幕墙结构计算入门培训课件.ppt
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- 幕墙 结构 计算 入门 培训 课件
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1、第一章 概述1、幕墙计算现状传统的计算原理手工计算各类计算软件发展迅速大型软件受青睐手工计算与软件联合、互补。应用规范2、目前存在问题计算人员实际经验不足过渡依赖计算软件形式主义距离优化设计很远。3、今后发展趋势有限元软件功能细化计算人员更专业。计算规范与标准更详细、准确。第二章 杆件计算第一节、概述与计算对象(1)单根杆件-框架幕墙的立柱、横梁选用横梁型材的截面特性: 选用型材材质: 铝合金6063-T5,断面如图: 型材强度设计值: 85.500N/mm2 型材弹性模量: E=0.7105N/mm2 X轴惯性矩: Ix=156.662cm4 Y轴惯性矩: Iy=85.870cm4 X轴抵抗
2、矩: Wx1=30.412cm3 X轴抵抗矩: Wx2=32.311cm3 Y轴抵抗矩: Wy1=23.424cm3 Y轴抵抗矩: Wy2=13.243cm3 型材截面积: A=11.383cm2 型材计算校核处壁厚: t=2.000mm 型材截面面积矩: Ss=19.604cm3 塑性发展系数: =1.05幕墙横梁的强度计算 校核依据: M x / W x+ M y/ W yf a=85.5 (N/mm2)幕墙横梁的抗剪强度计算 校核依据: max=49.6N/mm2幕墙横梁的刚度计算 校核依据: U maxL/180 横梁承受呈三角形分布线荷载作用.(2)多根杆件组成的结构体系:-框架窗、
3、单元板(立柱、横梁、中挺)立柱公料材质: 铝合金6063-T5,型材断面如图: 型材强度设计值: 85.500N/mm2 型材弹性模量: E=0.7105N/mm2 X轴惯性矩: Ix=401.788cm4 Y轴惯性矩: Iy=76.622cm4 X轴抵抗矩: Wx1=55.325cm3 X轴抵抗矩: Wx2=38.866cm3 型材截面积: A=15.945cm2 型材计算校核处壁厚: t=3.000mm 型材截面面积矩: Sx=36.070cm3 塑性发展系数: =1.05公立柱母立柱立柱母料材质: 铝合金6063-T5,型材断面如图: 型材强度设计值: 85.500N/mm2 型材弹性模
4、量: E=0.7105N/mm2 X轴惯性矩: Ix=381.848cm4 Y轴惯性矩: Iy=26.989cm4 X轴抵抗矩: Wx1=52.397cm3 X轴抵抗矩: Wx2=37.028cm3 型材截面积: A=14.111cm2 型材计算校核处壁厚: t=3.000mm 型材截面面积矩: Sx=33.158cm3 塑性发展系数: =1.05连续梁内力表:M=系数*qL2; Q=系数*qL ; f=系数*qL4/100EI简支梁均布荷载作用内力公式简支梁梯形荷载作用内力公式简支梁三角形荷载作用内力公式简支梁集中荷载作用内力公式-分段比 1/4-桁架钢桁架、异型桁架、网架一般采用有限元分析
5、软件计算。1、3D3S2、Sap20003、Ansys4、Staad -刚架-壳体第二节、单根杆件计算框架式幕墙:立柱1)荷载 -风荷载Wk=zszW0 gz-高度Z处的阵风系数 z-风压高度变化系数 s1 风压体型系数 Wk-垂直作用在幕墙表面上的风荷载标准值(kN/m2) W0-基本风压(kN/m2) 场地类别、建筑外轮廓、地区地域有关。2)截面特性外轮廓:整体、组合截面积 A0=8311 mm2 X轴惯性矩 IX=11897866 mm4X轴抵抗矩 WX=86583 mm3X轴面积矩 SX=91392 mm3塑性发展系数 =1.05型材壁厚 t=2.5 mm 壁厚材质6063-T5,T6
6、3)支撑形式简支梁 - 铰接、固接、滑动铰。4)计算结果横梁1)荷载水平荷载:线性荷载输入。竖向荷载:集中力2)截面特性开口、闭口。3)支撑形式一般采用铰接,钢结构有时会采用固接。4)计算结果最大弯曲应力、最大剪应力,挠度mm。横梁抗弯强度校核横梁抗弯强度校核校核依据: 按玻璃幕墙工程技术规范JGJ102-2003第6.2.4条=83.195 N/mm2fa=85.5 N/mm2横梁抗弯强度符合规范要求。横梁抗剪强度横梁抗剪强度校核校核校核依据: 按玻璃幕墙工程技术规范JGJ102-2003第6.2.5条1、竖直方向剪应力t:横梁截面垂直于X轴腹板的截面总宽度,取t=5.0 mmX:横梁承受的
