鋁幕墻計算方法（第二部分）

Ⅱ.基本計算公式    

(1).場地類別劃分:

   地面粗糙度可分為A、B、C、D四類：

   --A類指近海海面和海島、海岸、湖岸及沙漠地區(qū)；

   --B類指田野、鄉(xiāng)村、叢林、丘陵以及房屋比較稀疏的鄉(xiāng)鎮(zhèn)和城市郊區(qū)；

   --C類指有密集建筑群的城市市區(qū)；

   --D類指有密集建筑群且房屋較高的城市市區(qū)。

   本工程為：呼和浩特市賽罕區(qū)小臺城中村改造安置房工程-幼兒園 ，按B類地區(qū)計算風(fēng)荷載。

(2).風(fēng)荷載計算:

   幕墻屬于薄壁外圍護構(gòu)件，根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009-2001(2006年版)規(guī)定采用，垂直于建筑物表面上的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值，應(yīng)按下述公式計算：

1 當(dāng)計算主要承重結(jié)構(gòu)時

Wk=βzμsμzW0         （GB50009   7.1.1-1）

2 當(dāng)計算圍護結(jié)構(gòu)時

   Wk=βgzμs1μzW0         （GB50009   7.1.1-2）

式中：

   其中: Wk---垂直作用在幕墻表面上的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值(kN/m2)；

        βgz---高度Z處的陣風(fēng)系數(shù),按《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009-2001第7.5.1條取定。

   根據(jù)不同場地類型,按以下公式計算:βgz=K(1+2μf)

   其中K為地區(qū)粗糙度調(diào)整系數(shù)，μf為脈動系數(shù)。經(jīng)化簡，得：

   A類場地: βgz=0.92×[1+35-0.072×(Z/10)-0.12]

   B類場地: βgz=0.89×[1+(Z/10)-0.16]

   C類場地: βgz=0.85×[1+350.108×(Z/10)-0.22]

   D類場地: βgz=0.80×[1+350.252×(Z/10)-0.30]

   μz---風(fēng)壓高度變化系數(shù),按《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009-2001第7.2.1條取定。

   根據(jù)不同場地類型,按以下公式計算:

   A類場地: μz=1.379×(Z/10)0.24

   B類場地: μz=1.000×(Z/10)0.32

   C類場地: μz=0.616×(Z/10)0.44

   D類場地: μz=0.318×(Z/10)0.60

  按《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009-2001(2006年版)第7.3.3條  驗算圍護構(gòu)件及其連接的強度時，可按下列規(guī)定采用局部風(fēng)壓體型系數(shù)μs1：

一、 外表面

1.  正壓區(qū)         按表7.3.1采用；

2.  負(fù)壓區(qū)

   —  對墻面，    取-1.0

   —  對墻角邊，  取-1.8

二、 內(nèi)表面

 對封閉式建筑物，按表面風(fēng)壓的正負(fù)情況取-0.2或0.2。

注：上述的局部體型系數(shù)μs1（1）是適用于圍護構(gòu)件的從屬面積A小于或等于1m2  的情況，當(dāng)圍護構(gòu)件的從屬面積A大于或等于10m2  時，局部風(fēng)壓體型系數(shù)μs1（10）可乘以折減系數(shù)0.8，當(dāng)構(gòu)件的從屬面積小于10m2  而大于1m2  時，局部風(fēng)壓體型系數(shù)μs1（A）可按面積的對數(shù)線性插值，即

μs1（A）=μs1（1）+[μs1（10）-μs1（1）] logA

   本工程屬于B類地區(qū),故μz=(Z/10)0.32

   W0---基本風(fēng)壓,按《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009-2001附表D.4給出的50年一遇的風(fēng)壓采用，但不得小于0.3kN/m2，呼和浩特地區(qū)取為0.550kN/m2

(3).地震作用計算:

   qEAk=βE×αmax×GAK

   其中: qEAk---水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值

   βE---動力放大系數(shù),按 5.0 取定

   αmax---水平地震影響系數(shù)最大值，按相應(yīng)抗震設(shè)防烈度和設(shè)計基本地震加速度取定:

