背槽式瓷板幕墙瓷板计算探讨

高燕陈小奕

摘要：本文针对北京某大厦干挂陶瓷板幕墙中背槽式瓷板进行相关计算，供幕墙设计人员参考

关键词：计算内容；某公司提供的瓷板；尺寸为1200*600*13mm、60mm长背槽式锚固件

Abstract: This paper CLADDING ceramic curtain wall of a building in Beijing in the back of slot porcelain relevant calculation for curtain wall design reference

Key words: computational content; a company to provide the porcelain; size is 1200 * 600 * 13mm, 60mm long back trough anchoring

中图分类号: TU5 文献标识码：A文章编号：

设计计算依据：

1.设计依据：

背槽式锚固件的典型布点型式图；

瓷板的最大规格为1200x600x13mm；

某公司提供的瓷板相关试验报告；

根据规范要求现场抽样送检的背槽式锚固件相关试验报告；

北京清石创新幕墙技术有限公司提供的相关资料；清华大学建筑设计研究院提供的相关资料。

实际材料强度等数据；

设计单位提供的立面排版图；

该工程中瓷板幕墙板的最大使用高度为64.63米；

2．工程基本条件：

（1）地区类别：北京地区B类

（2）风力取值按50年一遇考虑，基本风压：W。=0.45（KN/m2）

（3）地震烈度：8度

（4）年最大温差：按80°C考虑

3.主要材料

（1）瓷板

本工程瓷板：某公司提供的瓷板，厚度：13mm；干烤弯曲强度试验平均值：47.9（MPa）考虑；详见附件，但计算按27（MPa）考虑；容重：28（KN/m2）。

（2）背槽式锚固件：

专业锚固件使用60633T5铝合金，氧化膜保护处理，氧化保护膜15um；铝合金材料抗拉强度85.5Mpa，抗剪强度49.6 MPa。

该工程所用60mm长背槽式锚固件的抗拔强度的最小平均值6.93（kN），抗剪强度的最小平均值为7.75（kN）,数据由北京清石创新幕墙技术有限公司提供。

二、64.63米处荷载计算（最大规格1200x600x13）：

1.风荷载

（1）根据规范，垂直于幕墙表面上的风荷载标准值，按下列公式计算：

WK=βgz·μS·μz·W0……………..（1）

式中：WK——风荷载标准值（KN/m2）

βgz ——瞬时风压的阵风系数，取1.550

μS——风荷载体型系数，参照GB50009-2001，取2.0；

μz——风荷载高度变化系数，并与建筑的地区类别有关，按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001取值,64.63米处风压高度变化系数为1.81；

W。——基本风压，取0.45 KN/m2

所以，风荷载标准设计值为：

WK=βgz·μS·μz·W0 =1.55x2.0x1.81x0.45=2.52（KN/m2）

（2）风荷载设计值为：

W =γw×Wk =1.4x2.52=3.53 KN/m2

2.地震

（1）垂直幕墙平面的分布水平地震作用标准值按式（2）计算：qEk=αmax·βE·………………（2）

式中：qEk——垂直幕墙平面的分布水平地震作用（KN/m2）

βE——地震动力放大系数，取5.0

αmax——8度水平地震影响系数最大值，取0.16

GK=28*A*t=28*1.2*0.6*0.013=0.262(KN)

——单位面积的幕墙结构自重=28*0.013=0.364（KN/m2）

所以，垂直于幕墙平面分布水平的地震作用标准值为：

qEk=αmax·βE·c5.0x0.16x=0.219(KN/m2)

垂直于幕墙平面分布水平地震作用设计值为：

qEk=1.4αmax·βE·=1.4x5.0x0.16x0.291=0.33(KN/m2)

（2）平行于幕墙平面的集中水平地震作用标准值按式（3）计算：pEk=αmax·βE G…………（3）

式中：pEk——平行于幕墙平面的集中地震作用（KN）

βE——地震动力放大系数，取5.0

αmax——水平地震影响是、系数最大值，取6.0

G——幕墙构件的重量=28*1.2*0.6*0.013=0.262(KN)

所以，平行于幕墙平面集中水平地震作用标准值为：

平行于幕墙平面的集中水平地震作用设计值为：

pEk=αmax·βE G=5.0x0.16xG=0.8G=0.8x0.262=0.21(KN)

平行于幕墙的集中水平地震设计值为：

pE=1.2αmax·βE G=0.25(KN)

