幕墙、门窗结构设计计算速查手册.doc

1、幕墙、门窗结构设计计算速查手册目录一、材料力学性能：31、玻璃的强度设计值32、铝合金型材的强度设计值33、单层铝合金板强度设计值34、铝塑复合板强度设计值45、蜂窝铝板强度设计值46、钢材的强度设计值47、不锈钢板的强度设计值58、耐候钢强度设计值59、钢结构连接强度设计值610、铆钉连接的强度设计值611、焊缝的强度设计值712、不锈钢螺栓连接的强度设计值713、材料的弹性模量814、材料的泊松比815、材料的线膨胀系数9二、荷载和地震作用91、材料的重力密度92、幕墙风荷载10三、材料强度（应力）及变形挠度计算151、玻璃最大弯曲应力及变形挠度计算15（1）框支承单片玻璃强度应力计算公式

2、：15（2）点支承单片玻璃强度应力计算公式：15（3）夹层玻璃计算规定：16（4）中空玻璃计算规定：16（5）玻璃刚度计算公式：17（6）玻璃跨中挠度计算公式：17（7）全玻璃幕墙玻璃肋计算：182、硅酮结构密封胶设计计算193、金属板最大弯曲应力计算204、石板的设计计算21（1）四点支承石板的最大弯曲应力计算21（2）钢销的设计计算23（3）由钢销在石板中产生的剪应力按下式计算23（4）短槽支承的石板抗剪设计按下式计算24（5）通槽支承石板抗弯设计计算24（6）通槽支承石板的挂钩抗剪设计计算24（7）通槽支承的石板槽口处抗剪设计计算25（8）通槽支承的石板槽口处抗弯设计计算25（9）四边金

3、属框的隐框式石板弯曲应力按四边简支板计算265、玻璃幕墙横梁计算26（1）横梁截面相关要求26（2）横梁受弯承载力27（3）横梁受剪承载力27（4）横梁抗扭承载力28（5）横梁的挠度限值286、玻璃幕墙立柱计算28（1）立柱截面相关要求28（2）立柱承载力28（3）立柱稳定性28（4）立柱的挠度限值297、金属与石材幕墙横梁计算29（1）横梁截面相关要求29（2）横梁受弯承载力30（3）横梁受剪承载力30（4）横梁的挠度限值308、金属与石材幕墙立柱计算31（1）立柱截面相关要求31（2）立柱承载力31（3）立柱的长细比32（4）立柱的挠度限值32一、材料力学性能：1、玻璃的强度设计值（玻璃幕

4、墙工程技术规范JGJ102-2003/P20/表5.2.1）玻璃的强度设计值(N/mm2)种类厚度（mm）大面侧面普通玻璃528.019.5浮法玻璃51228.019.5151924.017.02020.014.0钢化玻璃51284.058.8151972.050.42059.041.3注：1 夹层玻璃和中空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法玻璃强度标准值的3倍时，其设计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法玻璃强度标准值的2倍时，其设计值应根据实测结果予以调整；4 侧面指玻璃切

5、割后的断面，其宽度为玻璃厚度。2、铝合金型材的强度设计值（玻璃幕墙工程技术规范JGJ102-2003/P21/表5.2.2）铝合金型材的强度设计值：(N/mm2)铝合金牌号状态壁厚 （mm）强度设计值抗拉、抗压抗剪局部承压6061T4不区分85.549.6133.0T6不区分190.5110.5199.06063T5不区分85.549.6120.0T6不区分140.081.2161.06063AT510124.472.2150.010116.667.6141.5T610147.785.7172.010140.081.2163.03、单层铝合金板强度设计值（金属与石材幕墙工程技术规范JGJ133

6、-2001/P19/表5.3.2）单层铝合金板强度设计值（N/mm2）牌号试样状态厚度（mm）抗拉强度抗剪强度2A11T420.52.9129.575.12.910.0136.579.22A12T420.52.9171.599.52.910.0185.5107.67A04T620.52.9273.0158.42.910.0287.0166.57A09T620.52.9273.0158.42.910.0287.0166.54、铝塑复合板强度设计值（金属与石材幕墙工程技术规范JGJ133-2001/P19/表5.3.3）铝塑复合板强度设计值（N/mm2）板厚t(mm)抗拉强度抗剪强度470205、

