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【摘 要】 现代建筑的发展离不开玻璃幕墙的运用。本文从幕墙立柱计算、幕墙横梁计算两个方面论述了玻璃幕墙的设计计算过程，确保了幕墙设计的准确性和安全性。
【关键词】 玻璃幕墙；设计计算；立柱；横梁
引言：
近些年来，我国经济快速发展，建筑工程的质量要求也随之提高，工程建设除了要保证建筑功能的实现之外，还要确保建筑物的美观性。玻璃幕墙技术是一种较为现代的建筑外部防护结构，在建筑项目中起着非常积极的作用。玻璃幕墙技术的运用一方面使得现代建筑的外观选择更为多样，另一方面也具有防风、遮雨、隔热保温、采光的作用。下文将结合具体工程，阐述玻璃幕墙设计安全计算要点。
1 工程概况
江苏金鑫置业集团有限公司中鑫国际大厦工程位于夏热冬冷地区，工程所在城市是扬州，传热系数限值≤4.70（W/（m2.K））。
2 玻璃幕墙设计安全性分析
2.1幕墙立柱设计安全计算
基本参数如下：计算点标高是75.2m，力学模型是简支梁，立柱跨度是L=3300mm，立柱左分格宽是1200mm，立柱右分格宽是1200mm，立柱计算间距B=1200mm，板块配置：中空玻璃6+6mm，立柱材质：6063-T6，安装方式：偏心受拉。本处幕墙立柱按简支梁力学模型进行设计计算，受力模型如下：
2.1.1立柱荷载分析
（1）风荷载作用分析
风荷载作用的线荷载集度（按矩形分布），qwk表示风荷载线分布最大荷载集度标准值（N/mm），wk表示风荷载标准值（MPa），B表示幕墙立柱计算间距（mm）。
qwk=wkB=0.001645×1200=1.974N/mm。
qw表示风荷载线分布最大荷载集度设计值（N/mm）。
qw=1.4qwk=1.4×1.974=2.764N/mm
（2）水平地震作用线荷载分析
水平地震作用线荷载集度（按矩形分布），qEAk表示垂直于幕墙平面的分布水平地震作用标准值（MPa），βE表示动力放大系数，取5.0，αmax表示水平地震影响系数最大值，取0.12，Gk表示幕墙构件的重力荷载标准值（N），A表示幕墙构件的面积（mm2）。
qEAk=βEαmaxGk/A=5.0×0.12×0.0005=0.0003MPa
qEk表示水平地震作用线荷载集度标准值（N/mm），B表示幕墙立柱计算间距（mm）。
qEk=qEAkB=0.0003×1200=0.36N/mm
qE表示水平地震作用线荷载集度设计值（N/mm）。
qE=1.3qEk=1.3×0.36=0.468N/mm
幕墙受荷载集度组合：用于强度计算时，采用Sw+0.5SE设计值组合：q=qw+0.5qE=2.764+0.5×0.468=2.998N/mm
用于挠度计算时，采用Sw标准值：qk=qwk=1.974N/mm。
（3）立柱在组合荷载作用分析
立柱在组合荷载作用下的弯矩设计值：Mx表示弯矩组合设计值（N·mm），Mw表示风荷载作用下立柱产生的弯矩设计值（N·mm），ME表示地震作用下立柱产生的弯矩设计值（N·mm），L表示立柱跨度（mm），采用Sw+0.5SE组合：Mw=qwL2/8，ME=qEL2/8，Mx=Mw+0.5ME=qL2/8=2.998×33002/8=4081027.5N·mm。
2.1.2立柱材料的截面参数设定
立柱抵抗矩预选值计算：
Wnx=Mx/γfa=4081027.5/1.00/150=27206.85mm3。
立柱慣性矩预选值计算：qk表示风荷载线荷载集度标准值（N/mm），E表示型材的弹性模量（MPa），对6063-T6取70000MPa，Ixmin表示材料需满足的绕X轴最小惯性矩（mm4），L表示计算跨度（mm），df，lim按规范要求，表示立柱的挠度限值（mm）：
df，lim=5qkL4/384EIxminL/180=3300/180=18.333mm。当跨距≤4500mm时，绝对挠度不应该大于20mm；当跨距>4500mm时，绝对挠度不应该大于30mm。对本例取：df，lim=18.333mm，Ixmin=5qkL4/384Edf，lim=5×1.974×33004/384/70000/18.333=2375254.28mm4。