7、竖直荷载产生的剪应力= =1.475 N/mm2fav=49.6 N/mm22、水平方向剪应力t:横梁截面垂直于Y轴腹板的截面总宽度,取t=5.0 mmY:横梁承受的水平荷载产生的剪应力=4.366 N/mm2fav=49.6 N/mm2横梁抗剪强度符合规范要求。第三节、多杆结构体系(1)框架体系-窗:1)荷载梯形荷载、三角形荷载窗竖挺荷载2)截面特性闭口型腔锁五金件3)窗型4)支撑形式5)计算结果-单元板框架计算1)荷载2)截面特性3)分格4)连接形式5)计算结果幕墙框架图单元式幕墙组成单元式幕墙立柱计算载荷分布:按等位移原理,协同作用。q=q1+q2 -(1)M=M1+M2 -(2)f1=
8、f2 -(3)Mx1=M*Ix1/(Ix1+Ix2)Mx2=M*Ix2/(Ix1+Ix2)内力分配系数 立柱弯矩按公料、母料的抗弯刚度分配,分配系数计算如下:Ix=Ix1+Ix2=401.788+381.848=783.636cm4公料弯矩分配系数:a1=Ix1/Ix=401.788/783.636=0.51母料弯矩分配系数:a2=Ix2/Ix=381.848/783.636=0.49 立柱剪力及轴向力按公料、母料的抗剪刚度分配,分配系数计算如下:A=A1+A2=15.945+14.111=30.056cm2公料剪、轴力分配系数:b1=A1/A=15.945/30.056=0.53母料剪、轴力
9、分配系数:b2=A2/A=14.111/30.056=0.47刚度分配系数内力计算简支梁受力:连续梁受力:M=q*L2/8 逐跨内力分析: 立柱按多跨铰接连续静定梁进行设计计算: 第1跨内力: RB1=5.53636151-(285/3615)2/2-0(285/3615)=9945N P2=9945N M1=5.536361521-(285/3615)22/8-02851-(1+285/3615)2/2+285/3615 =8931701Nmm 第2跨内力: RB2=5.53636151-(285/3615)2/2-9945(285/3615)=9161N P3=9161N MA2=-(99
10、45285+5.5362852/2)=-3059097Nmm M2=5.536361521-(285/3615)22/8-99452851-(1+285/3615)2/2+285/3615 =7523383Nmm 第3跨内力: RB3=5.53636151-(285/3615)2/2-9161(285/3615)=9223N P4=9223N MA3=-(9161285+5.5362852/2)=-2835650Nmm M3=5.536361521-(285/3615)22/8-91612851-(1+285/3615)2/2+285/3615 =7634412Nmm 第4跨内力: RB4=5
11、.53636151-(285/3615)2/2-9223(285/3615)=9218N P5=9218N MA4=-(9223285+5.5362852/2)=-2853266Nmm M4=5.536361521-(285/3615)22/8-92232851-(1+285/3615)2/2+285/3615 =7625659Nmm 第5跨内力: RB5=5.53636151-(285/3615)2/2-9218(285/3615)=9218N P6=9218N MA5=-(9218285+5.5362852/2)=-2851877Nmm M5=5.536361521-(285/3615)2
12、2/8-92182851-(1+285/3615)2/2+285/3615 =7626349Nmm广东全球通大厦立柱的内力分析立柱的内力分析第1跨内力分析:RBi=qLi1-(Ai/Li)2/2-Pi(Ai/Li),i=1 =3.13228501-(850/2850)2/2-0(850/2850) =4066NMi=qLi21-(Ai/Li)22/8,i=1 =3.132285021-(850/2850)22/8 =2639402Nmm第2跨内力分析:Pi=RBi-1,i=2 =4066NRBi=qLi1-(Ai/Li)2/2-Pi(Ai/Li),i=2 =3.13228501-(850/28
