幕墙力学计算原理和方法第一章荷载和作用一、荷载分类：1．永久荷载：自重、预应力等。

其值不随时间变化。

2．可变荷载：风荷载、雪荷载、温度应力等。

其值随时间变化。

3．偶然荷载：如地震、龙卷风等。

在设计基准期内不一定出现，而一旦妯现，其量值很大且持续时间较短。

二、风荷载计算：1.场地类别划分:根据地面粗糙度,场地可划分为以下类别:A类近海面,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类指有密集建筑群且房屋较高的城市市区;2．风荷载计算公式: W k=βgz×μz×μs×W0其中: W k---作用在幕墙上的风荷载标准值(kN/m2)βgz---瞬时风压的阵风系数,按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001取定根据不同场地类型,按以下公式计算:βgz=K(1+2μf)其中K为地区粗糙度调整系数，μf为脉动系数A类场地: βgz=0.92*(1+2μf) 其中：μf=0.387*(Z/10)^(-0.12)B类场地: βgz=0.89*(1+2μf) 其中：μf=0.5(Z/10)^(-0.16)C类场地: βgz=0.85*(1+2μf) 其中：μf=0.734(Z/10)^(-0.22)D类场地: βgz=0.80*(1+2μf) 其中：μf=1.2248(Z/10)^(-0.3) μz---风压高度变化系数,按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001取定,根据不同场地类型,按以下公式计算:A类场地: μz=1.379×(Z/10)0.24B类场地: μz=(Z/10)0.32C类场地: μz=0.616×(Z/10)^0.44D类场地: μz=0.318×(Z/10)^0.60μs---风荷载体型系数,按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001墙角处取为： 1.8墙面处取为： 1.0封闭建筑物还需考虑内表面+0.2或-0.2W0--- 基本风压,按全国基本风压图取值。

(基本风压系以当地比较空旷地面上离地10m高，统计所得的50年一遇10min平均最大风速v0(m/s)为标准按伯努利方程推导确定的风压值：W0=ρ/2 v0)三、地震作用计算垂直于玻璃幕墙平面的分布水平地震作用标准值可按下式计算：q Ek=βEαmax G k/A式中q Ek：垂直于幕墙平面的分布水平地震作用标准值（kN/m2）；βE：动力放大系数，可取 5.0；αmax：水平地震影响系数最大值，应按下表采用；G k：幕墙构件（包括玻璃面板和铝框）的重力荷载标准值（kN）；A：玻璃幕墙平面面积（m2）；抗震设防烈度6度7度8度αmax0.04 0.08(0.12) 0.16(0.24)注：7、8度时括号内数值分别用于设计其本地震加速度为.15g和0.30的地区。

四幕墙结构构件应按下列规定验算承载力和挠度：1无地震作用效应组合时，承载力应符合下式要求：γ0S≤R2有地震作用效应组合时，承载力应符合下式要求：S E≤R/γRE式中 S：荷载效应按基本组合的设计值；S E：地震作用效应和其他荷载效应按基本组合的设计值；R：构件抗力设计值；γ0：结构构件重要性系数，应取不小于 1.0；γRE：结构构件承载力抗震调整系数，应取 1.0。

3挠度应符合下式要求：df≤df,lim式中 df：构件在风荷载标准值或永久荷载标准值作用下产生的挠度值；df,lim：构件挠度限值。

双向受弯的杆件，两个方向的挠度应分别符合本条第3款的规定。

五、荷载效应组合:（一）幕墙构件承载力极限状态设计时，其作用效应的组合应符合下列规定：1无地震作用效应组合时，应按下式进行：S=γG S GK+ψwγw S Wk(5.4.1-1) 2有地震作用效应组合时，应按下式进行：S=γG S Gk+ψwγw S wk+ψEγE S Ek(5.4.1-2)式中S：作用效应组合的设计值；S Gk：永久荷载效应标准值；S Wk：风荷载效应标准值；S Ek：地震作用效应标准值；γG：永久荷载分项系数；γw：风荷载分项系数；γE：地震作用分项系数；ψw：风荷载的组合值系数；ψE：地震作用的组合值系数；（二）进行幕墙构件的承载力设计时，作用分项系数应按下列规定取值：1一般情况下，永久荷载、风荷载和地震作用的分项系数γG 、γW 、γE应分别取 1.2，1.4和1.3；2当永久荷载的效应起控制作用时，其分项系数γG应取1.35；此时，参与组合的可变荷载效应仅限于竖向荷载效应；3当永久荷载的效应对构件有利时，其分项系数γG的取值不应大于 1.0。

（三）可变作用的组合值系数应按下列规定采用：1一般情况下，风荷载的组合值系数ψw应取1.0，地震作用的组合值系数ψE应取0.5；2对水平倒挂玻璃及其框架，可不考虑地震作用效应的组合，风荷载的组合系数ψw应取1.0，（永久荷载的效应不起控制作用时）或0.6（永久荷载的效应起控制作用时）。

（四）幕墙构件的挠度验算时，风荷载分项系数γW 和永久荷载分项系数γG 均应取 1.0，且可不考虑作用效应的组合。

（五）按以上原理，水平荷载组合后的公式水平荷载标准值: q k=W k+0.5q EAk水平荷载设计值: q=1.4W k+0.5×1.3q EAk（六）计算时组合方法：1各荷载分别计算出应力后，对各种应力进行组合。

