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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)0.24

B类场地: μz=(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

μs---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-0.2

W0--- 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≤R

2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。