高度不超過 18 公尺建築物直橫料式帷幕牆設計例

一建築平面尺寸為 ，建築物高度為 16.5m，位於台北市，假設建 築物四面上風處為 B 地況，且無特殊地形。外牆使用直橫料式帷幕牆系統，假 設整棟大樓皆採用高 3.3m、寬 0.5m 之帷幕牆單元，如圖 8.1。

本範例針對此一不超過 18 公尺建築物承受最大風壓之直橫料式帷幕牆構件，

先決定面材、直料、橫料之設計風壓(力)及繫件，再依序檢核各構件之強度及變 形。

第一節 帷幕牆各構件設計風壓

理論上可根據表面風壓之分佈情況，將整面帷幕牆分為若干區域設計帷幕牆 構件；但為簡化設計，故本範例只分析設計 AB 牆面承受最大風壓之帷幕牆構件，

其中 AB 牆面定義於表 8-1；根據圖 8.2，分別為 AB 牆面位於頂層角隅處面材(○^e -○^f -○^g -○^a )、繫件(○^h 點)、橫料(○^c -○^d 及○^e -○^f )以及頂部三層直料(○^a -○^e -○^c -○^b )。

圖 8.1 第八章計算例之帷幕牆示意圖 (資料來源：本研究整理)

20 m  10 m

直料 橫料

面材

繫件

116

117

118

119

圖 8.3 第八章計算例之面材、直料及橫料之承受風壓面積 (資料來源：本研究整理)

直料左側之承受風 壓面積

直料右側之承受風 壓面積

橫料上側之承受風 壓面積

橫料下側之承受風 壓面積

面板之承受風壓面積 0.5 m

3.3 m

45∘

ⓐ

ⓓ

ⓒ

ⓔ ⓕ

ⓖ

ⓑ

120

121

122

123

該面材設計負風壓為

p -163.36 kgf

₂

 m

。

彙整面材、橫料上(下)側、每一層直料左(右)側及繫件單側的設計負風壓，

將數值分析結果列於表 8-2。

風垂直 DA 牆面

根據建築物資料與工址風環境可知，建築物以 Y 軸為對稱軸，BC 牆面與 DA 牆面開口面積相同，BC 牆面與 DA 牆面上風側地況相同，以及建築物周邊 地形相同。因此，當風垂直吹向 DA 牆面時，其結果與當風垂直吹向 BC 牆面 的結果相同。

124

125

承受風壓 面積(m²)

最大正風壓 ( )

最大負風壓 ( )

單位長度正 風力( )

單位長度負 風力( )

面材○^e -○^f -○^g -○^a 1.65 138.91 -187.76

橫料○^e -○^f 上側 0.0625 138.91 -187.76 17.36 -23.47 橫料○^e -○^f 下側 0.0625 138.91 -187.76 17.36 -23.47 橫料○^c -○^d 上側 0.0625 138.91 -187.76 17.36 -23.47 橫料○^c -○^d 下側 0.0625 138.91 -187.76 17.36 -23.47 直料○^a -○^e 左側 0.7625 126.7 -163.36 29.28 -37.75 直料○^a -○^e 右側 0.7625 126.7 -163.36 29.28 -37.75 直料○^e -○^c 左側 0.7625 126.7 -163.36 29.28 -37.75 直料○^e -○^c 右側 0.7625 126.7 -163.36 29.28 -37.75 直料○^c -○^b 左側 0.7625 126.7 -163.36 29.28 -37.75 直料○^c -○^b 右側 0.7625 126.7 -163.36 29.28 -37.75

繫件○^h 單側 0.825 138.91 -187.76 (資料來源：本研究整理)

kgf/m2 kgf/m²

^{kgf/m kgf/m}

126

22 ksi=15.47 kgf

2

mm

；假設採用直橫料形狀與斷面性質如表 8-4 所示。

127

128

圖 8.6 第八章計算例之直料結構圖 (資料來源：本研究整理)

圖 8.7 第八章計算例之剪力彎矩及變形圖 (資料來源：本研究整理)

變形檢核

最大變形量



_max=3.17mm

容許變形量

18.86 mm 175

L

c

 a  

最大變形量



_max < 容許變形量



_a，檢核通過。

剪力(N)

彎矩(N·mm)

變形(mm)

