干挂石材设计计算书

1、目录一、计算引用的规范、标准及资料11.幕墙设计规范：12.建筑设计规范：13.石材规范：14.钢材规范：15.胶类及密封材料规范：26.建筑结构静力计算手册 (第二版)27.土建图纸：2二、基本参数21.幕墙所在地区：22.地面粗糙度分类等级：23.抗震烈度：2三、幕墙承受荷载计算21.风荷载标准值计算：22.垂直于幕墙平面的分布水平地震作用标准值：33.作用效应组合：3四、幕墙立柱计算41.立柱型材选材计算：42.确定材料的截面参数：53.选用立柱型材的截面特性：64.立柱的抗弯强度计算：75.立柱的挠度计算：76.立柱的抗剪计算：8五、幕墙横梁计算81.横梁型材选材计算：92.确定材料的

2、截面参数：103.选用横梁型材的截面特性：114.幕墙横梁的抗弯强度计算：125.横梁的挠度计算：126.横梁的抗剪计算：(梯形荷载作用下)12六、短槽式(托板)连接石材的选用与校核141.石材板块荷载计算：142.石材的抗弯设计：143.短槽托板在石材中产生的剪应力校核：154.短槽托板剪应力校核：15七、连接件计算161.横梁与立柱间焊接强度计算：162.立柱与主结构连接17八、幕墙埋件计算(后补锚栓)191.荷载标准值计算：192.拉拔实验拉拔力计算：20九、幕墙焊缝计算201.受力分析：202.焊缝特性参数计算：203.焊缝校核计算：21石材幕墙设计计算书一、计算引用的规范、标准及资料

3、1.幕墙设计规范：建筑幕墙 jg3035-1996玻璃幕墙工程技术规范 jgj102-2003金属与石材幕墙工程技术规范 jgj133-2001建筑幕墙物理性能分级 gb/t15225-94建筑幕墙空气渗透性能测试方法 gb/t15226-94建筑幕墙风压变形性能测试方法 gb/t15227-94建筑幕墙雨水渗透性能测试方法 gb/t15228-94建筑幕墙平面内变形性能检测方法 gb/t18250-2000 建筑幕墙抗震性能振动台试验方法 gb/t18575-20012.建筑设计规范：建筑结构荷载规范 gb50009-2001钢结构设计规范 gb50017-2003冷弯薄壁型钢结构设计规范

4、gb50018-2002高层民用钢结构技术规程 jgj99-98建筑设计防火规范 gbj16-87(2001版)高层民用建筑设计防火规范 gb50045-2001建筑物防雷设计规范 gb50057-2000建筑抗震设计规范 gb50011-2001建筑钢结构焊接技术规程 jgj81-2002钢结构防火涂料 gb14907-2002碳钢焊条 gb/t5117-1995低合金钢焊条 gb/t5118-19953.石材规范：天然花岗石荒料 jc/t204-2001天然大理石荒料 jc/t202-2001天然板石 gb/t18600-2001天然花岗石建筑板材 gb/t18601-2001天然大理石建

5、筑板材 jc/t79-2001干挂石材幕墙用环氧胶粘剂 jc/t887-2001天然饰面石材术语 gb/t13890-92建筑材料放射性核素限量 gb6566-20014.钢材规范：冷拔异形钢管 gb/t3094-2000碳素结构钢 gb/t700-1988优质碳素结构钢 gb/t699-1999合金结构钢 gb/t3077-1999高耐候结构钢 gb/t4171-2000焊接结构用耐候钢 gb/t4172-2000低合金高强度结构钢 gb/t1591-1994碳素结构和低合金结构钢热轧薄钢板及钢带 gb/t912-1989碳素结构和低合金结构钢热轧厚钢板及钢带 gb/t3274-1988结构

6、用无缝钢管 jbj102金属覆盖层钢铁制品热镀锌层技术要求 gb/t13912-19925.胶类及密封材料规范：混凝土接缝用密封胶 jc/t881-2001硅酮建筑密封胶 gb/14683-2003建筑用硅酮结构密封胶 gb16776-2003聚硫建筑密封胶 jc483-1992石材幕墙接缝用密封胶 jc/t883-2001建筑表面用有机硅防水剂 jc/t902-2002聚氨酯建筑密封胶 jc/t482-20036.建筑结构静力计算手册 (第二版)7.土建图纸：二、基本参数1.幕墙所在地区： 2.地面粗糙度分类等级： 幕墙属于外围护构件，按建筑结构荷载规范(gb50009-2001) a类：指

