石材墙角幕墙强度设计计算书

1、收教所石材墙角幕墙强度设计计算书山东省鲁美建材装饰有限公司 2012 年 9 月10 日i.基本参数： 1.工程所在地：山东 - 济南 2.抗震设防等级：6度抗震设计 0.05ii.设计依据： 建筑结构荷载规范 gb 50009-2001 2006版 钢结构设计规范 gb 50017-2003 高层民用建筑钢结构技术规程 jgj 99-1998 建筑结构可靠度设计统一标准 gb 50068-2001 玻璃幕墙工程技术规范 jgj 102-2003 混凝土结构设计规范 gb 50010-2002 金属与石材幕墙工程技术规范 jgj 133-2001 建筑幕墙gb/t 21086-2007 建筑工

2、程抗震设防分类标准gb 50223-2008 建筑玻璃采光顶 jg/t231-200807j205 建筑结构静力计算手册 第二版 结构静力计算图表建筑工业出版社 建筑幕墙工程手册赵西安 建筑钢结构焊接技术规程 jgj 81-2002 建筑玻璃应用技术规程 jgj 113-2009 玻璃幕墙工程质量检验标准 jgj/t 139-2001 点支式玻璃幕墙支承装置 jg 138-2001 吊挂式玻璃幕墙支承装置 jg 139-2001 建筑幕墙平面内变形性能检测方法 gb/t 18250-2000 建筑幕墙抗震性能振动台试验方法 gb/t 18575-2001 铝合金结构设计规范 gb 50429-

3、2007 建筑幕墙物理性能分级 gb/t 15225-1994 建筑幕墙空气渗漏性能检测方法 gb/t 15226-1994 建筑幕墙风压变形性能检测方法 jg 15227-1994 建筑幕墙雨水渗漏性能检测方法 gb/t 15228-1994 建筑抗震设计规范 gb 50011-2010 建筑设计防火规范 gb 500162006 高层民用建筑设计防火规范 gb 50045-95(2005年版) 建筑物防雷检测技术规范 gb/t21434-2008 硅酮建筑密封胶 gb/t 14683-2003 幕墙玻璃接缝用密封胶 jc/t 882-2001 中空玻璃用弹性密封胶 jc/t 486-200

4、1 天然花岗石建筑板材 gb/t 18601-2001 石材幕墙接缝用密封胶 jc/t 883-2001 建筑幕墙用铝塑复合板 gb/t 17748-2008 干挂饰面石材及其金属挂件 jc830.1-830.2-2005 建筑用硅酮结构密封胶gb16776-2005 变形铝及铝合金化学成份 gb/t3190-2008 铝合金建筑型材 gb5237.1-2008 一般工业用铝及铝合金轧制板、带材 gb/t 3880-2006 碳素结构钢 gb/t700-2006 优质碳素结构钢 gb/t 699-1999 高耐候结构钢 gb/t 4171-2008 焊接结构用耐候钢 gb/t 4172-200

5、0 冷顶锻不锈钢丝 gb/t4332-2009 不锈钢丝 gb/t4240-2009 不锈钢丝绳 gb/t 9944-2002 建筑用安全玻璃 gb15763.2-2009 半钢化玻璃 gb/t17841-2008 建筑用安全玻璃gb15763.3-2009 中空玻璃 gb/t 11944-2002 平板玻璃gb11614-2009 建筑安全玻璃管理规定 紧固件机械性能 螺栓、螺钉和螺柱 gb 3098.1-2009 紧固件机械性能 螺母 粗牙螺纹 gb 3098.2-2009 紧固件机械性能 螺母 细牙螺纹 gb 3098.4-2009 紧固件机械性能 自攻螺钉 gb 3098.5-2009

6、 紧固件机械性能 不锈钢螺栓、螺钉、螺柱 gb 3098.6-2009 紧固件机械性能 不锈钢 螺母 gb 3098.15-2009 螺纹紧固件应力截面积和承载面积 gb/t 16823.1-1997iii.荷载和效应组合： 结构设计时，根据构件的受力特点，荷载作用情况及应力（或内力）的作用方 向，选用最不利的组合。荷载或效应组合设计值按下式计算： s =g*sgk + w*w*swk + e*e*sek s：作用效应组合设计值 sgk：永久荷载效应标准值 swk：风荷载效应标准值 sek：地震荷载效应标准值 g：永久荷载分项系数 w：风荷载分项系数 e：地震作用分项系数 w：风荷载组合值系数