13、50)2/2-4066(850/2850) =2853NMi=qLi21-(Ai/Li)22/8-PiAi1-(1+(Ai/Li)2/2+Ai/Li,i=2 =3.132285021-(850/2850)22/8-40668501-(1+(850/2850)2/2+850/2850 =1065062NmmMA2=-(PiAi+qAi2/2),(i=2) =-4587535Nmm第3跨内力分析:Pi=RBi-1,i=3 =2853NRBi=qLi1-(Ai/Li)2/2-Pi(Ai/Li),i=3 =3.13228501-(850/2850)2/2-2853(850/2850) =3215NMi
14、=qLi21-(Ai/Li)22/8-PiAi1-(1+(Ai/Li)2/2+Ai/Li,i=3 =3.132285021-(850/2850)22/8-28538501-(1+(850/2850)2/2+850/2850 =1534731NmmMA3=-(PiAi+qAi2/2),(i=3) =-3556485Nmm天津国贸投标计算横梁计算幕墙横梁按三角形简支梁计算水平荷载;由于玻璃下面有垫块,因此自重荷载按集中受力模型考虑。水平荷载作用竖向荷载作用按照等挠度原则,进行荷载分配,对于三角形荷载简支梁: q1kB4/120EaI1y=q2kB4/120EaI2y q1k+q2k=qkq1k=q
15、kI1y/(I1y+I2y) =2.9863867360/(3867360+5762240) =1.199N/mm q2k=qkI2y/(I1y+I2y) =2.9865762240/(3867360+5762240) =1.787N/mm(设计值) M1w=q1wB2/12 M1E=q1EB2/12(水平地震荷载) M1y=M1w+0.5M1E =q1B2/12 =1.79418402/12 =506147.2Nmm 按横梁抗弯强度计算公式,应满足: M1x/W1nx+M1y/W1nyfa 按建筑幕墙5.1.9,b,自重标准值作用下挠度不应超过其跨度的1/500,并且不应大于3mm; B/5
16、00=1840/500=3.68mm取: df2,lim=3mm dfx=P1kaB2/24EaIax(3-42) =1361.615018402/24/70000/529090(3- 4(150/1840)2) =2.313mm因为2.313mm3mm,所以,单元横框自重方向挠度可以满足设计要求。平面内变形分析建筑幕墙 GB/T 21086-2007框架式幕墙平面变形分析平面变形性能确定:主体结构的弹性层间位移角限值,取=1/550。由主体结构为钢筋混凝土框架结构,查玻璃幕墙工程技术规范JGJ102-2003条文说明中表4.1得:隐框玻璃幕墙板块平面内变形性能按玻璃幕墙工程技术规范JGJ10
17、2-2003第4.3.12条=3=31/550=1/1831/150=1/1831/200该隐框玻璃幕墙的变形性能应为级。玻璃幕墙工程技术规范JGJ102-2003单元板平面变形分析主体结构类型为多、高层钢结构结构,结构的层间位移角为:=tan -1(1/300)层高:h=3600 mm。地震控制层间位移限值为:lim=h(=3=1/100,=0.57)=3600/100=36.00mm如最大玻璃板块HxW=2100 x1200 mm适应变形值为s= L=2100/100=21.0 mm 对隐框结构胶的延展性好,因此通过构造与结构胶完全能满足地震荷载及风载作用下的平面内变形。对明框预留边框距离
18、a21/2=10.5 mm.上下30mm单元板块横梁竖向位移量计算: 立柱材料的线膨胀系数最大单元板块高度L : 方向尺寸温差T :最大温差: 实际伸缩调整系数LA: 梁在柱间计算跨度,取(mm)A: 梁挠度限制名称代号取值型材因热胀冷缩引起的位移LL=TL =2.35X10-58052001 =9.7mm=2.35X10-5 T=80L=5200mm =1加工误差d12mm施工误差d21.5mm主体结构梁竖直变形位移量d3(LA/A) 20%=6.7mmLA=10000mm,A=300立柱徐变引起的横梁位移d4d4=LX0.001 =5200 x0.001 =5.2mm位移计算过程结果极限收
19、缩位移L+d1+d2+d3+d425.1mm极限扩张位移L+d1+d213.2mm设计单元板块横梁竖向伸缩缝30mm,满足计算要求。单元板块平面内竖向位移设计左右15mm名称代号取值型材因热胀冷缩引起的位移LL=TL =2.35X10-58017001 =3.2mm=2.35X10-5 T=80L=1700mm =1加工误差d11mm施工误差d21.5mm位移计算过程结果极限收缩位移L+d1+d25.7mm极限扩张位移L+d1+d25.7mm: 立柱材料的线膨胀系数最大单元板块高度L : 方向尺寸温差T :最大温差: 实际伸缩调整系数单元板块平面立柱极限水平位移量计算 设计单元板块立柱水平 伸