31.29×2(左+右側) kgf/m²

129

藉由上述參數，參考 ADM(AA,2005)Table3.4-3 容許應力公式表，當 0. =6 15

130

131

容許應力參考 ADM(AA,2005) Table 3.4-3

, ,

132

第三節 繫件設計檢核

帷幕牆繫件剖面圖及平面圖如圖 8.9 及圖 8.10，繫件包括 L 型鋁板、樓板 上鋁板及相關之螺栓與母材。連接樓板及樓板上鋁板之鋸齒螺栓有兩顆，其中一 顆位於 A 處，其規格假設採用 A325 M12 螺栓，母材為 6061T6 厚度為 6mm 之 板。直料與 L 型鋁板以四顆螺栓連結，其中位於 B 處之螺栓通常遭受較大應力，

其規格假設採用 A325 M12 螺栓，母材為 6061T6 厚度為 6mm 之板。L 型鋁板與 樓板上鋁板間以兩顆鋸齒螺栓連接，其中一顆位於 C 處，其規格假設採用 A325 M12 螺栓，母材為 6061T6 厚度為 6mm 之板。D 為帶寬 6mm，強度為 20psi 之 結構矽膠。

圖 8.9 第八章計算例之帷幕繫件剖面圖 (資料來源：本研究整理)

A

B

C

樓板上鋁板

L 型鋁板

133

圖 8.10 第八章計算例之帷幕繫件平面圖 (資料來源：本研究整理)

B D

A

C

134

135

貳、繫件設計載重之決定

繫件設計載重可由兩種方法決定，分別為以耐風規範中外牆扣件計算繫件承 受風壓面積與直料與橫料之設計風壓轉移至繫件。圖 8.11 標示繫件○^h 單側所受 設計正(負)風力

F

_wt(

F

_wt)，並繪製出正(負)風力傳導路徑。

(a)負風力傳導圖 Section 1

Section 2 Section 3

D

F

_wt

F

_wt

Section 1 Section 2

Section1

Section 3

Section1

F

_wt

B C

F

_wt

136

(b)正風力傳導圖

圖 8.11 第八章計算例之力傳導平面圖 (資料來源：本研究整理)

繫件設計風力

若以耐風規範中外牆扣件計算繫件有效受風面積之方法計算，繫件單側有效 受風面積如圖 8.12 斜線區域。

圖 8.12 第八章計算例之繫件有效受風面積 (資料來源：本研究整理)

繫件○^h 單側所受設計正(負)風力

F

_wt(

F

_wt)，為表 7-3 中繫件○^h 之最大正(負) 風壓乘上面材一半的面積

設計正風力

F

_wt

3.3 0.5

138.91 114.6

wt 2

m m

F kgf kgf

 m

   

設計負風力

F

_wt

137 3.3 0.5

187.76 154.9

wt 2

m m

F kgf kgf

 m

     

設計靜載重

此帷幕牆單元採用一組直橫料以及全玻璃面板，其單位重約略為

30 kgf

₂

m

， 而繫件單側所承受之靜載重

F

_d為

(30

2

0.75 0.5 )

5.625

d

2

kgf m m

F m kgf

 

 

本計算例中兩種決定風力之方式所求得之值相同，故後續計算採用之繫件單 側設計正風力

F

_wt為114.6kgf ，繫件單側設計正風力

F

_wt為154.9kgf ，繫件單 側靜載重

F

_d為5.625kgf 。

138

參、A 處螺栓與母材之檢核 使用 A325-M12 螺栓

直徑 12 mm 抗拉斷面積 抗剪斷面積

極限強度

F

_{u b,}

1 2 0 ksi 8 4 . 4 kgf

₂

  mm

降伏強度

F

_{y b,}

6 5 ksi 4 5 . 7 kgf

₂

  mm

螺栓顆數

n

_s

 1

6061T6 母材

厚度 = 6 mm

承壓應力

F

_up

3 8 ksi 2 6 . 7 2 kgf

₂

  mm

139

0.85(45 15) 127

d wt

0.85(45 15) 84.3

wt d

140

容許張力

F

_T

A

_s min 0.4

F

_u 0.75

F

_y

n

_s 3090

kgf

 

    

^，

   

螺栓拉力 < 容許張力 ，檢核通過。

螺栓剪力檢核

螺栓剪力

F

_shear

 max F (

_wt

, F

_wt

) 15 9  4. kgf

容許剪力 0.4 _, 0.75 _,

min 1624

3 , 3

V r u b y b s

F A  F F  n kgf

         