2.1.3立柱的抗弯强度安全计算
2.1.3.1立柱轴向拉力设计值
Nk表示立柱轴向拉力标准值（N），qGAk表示幕墙单位面积的自重标准值（MPa），A表示立柱单元的面积（mm2），B表示幕墙立柱计算间距（mm），L表示立柱跨度（mm）：Nk=qGAkA=qGAkBL=0.0005×1200×3300=1980N。N表示立柱轴向拉力设计值（N），N=1.2Nk=1.2×1980=2376N。
2.1.3.2抗弯强度校核
按简支梁（受拉）立柱抗弯强度公式，满足：N/An+Mx/γWnx≤fa上式中，对于冷弯薄壁型钢龙骨，按《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB50018-2002，取1.00，对于热轧型钢龙骨，按JGJ133或JGJ102规范，取1.05，对于铝合金龙骨，按最新《铝合金结构设计规范》GB50429-2007，取1.00，fa：型材的抗弯强度设计值，取150MPa。则：N/An+Mx/γWnx=2376/1244.514+4081027.5/1.00/41249
=100.846MPa≤150MPa。立柱抗弯强度满足要求。
2.2幕墙横梁安全计算 基本参数如下：计算点标高是75.2m，横梁跨度是B=1200mm，横梁上分格高是1150mm，横梁下分格高是1150mm，横梁计算间距是H=1150mm，力学模型是梯形荷载简支梁，板块配置为中空玻璃6+6mm，横梁材质：6063-T5。因为B>H，所以本处幕墙横梁按梯形荷载简支梁力学模型进行设计计算，受力模型如下：
2.2.1横梁荷载计算分析
横梁在风荷载作用下的线荷载集度，qwk表示风荷载线分布最大荷载集度标准值（N/mm），wk表示风荷载标准值（MPa），H表示幕墙横梁计算间距（mm）。
qwk=wkH=0.001645×1150=1.892N/mm。
qw表示风荷载线分布最大荷载集度设计值（N/mm）。
qw=1.4qwk=1.4×1.892=2.649N/mm。
垂直于幕墙平面的分布水平地震作用的线荷载集度，qEAk表示垂直于幕墙平面的分布水平地震作用（MPa），βE表示动力放大系数，取5.0，αmax表示水平地震影响系数最大值，取0.12，Gk表示幕墙构件的重力荷载标准值（N），A表示幕墙平面面积（mm2）。
qEAk=βEαmaxGk/A=5.0×0.12×0.0004=0.00024MPa
qEk表示横梁受水平地震作用线荷载集度标准值（N/mm），H表示幕墙横梁计算间距（mm）。
qEk=qEAkH=0.00024×1150=0.276N/mm。
qE表示横梁受水平地震作用线荷载集度设计值（N/mm），qE=1.3qEk=1.3×0.276
=0.359N/mm。数据满足设计要求。
2.2.2幕墙横梁的抗弯强度计算
按横梁强度计算公式，满足：Mx/γxWnx+My/γyWny≤fa。上式中：Mx表示横梁绕X轴方向（幕墙平面内方向）的弯矩设计值（N·mm），My表示横梁绕Y轴方向（垂直于幕墙平面方向）的弯矩设计值（N·mm），Wnx表示横梁绕X轴方向（幕墙平面内方向）的净截面抵抗矩（mm3），Wny表示横梁绕Y轴方向（垂直于幕墙平面方向）的凈截面抵抗矩（mm3），γx、γy：对于冷弯薄壁型钢龙骨，按《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB50018-2002，取1.00，对于热轧型钢龙骨，按JGJ133或JGJ102规范，取1.05。对于铝合金龙骨，按最新《铝合金结构设计规范》GB50429-2007，均取1.00，fa表示型材的抗弯强度设计值，取90MPa。采用SG+Sw+0.5SE组合，则：
Mx/γxWnx+My/γyWny=99360/1.00/6741+353205.417/1.00/13422
=41.055MPa≤90MPa
横梁抗弯强度满足要求。
3 结语
综上所述，中鑫国际大厦工程的立柱型材选材计算、立柱材料的截面参数、立柱的抗弯强度计算、横梁型材选材计算、横梁的抗弯强度计算均满足设计要求，确保了项目幕墙设计的合理性和安全性。
参考文献：
