹层粘在一起，再经过电热高压器加热到140C，在12Pa的压力下维持6小时，以消除玻璃之间的空气。在冲击荷载下，玻璃可能会破碎，但碎
10、片会粘在夹层上，所以夹层玻璃是真正的安全玻璃。放置玻璃原片和PVB层挤压加热+压力完成3.2.1玻璃的种类中空玻璃中空玻璃由两片、有时是三片玻璃，通过边缘处的间隔条和密封胶相互连接而成。第一层的密封位于间隔条和玻璃面板之间，以防止潮气进入面板之间的空间；第二层的密封设置在间隔条之后的玻璃面板之间，同时将间隔条和玻璃面板粘成一体。3.2.2玻璃的力学性能玻璃的强度设计值 fg(N/mm2)见玻璃幕墙工程技术规范JGJ-2003第5.2.1条之规定3.3 钢材钢材的基本物理性能性能性能符号符号值值密度78.5 kN/m3弹性模量E206000 N/mm2泊松比0.3线膨胀系数1.2x 10-5 K
11、-13.3 钢材钢材的强度设计值3.3 钢材焊缝的强度设计值3.3 钢材螺栓连接的强度设计值3.3 钢材螺栓连接的强度设计值3.4 铝合金铝合金的基本物理性能性能性能符号符号值值密度28.0 kN/m3弹性模量E70000 N/mm2泊松比0.33线膨胀系数2.35x 10-5 K-1铝合金的牌号3.4 铝合金铝合金型材的强度设计值3.4 铝合金铝合金板材的强度设计值3.4 铝合金铝合金的基础代号状态3.4 铝合金铝合金型材表面处理：表面处理的厚度应满足表3.2.2的要求见玻璃幕墙工程技术规范JGJ-2003第3.2.2条之规定3.4 铝合金断热铝型材：3.5 花岗石板3.6 其他力学性能4.
12、幕墙面板结构计算力学模型4.幕墙面板结构计算计算方法面材挠度控制4.1 玻璃的结构计算单片玻璃在垂直于玻璃幕墙平面的风荷载和地震作用下，最大应力应符合下列规定：1最大应力标准值 见玻璃幕墙工程技术规范JGJ-2003第6.1.2条之规定4.1 玻璃的结构计算单片玻璃在风荷载作用下的跨中挠度见玻璃幕墙工程技术规范JGJ-2003第6.1.3条之规定1单片玻璃的刚度D按下式计算2玻璃跨中挠度按按下式计算：4.1 玻璃的结构计算夹层玻璃在荷载作用下的变形和应力分布4.1 玻璃的结构计算夹层及中空玻璃荷载分配4.1 玻璃的结构计算PVB膜夹层玻璃按下列规定计算：见玻璃幕墙工程技术规范JGJ-2003第
13、6.1.4条之规定1作用于PVB膜夹层玻璃的风荷载和地震作用按下列公式分配至两片玻璃4.1 玻璃的结构计算2PVB夹层玻璃挠度计算4.1 玻璃的结构计算中空玻璃按下列规定计算见玻璃幕墙工程技术规范JGJ-2003第6.1.5条之规定4.1 玻璃的结构计算玻璃在不同类型的支撑形式下的变形和应力分布4.1 玻璃的结构计算在垂直于幕墙平面的风荷载和地震作用下，四点支承玻璃面板的应力和挠度应符合下列规定见玻璃幕墙工程技术规范JGJ-2003第8.1.5条之规定4.1 玻璃的结构计算全玻璃幕墙结构设计4.1 玻璃的结构计算全玻璃单肋公式来历：=M/WM=q线h2/8=wl h2/8 ,式中q线=wlW=
14、thr2/6=fg=(wl h2/8)/(thr2/6)=3 wlh2/4thr2hr=(3 wlh2/4fgt)1/24.1 玻璃的结构计算例题1钢化玻璃1500mm1500mm，T=10mm，四角孔距边125mm，WK=2000N/m2，qEK=74N/m2，验算玻璃强度及挠度是否满足要求。解：W=1.4WK=1.42000=2800N/m2 qE=1.3qEK=1.374=96N/m2 q=W+0.5qE=2800+0.596=2848N/m2 LX/LY=1.25/1.25=1 查表得m=0.154，=0.02603qk=WK+0.5qEK=2000+0.574=2037N/m2 =(