2将同方向的荷载先进行组合后进行应力计算，最后将不同方向荷载的应力再相加六、材料的力学性能1．幕墙材料的弹性模量材料的弹性模量E（N/mm2）材料 E 材料 E玻璃0.72×105不锈钢绞线 1.20×105~1.50×105铝合金型材和单层铝板0.70×105高强钢绞线 1.95×105钢，不锈钢 2.06×105钢丝绳0.80×105~1.00×105消除应力的高强钢丝 2.05×105花岗石板0.8×105蜂窝铝板10mm 0.35×105铝塑复合板4mm 0.2×105 15mm 0.27×1056mm 0.3×105 20mm 0.21×1052．幕墙材料的泊松比材料的泊松比ν材料ν材料ν玻璃0.20 钢，不锈钢0.30 铝合金型材和单层铝板0.33 高强钢丝、钢绞线0.30 铝塑复合板和蜂窝铝板0.25 花岗岩0.1253．玻璃的强度设计值玻璃的强度设计值fg（N/mm2）种类厚度（mm）大面侧面普通玻璃 5 28.0 19.5浮法玻璃5~12 28.0 19.5 15~19 24.0 17.0 ≥20 20.0 14.0钢化玻璃5~12 84.0 58.8 15~19 72.0 50.4 ≥20 59.0 41.3注：1 夹层玻璃和中空玻璃的强度设计值可按所采用的玻璃类型确定；2 当钢化玻璃的强度标准值达不到浮动玻璃强度标准值的3倍时，表中数值应根据实测结果予以调整；3 半钢化玻璃强度设计值可取浮法玻璃强度设计值的2倍。

当半钢化玻璃的强度标准值达不到浮动玻璃强度标准值的2倍时，表中数值应根据实测结果予以调整；4 侧面指玻璃切割后的断面，其宽度为玻璃厚度。

玻璃的总安全系数K取为 2.5。

所以材料强度系数K2=K/K1=2.5/1.4=1.785。

说明：(1) 材料的总安全系数K=K1*K2，式中： K1为起主要控制作用的风荷载分项系数采用 1.4，K2为材料强度系数K2=K/K1。

(2) 材料强度值计算公式：f a=f ak/K2，f ak为材料屈服强度。

)4．铝合金型材的强度设计值铝合金型材的强度设计值fa（N/mm2）合金牌号状态壁厚(mm)强度设计值抗拉、抗压强度抗剪强度局部承压6061 T4 所有85.5 49.6 133.0 T6 所有190.5 110.5 199.06063 T5 所有85.5 49.6 120.0 T6 所有140.0 81.2 161.06063A T5 ≤10 124.4 72.2 150.0 ＞10 116.6 67.6 141.5T6≤10 147.7 85.7 172.0＞10 140.0 81.2 163.0铝合金型材的总安全系数K取为 1.8。

所以材料强度系数K2=K/K1=1.8/1.4=1.286。

5．钢材的强度设计值钢材的强度设计值fa（N/mm2）钢材牌号厚度或直径d(mm) 抗拉、抗压、抗弯强度抗剪强度端面承压Q235d≤16 215 125325 16＜d≤40 205 12040＜d≤60 200 115Q345d≤16 310 180400 16＜d≤35 295 17035＜d≤50 265 155注：表中厚度是指计算点的钢材厚度；对轴心受力构件是指截面中较厚板件的厚度。

钢材的总安全系数K取为 1.55。

所以材料强度系数K2=K/K1=1.55/1.4=1.107，抗剪强度取抗拉强度的0.586．不锈钢材料的抗拉、抗压强度设计值f s应按其屈服强度标准值σ0.2除以系数 1.11采用，其抗剪强度设计值可按其抗拉强度设计值的0.58倍采用。

7．耐候钢强度设计值按《玻璃幕墙工程技术规范》（JGJ102-2003）附录A采用。

8．单层铝合金板的强度设计值表5.3.2 单层铝合金板强度设计值（Mpa）牌号试样状态厚度（mm）抗拉强度f t a1抗剪强度f v a12A11 T42 0.5~2.9 129.5 75.1＞2.9~10.0 136.5 79.2 2A12 T42 0.5~2.9 171.5 99.5＞2.9~10.0 185.5 107.6 7A04 T62 0.5~2.9 273.0 158.4＞2.9~10.0 287.0 166.5 7A09 T62 0.5~2.9 273.0 158.4＞2.9~10.0 287.0 166.5 铝板的总安全系数K取为 2.0。

所以材料强度系数K2=K/K1=2.0/1.4=1.428。

9．铝塑复合板的强度设计值铝塑复合板的强度设计值（Mpa）板厚t（mm）抗拉强度f t a2抗剪强度f v a24 70 2010．蜂窝铝板的强度设计值蜂窝铝板的强度设计值（Mpa）板厚t（mm）抗拉强度f t a3抗剪强度f v a320 10.5 1.411．花岗石板的抗弯强度设计值，应依据其弯曲强度试验的弯曲强度平均植f gm决定，抗弯强度设计值、抗剪强度设计值应按下列公式计算：（一般石材的总安全系数取 3.0，而幕墙石材的总安全系数取3.5）f g1=f gm/2.15f g2=f gm/4.30式中f g1：花岗石板抗弯强度设计值（Mpa）；f g2：花岗石板抗剪强度设计值（Mpa）；f gm：花岗石板弯曲强度平均值（Mpa）。