[1]玻璃幕墙风荷载设计研究；王敬丽；四川建筑，2013-04-28
[2]玻璃幕墙抗风与抗震研究现状和进展；赵屹峰；华南地震；2014-04-15
【关键词】 玻璃幕墙；设计计算；立柱；横梁
引言：
近些年来，我国经济快速发展，建筑工程的质量要求也随之提高，工程建设除了要保证建筑功能的实现之外，还要确保建筑物的美观性。玻璃幕墙技术是一种较为现代的建筑外部防护结构，在建筑项目中起着非常积极的作用。玻璃幕墙技术的运用一方面使得现代建筑的外观选择更为多样，另一方面也具有防风、遮雨、隔热保温、采光的作用。下文将结合具体工程，阐述玻璃幕墙设计安全计算要点。
1 工程概况
江苏金鑫置业集团有限公司中鑫国际大厦工程位于夏热冬冷地区，工程所在城市是扬州，传热系数限值≤4.70（W/（m2.K））。
2 玻璃幕墙设计安全性分析
2.1幕墙立柱设计安全计算
基本参数如下：计算点标高是75.2m，力学模型是简支梁，立柱跨度是L=3300mm，立柱左分格宽是1200mm，立柱右分格宽是1200mm，立柱计算间距B=1200mm，板块配置：中空玻璃6+6mm，立柱材质：6063-T6，安装方式：偏心受拉。本处幕墙立柱按简支梁力学模型进行设计计算，受力模型如下：
2.1.1立柱荷载分析
（1）风荷载作用分析
风荷载作用的线荷载集度（按矩形分布），qwk表示风荷载线分布最大荷载集度标准值（N/mm），wk表示风荷载标准值（MPa），B表示幕墙立柱计算间距（mm）。
qwk=wkB=0.001645×1200=1.974N/mm。
qw表示风荷载线分布最大荷载集度设计值（N/mm）。
qw=1.4qwk=1.4×1.974=2.764N/mm
（2）水平地震作用线荷载分析
水平地震作用线荷载集度（按矩形分布），qEAk表示垂直于幕墙平面的分布水平地震作用标准值（MPa），βE表示动力放大系数，取5.0，αmax表示水平地震影响系数最大值，取0.12，Gk表示幕墙构件的重力荷载标准值（N），A表示幕墙构件的面积（mm2）。
qEAk=βEαmaxGk/A=5.0×0.12×0.0005=0.0003MPa
qEk表示水平地震作用线荷载集度标准值（N/mm），B表示幕墙立柱计算间距（mm）。
qEk=qEAkB=0.0003×1200=0.36N/mm
qE表示水平地震作用线荷载集度设计值（N/mm）。
qE=1.3qEk=1.3×0.36=0.468N/mm
幕墙受荷载集度组合：用于强度计算时，采用Sw+0.5SE设计值组合：q=qw+0.5qE=2.764+0.5×0.468=2.998N/mm
用于挠度计算时，采用Sw标准值：qk=qwk=1.974N/mm。
（3）立柱在组合荷载作用分析
立柱在组合荷载作用下的弯矩设计值：Mx表示弯矩组合设计值（N·mm），Mw表示风荷载作用下立柱产生的弯矩设计值（N·mm），ME表示地震作用下立柱产生的弯矩设计值（N·mm），L表示立柱跨度（mm），采用Sw+0.5SE组合：Mw=qwL2/8，ME=qEL2/8，Mx=Mw+0.5ME=qL2/8=2.998×33002/8=4081027.5N·mm。
2.1.2立柱材料的截面参数设定
立柱抵抗矩预选值计算：
Wnx=Mx/γfa=4081027.5/1.00/150=27206.85mm3。
立柱慣性矩预选值计算：qk表示风荷载线荷载集度标准值（N/mm），E表示型材的弹性模量（MPa），对6063-T6取70000MPa，Ixmin表示材料需满足的绕X轴最小惯性矩（mm4），L表示计算跨度（mm），df，lim按规范要求，表示立柱的挠度限值（mm）：
df，lim=5qkL4/384EIxminL/180=3300/180=18.333mm。当跨距≤4500mm时，绝对挠度不应该大于20mm；当跨距>4500mm时，绝对挠度不应该大于30mm。对本例取：df，lim=18.333mm，Ixmin=5qkL4/384Edf，lim=5×1.974×33004/384/70000/18.333=2375254.28mm4。
2.1.3立柱的抗弯强度安全计算
2.1.3.1立柱轴向拉力设计值