7、 e：地震作用的组合值系数 一、在进行幕墙构件的承载力设计时，各分项系数按下列规定取值： 1.一般情况下,永久荷载、风荷载、地震作用的分项系数分别取1.2、1.4、1.3。 2.永久荷载的效应起控制作用时，其分项系数取1.35。 3.永久荷载的效应对构件有利时，其分项系数取值不应大于1.0。 二、可变作用的组合值系数按下列规定取值： 1.一般情况下,风荷载组合系数取1.0，地震作用的组合值系数取0.5。 2.对水平倒挂玻璃及其框架，可不考虑地震作用效应的组合；风荷载组合值系数 可取1.0(永久荷载不起控制作用时)或0.6(永久荷载起控制作用时)。一、风荷载计算 幕墙标高z(mm)：19600.

8、01 风荷载标准值计算:wk = gz*s1*z*w0 (按玻璃幕墙工程技术规范jgj102-2003 5.3.2)1.1 基本风压 w0=450.0n/m2 (按建筑结构荷载规范gb 50009-2001 2006版 规定,采用50年一遇的风压) (但不得小于0.3kn/m2)1.2 阵风系数计算: a=19600.0mm(幕墙高) 地区类=b类 田野、乡村、丛林、丘陵以及房层比较稀疏的乡镇和城市郊区 1)a类地区：gz=0.92*(1+2f) 其中：f=0.5*35(1.8*(-0.04)*(z/10)(-0.12),z为安装高度； 2)b类地区：gz=0.89*(1+2f) 其中：f=0

9、.5*35(1.8*0)*(z/10)(-0.16),z为安装高度； 3)c类地区：gz=0.85*(1+2f) 其中：f=0.5*35(1.8*(0.06)*(z/10)(-0.22),z为安装高度； 4)d类地区：gz=0.80*(1+2f) 其中：f=0.5*35(1.8*(0.14)*(z/10)(-0.30),z为安装高度； 本工程按：gz=0.89*(1+2f) 其中：f=0.5*35(1.8*(0)*(z/10)(-0.16),z为安装高度;安装高度=5米时,gz取1.88 gz= 1.689 (按建筑结构荷载规范gb 50009-2001 2006版 7.5.1)1.3 风压高

10、度变化系数z: z=19600.0mm(幕墙高) 地区类=b类 田野、乡村、丛林、丘陵以及房层比较稀疏的乡镇和城市郊区 1)a类地区：z=1.379*(z/10)0.24,z为安装高度； 2)b类地区：z=(z/10)0.32,z为安装高度； 3)c类地区：z=0.616*(z/10)0.44,z为安装高度； 4)d类地区：z=0.318*(z/10)0.6,z为安装高度； 本工程按：z=(z/10)0.32,z为安装高度;安装高度=5米时,z取1.00 z = 1.24 (按建筑结构荷载规范gb 50009-2001 7.2.1规定)1.4 局部风压体型系数s1的计算： (按建筑结构荷载规范

11、gb 50009-2001 2006版规定) s1：局部风压体型系数，根据计算点体型位置取:1.8 按建筑结构荷载规范gb50009-2001(2006年版)第7.3.3条：验算围护构件及其连接的强度时，可按下列规定采用局部风压体型系数s1： 一、外表面 1. 正压区 按表7.3.1采用； 2. 负压区 - 对墙面， 取-1.0 - 对墙角边， 取-1.8 二、内表面 对封闭式建筑物，按表面风压的正负情况取-0.2或0.2。 另注：上述的局部体型系数s1(1)是适用于围护构件的从属面积a小于或等于1m2的情况，当围护构件的从属面积a大于或等于10m2时，局部风压体型系数s1(10)可乘以折减系