7、蜂窝铝板强度设计值（金属与石材幕墙工程技术规范JGJ133-2001/P19/表5.3.4） 蜂窝铝板强度设计值（N/mm2）板厚t(mm)抗拉强度抗剪强度2010.51.46、钢材的强度设计值（玻璃幕墙工程技术规范JGJ102-2003/P21/表5.2.3）钢材的强度设计值：(N/mm2)钢材牌号厚度或直径d(mm)抗拉、抗压、抗弯抗剪端部承压Q235d1621512532516d4020512040d60200115Q345d1631018040016d3529517035d50265155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。7、不锈钢板的强度设计值

8、（金属与石材幕墙工程技术规范JGJ133-2001/P19/表5.3.5）不锈钢板的强度设计值（N/mm2）序号屈服强度标准值抗弯、抗拉强度抗剪强度12341702002202501541802002261201401551768、耐候钢强度设计值（玻璃幕墙工程技术规范JGJ102-2003/P8081/附录A 表A.0.1耐候钢强度设计值（N/mm2）钢号厚度t(mm)屈服强度抗拉强度抗剪强度承压强度Q235NHt1623521612529516t402252071202954060215198115295Q295NHt1629527115734416t4028526215234440602

9、55235136344Q355NHt1635532718940216t403453171844024060325299173402Q460NHt1646041424045116t404504052354514060430387224451Q295GNH(热轧)t6295271157320t6295271157320Q295GNHL（热轧）t6295271157353t6295271157353Q345GNH(热轧)t6345317184361t6345317184361Q345GNHL（热轧）t6345317184394t6345317184394Q390GNH(热轧)t63453592084

10、02t6345359208402Q295GNH(冷轧)t2.5260239139320Q295GNHL（冷轧）t2.5260239139320Q345GNHL（冷轧）t2.53202941713699、钢结构连接强度设计值（玻璃幕墙工程技术规范JGJ102-2003/P82/表B.0.1-1） 螺栓连接的强度设计值（N/mm2）螺栓的性能等级、锚栓和构件钢材的牌号普通螺栓锚栓承压型连接高强度螺栓C级螺栓A级、B级螺栓抗拉抗剪承压抗拉抗剪承压抗拉抗拉抗剪承压普通螺栓4.6级4.8级1701405.6级2101908.8级400320锚栓Q235钢140Q345钢180承压型连接高强度螺栓8.8级

11、40025010.9级500310构件Q235钢305405470Q345钢385510590Q390钢400530615注：1、A级螺栓用于公称直径d不大于24mm、螺杆公称长度不大于10d且不大于150mm的螺栓；2、B级螺栓用于公称直径d大于24mm、螺杆公称长度大于10d或大于150mm的螺栓；3、A、B级螺栓孔的精度和孔壁表面粗糙度，C级螺栓孔允许偏差和孔壁表面粗糙度，均应符合现行国家标准钢结构工程施工质量验收规范GB50205的要求。10、铆钉连接的强度设计值（玻璃幕墙工程技术规范JGJ102-2003/P82/表B.0.1-1） 铆钉连接的强度设计值（N/mm2）铆钉钢号或构件钢

12、材牌号抗拉（铆头拉脱）抗剪承压类孔类孔类孔类孔铆钉BL2、BL3120185155构件Q235钢450365Q345钢565460Q390钢590480注：1 属于下列情况者为类孔：1） 在装配好的构件上按设计孔径钻成的孔；2） 在单个零件和构件上按设计11、焊缝的强度设计值（玻璃幕墙工程技术规范JGJ102-2003/P83/表B.0.1-3） 焊缝的强度设计值（N/mm2）焊接方法和焊条型号构件钢材对接焊缝角焊缝牌号厚度或直径d(mm)抗压 抗拉和抗弯受拉抗剪抗拉、抗压和抗剪一级、二级三级自动焊、半自动焊和E43型焊条的手工焊Q235钢d1616d4040d6021520520021520