3.荷载组合

按规范要求，对作用于幕墙同一方向上的各种荷载应作最不利组合

水平荷载和作用效应组合：（设计值最不利组合）

S1 =ψW·rW·SW +ψE·rE·SE（4）

式中：①荷载和作用效应的分项系数：

rW——风荷载分项系数，rW =1.4

rE——地震作用分项系数，rE =1.3

②荷载和作用效应的组合系数：

ψW ——风荷载组合系数，ψW =1.0

ψE——风荷载组合系数，ψE =0.6

所以，S1=1.4x2.52+1.3x0.6x0.291=3.53+0.23=3.76(KN/m2)

轴向荷载和作用效应组合（最不利组合）

S1 =ψG·rG·SG +ψT·rT·ST…………………….（5）

式中：①荷载和效应组合的风项系数

rG ——重力作用分项系数，rG =1.2

rT——温度作用分项系数，rT =1.0

②轴向荷载和作用效应组合系数

ψG——重力荷载组合系数ψG =1.0

ψT——温度荷载组合系数，ψT =0.6

所以，S2=1.2x1.0x0.262+1.0x0.6x0=0.314（kN）

三、瓷板幕墙板抗弯强度校核：

1. 64.63米处墙面瓷砖幕墙板强度校核：

采用四点固定瓷板幕墙板，其强度校核如下:

σwk=

式中：σwk——为风荷载作用产生的板中最大弯曲应力标准值（Mpa）

S1——水平荷载组合设计值（Mpa），3.76x10-3 N/mm2

aO/bO=400/1020=0.39<0.5

m=0.125

t——板的厚度（mm）,取13mm

b．——板的计算跨度（mm），取1020mm

所以，σwk =6x0.125x3.76x10-3x10202/132=6*489/(13*13)

=17.4(N/mm2)

经验算，13mm厚幕墙瓷板按计算方式布点能满足瓷板抗弯受力要求

四、幕墙瓷板的抗剪强度校核

瓷板抗剪强度安全系数K2=4.30

瓷板抗剪强度设计值fg=fgm/K2=27/4.3=6.3（Mpa）

校核依据：

在瓷板中产生的剪应力设计值τ≤fg2

瓷板最大剪应力计算公式

τ=[q * a *b/(n*h*s)]* β≤fg2

q：作用于瓷板表面的均布荷载设计值，64.63米处q=3.76（kN/m）

瓷板边长a=600（mm），b=1200（mm）

单边背槽式锚固件数n=2

瓷板厚t=13(mm)

槽深c=7（mm）

计算剪切面高取h=6（mm）

每一预埋件处的剪切面总长，s=2 x L=2x60=120（mm）

单边背槽式锚固件数n=2

瓷板厚t=13mm

槽深c=7mm

计算剪切面高取h=6mm

每一预埋件处的瓷板的剪切面总长，s=2x L=2x60=120（mm）

应力调整系数：β1.25，（JGJ133-2001-表5-5-5）

瓷板最大剪应力

τ=[q * a *b/(n*h*s)]*β

=1.25x3.76x10-3x1200x600/（2x6x120）

=2.35（Mpa）

经验算，背槽式瓷板剪应力满足要求。

五、背槽式锚固件的强度校核

1.背槽式锚固件抗拔、抗剪强度试验值：

（1）该工程所用60mm长背槽式锚固件的抗拔强度最小平均值为6.93（KN）；

（2）该工程所用60mm长背槽式锚固件的抗剪强度最小平均值为7.75（KN）（以上数据北京清石创新幕墙技术有限公司提供）；

2.背槽式锚固件抗拔、抗剪强度设计值：

（1）背槽式锚固件的抗拔强度设计值为：Ng1=6.93/2.15=3.22（KN）

(2) 背槽式锚固件的抗剪强度设计值为：Vg1=7.75/2.15=3.6（KN）

3.背槽式锚固点的抗拔、抗剪强度校核：

不均匀系数k=1.25

（1）63.6米处背槽式锚固件的抗拔力计算值为 ：

N==

N * K=0.68 x1.25=0.84

所以，63.6米背槽式锚固件的抗拔强度能满足该工程瓷板幕墙的受力要求。

（2）背槽式锚固件的抗剪强度计算值为：

N1=2

V= S1/ n1=0.314/2=0.157(KN)

V*β=0.157*1.25=0.197< Vgt=3.6(KN)

所以，背槽式锚固件的抗剪强度能满足该工程瓷板幕墙的受力要求。

参考文献

（1）《金属与石材幕墙工程技术规范》JGJ133

（2）《建筑结构荷载规范》GB50009-2001(2006版)

（3）北京清石创新幕墙技术有限公司提供的相关资料

（4）清华大学建筑设计研究院提供的相关资料