12、数0.8，当构件的从属面积小于10m2而大于1m2时，局部风压体型系数s1(a)可按面积的对数线性插值，即：s1(a)=s1(1)+s1(10)-s1(1)loga1.4.1 支撑结构局部风压体型系数s1的计算： 支撑结构的构件从属面积的计算 a(m2)=楼层跨度*立柱分隔 =3.9 * 1.2 =4.68 支撑结构的构件从属面积a1平方米 loga=log(4.68)=0.67 s1(4.68)=s1(1) + s1(10)-s1(1) * loga =1.8+1.8*0.8 - 1.8*0.67 =1.559 s1=s1(4.68)+0.2 =1.559+0.2 =1.759 因此：支撑结

13、构局部风压体型系数s1取：1.7591.4.2 面板材料的局部风压体型系数s1的计算： 支撑结构的构件从属面积的计算 面板从属面积a(m2)=面板宽度*面板高度 =1.0 * 0.85 =0.85 面板材料的构件从属面积a=1平方米 s1(0.85)=1.8 s1=s1(0.85)+0.2 =1.8+0.2 =2.0 因此：面板材料局部风压体型系数s1取：2.01.5 风荷载标准值计算:1.5.1 支撑结构的风荷载标准值计算: wk(n/m2)=gz*s1*z*w0 =1.689*1.759*1.24*450.0 =1657.791 风荷载标准值采用50年一遇的相应风压值计算,并且不应1000

14、n/m2 (按玻璃幕墙工程技术规范jgj 102-2003 5.3.2规定)1.5.2 面板材料的风荷载标准值计算: wk(n/m2)=gz*s1*z*w0 =1.689*2.0*1.24*450.0 =1884.924 风荷载标准值采用50年一遇的相应风压值计算,并且不应=2926486.0 因此：立柱的最大弯是支座c处的弯矩,即：4569548.0n.mm1.7.5 立柱最小截面抵抗矩计算 w(mm3)=m/(1.05*fa) =4569548.0/(1.05*215.0) =20241.631.8 风线荷载标准值计算： qwk(n/mm)=b*wk/1000/1000 =1200.0*1

15、657.791/1000/1000 =1.9891.9 地震线荷载标准值计算： qek(n/mm) =b*qek/1000/1000 =1200.0*345.0/1000/1000 =0.4141.10 风荷载、地震荷载线荷载标准组合值计算： 挠度计算采用(sw + 0.5*se)组合。 q(n/mm) =qwk+0.5*qek =1.989+0.5*0.414 =2.1961.11 立柱截面最小惯性矩(i)计算： i(mm4)=250*(q*x*(h3-2*h*x2+x3)/24/e/h - n*x*h2*(h2-h22-x2)/6/h2/e) =250*(2.196*1384.375*(3

16、900.03-2*3900.0*1384.3752+1384.3753)/24/206000.0/3900.0-16040.316*1384.375*300.0*(3900.02-300.02-1384.3752)/6/3900.02/206000.0) =684130.8 应该选用w=20241.63,i=684130.802 立柱选用型材的截面参数 1)立柱选用的型材：10# 2)立柱型材强度设计值fa=215.0n/mm2 3)立柱型材净截面积a0(mm2)=1274.4mm2 4)立柱型材x轴惯性矩ix=1983340.0mm4 5)立柱型材y轴惯性矩iy=256050.0mm4 6)

17、立柱型材x轴抵抗矩wx1=39667.0mm3 7)立柱型材x轴抵抗矩wx2=39667.0mm3 9)立柱型材截面积a=1274.4mm2 10)立柱型材计算校核处壁厚t=5.3mm 11)立柱型材截面面积矩ss=23528.0mm3 12)立柱型材线密度g=0.0kg/m 13)塑性发展系数=1.053 立柱强度计算 强度计算采用(sg + sw + 0.5*se)组合。 立柱采用自下而上布置，按拉弯构件计算。 校核依据：=n/an+m/(wn)=fa (按金属与石材幕墙工程技术规范jgj133-2001 5.7.6)3.1 自重线荷载标准值计算： gk=gak*b =1380.0*1.2