13、5200 185175170125120115160160160自动焊、半自动焊和E50型焊条的手工焊Q345钢d1616d3535d50310295265310295265265250225180170155200200200自动焊、半自动焊和E55型焊条的手工焊Q390d1616d3535d50350335315350335315300285270205190180220220220自动焊、半自动焊和E55型焊条的手工焊Q420d1616d3535d50380360340380360340320305290220210195220220220注：1、表中的一级、二级、三级是指焊缝质量等级，

14、应符合现行国家标准钢结构工程施工质量验收规范GB50205的规定。厚度小于8mm钢材的对接焊缝，不应采用超声波探伤确定焊缝质量等级；2、自动焊和半自动焊所采用的焊丝和焊剂，应保证其熔敷金属力学性能不低于现行国家标准碳素钢埋弧焊用焊剂GB/T5293和低合金钢埋弧焊用焊剂GB/T12470的相关规定；3、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。12、不锈钢螺栓连接的强度设计值（玻璃幕墙工程技术规范JGJ102-2003/P84/表B.0.3） 不锈钢螺栓连接的强度设计值（N/mm2）类别组别性能等级抗拉抗剪A(奥氏体)A1、A250500230175A3、A4707

15、00320245A580800370280C（马氏体）C150500230175707003202451001000460350C380800370280C45050023017570700320245F（铁素体）F1454502101606060027521013、材料的弹性模量（玻璃幕墙工程技术规范JGJ102-2003/P22/表5.2.8） （金属与石材幕墙工程技术规范JGJ133-2001/P20/表5.3.9） 材料的弹性模量E(N/mm2)材料E玻璃0.72105铝合金0.70105钢、不锈钢2.06105消除应力的高强钢丝2.05105不锈钢绞线1.201051.50105高强

16、钢绞线1.95105钢丝绳0.801051.00105单层铝板0.70105花岗石板0.80105铝塑复合板4mm0.201056mm0.30105蜂窝铝板 15mm0.27105 20mm0.2110514、材料的泊松比（玻璃幕墙工程技术规范JGJ102-2003/P22/表5.2.9） （金属与石材幕墙工程技术规范JGJ133-2001/P21/表5.3.10） 材料的泊松比材料材料玻璃0.20钢、不锈钢0.30铝合金0.33高强钢丝、钢绞线0.30铝塑复合板0.25蜂窝铝板0.25花岗岩0.12515、材料的线膨胀系数（玻璃幕墙工程技术规范JGJ102-2003/P23/表5.2.10）

17、 （金属与石材幕墙工程技术规范JGJ133-2001/P21/表5.3.11）材料的线膨胀系数（1/）材料材料玻璃0.8010-51.0010-5不锈钢板1.8010-5铝合金2.3510-5混凝土1.010-5钢材1.2010-5砖砌墙0.5010-5单层铝板2.3510-5铝塑复合板4.010-5蜂窝铝板2.410-5花岗石板0.810-5二、荷载和地震作用1、材料的重力密度（玻璃幕墙工程技术规范JGJ102-2003/P23/表5.3.1） （金属与石材幕墙工程技术规范JGJ133-2001/P17/表5.2.2）（1）材料的重力密度(kN/m3)材料材料普通玻璃、夹层玻璃、钢化玻璃、半

18、钢化玻璃25.6矿棉1.21.5钢材78.5玻璃棉0.51.0铝合金28.0岩棉0.52.5花岗石28.0（2）板材单位面积重力标准值（N/m2）板材厚度（mm）(N/m2)板材厚度（mm）(N/m2)单层铝板2.53.04.067.581.0112.0不锈钢板1.52.02.53.0117.8157.0196.3235.5铝塑复合板4.06.055.073.6蜂窝铝板（铝箔芯）10.015.020.053.070.074.0花岗石板20.025.030.05005606257007508402、幕墙风荷载标准值按下式计算，且不应小于1.0kN/m2。 式中 风荷载标准值（kN/m2）；高度z