母材容許承壓

F

_B

   d

_b

t

_p

F

_up

  n

_s

1923.6 kgf

螺栓剪力 < 容許剪力 ，檢核通過

螺栓剪力 < 母材容許承壓 ，檢核通過。

螺栓聯合應力比

 

2 2

( ) ( ) 0.01 1

min ,

ten shear

T V B

F F

F  F F  

，檢核通過。

141

142

143

144

shear shear shear shear

F  F F F  kgf

145

146

抵抗負風壓時，最大螺栓拉力為抵抗鋁板彎矩形成的的拉拔力

0 15 9

5 3 4.

1

w ten

mm

F F kgf

mm







 

螺栓拉力

F

_ten

 max F (

_ten，

F

_ten

) 154.9  kgf

容許張力

F

_T

A

_s min 0.4

 F

_{u b,} ,0.75

F

_{y b,}

 n

_s 3090

kgf

         

螺栓拉力 < 容許張力 ，檢核通過

在工程實務上因為鋁料有垂直向長孔，靜載重無法傳遞，故此螺栓不會承受靜載 重造成之剪力。

147

148

捌、D 結構矽膠

帶寬

b

_t



3 0

m m 

0 . 0 3

m

容許拉應力

F

_t

20 psi 14060 kgf

₂

  m

圖 8.18 第八章計算例之 D 處結構矽膠位置圖 (資料來源：本研究整理)

矽膠拉力檢核

參考本章第一節表 8-3，面材之最大設計負風壓為

187.76 kgf

₂

 m

，因此

矽膠拉力

F

_ten為 ²

187.76 3.3 0.5

40.76 2 (3.3 0.5 )

kgf m m

m kgf

m m m

 

  

容許拉力

F

_T

   F

_t

b

_t 84.36

kgf m

矽膠拉力

F

_ten < 容許拉力

F

_T，檢核通過。

Section 1 Section 2 Section 3

D

F

_wt

F

_wt

149

玖、直橫料連接處檢核

使用六顆 304SS A2-70 M6 不鏽鋼螺絲 直徑

d

_b

 6 m m

螺絲根面積

A

_R

 18.06 mm

²

極限強度

F

_{u s,}

1 0 5 ksi 7 3 . 8 2 kgf

₂

  mm

降伏強度

F

_{y s,}

6 2 . 5 ksi 4 3 . 9 kgf

₂

  mm

螺絲顆數

n

_s

 1

圖 8.19 第八章計算例之直橫料連接處細部圖 (資料來源：本研究整理)

螺絲剪力檢核

參考圖 8.19，六顆螺絲中受橫料負風力以及靜載重形成之最大剪力者為 E 螺絲，故分析 E 螺絲做為設計檢核依據。

E

150

151

(資料來源：本研究整理) 不鏽鋼板彎曲應力檢核

由靜載重

F

_db與其力偏心距

e  12 mm

，形成之偏心彎矩

M

_b

2 198

b db

M  F   e kgf mm g

板寬

b  90 mm

，板厚

t  6 mm

，偏心彎矩

M

_b造成板彎曲應力

2 2

1 0.36 6

b ben

M kgf

F mm

b t

 

 

不鏽鋼板降伏應力

F

_y

21 kgf

₂

 mm

，容許彎曲應力

0.6 12.6

2

B y

F F kgf

  mm

板彎曲應力 < 容許彎曲應力 ，檢核通過。

152

第四節 面材設計檢核

面材○^e -○^f -○^g -○^a 假設採用高 3.3m 寬 0.5m 厚度為 6mm 單層退火玻璃 (Annealed glass)，根據表 8-3 讀取最大負風壓為-187.76 ，參照 ASTM E1300(2016)做面材檢核。

採用長延時(Long Duration Load)係數 0.43，玻璃承壓強度為

7kPa 0.43=306.8 kgf

2

 m

。

153

圖 8.21 第八章計算例之玻璃強度及變形曲線圖 (資料來源：擷取自 ASTM E1300，FIG. A1.10，2016)

154

表 8-5 玻璃種類係數表

(資料來源：擷取自 ASTM E1300，TABLE 1，2016)

155

在文檔中 帷幕牆系統結構耐風設計手冊研擬 (頁 136-176)