幕墙,门窗结构设计计算速查手册
幕墙、门窗结构设计计算速查手册一、材料力学性能：1、玻璃的强度设计值2、铝合金型材的强度设计值3、单层铝合金板强度设计值4、铝塑复合板强度设计值5、蜂窝铝板强度设计值6、钢材的强度设计值7、不锈钢板的强度设计值8、耐候钢强度设计值9、钢结构连接强度设计值10、铆钉连接的强度设计值11、焊缝的强度设计值12、不锈钢螺栓连接的强度设计值13、材料的弹性模量14、材料的泊松比15、材料的线膨胀系数二、荷载和地震作用1、材料的重力密度2、幕墙风荷载三、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：（2）点支承单片玻璃强度应力计算公式：（3）夹层玻璃计算规定：（4）中空玻璃计算规定：（5）玻璃刚度计算公式：（6）玻璃跨中挠度计算公式：（7）全玻璃幕墙玻璃肋计算：2、硅酮结构密封胶设计计算3、金属板最大弯曲应力计算4、石板的设计计算（1）四点支承石板的最大弯曲应力计算（2）钢销的设计计算（3）由钢销在石板中产生的剪应力按下式计算（4）短槽支承的石板抗剪设计按下式计算（5）通槽支承石板抗弯设计计算（6）通槽支承石板的挂钩抗剪设计计算（7）通槽支承的石板槽口处抗剪设计计算（8）通槽支承的石板槽口处抗弯设计计算（9）四边金属框的隐框式石板弯曲应力按四边简支板计算5、玻璃幕墙横梁计算（1）横梁截面相关要求（2）横梁受弯承载力（3）横梁受剪承载力（4）横梁抗扭承载力（5）横梁的挠度限值6、玻璃幕墙立柱计算（1）立柱截面相关要求（2）立柱承载力（3）立柱稳定性（4）立柱的挠度限值7、金属与石材幕墙横梁计算（1）横梁截面相关要求（2）横梁受弯承载力（3）横梁受剪承载力（4）横梁的挠度限值8、金属与石材幕墙立柱计算（1）立柱截面相关要求（2）立柱承载力（3）立柱的长细比（4）立柱的挠度限值一、材料力学性能：1、玻璃的强度设计值（玻璃幕墙工程技术规范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5~1228.019.515~1924.017.0≥2020.014.0钢化玻璃5~1284.058.815~1972.050.4≥2059.041.3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140.081.2161.06063AT5≤10124.472.2150.0＞10116.667.6141.5T6≤10147.785.7172.0＞10140.081.2163.03、单层铝合金板强度设计值（金属与石材幕墙工程技术规范JGJ133-2001/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
2A11T420.5~2.9129.575.1＞2.9~10.0136.579.22A12T420.5~2.9171.599.5＞2.9~10.0185.5107.67A04T620.5~2.9273.0158.4＞2.9~10.0287.0166.57A09T620.5~2.9273.0158.4＞2.9~10.0287.0166.54、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、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Q235d≤1621512532516d≤4020512040＞d≤60200115Q345d≤1631018040016＞d≤3529517035＞d≤50265155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（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/P80~81/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Q235NHt≤1623521612529516<t≤4022520712029540<t≤60215198115295>60215198115295Q295NHt≤1629527115734416<t≤4028526215234440<t≤60275253147344>60255235136344Q355NHt≤1635532718940216<t≤4034531718440240<t≤60335308179402>60325299173402Q460NHt≤1646041424045116<t≤4045040523545140<t≤60440396230451>60430387224451Q295GNH(热轧)t≤6295271157320t>6295271157320Q295GNHL（热轧）t≤6295271157353t>6295271157353Q345GNH(热轧)t≤6345317184361t>6345317184361Q345GNHL（热轧）t≤6345317184394t>6345317184394Q390GNH(热轧)t≤6345359208402t>6345359208402Q295GNH(冷轧)t≤2.5260239139320Q295GNHL（冷轧）t≤2.5260239139320Q345GNHL（冷轧）t≤2.53202941713699、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170140————————5.6级———210190—————8.8级———400320—————锚栓Q235钢——————140———Q345钢——————180———承压型连接高强度螺栓8.8级———————400250—10.9级———————500310—构件Q235钢——305——405———470Q345钢——385——510———590Q390钢——400——530———615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）铆钉钢号或构件钢材牌号抗拉（铆头拉脱）
抗剪
承压
