第五章 框支式玻璃幕墙结构设计 第一节 构件构造设计 型材壁厚是构件局部稳定必须考虑的问题。铝合金型材壁厚过薄会导致型材的局部屈曲失稳（皱折失稳），根据弹性理论，板在纵向均匀受压下，屈曲的平衡微分方程为： 4 W 4 W 4 W 2 W D( + 2 + )+ N =0 （5-1） X4 X2Y2 Y4 X2式中： W板的挠度； N板单位宽度上所受压力； D板的柱面刚度,D=Et3/12(1-2)。从上式可导出临界应力为： 2E t er=K()2 （5-2） 12(1-2) b式中： E弹性模量； t壁厚； 泊松比； K稳定系数； b型材宽度。 当板四边简支，在纵向不均匀受压时稳定系数最小值Kmin近似为： 2 4 当0 ， Kmin 3 1-0.5 2 4.1 当1.4 ， Kmin 3 1-0.474 当1.44 ， Kmin62受纯弯曲时=2 Kmin622=24，而较精确值为23.9。式中：=（-，）/对于腹板考虑翼板有弹性嵌固作用，并取嵌固系数为1.61，当E为0.7105N/mm2、0.2=110 N/mm2时则腹板受纯弯曲时其临界应力为： 23.92E ter=1.61()2=246.8(100t/b)20.2 （5-3） 可得出： 12(1-2) bb/t=100（248.6/110）1/2（110/0.2）1/2=150(110/0.2 )1/2如果取t=2.5mm、则 b 可为375 mm 。当梁长与型材高之比大于10:1，按无限长梁考虑时，在剪应力作用下腹板（考虑嵌固系数1.24）临界剪应力为： 2E t er=1.245.34()2=42.78(100t/b)1/20.2/(3)1/2 （5-4） 可得出： 12(1-2) b b/t=100(74.1/110)1/2（110/0.2）1/2=82(110/0.2)1/2 如果取t=2.5mm、则 b 可为205 mm 。腹板在上边缘受横向压应力作用时，其临界应力为： 100tc.er=100(-)2 0.2 （5-5）可得出： b b/t=100(100/110)1/2（110/0.2）1/2=95(110/0.2)1/2 如果取t=2.5mm ，则 b 可为237.5 mm 。当梁在弯曲应力、剪应力和横向压应力c同时作用下， 矩型板临界条件为： c ( + )2+()2 1 （5-6） er c.er er对铝合金型材壁厚JGJ102-2003规定：1 横梁A横梁截面主要受力部位的厚度，应符合下列要求： 1）截面自由挑出部位（图5-1a）和双侧加劲部位（图5-1b）的宽厚比b0/t应符合表5.1的要求。 表5.1 横梁截面宽厚比b0/t限值截面部位铝型材钢型材6063-T56061-T46063A-T56063-T66063A-T66061-T6Q235Q345自由挑出171513121512双侧加劲504540354033 图5-12）当横梁跨度不大于1.2m时，铝合金型材截面主要受力部位的厚度不应小于2.0mm；当横梁跨度大于1.2m时，其截面主要受力部位的厚度不应小于2.5mm。型材孔壁与螺钉之间直接采用螺纹受力连接时，其局部截面厚度不应小于螺钉的公称直径；3）钢型材截面主要受力部位的厚度不应小于2.5mm.B横梁可采用铝合金型材或钢型材，铝合金型材的表面处理应符合规范第3.2.2条的要求。钢型材宜采用高耐候钢，碳素钢型材应热浸镀锌或采取其他有效防腐措施，焊缝应涂防锈涂料；处于严重腐蚀条件下的钢型材，应预留腐蚀厚度。C应根据板材在横梁上的支承状况决定横梁的荷载，并计算横梁承受的弯矩和剪力。当采用大跨度开口截面横梁时，横梁上、下两部分应按各自承担的荷载和作用分别进行计算。