Nk表示立柱轴向拉力标准值（N），qGAk表示幕墙单位面积的自重标准值（MPa），A表示立柱单元的面积（mm2），B表示幕墙立柱计算间距（mm），L表示立柱跨度（mm）：Nk=qGAkA=qGAkBL=0.0005×1200×3300=1980N。N表示立柱轴向拉力设计值（N），N=1.2Nk=1.2×1980=2376N。
2.1.3.2抗弯强度校核
按简支梁（受拉）立柱抗弯强度公式，满足：N/An+Mx/γWnx≤fa上式中，对于冷弯薄壁型钢龙骨，按《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB50018-2002，取1.00，对于热轧型钢龙骨，按JGJ133或JGJ102规范，取1.05，对于铝合金龙骨，按最新《铝合金结构设计规范》GB50429-2007，取1.00，fa：型材的抗弯强度设计值，取150MPa。则：N/An+Mx/γWnx=2376/1244.514+4081027.5/1.00/41249
=100.846MPa≤150MPa。立柱抗弯强度满足要求。
2.2幕墙横梁安全计算 基本参数如下：计算点标高是75.2m，横梁跨度是B=1200mm，横梁上分格高是1150mm，横梁下分格高是1150mm，横梁计算间距是H=1150mm，力学模型是梯形荷载简支梁，板块配置为中空玻璃6+6mm，横梁材质：6063-T5。因为B>H，所以本处幕墙横梁按梯形荷载简支梁力学模型进行设计计算，受力模型如下：
2.2.1横梁荷载计算分析
横梁在风荷载作用下的线荷载集度，qwk表示风荷载线分布最大荷载集度标准值（N/mm），wk表示风荷载标准值（MPa），H表示幕墙横梁计算间距（mm）。
qwk=wkH=0.001645×1150=1.892N/mm。
qw表示风荷载线分布最大荷载集度设计值（N/mm）。
qw=1.4qwk=1.4×1.892=2.649N/mm。
垂直于幕墙平面的分布水平地震作用的线荷载集度，qEAk表示垂直于幕墙平面的分布水平地震作用（MPa），βE表示动力放大系数，取5.0，αmax表示水平地震影响系数最大值，取0.12，Gk表示幕墙构件的重力荷载标准值（N），A表示幕墙平面面积（mm2）。
qEAk=βEαmaxGk/A=5.0×0.12×0.0004=0.00024MPa
qEk表示横梁受水平地震作用线荷载集度标准值（N/mm），H表示幕墙横梁计算间距（mm）。
qEk=qEAkH=0.00024×1150=0.276N/mm。
qE表示横梁受水平地震作用线荷载集度设计值（N/mm），qE=1.3qEk=1.3×0.276
=0.359N/mm。数据满足设计要求。
2.2.2幕墙横梁的抗弯强度计算
按横梁强度计算公式，满足：Mx/γxWnx+My/γyWny≤fa。上式中：Mx表示横梁绕X轴方向（幕墙平面内方向）的弯矩设计值（N·mm），My表示横梁绕Y轴方向（垂直于幕墙平面方向）的弯矩设计值（N·mm），Wnx表示横梁绕X轴方向（幕墙平面内方向）的净截面抵抗矩（mm3），Wny表示横梁绕Y轴方向（垂直于幕墙平面方向）的凈截面抵抗矩（mm3），γx、γy：对于冷弯薄壁型钢龙骨，按《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB50018-2002，取1.00，对于热轧型钢龙骨，按JGJ133或JGJ102规范，取1.05。对于铝合金龙骨，按最新《铝合金结构设计规范》GB50429-2007，均取1.00，fa表示型材的抗弯强度设计值，取90MPa。采用SG+Sw+0.5SE组合，则：
Mx/γxWnx+My/γyWny=99360/1.00/6741+353205.417/1.00/13422
=41.055MPa≤90MPa
横梁抗弯强度满足要求。
3 结语
综上所述，中鑫国际大厦工程的立柱型材选材计算、立柱材料的截面参数、立柱的抗弯强度计算、横梁型材选材计算、横梁的抗弯强度计算均满足设计要求，确保了项目幕墙设计的合理性和安全性。
参考文献：
[1]玻璃幕墙风荷载设计研究；王敬丽；四川建筑，2013-04-28
[2]玻璃幕墙抗风与抗震研究现状和进展；赵屹峰；华南地震；2014-04-15