19、处的阵风系数，应按现行国家标准建筑结构荷载规范GB50009的规定采用；s风荷载体型系数，应按现行国家标准建筑结构荷载规范GB50009的规定采用；z风压高度变化系数，应按现行国家标准建筑结构荷载规范GB50009的规定采用；基本风压（kN/m2），应按现行国家标准建筑结构荷载规范GB50009的规定采用。 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。风压高度变化系数z离地面或海平面高度(m)地面粗糙度类别ABCD51.171.

20、000.740.62101.381.000.740.62151.521.140.740.62201.631.250.840.62301.801.421.000.62401.921.561.130.73502.031.671.250.84602.121.771.350.93702.201.861.451.02802.271.951.541.11902.342.021.621.191002.402.091.701.271502.642.382.031.612002.832.612.301.922502.992.802.542.193003.122.972.752.453503.123.122.94

21、2.684003.123.123.122.914503.123.123.123.12 阵风系数gz离地面高度（m）地面粗糙度类别ABCD51.691.882.303.21101.631.782.102.76151.601.721.992.54201.581.691.922.39301.541.641.832.21401.521.601.772.09501.511.581.732.01601.491.561.691.94701.481.541.661.89801.471.531.641.85901.471.521.621.811001.461.511.601.781501.431.471.541

22、.672001.421.441.501.602501.401.421.461.553001.391.411.441.51各主要地区50年一遇基本风压（kN/m2）城市基本风压城市基本风压城市基本风压城市基本风压北京0.45天津市0.50广州0.50湛江0.80上海0.55重庆0.40深圳0.75汕尾0.85其余详见GB5009附录D幕墙高度大于200m或体形、风荷载环境复杂时、宜进行风洞实验确定风荷载。1、 垂直幕墙平面的水平地震作用标准值可按下式计算：式中 垂直于幕墙平面的分布水平地震作用标准值（kN/m2）；动力放大系数，可取5.0；水平地震影响系数最大值，应按表5.3.4采用；幕墙构件（

23、包括玻璃面板和铝框）的重力荷载标准值（kN）；A幕墙平面面积（m2）。 表5.3.4 水平地震影响系数最大值抗震设防烈度6度7度8度0.040.08（0.12）0.16（0.24）注：7、8度时括号内数值分别用于设计基本地震加速度为0.15g和0.30g的地区。2、 平行于玻璃幕墙平面的集中水平地震作用标准值可按下式计算：式中 平行于玻璃幕墙平面的集中水平地震作用标准值（kN）。3、 作用效应组合：（一般情况）无地震作用效应组合时，应按下式进行： (5.4.1-1)有地震作用效应组合时，应按下式进行计算： (5.4.1-2)式中 作用效应组合的设计值； 永久荷载效应标准值； 风荷载效应标准值；

24、 地震作用效应标准值； 永久荷载分项系数； 风荷载分项系数； 地震作用分项系数；风荷载的组合值系数；地震作用的组合值系数。分项系数的取值：一般情况下，永久荷载、风荷载和地震作用的分项系数、应分别取1.2、1.4、1.3；当永久荷载的效应起控制作用时，其分项系数应取1.35；此时，参与组合的可变荷载效应仅限于竖向荷载效应；当永久荷载的效应对构件有利时，其分项系数的取值不应大于1.0。组合值系数的取值：一般情况下，风荷载的组合值系数应取1.0，地震作用的组合值系数应取0.5；对水平倒挂玻璃及其框架，可不考虑地震作用效应的组合，风荷载的组合值系数应取1.0（永久荷载的效应不起控制作用时）或0.6（永