2立柱A立柱截面主要受力部位的厚度，应符合下列要求： 1）铝型材截面开口部位的厚度不应小于3.0mm，闭口部位的厚度不应小于2.5mm；型材孔壁与螺钉之间直接采用螺纹受力连接时，其局部厚度尚不应小于螺钉的公称直径；2）钢型材截面主要受力部位的厚度不应小于3.0mm；3）对偏心受压立柱，其截面宽厚比应符合规范第6.2.1条的相应规定。B立柱可采用铝合金型材或钢型材。铝合金型材的表面处理应符合本规范第3.2.2条的要求；钢型材宜采用高耐候钢，碳素钢型材应采用热浸镀锌或采取其他有效防腐措施。处于腐蚀严重环境下的钢型材，应预留腐蚀厚度。C上、下立柱之间应留有不小于15mm的缝隙，闭口型材可采用长度不小于250mm的芯柱连接，芯柱与立柱应紧密配合。芯柱与上柱或下柱之间应采用机械连接方法加以固定。开口型材上柱与下柱之间可采用等强型材机械连接。D多层或高层建筑中跨层通长布置立柱时，立柱与主体结构的连接支承点每层不宜少于一个；在混凝土实体墙面上，连接支承点宜加密。每层设两个支承点是直支承点宜采用圆孔，下支承点宜采用长圆孔。E在楼层内单独布置立柱时，其上、下端均宜与主体结构铰接，宜采用上端悬挂方式；当柱支承点可能产生较大位移时，应采用与位移相适应的支承装置。F横梁可通过角码、螺钉或螺栓与立柱连接。角码应能承受横梁的剪力，其厚度不应小于3mm；角码与立柱之间的连接螺钉或螺栓应满足抗剪和抗扭承载力要求。G立柱与主体之间每个受力连接部位的连接螺栓不应少于2个，且连接螺栓直径不宜小于10mm。H角码和立柱采用不同金属材料时，应采用绝缘垫片分隔或采取其他有效措施防止双金属腐蚀。 第二节 构件设计计算 一 . 杆件设计计算 1.立柱 JGJ102-2003第6.3.6规定：应根据立柱的实际支承条件，分别按单跨梁、双跨梁或多跨铰接梁计算由风荷载或地震作用产生的弯距，并按其支承条件计算立柱的轴向力。单跨梁（简支梁）（图5-2） 图5-2 幕墙立柱每层用一处连接件与主体结构连接，每层立柱在连接处向上悬挑一段，上一层立柱下端用插芯连接支承在此悬挑端上，计算时取简支梁计算简图是对结构作了简化，假定立柱是以连接件为支座的单跨梁(也可以认为是以楼层高度为跨度的简支梁)，这样按简支梁计算弯距与剪力。而实际上每层只有一个支座(即相邻两跨共用一个支座)，由于简支梁跨中弯距最大，而跨中剪力为零，而支座剪力最大，弯距为零，弯距控制截面无剪力，剪力控制截面无弯距，只分别按弯距效应和剪力效应进行验算。但在验算立柱与主体结构连接时不能用简支梁两支座中一个反力进行计算，而应取两支座反力之和(一跨只有一个连接点)。简支梁计算： 材料截面设计最大正应力值 =N/A0+M/1.05Wfa（fS） （5-7）式中：材料截面设计最大正应力值； N轴力（N）； A0构件净截面积（mm2）； M弯距（N.mm）； W截面抵抗矩(mm3)； fa（fS）铝型材（钢材）强度设计值(N/mm2)。 轴力 N=G L B （5-8）式中：G幕墙单位面积自重（N/mm2）； L跨度（m）； B分格宽度（m）； 弯距 M= MW+0.5ME （5-9） 风荷载产生的弯距 MW= qW L2/8 （5-10a） 水平地震作用产生的弯距 ME= qE线L2/8 （5-10b） or 弯距M=( qW+0.5qE线)L2/8 （5-11） 风荷载线荷载设计值 qW=W.B （5-12a） 地震作用线荷载设计值 qE线= qE（面）B （5-12b）式中：MW风荷载产生的弯距设计值（N.mm）； ME水平地震作用产生的弯距设计值（N.mm）； qW风荷载线荷载设计值（N/m）； qE线地震作用线荷载设计值（N/m）。 挠度 u=5qWKL4/384EI20mm （5-13） 相对挠度 u/L1/180 （5-14） 型材最小惯矩 I=5qWKL3/384E(1/180) （5-15a） 型材最小惯矩 I=5qWK L4/384E20mm