   αmax選擇可按JGJ102-2003中的表5.3.4進行。

        設(shè)計基本地震加速度為0.05g，抗震設(shè)防烈度6度： αmax=0.04

        設(shè)計基本地震加速度為0.10g，抗震設(shè)防烈度7度： αmax=0.08

        設(shè)計基本地震加速度為0.15g，抗震設(shè)防烈度7度： αmax=0.12

        設(shè)計基本地震加速度為0.20g，抗震設(shè)防烈度8度： αmax=0.16

        設(shè)計基本地震加速度為0.30g，抗震設(shè)防烈度8度： αmax=0.24

        設(shè)計基本地震加速度為0.40g，抗震設(shè)防烈度9度： αmax=0.32

   呼和浩特設(shè)計基本地震加速度為0.20g，抗震設(shè)防烈度為8度，故取αmax=0.16

   GAK---幕墻構(gòu)件的自重(N/m2)

(4).作用效應(yīng)組合:

一般規(guī)定，幕墻結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)按下列規(guī)定驗算承載力和撓度：

  a.無地震作用效應(yīng)組合時，承載力應(yīng)符合下式要求：

         γ0S ≤ R

  b.有地震作用效應(yīng)組合時，承載力應(yīng)符合下式要求：

         SE ≤ R/γRE

式中  S---荷載效應(yīng)按基本組合的設(shè)計值；

      SE---地震作用效應(yīng)和其他荷載效應(yīng)按基本組合的設(shè)計值；

      R---構(gòu)件抗力設(shè)計值；

      γ0----結(jié)構(gòu)構(gòu)件重要性系數(shù)，應(yīng)取不小于1.0；

      γRE----結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載力抗震調(diào)整系數(shù)，應(yīng)取1.0；

  c.撓度應(yīng)符合下式要求：

         df ≤ df,lim

      df---構(gòu)件在風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值或永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值作用下產(chǎn)生的撓度值；

      df,lim---構(gòu)件撓度限值；

  d.雙向受彎的桿件，兩個方向的撓度應(yīng)分別符合df≤df,lim的規(guī)定。

幕墻構(gòu)件承載力極限狀態(tài)設(shè)計時，其作用效應(yīng)的組合應(yīng)符合下列規(guī)定：

    1 有地震作用效應(yīng)組合時，應(yīng)按下式進行：

        S=γGSGK+γwψwSWK+γEψESEK

    2 無地震作用效應(yīng)組合時，應(yīng)按下式進行：

        S=γGSGK+ψwγwSWK

    S---作用效應(yīng)組合的設(shè)計值；

    SGk---永久荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值；

    SWk---風(fēng)荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值；

    SEk---地震作用效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值；

    γG---永久荷載分項系數(shù)；

    γW---風(fēng)荷載分項系數(shù)；

    γE---地震作用分項系數(shù)；

    ψW---風(fēng)荷載的組合值系數(shù)；

    ψE---地震作用的組合值系數(shù)；

    進行幕墻構(gòu)件的承載力設(shè)計時，作用分項系數(shù)，按下列規(guī)定取值：

    ①一般情況下，永久荷載、風(fēng)荷載和地震作用的分項系數(shù)γG、γW、γE應(yīng)分別取1.2、1.4和1.3；

    ②當(dāng)永久荷載的效應(yīng)起控制作用時，其分項系數(shù)γG應(yīng)取1.35；此時，參與組合的可變荷載效應(yīng)僅限于豎向荷載效應(yīng)；

    ③當(dāng)永久荷載的效應(yīng)對構(gòu)件有利時，其分項系數(shù)γG的取值不應(yīng)大于1.0。

    可變作用的組合系數(shù)應(yīng)按下列規(guī)定采用：

    ①一般情況下，風(fēng)荷載的組合系數(shù)ψW應(yīng)取1.0，地震作用于的組合系數(shù)ψE應(yīng)取0.5。

    ②對水平倒掛玻璃及框架，可不考慮地震作用效應(yīng)的組合，風(fēng)荷載的組合系數(shù)ψW應(yīng)取1.0（永久荷載的效應(yīng)不起控制作用時）或0.6(永久荷載的效應(yīng)起控制作用時)。

幕墻構(gòu)件的撓度驗算時，風(fēng)荷載分項系數(shù)γW和永久荷載分項系數(shù)均應(yīng)取1.0，且可不考慮作用效應(yīng)的組合。