15、wk+0.5qEk)b4/Et4=(2.03710-312504)/(0.72105104)=6.9，查表6.1.2-2得=0.985=(6mqb2/t2)=（60.1542.84810-312502/102）0.985=40.5N/mm284N/mm2 故玻璃强度满足要求！WK=2000N/m2 =wkb4/Et4=(210-312504)/(0.72105104)=6.8 =0.986 D=Et3/12(1-2)=0.72105103/12（1-0.22）=6250000Nmmd f=wkb4/D=（0.02603210-312504）/6250000 0.986=20.05mm d f/
16、L=20.05/1250=1/62.31/60 故玻璃挠度也满足要求！4.1 玻璃的结构计算例题2全玻璃幕墙，层高4m，两玻璃肋间距1.5m，面玻采用t=15mm钢化玻璃，肋玻采用t=19mm钢化玻璃，肋宽取为350mm，WK=3500Pa，qEK=135N/m2，验算面玻璃、玻璃肋强度及挠度是否满足要求。解：（1）面玻璃 W=1.4WK=1.43500=4900N/m2 (另据规范7.2.2条,m=0.125,=0.013)qE=1.3qEK=1.3135=176N/m2 q面=W+0.5qE=4900+0.5176=4988N/m2 qK=WK+0.5qEK=3500+0.5135=356
17、8N/m2=3.56810-3N/m2 =(wk+0.5qEk)b4/Et4=(3.56810-315004)/(0.72105154)=4.95 =1 =(6mqa2/t2)=(0.754.98810-3 15002/152）1=37.4N/mm284N/mm2 故面玻璃强度满足要求！=wka4/Et4=(3.510-315004)/(0.72105154)=4.86 =1 d f=（0.0133.510-315004）/0.72105153/12（1-0.22）1=10.9mm d f/L=10.9/1500=1/1381/60，故面玻璃挠度也满足要求！（2）玻璃肋A初选r=（3WLh2/
18、4fgt）1/2=（34.98810-3150040002/450.419）1/2=306mm 取为350mmB校核=0.754.98810-3150040002/（350219）=38.6N/mm250.4N/mm2故肋玻璃强度满足要求！I=(19*3503)/12=67885417mm4 qk=35001.5=5250N/m=5.250N/mm d f=5qkh4/（384EI）=55.2540004/（3840.7210567885417）=3.58mm d f/L=3.58/4000=1/11171/200，故肋玻璃挠度也满足要求！4.2、石材计算 1）荷载类型 2）构造形式（复杂、简
19、单、造型）3）物理特性 4）支撑形式（点支撑、边支撑）背拴、T型挂件、铝合金挂件、背槽式、通槽挂 5）计算结果（大面、小面、局部）强度 挠度例题：例题：水平方向水平方向荷载组合荷载组合 风荷载+水平地震荷载 风荷载和水平地震作用组合标准值计算 W：风荷载作用效应分项系数，取W=1.0 按玻璃幕墙工程技术规范JGJ102-2003第5.4.3条规定 E：地震荷载作用效应分项系数，取E=0.5 按玻璃幕墙工程技术规范JGJ102-2003第5.4.3条规定 qK=WWK+EqEK =1.01.0+0.50.68 =1.34 KN/m2 风荷载和水平地震作用组合设计值计算 q=WW+EqE =1.01.4+0.50.884 =1.842 KN/m2板块计算板块计算（1）、立面石材采用：30mm厚花岗石，板块1490X740mm。板块计算模型详见下图：（2）、计算结果与校核，本计算采用Ansys板单元shell63。计算结果详见下列图表。经计算，在水平荷载作用下，石材板块内力与挠度如下：最大挠度：fmax=0.3 mm；最大拉应力：max=2.3 N/mm2=8.0N/mm2/2.15=3.72 N/mm2,通过。金属与石材幕墙工程技术规范JGJ 133金属与石材幕墙工程技术规范JGJ 133