18、 =1656.0(n/m)3.2 自重产生的轴力标准值计算： nk=gk*h =1656.0*3.9 =6458.4(n)3.3 自重产生的轴力设计值计算： n=1.2*nk =1.2*6458.4 =7750.08n3.4 型材载面最大应力值计算： =n/an+m/(*w) =7750.08/1274.4+4569548.0/(1.05*39667.0) =115.793n/mm2 型材强度设计值=115.793=215.0n/mm2,型材强度可以满足要求。4 立柱挠度计算 校核依据：umax/l=l/300。 (按金属与石材幕墙工程技术规范jgj133-2001 5.7.10)4.1 由挠

19、曲方程，根据材料力学中国建筑工业出版社 u1(mm)=(q*x/24/e/i)*(h3-2*h*x2+x3) =(2.196*1384.375/24/206000.0/1983340.0)*(3900.03-2*3900.0*1384.3752+1384.3753) =14.581mm4.2 集中荷载下的挠度计算： u2(mm)=(n*h2*x/6/h/e/i)*(h2-h22-x2) =(16040.316*300.0*1384.375/6/3900.0/206000.0/1983340.0)*(3900.02-300.02-1384.3752) =9.2mm4.3 双跨梁的最终挠度值： u

20、max(mm)=u1-u2 =14.581-9.2 =5.381mm4.4 立柱挠度与跨度的比值计算： du：立柱挠度与立柱跨度比值 du=umax/l =5.381/3900.0 =0.00138 umax/l=0.001=1/300 立柱挠度可以满足要求。5 立柱抗剪计算5.1 立柱最大剪切力计算： 立柱最大剪切力出现在支座c处 立柱最大剪切力v(n)=18228.5625.2 立柱剪应力计算： =v*ss/(ix*t) :立柱剪应力 ss:立柱型材截面面积矩 ix:立柱型材截面惯性矩 t:立柱型材截面垂直于x轴的截面总宽度 =v*ss/(ix*t) =18228.562*23528.0/

21、(1983340.0*10.6) =20.4n/mm2 校核依据=125.0n/mm2 20.4=125.0 立柱抗剪强度可以满足要求。6 立柱伸缩缝计算 1)材料的线膨胀系数:=0.000012(1/) 2)当地年温差计算值:t=80() 3)楼层高度:h=3900.0(mm) 立柱伸缩缝计算 t(mm)=5*h*t*0.25 =5*3900.0*0.0000235*80*0.25 =4.68 立柱伸缩缝取:15mm三、立柱与主结构连接计算 1) 连接螺栓材质:不锈钢螺栓(a3、a4、c1、c4)-70 2) 连接螺栓抗剪设计值:245.0 3) 连接螺栓公称直径d(mm):12.0 4)

22、连接螺栓净直径d0(mm):10.106 5) 连接角码类型:钢角码 6) 连接角码厚度t(mm):5.3 7) 楼层高度h(mm)3900.0 采用sg + sw + 0.5*se组合1 立柱承受的风荷载标准值计算： n1wk(n)=wk*b*h/1000/1000 =1657.791*1200.0*3900.0/1000/1000 =7758.4622 立柱承受的风荷载设计值计算： n1w(n)=1.4*n1wk =1.4*7758.462 =10861.853 立柱承受的地震荷载标准值计算： n1ek(n)=qeak*b*h/1000/1000 =345.0*1200.0*3900.0/

23、1000/1000 =1614.64 立柱承受的地震荷载设计值计算： n1e(n)=1.3*n1ek =1.3*1614.6 =2098.985 立柱与主结构连接处水平总力计算： n1(n)=n1w+0.5*n1e =10861.85+0.5*2098.98 =11911.346 立柱与主结构连接处自重总标准值计算： nzk(n)=gak*b*h/1000/1000 =1380.0*1200.0*3900.0/1000/1000 =6458.47 立柱与主结构连接处自重总设计值计算： nz(n)=1.2*nzk =1.2*6458.4 =7750.088 立柱与主结构连接处总合力计算： n(n

24、)=(n12 + nz2)(1/2) =(11911.342 + 7750.082)(1/2) =14210.699 单个螺栓的抗剪能力计算： 连接处承剪面数nv：2 nvb(n)=nv*d02/4*245.0 =2*3.1415926*10.1062/4*245.0 =39304.7 (按钢结构设计规范gb 50017-2003 7.2.1-1)10 连接螺栓个数计算： n(个)=n/nvb =14210.69/39304.7 =.362 建议您取2个 您当前选用：2个11 立柱型材壁抗承压能力计算： d(mm):连接螺栓的直径：12. t(mm):立柱型材壁厚：5.3 t(mm):立柱型材