20、缩缝15mm,满足计算要求。单元板块平面内水平位移设计(2)桁架-普通桁架1)荷载线性荷载输入:2)截面特性方管、圆管、组合截面。上弦杆下弦杆腹杆斜腹杆3)桁架类型(铰接节点、刚接节点)焊接桁架铰接桁架混合型4)支撑形式(简支、滑动、固接)铰接支撑:耳板、销轴(结)40012971297550550钢桁架 HJ-0858133750? 18000220024831650拉杆上弦杆次桁架采光顶桁架受力图采光顶桁架计算模型图5)计算结果(整体、杆件)强度挠度稳定性连接件(耳板、螺栓、铆钉、销轴)焊缝(三角形、对接)例题1:通过计算可知,钢结构体系最大位移:Fmax=115.6/1.4=82.6 m
21、mL/300=36000/300=120 mm主结构钢架:300(299)管:max=89.2 N/mm2=215 N/mm2;180X12管:max=65.0 N/mm2=215 N/mm2;次结构桁架:195X12管:max=275.2 N/mm2=310 N/mm2; 通过。方管160X80X10: max=304.5 N/mm2=310 N/mm2; 通过。支座反力:支座反力:桁架HJ01:与主体结构连接为铰接:Fx=416.6 kN Fy=345.9 kN Fz=417.2 kN注意,埋件应根据受力不同区别设计。例题2钢管203X8:max=46.5 Mpa215 Mpa Ok.钢管
22、273X14:max=31.3 Mpa=0.6X 215=129.0 Mpa Ok.钢管500X16:max=17.5 Mpa=0.6X 215=129.0 Mpa Ok.钢管400X16:max=11.2 Mpa=0.6X 215=129.0Mpa Ok. 最大挠度 fmax=32.5/1.4=23.2 mmfmax/2L=23.2/2X6000=1/5001/300, OK.(3)刚架1)荷载全球通南北飞翼幕墙结构2)截面特性种类:管材、槽钢、工字、钢板。材料:钢、不锈钢、铝合金。3)刚架类型焊接连接、螺栓组4)支撑形式(铰接支座、刚接支座)5)计算结果(整体、杆件)强度挠度稳定性(杆件整
23、体、局部)单元号强度绕2轴整体稳定绕3轴整体稳定绕2轴抗剪应力比绕3轴抗剪应力比绕2轴W/l绕3轴W/l结果10.040.040.040.000.0101/2355满足20.100.100.100.000.0101/796满足30.070.070.070.000.0101/1184满足40.100.110.110.000.0101/796满足50.040.040.040.000.0101/2356满足60.100.100.100.000.0101/796满足70.100.110.100.000.0101/796满足80.040.040.040.000.0101/2356满足90.040.040
24、.040.000.0101/1938满足100.120.120.120.000.0101/653满足110.080.080.080.000.0101/972满足120.080.080.080.000.0101/972满足130.250.250.250.010.001/10550满足140.200.200.200.030.001/12860满足150.220.220.220.030.001/12770满足160.250.250.250.010.001/10550满足170.190.190.190.030.001/5310满足180.200.200.200.030.001/12860满足190.2
25、90.290.290.010.001/7490满足200.270.270.270.040.001/9380满足210.290.290.290.040.001/8260满足220.290.290.290.010.001/7490满足230.000.000.000.000.001/6270满足240.270.270.270.040.001/9380满足250.290.290.290.010.001/6140满足260.280.280.280.040.001/8000满足270.280.280.280.040.001/6180满足280.290.290.290.010.001/6140满足本工程有2
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