铝幕墙计算方法（第二部分）

Ⅱ.基本计算公式    

(1).场地类别划分:

   地面粗糙度可分为A、B、C、D四类：

   --A类指近海海面和海岛、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。

   本工程为：呼和浩特市赛罕区小台城中村改造安置房工程-幼儿园 ，按B类地区计算风荷载。

(2).风荷载计算:

   幕墙属于薄壁外围护构件，根据《建筑结构荷载规范》GB50009-2001(2006年版)规定采用，垂直于建筑物表面上的风荷载标准值，应按下述公式计算：

1 当计算主要承重结构时

Wk=βzμsμzW0         （GB50009   7.1.1-1）

2 当计算围护结构时

   Wk=βgzμs1μzW0         （GB50009   7.1.1-2）

式中：

   其中: Wk---垂直作用在幕墙表面上的风荷载标准值(kN/m2)；

        βgz---高度Z处的阵风系数,按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001第7.5.1条取定。

   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。经化简，得：

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

   B类场地: βgz=0.89×[1+(Z/10)-0.16]

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

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

   μz---风压高度变化系数,按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001第7.2.1条取定。

   根据不同场地类型,按以下公式计算:

   A类场地: μz=1.379×(Z/10)0.24

   B类场地: μz=1.000×(Z/10)0.32

   C类场地: μz=0.616×(Z/10)0.44

   D类场地: μz=0.318×(Z/10)0.60

  按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001(2006年版)第7.3.3条  验算围护构件及其连接的强度时，可按下列规定采用局部风压体型系数μs1：

一、 外表面

1.  正压区         按表7.3.1采用；

2.  负压区

   —  对墙面，    取-1.0

   —  对墙角边，  取-1.8

二、 内表面

 对封闭式建筑物，按表面风压的正负情况取-0.2或0.2。

注：上述的局部体型系数μs1（1）是适用于围护构件的从属面积A小于或等于1m2  的情况，当围护构件的从属面积A大于或等于10m2  时，局部风压体型系数μs1（10）可乘以折减系数0.8，当构件的从属面积小于10m2  而大于1m2  时，局部风压体型系数μs1（A）可按面积的对数线性插值，即

μs1（A）=μs1（1）+[μs1（10）-μs1（1）] logA

   本工程属于B类地区,故μz=(Z/10)0.32

   W0---基本风压,按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001附表D.4给出的50年一遇的风压采用，但不得小于0.3kN/m2，呼和浩特地区取为0.550kN/m2

(3).地震作用计算:

   qEAk=βE×αmax×GAK

   其中: qEAk---水平地震作用标准值

   βE---动力放大系数,按 5.0 取定

   αmax---水平地震影响系数最大值，按相应抗震设防烈度和设计基本地震加速度取定:

   αmax选择可按JGJ102-2003中的表5.3.4进行。

        设计基本地震加速度为0.05g，抗震设防烈度6度： αmax=0.04

        设计基本地震加速度为0.10g，抗震设防烈度7度： αmax=0.08

        设计基本地震加速度为0.15g，抗震设防烈度7度： αmax=0.12

        设计基本地震加速度为0.20g，抗震设防烈度8度： αmax=0.16

        设计基本地震加速度为0.30g，抗震设防烈度8度： αmax=0.24

        设计基本地震加速度为0.40g，抗震设防烈度9度： αmax=0.32

   呼和浩特设计基本地震加速度为0.20g，抗震设防烈度为8度，故取αmax=0.16

   GAK---幕墙构件的自重(N/m2)

(4).作用效应组合:

一般规定，幕墙结构构件应按下列规定验算承载力和挠度：

  a.无地震作用效应组合时，承载力应符合下式要求：

         γ0S ≤ R

  b.有地震作用效应组合时，承载力应符合下式要求：

         SE ≤ R/γRE

式中  S---荷载效应按基本组合的设计值；

      SE---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；

  c.挠度应符合下式要求：

         df ≤ df,lim

      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；

  d.双向受弯的杆件，两个方向的挠度应分别符合df≤df,lim的规定。

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 有地震作用效应组合时，应按下式进行：

        S=γGSGK+γwψwSWK+γEψESEK

    2 无地震作用效应组合时，应按下式进行：

        S=γGSGK+ψwγwSWK

    S---作用效应组合的设计值；

    SGk---永久荷载效应标准值；

    SWk---风荷载效应标准值；

    SEk---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；

    进行幕墙构件的承载力设计时，作用分项系数，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。

    可变作用的组合系数应按下列规定采用：

    ①一般情况下，风荷载的组合系数ψW应取1.0，地震作用于的组合系数ψE应取0.5。

    ②对水平倒挂玻璃及框架，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)。

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均应取1.0，且可不考虑作用效应的组合。

III.穿孔铝板计算

一、风荷载计算    

标高为12.0m处风荷载计算

   W0:基本风压

   W0=0.55 kN/m2

   βgz: 12.0m高处阵风系数(按B类区计算)

   βgz=0.89×[1+(Z/10)-0.16]=1.754

   μz: 12.0m高处风压高度变化系数(按B类区计算): (GB50009-2012)

   μz=(Z/10)0.32

      =(12.0/10)0.32=1.060

   μsl:局部风压体型系数(墙角区)

   板块（第1处）

   1200.00mm×1200.00mm=1.44m2

   该处从属面积为：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

   该处局部风压体型系数μsl=1.943

   风荷载标准值:

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

     =1.754×1.060×1.943×0.550

     =1.987 kN/m2

   风荷载设计值:

   W: 风荷载设计值(kN/m2)

   γw: 风荷载作用效应的分项系数：1.4

       按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001 3.2.5 规定采用

   W=γw×Wk=1.4×1.987=2.782kN/m2

   支承结构（第1处）

   3600mm×1200mm=4.32m2

   该处从属面积为：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

   该处局部风压体型系数μsl=1.771

   风荷载标准值:

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

     =1.754×1.060×1.771×0.550

     =1.812 kN/m2

   风荷载设计值:

   W: 风荷载设计值(kN/m2)

   γw: 风荷载作用效应的分项系数：1.4

       按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001 3.2.5 规定采用

   W=γw×Wk=1.4×1.812=2.536kN/m2

二、B板强度校核:    

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

   Lx: B板宽度: 1.200m

   Ly: B板长度: 0.400m

   L: B板短边长度: 0.400m

   m:弯矩系数

   t: 金属板厚度: 2.5mm

   Wk: 风荷载标准值: 1.987kN/m2

   垂直于平面的分布水平地震作用:

   qEAk: 垂直于幕墙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

   荷载设计值为：

   q=1.4×Wk+1.3×0.5×qEAk

    =2.817kN/m2

   m1: 跨中弯矩系数, 按短边与长边的边长比(0.400/1.200=0.333)

       查表得: 0.084

   m0: 固端弯矩系数, 按短边与长边的边长比(0.400/1.200=0.333)

       查表得: 0.121

   θ=(Wk+0.5×qEAk)×L4×109/Et4

     =18.86

   η: 折减系数，按θ=18.86

       查表得:0.91

   B板所受最大弯矩应力值为:

   σ=6×m1×q×L2×103×η/t2

     =33.255N/mm2

   33.255N/mm2≤80.000N/mm2  强度可以满足要求    

   B板挠度校核:

   校核依据: ｆ/L≤1/100

   f1: 挠度系数,  按短边与长边的边长比(0.400/1.200=0.333)

       查表得: 0.005

   Lx: B板宽度: 1.200m

   Ly: B板长度: 0.400m