Ⅰ类孔Ⅱ类孔Ⅰ类孔Ⅱ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Ⅰ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d≤1616<d≤4040<d≤60215205200215205200185175170125120115160160160自动焊、半自动焊和E50型焊条的手工焊Q345钢d≤1616<d≤3535<d≤50310295265310295265265250225180170155200200200自动焊、半自动焊和E55型焊条的手工焊Q390d≤1616<d≤3535<d≤50350335315350335315300285270205190180220220220自动焊、半自动焊和E55型焊条的手工焊Q420d≤1616<d≤3535<d≤50380360340380360340320305290220210195220220220注：1、表中的一级、二级、三级是指焊缝质量等级，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、A470700320245A580800370280C（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0.72×105铝合金0.70×105钢、不锈钢2.06×105消除应力的高强钢丝2.05×105不锈钢绞线1.20×105~1.50×105高强钢绞线1.95×105钢丝绳0.80×105~1.00×105单层铝板0.70×105花岗石板0.80×105铝塑复合板4mm0.20×1056mm0.30×105蜂窝铝板15mm0.27×10520mm0.21×10514、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）（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0.80×10-5~1.00×10-5不锈钢板1.80×10-5铝合金2.35×10-5混凝土1.0×10-5钢材1.20×10-5砖砌墙0.50×10-5单层铝板2.35×10-5铝塑复合板≤4.0×10-5蜂窝铝板2.4×10-5花岗石板0.8×10-5二、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、半钢化玻璃25.6矿棉1.2~1.5钢材78.5玻璃棉0.5~1.0铝合金28.0岩棉0.5~2.5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20.025.030.0500~560625~700750~8402、幕墙风荷载
——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μz离地面或海平面高度(m)地面粗糙度类别ABCD51.171.000.740.62101.381.000.740.62151.521.140.740.62201.631.250.840.62301.801.421.000.62401.921.561.130.73502.031.671.250.84602.121.771.350.93702.201.861.451.02802.271.951.541.11902.342.021.621.191002.402.091.701.271502.642.382.031.612002.832.612.301.922502.992.802.542.193003.122.972.752.453503.123.122.942.684003.123.123.122.91≥4503.123.123.123.12阵风系数βgz离地面高度（m）地面粗糙度类别ABCD51.691.882.303.21101.631.782.102.76151.601.721.992.54201.581.691.922.39301.541.641.832.21401.521.601.772.09501.511.581.732.01601.491.561.691.94701.481.541.661.89801.471.531.641.85901.471.521.621.811001.461.511.601.781501.431.471.541.672001.421.441.501.602501.401.421.461.553001.391.411.441.51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：
——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/b0.000.250.330.400.50m0.12500.12300.11800.11150.1000a/b0.550.600.650.700.75m0.09340.08680.08040.07420.0683a/b0.800.850.900.951.00m0.06280.05760.05280.04830.0442
表6.1.2-2 （玻璃）折减系数ηθ≤5.010.020.040.060.080.0100.0η1.000.960.920.840.780.730.68θ120.0150.0200.0250.0300.0350.0≥400.0η0.650.610.570.540.520.510.50
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/b0.700.750.800.850.900.951.00——m0.1380.1400.1420.1450.1480.1510.154——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ηθ≤5.010.020.040.060.080.0100.0η1.000.960.920.840.780.730.68θ120.0150.0200.0250.0300.0350.0≥400.0η0.650.610.570.540.520.510.50——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：
（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：
表6.1.3 四边支承（玻璃）板挠度系数μa/b0.000.200.250.330.50μ0.013020.012970.012820.012230.01013a/b0.550.600.650.700.75μ0.009400.008670.007960.007270.00663a/b0.800.850.900.951.00μ0.006030.005470.004960.004490.004062）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/b0.000.200.300.400.500.550.60μ0.013020.013170.013350.013670.014170.014510.01496a/b0.650.700.750.800.850.900.95μ0.015550.016300.017250.018420.019840.021570.02363a/b1.00μ0.02603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ηθ≤5.010.020.040.060.080.0100.0η1.000.960.920.840.780.730.68θ120.0150.0200.0250.0300.0350.0≥400.0η0.650.610.570.540.520.510.50（7）全玻璃幕墙玻璃肋计算：