III.穿孔鋁板計算

一、風(fēng)荷載計算    

標(biāo)高為12.0m處風(fēng)荷載計算

   W0:基本風(fēng)壓

   W0=0.55 kN/m2

   βgz: 12.0m高處陣風(fēng)系數(shù)(按B類區(qū)計算)

   βgz=0.89×[1+(Z/10)-0.16]=1.754

   μz: 12.0m高處風(fēng)壓高度變化系數(shù)(按B類區(qū)計算): (GB50009-2012)

   μz=(Z/10)0.32

      =(12.0/10)0.32=1.060

   μsl:局部風(fēng)壓體型系數(shù)(墻角區(qū))

   板塊（第1處）

   1200.00mm×1200.00mm=1.44m2

   該處從屬面積為：1.44m2

   μsl(A)=μsl(1)+[μsl(10)-μsl(1)]×log(A)

     =-{1.8+[0.8×1.8-1.8]×0.158}

     =-1.743

   μsl=-1.743+(-0.2)=-1.943

   該處局部風(fēng)壓體型系數(shù)μsl=1.943

   風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值:

   Wk=βgz×μz×μsl×W0                           (GB50009-2012)

     =1.754×1.060×1.943×0.550

     =1.987 kN/m2

   風(fēng)荷載設(shè)計值:

   W: 風(fēng)荷載設(shè)計值(kN/m2)

   γw: 風(fēng)荷載作用效應(yīng)的分項系數(shù)：1.4

       按《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009-2001 3.2.5 規(guī)定采用

   W=γw×Wk=1.4×1.987=2.782kN/m2

   支承結(jié)構(gòu)（第1處）

   3600mm×1200mm=4.32m2

   該處從屬面積為：4.32m2

   μsl(A)=μsl(1)+[μsl(10)-μsl(1)]×log(A)

     =-{1.8+[0.8×1.8-1.8]×0.635}

     =-1.571

   μsl=-1.571+(-0.2)=-1.771

   該處局部風(fēng)壓體型系數(shù)μsl=1.771

   風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值:

   Wk=βgz×μz×μsl×W0                           (GB50009-2012)

     =1.754×1.060×1.771×0.550

     =1.812 kN/m2

   風(fēng)荷載設(shè)計值:

   W: 風(fēng)荷載設(shè)計值(kN/m2)

   γw: 風(fēng)荷載作用效應(yīng)的分項系數(shù)：1.4

       按《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009-2001 3.2.5 規(guī)定采用

   W=γw×Wk=1.4×1.812=2.536kN/m2

二、B板強度校核:    

   校核依據(jù)：σ=M/W=6×m×q×L2×η/t2≤fa=80.000N/mm2

   Lx: B板寬度: 1.200m

   Ly: B板長度: 0.400m

   L: B板短邊長度: 0.400m

   m:彎矩系數(shù)

   t: 金屬板厚度: 2.5mm

   Wk: 風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值: 1.987kN/m2

   垂直于平面的分布水平地震作用:

   qEAk: 垂直于幕墻平面的分布水平地震作用 (kN/m2)

   qEAk=5×αmax×GAK

       =5×0.160×67.500/1000

       =0.054kN/m2

   荷載設(shè)計值為：

   q=1.4×Wk+1.3×0.5×qEAk

    =2.817kN/m2

   m1: 跨中彎矩系數(shù), 按短邊與長邊的邊長比(0.400/1.200=0.333)

       查表得: 0.084

   m0: 固端彎矩系數(shù), 按短邊與長邊的邊長比(0.400/1.200=0.333)

       查表得: 0.121

   θ=(Wk+0.5×qEAk)×L4×109/Et4

     =18.86

   η: 折減系數(shù)，按θ=18.86

       查表得:0.91

   B板所受最大彎矩應(yīng)力值為:

   σ=6×m1×q×L2×103×η/t2

     =33.255N/mm2

   33.255N/mm2≤80.000N/mm2  強度可以滿足要求    

   B板撓度校核:

   校核依據(jù): ｆ/L≤1/100

   f1: 撓度系數(shù),  按短邊與長邊的邊長比(0.400/1.200=0.333)

       查表得: 0.005

   Lx: B板寬度: 1.200m

   Ly: B板長度: 0.400m