25、总壁厚。 ncbl(n)=d*t*325 =12.0*2*2.0*5.3*325 =82680.0 82680.014210.69，立柱型材壁厚强度可以满足要求。12 立柱角码壁厚抗承压能力计算： d(mm):连接螺栓的直径：12. t(mm):连接角码壁厚：5.3 t(mm):连接角码总壁厚 ncbg(n)=d*t*325 =12.0*2*2.0*5.3*325 =82680.0 82680.014210.69，连接角码壁厚强度可以满足要求。四、预埋件截面面积和焊缝计算 1)混凝土类型：c30 2)混凝土轴力受压强度设计值fc(n/mm2)=14.3 3)锚板厚度t(mm)=81 锚板截面积

26、校核： 本工程预埋件的布置方式为：侧埋式 本工程预埋件同时承受：竖向剪力、水平(法向)拉力和弯矩的共同作用。1.1 水平拉力设计值n(n)=n1 =11911.341.2 竖向剪力设计值v(n)=nz =7750.081.3 弯矩设计值m(n.mm)=v*e0 =7750.08*330 =2557527.01.4 锚板面积校核： 锚板面积a(mm2)： 60000 n(n)=0.5*fc*a =0.5 * 14.3 * 60000 =429000.0 11911.34429000.0 锚板面积可以满足要求。 (按玻璃幕墙工程技术规范jgj102-2003 c.0.1.2)2 预埋板和钢角码的焊

27、缝计算 1) 焊角实际高度hf(mm)=6 2) 角焊缝强度设计值fw(n/mm2)= 160 3) 焊缝实际总长度l(mm)=2002.1 角焊缝有效长度计算： lw(mm)=l-2*hf =188.02.2 角焊缝有效高度计算： he(mm)=0.7*hf =4.22.3 弯矩产生应力的计算： w(n/mm2)=6*m/(2*1.22*he*lw2) =6*2557527.0/(2*1.22*4.2*1882) =42.3662.4 法向拉力产生应力的计算： n(n/mm2)=n/(2*1.22*he*lw) =11911.34/(2*1.22*4.2*188) =6.1822.5 剪力产

28、生应力的计算： v(n/mm2)=v/(2*hf*lw) =7750.08/(2*6*188.0) =3.4352.6 总应力的计算： (n/mm2)=(w + n)2 + v2)(1/2) =(42.366+6.182)2 + 3.4352)(1/2) =48.67 48.67 160 焊缝强度可以满足要求。 (按钢结构设计规范gb 50017-2003 7.1.2)3 后置预埋件计算： 校核依据：n=(n/2+m/z)/n)*=n拉拔/2 锚栓类型:化学锚栓 水平拉力设计值n(n):14210.689 竖向弯矩设计值m(n.mm):2557527.0 上下两行锚栓的距离z(mm):110

29、每块锚板锚栓总个数(个):4 锚栓竖向列数n(个):2 承载能力调整系数:每块锚板锚栓总个数为4个时取1.25,6个时取1.30,8个时取1.32 单个锚栓拉拔试验结果n(n):54000 n(n)=(n/2+m/z)/n)* =(14210.689/2+2557527.0/110)/2)*1.25 =18972.24 单个锚栓的拉拔力n=18972.24=54000.0/2=27000.0 后置预埋件承载能力满足要求。五、幕墙横梁计算 1)横梁上部间隔h1=1200mm 2)横梁下部间隔h2=1200mm 3)平均间隔高度h=(1200+1200)/2= 1200 mm 4)风荷载标准值wk