7、近海海面和海岛、海岸、湖岸及沙漠地区； 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；依照上面分类标准，本工程按c类地区考虑。3.抗震烈度： 按照国家规范建筑抗震设计规范(gb50011-2001)、中国地震动参数区划图(gb18306-2000)规定，广州地区地震基本烈度为7度，地震动峰值加速度为0.1g，水平地震影响系数最大值为：max=0.08。三、幕墙承受荷载计算1.风荷载标准值计算：幕墙属于外围护构件，按建筑结构荷载规范(gb50009-2001)计算： wk=gzzsw0 7.1.1-2

8、gb50009-2001上式中： wk：作用在幕墙上的风荷载标准值(mpa)； z：计算点标高：9.15m； gz：瞬时风压的阵风系数； 根据不同场地类型,按以下公式计算: gz=k(1+2f) 其中k为地面粗糙度调整系数，f为脉动系数 a类场地: gz=0.92(1+2f) 其中：f=0.387(z/10)-0.12 b类场地: gz=0.89(1+2f) 其中：f=0.5(z/10)-0.16 c类场地: gz=0.85(1+2f) 其中：f=0.734(z/10)-0.22 d类场地: gz=0.80(1+2f) 其中：f=1.2248(z/10)-0.3对于c类地区，9.15m高度处瞬

9、时风压的阵风系数： gz=0.85(1+2(0.734(z/10)-0.22)=2.1224 z：风压高度变化系数； 根据不同场地类型,按以下公式计算: a类场地: z=1.379(z/10)0.24 当z300m时，取z=300m，当z350m时，取z=350m，当z400m时，取z=400m，当z450m时，取z=450m，当z30m时，取z=30m；对于c类地区，9.15m高度处风压高度变化系数： z=0.616(z/10)0.44=0.7363 s：风荷载体型系数，根据计算点体型位置取1.2； w0：基本风压值(mpa)，根据现行gb50009-2001附表d.4(全国基本风压分布图)

10、中数值采用，按重现期50年，广州地区取0.0005mpa； wk=gzzsw0 =2.12240.73631.20.0005 =0.000938mpa 因为wkh，所以本处幕墙横梁按梯形荷载简支梁力学模型进行设计计算，受力模型如下：1.横梁型材选材计算：(1)横梁在风荷载作用下的线荷载集度(按梯形分布)： qwk：风荷载线分布最大荷载集度标准值(n/mm)； wk：风荷载标准值(mpa)； h：幕墙横梁计算间距(mm)； qwk=wkh =0.001638 =0.638n/mm qw：风荷载线分布最大荷载集度设计值(n/mm)； qw=1.4qwk =1.40.638 =0.893n/mm(2

11、)垂直于幕墙平面的分布水平地震作用的线荷载集度(按梯形分布)： qeak：垂直于幕墙平面的分布水平地震作用(mpa)； e：动力放大系数,取5.0； max：水平地震影响系数最大值，取0.08； gk：幕墙构件的重力荷载标准值(n)，(主要指面板组件)； a：幕墙平面面积(mm2)； qeak=emaxgk/a 5.3.4jgj102-2003 =5.00.080.001 =0.0004mpa qek：横梁受水平地震作用线荷载集度标准值(n/mm)； h：幕墙横梁计算间距(mm)； qek=qeakh =0.0004638 =0.255n/mm qe：横梁受水平地震作用线荷载集度设计值(n/m

12、m)； qe=1.3qek =1.30.255 =0.332n/mm(3)幕墙横梁受荷载集度组合：用于强度计算时，采用sw+0.5se组合设计值： 5.4.1jgj102-2003 q=qw+0.5qe =0.893+0.50.332 =1.059n/mm用于挠度计算时，采用sw标准值： 5.4.1jgj102-2003 qk=qwk =0.638n/mm(4)横梁在风荷载及地震组合作用下的弯矩值(按梯形分布)： my：横梁受风荷载及地震作用弯矩组合设计值(nmm)； mw：风荷载作用下横梁产生的弯矩(nmm)； me：地震作用下横梁产生的弯矩(nmm)； b：横梁跨度(mm)； h：幕墙横梁