2、硅酮结构密封胶设计计算（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。
（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）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：
3、金属板最大弯曲应力计算
《金属与石材幕墙工程技术规范》附录B金属板的最大弯矩系数可按表B.0.1采用。表B.0.1 板的最大弯矩系数（m） M=mql2lx/ly四边简支三边简支ly固定lx对边简支ly对边固定0.500.1022-0.1212-0.08430.550.0961-0.1187-0.08400.600.0900-0.1158-0.08340.650.0839-0.1124-0.08260.700.0781-0.1087-0.08140.750.0725-0.1048-0.07990.800.0671-0.1007-0.07820.8500621-0.0965-0.07630.900.0574-0.0922-0.07430.950.0530-0.0880-0.07211.000.0489-0.0839-0.0698lx/ly三边简支ly固定lx对边简支ly对边固定0.50-0.1215-0.11910.55-0.1193-0.11560.60-0.1166-0.11140.65-0.1133-0.10660.70-0.1096-0.10130.75-0.1056-.09590.80-0.1014-0.09040.85-0.0970-0.08500.90-0.0926-0.07970.95-0.0882-0.07461.00-0.0839-0.0698——折减系数，可由参数按下表采用：《金属与石材幕墙工程技术规范》表5.4.3 折减系数θ≤5.010.020.040.060.080.0100.0η1.000.950.900.810.740.690.64θ120.0150.0200.0250.0300.0350.0≥400.0η0.610.540.500.460.430.410.40
四点支承矩形石板弯矩系数可按表B.0.2采用。表B.0.2 四点支承矩形石板弯矩系数()
计算边长比macmbcma0mb00.500.550.600.650.700.01800.02360.03.00.03730.04530.12210.12120.12020.11890.11770.06080.06820.07590.08410.09280.1303013200.13380.13600.13830.750.800.850.900.951.000.05400.06340.07350.08450.09610.10830.11630.11490.11330.11170.11000.10830.10200.11170.12200.13270.14400.15590.14080.14350.14630.14940.15260.1559——石板的抗弯强度设计值。
a/b0.500.550.600.650.700.75m0.12500.12300.11800.11150.10000.1000a/b0.800.850.900.951.00m0.09340.08680.08040.07420.0683——板中最大弯曲应力设计值（N/mm2）；——石板抗弯强度设计值（N/mm2）。5、玻璃幕墙横梁计算（1）横梁截面相关要求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6.2.1a）和双侧加劲部位（图6.2.1b）的宽厚比b0/t应符合表6.2.1的要求。表6.2.1 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6.2.1
6、玻璃幕墙立柱计算（1）立柱截面相关要求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本规范第6.2.1条的相应规定。
表6.3.8 轴心受压柱的稳定系数长细比钢型材铝型材Q235Q3456063-T56063-T46063-T66063A-T56063A-T66061-T620406080901001101201301401500.970.900.810.690.620.560.490.440.390.350.310.960.880.730.580.500.430.370.320.280.250.210.980.880.810.700.630.560.480.410.330.290.240.960.840.570.580.480.380.340.300.260.220.190.920.800.710.480.400.320.260.220.190.160.14
图5.6.1 截面的厚度2）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2.5mm；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3.0mm。有螺钉连接的部分截面厚度不应小于螺钉公称直径。钢型材截面主要受力部分的厚度不应小于3.5mm。3）横梁应通过角码、螺钉或螺栓与立柱连接，角码应能承受横梁的剪力。螺钉直径不得小于4mm，每处连接螺钉数量不应少于3个，螺栓不应少于2个。横梁与立柱之间应有一定的相对位移能力。
（4）横梁的挠度限值横梁的挠度值，应符合下式要求：1）当跨度不大于7.5m时
8、金属与石材幕墙立柱计算（1）立柱截面相关要求立柱截面主要受力部位的厚度，应符合下列要求：1）铝型材截面主要受力部分的厚度不应小于3.0mm，采用螺纹受力连接时螺纹连接部位截面的厚度不应小于螺钉的公称直径；2）钢型材截面主要受力部分的厚度不应小于3.5mm；3）偏心受压的立柱，截面宽厚比应符合本规范第5.6.1条的相应规定。4）上下立柱之间应有不小于15mm的缝隙，并应采用芯柱连结。芯柱总长度不应小于400mm。芯柱与立柱应紧密接触。芯柱与下柱之间应采用不锈钢螺栓固定。
表5.7.8 轴心受压柱的稳定系数长细比钢型材铝型材Q235Q3456063-T56063-T46063-T66063A-T56063A-T66061-T6200.970.960.980.960.92400.900.880.880.840.80600.810.730.810.570.71800.690.580.700.580.48900.620.500.630.480.401000.560.430.560.380.321100.490.370.480.340.261200.440.320.410.300.221400.350.250.290.220.16
新书信息图书信息：书名：幕墙设计 实用软件案例解析作者：章一峰 魏丽丽 谢容成 主编