25、久荷载的效应起控制作用时）。幕墙构件的挠度验算时，风荷载分项系数和永久荷载分项系数均应取1.0，且不考虑作用效应的组合。三、材料强度（应力）及变形挠度计算1、玻璃最大弯曲应力及变形挠度计算（1）框支承单片玻璃强度应力计算公式：风荷载作用 地震作用 参数 或设计值组合式中、分别为垂直于幕墙平面的风荷载、地震作用标准值（N/mm2）矩形玻璃板材短边边长(mm)t玻璃的厚度（mm）E玻璃的弹性模量（N/mm2）m弯矩系数，可由玻璃板短边与长边边长之比的值查表得到 表6.1.2-1 四边支承（玻璃）板弯矩系数a/b0.000.250.330.400.50m0.12500.12300.11800.111

26、50.1000a/b0.550.600.650.700.75m0.09340.08680.08040.07420.0683a/b0.800.850.900.951.00m0.06280.05760.05280.04830.0442折减系数，可由参数按下表采用： 表6.1.2-2 （玻璃）折减系数5.010.020.040.060.080.0100.01.000.960.920.840.780.730.68120.0150.0200.0250.0300.0350.0400.00.650.610.570.540.520.510.50玻璃大面强度设计值（2）点支承单片玻璃强度应力计算公式：风荷载作用

27、 地震作用 参数 或设计值组合式中、分别为垂直于玻璃幕墙平面的风荷载，地震作用标准值（N/mm2） b支承点间玻璃面板长边边长(mm) t玻璃的厚度(mm) m弯矩系数，可由支承点间玻璃板短边与长边边长之比a/b按下表采用： 表8.1.5-1 四点支承玻璃板的弯矩系数m 表6.1.2-1 四点支承（玻璃）板弯矩系数a/b0.000.200.300.400.500.550.600.65m0.1250.1260.1270.1290.1300.1320.1340.136a/b0.700.750.800.850.900.951.00m0.1380.1400.1420.1450.1480.1510.15

28、4注：a为支承点之间的短边边长。折减系数，可由参数按下表采用： 表6.1.2-2 （玻璃）折减系数5.010.020.040.060.080.0100.01.000.960.920.840.780.730.68120.0150.0200.0250.0300.0350.0400.00.650.610.570.540.520.510.50玻璃大面强度设计值（3）夹层玻璃计算规定：作用于夹层玻璃上的风荷载和地震作用可按下列公式分配到两个玻璃片上进行应力计算：Wk1= Wk2= qEk1= qEk2= 式中作用于夹层玻璃上的风荷载标准值（N/mm2）;,分别为分配到各单片玻璃的风荷载标准值（N/mm2

29、）;作用于夹层玻璃上的地震作用标准值（N/mm2）;，分别为分配到各单片玻璃的地震作用标准值（N/mm2）;,分别为各单片玻璃的厚度（mm）。（4）中空玻璃计算规定：作用于中空玻璃上的风荷载标准值可按下列公式分配到两个玻璃片上进行应力计算： 1）直接承受风荷载作用的单片玻璃：Wk1=1.1 2）不直接承受风荷载作用的单片玻璃： Wk2= 式中作用于中空玻璃上的风荷载标准值（N/mm2）;,分别为分配到各单片玻璃的风荷载标准值（N/mm2）;,分别为各单片玻璃的厚度（mm）。（5）玻璃刚度计算公式： D=式中D玻璃的刚度（Nmm）； t玻璃的厚度（mm）； 对于夹层玻璃采用等效厚度； 对于中空玻

30、璃采用等效厚度泊松比。（6）玻璃跨中挠度计算公式： 1）框支承玻璃式中在风荷载标准值作用下挠度最大值（mm）；垂直于玻璃幕墙平面的风荷载标准值（N/mm2）； a框之承玻璃短边边长。挠度系数，可由玻璃板短边与长边边长之比a/b按下表采用 表6.1.3 四边支承（玻璃）板挠度系数a/b0.000.200.250.330.500.013020.012970.012820.012230.01013a/b0.550.600.650.700.750.009400.008670.007960.007270.00663a/b0.800.850.900.951.000.006030.005470.004960

31、.004490.004062）点支承玻璃 对于点支承玻璃可由支承点间玻璃板短边与长边之比按下表采用： 表8.1.5-2 四点支承玻璃板的挠度系数a/b0.000.200.300.400.500.550.600.013020.013170.013350.013670.014170.014510.01496a/b0.650.700.750.800.850.900.950.015550.016300.017250.018420.019840.021570.02363a/b1.000.02603注：a为支承点之间的短边边长。折减系数，可由参数按下表采用： 表6.1.2-2 （玻璃）折减系数5.010.