30、=1657.791n/m2 5)水平地震影响系数最大值max=0.05n/m2 6)幕墙构件(含铝框)每平方自重gak=1380.0n/m2 7)型材强度设计值fa(n/mm2)=215.0横梁受力分析图：1 横梁计算1.1 幕墙自重荷载产生的弯矩计算:1.1.1 幕墙自重荷载线荷载标准值计算： gk(n/mm)=gak*h/1000/1000 =1380.0*1200.0/1000/1000 =1.6561.1.2 幕墙自重荷载线荷载设计值计算： g(n/mm)=1.2*gk =1.2*1.656 =1.9871.1.3 幕墙自重产生的竖向弯矩： mx(n.mm)=g*b2/8 =1.987

31、*1200.02/8 =357696.01.2 幕墙风荷载产生的弯矩计算:1.2.1 幕墙风荷载线荷载标准值计算： qwk(n/mm)=wk*h/1000/1000 =1657.791*1200.0/1000/1000 =1.9891.2.2 幕墙风荷载线荷载设计值计算： qw(n/mm)=1.4*qwk =1.4*1.989 =2.7851.2.3 幕墙风荷载产生的水平方向弯矩： 按三角形分布计算 myw(n.mm)=qw*b2/12 =2.785*1200.02/12 =334210.71.3 幕墙地震荷载作用下产生的弯矩计算:1.3.1 幕墙地震荷载作用标准值计算： 动力放大系数e：5

32、地震影响系数最大值max：5 qeak(n/m2)=e*max*gak =5*0.05*1380.0 =345.01.3.2 幕墙地震作用线荷载作用标准值计算： qek(n/mm)=qeak*h/1000/1000 =345.0*1200.0/1000/1000 =0.4141.3.3 幕墙地震作用线荷载作用设计值计算： qe(n/mm)=1.3*qek =1.3*0.414 =0.5381.3.4 幕墙地震荷载作用产生的水平方向弯矩： 按三角形分布计算 mye(n.mm)=qe*b2/12 =0.538*1200.02/12 =64584.02 横梁强度计算 选用的横梁型材截面参数： 1)横

33、梁型材型号:角钢_50*4_t=4. 2)截面积:a(mm2)=389.7 3)净截面积:a0(mm2)=389.7 4)惯性矩:ix(mm4)=92570.0 5)惯性矩:iy(mm4)=92570.0 6)抵抗矩:wx1(mm3)=6704.0 7)抵抗矩:wx2(mm3)=2558.0 8)抵抗矩:wy1(mm3)=2558.0 9)抵抗矩:wy2(mm3)=6704.0 10)面积矩:ss(mm3)=2606.0 11)周长:s (mm)=196.49 12)横梁型材计算校核处壁厚:t(mm)=4.0 13)塑性发展系数=1.05 14)型材强度设计值fa(n/mm2)：215.02.

34、1 幕墙型材截面设计最大应力： (n/mm2)=mx/(1.05*wx1) + myw/(1.05*wy2) + 0.5*mye/(1.05*wy2) =357696.0/(1.05*6704.0)+334210.7/(1.05*6704.0)+0.5*64584.0/(1.05*6704.0) =102.881 型材强度设计值=102.881=215.0n/mm2,型材正应力强度可以满足要求。 按金属与石材幕墙工程技术规范jgj133-2001 5.6.33 横梁抗剪强度计算3.1 横梁风荷载产生的剪力标准值计算: 采用sw+0.5*se组合 按三角形分布计算: vwk(n)=(wk*b/1

35、000)*b/1000/4 =(1657.791*1.2)*1200.0/1000/4 =596.8053.2 横梁风荷载产生的剪力设计值计算: vw(n)=1.4*vwk =1.4*596.805 =835.5273.3 横梁地震荷载产生的剪力标准值计算： 按三角形分布计算: vek(n)=(qeak*b/1000)*b/1000/4 =(345.0*1200.0/1000)*1200.0/1000/4 =124.23.4 横梁地震荷载产生的剪力设计值计算： ve(n)=1.3*vek =1.3*124.2 =161.463.5 横梁所受剪力设计总值计算： 采用sw+0.5*se组合 v=vw+0.5*ve =835.527+0.5*161.46 =916.2573.6 横梁在水平荷载作用下的剪应力计算：待添加的隐藏文字内容3 (n/mm2)=v*sy/iy/t =916.257*2606.0/92570.0/8.0 =3.224 校核依据=125.0n/mm2 3.224=125.0 横梁水平方向的抗剪