32、020.040.060.080.0100.01.000.960.920.840.780.730.68120.0150.0200.0250.0300.0350.0400.00.650.610.570.540.520.510.50（7）全玻璃幕墙玻璃肋计算： 1）玻璃肋最小截面高度（mm）计算： （单肋） （双肋）式中W风荷载设计值（N/mm2）两肋之间的玻璃面板跨度（mm）；玻璃侧面强度设计值（N/mm2）玻璃肋截面厚度（mm）玻璃肋上下支点的距离、即计算跨度（mm）2）玻璃肋挠度计算： （单肋） （双肋）同时还要满足式中W风荷载设计值（N/mm2）E玻璃弹性模量（N/mm2）2、硅酮结构密封胶

33、设计计算（1）竖向隐框、半隐框玻璃幕墙中玻璃和铝框之间硅酮结构密封胶的粘接宽度Cs，应按根据受力情况分别按下列规定计算。非抗震设计时，可取第1），3）款计算的较大值；抗震设计时，可取第2），3）款计算的较大值。1）在风荷载作用下，粘接宽度Cs=式中Cs硅酮结构密封胶的粘接宽度（mm）；w作用在计算单元上的风荷载设计值（kN/m2）a矩形玻璃板的短边长度（mm）硅酮结构密封胶在风荷载或地震作用下的强度设计值，取0.2 N/mm22）在风荷载和水平地震作用下，粘接宽度Cs= 式中作用在计算单元上的地震作用设计值（kN/m2）；a,b分别为矩形玻璃板的短边和长边长度（mm）；硅酮结构密封胶在永久荷载

34、作用下的强度设计值，取0.01 N/mm2（2）水平倒挂的隐框、半隐框玻璃和铝框之间硅酮结构密封胶的粘接宽度Cs=（3）硅酮结构密封胶的粘接厚度应符合下式要求：=式中硅酮结构密封胶的粘接厚度（mm）；幕墙玻璃相对于铝合金框的位移（mm）；风荷载标准值作用下主体结构的楼层弹性层间位移角限值（rad）；玻璃面板高度（mm），取其边长a或b；硅酮结构密封胶的变位承受能力，取对应于其受拉应力为0.20N/mm2时的伸长率。（4）规范要求：硅酮结构密封胶的粘接宽度不应小于7mm，粘接厚度不应小于6mm；粘接宽度宜大于厚度；但不宜大于厚度的2倍。隐框玻璃幕墙的硅酮结构密封胶的粘接厚度不应大于12mm。（5

35、）全玻幕墙胶缝承载力应符合下列要求：1）与玻璃面板平齐或突出的玻璃肋：2）后置式骑缝的玻璃肋：式中q垂直玻璃面板的分布荷载设计值（N/mm2）,抗震设计时应包含地震作用计算的分布荷载设计值； 两肋之间的玻璃面板跨度（mm）； 胶缝宽度，取玻璃板截面厚度（mm）； 胶缝宽度，取玻璃肋截面厚度（mm）； 硅酮结构密封胶在风荷载作用下的强度设计值，取0.2 N/mm2。3、金属板最大弯曲应力计算 风荷载作用地震作用设计值组合式中，分别为垂直于板面的风荷载，地震作用产生的板中最大应力标准值（N/mm2）；，分别为垂直于板面的风荷载、地震作用标准值（N/mm2）；金属板分格的边长（mm）；m板的弯矩系数，按其边界