13、计算间距(mm)；采用sw+0.5se组合： 5.4.1jgj102-2003 mw=qwb2(3-(h/b)2)/24 me=qeb2(3-(h/b)2)/24 my=mw+0.5me =qb2(3-(h/b)2)/24 =1.05911502(3-(638/1150)2)/24 =157105.121nmm(5)横梁在自重荷载作用下的弯矩值(按矩形分布)： gk：横梁自重线荷载标准值(n/mm)； h：横梁计算间距(mm)； gk=0.001h =0.001638 =0.638n/mm g：横梁自重线荷载设计值(n/mm)； g=1.2gk =1.20.638 =0.766n/mm mx：

14、横梁在自重荷载作用下的弯矩设计值(nmm)； b：横梁跨度(mm)； mx=gb2/8 =0.76611502/8 =126629.375nmm2.确定材料的截面参数：(1)横梁抵抗矩预选： wnx：绕x方向横梁净截面抵抗矩预选值(mm3)； wny：绕y方向横梁净截面抵抗矩预选值(mm3)； mx：横梁在自重荷载作用下的弯矩(nmm)； my：风荷载及地震作用弯矩组合值(nmm)； ：塑性发展系数：取1.05； fs：型材抗弯强度设计值(mpa)，对q235取215；按下面公式计算： wnx=mx/fs =126629.375/1.05/215 =560.927mm3 wny=my/fs =

15、157105.121/1.05/215 =695.925mm3(2)横梁惯性矩预选： df,lim：按规范要求，横梁的挠度限值(mm)； b/250=1150/250=4.6mm取： df,lim=4.6mm qk：风荷载作用线荷载集度标准值(n/mm)； e：型材的弹性模量(mpa)，对q235取206000mpa； iymin：绕y轴最小惯性矩(mm4)； b：横梁跨度(mm)； df,lim=qkb4(25/8-5(h/2b)2+2(h/2b)4)/240eiymin (受风荷载与地震作用的挠度计算) iymin=qkb4(25/8-5(h/2b)2+2(h/2b)4)/240edf,l

16、im =0.63811504(25/8-5(638/2/1150)2+2(638/2/1150)4)/240/206000/4.6 =13503.359mm4 gk：横梁自重线荷载标准值(n/mm)； ixmin：绕x轴最小惯性矩(mm4)； df,lim=5gkb4/384eixmin (自重作用下产生的挠度计算) ixmin=5gkb4/384edf,lim =50.63811504/384/206000/4.6 =15332.952mm43.选用横梁型材的截面特性： 按照上面的预选结果选取型材： 选用型材号：l40x4 型材抗弯强度设计值：215mpa 型材抗剪强度设计值：125mpa

17、型材弹性模量：e=206000mpa绕x轴惯性矩：ix=42670mm4 绕y轴惯性矩：iy=42670mm4 绕x轴净截面抵抗矩：wnx1=3839mm3 绕x轴净截面抵抗矩：wnx2=1488mm3 绕y轴净截面抵抗矩：wny1=1488mm3 绕y轴净截面抵抗矩：wny2=3839mm3 型材净截面面积：an=299.7mm2 型材线密度：g=0.023526n/mm 横梁与立柱连接时角片与横梁连接处横梁壁厚：t=4mm 横梁截面垂直于x轴腹板的截面总宽度：tx=4mm 横梁截面垂直于y轴腹板的截面总宽度：ty=4mm 型材受力面对中性轴的面积矩(绕x轴)：sx=1550mm3 型材受力

18、面对中性轴的面积矩(绕y轴)：sy=1550mm3 塑性发展系数：=1.054.幕墙横梁的抗弯强度计算：按横梁强度计算公式,应满足： mx/wnx+my/wnyfs 6.2.4jgj102-2003上式中： mx：横梁绕x轴方向(幕墙平面内方向)的弯矩设计值(nmm)； my：横梁绕y轴方向(垂直于幕墙平面方向)的弯矩设计值(nmm)； wnx：横梁绕x轴方向(幕墙平面内方向)的净截面抵抗矩(mm3)； wny：横梁绕y轴方向(垂直于幕墙平面方向)的净截面抵抗矩(mm3)； ：塑性发展系数，取1.05； fs：型材的抗弯强度设计值，取215mpa。采用sg+sw+0.5se组合,则： mx/w

19、nx+my/wny=126629.375/1.05/1488+157105.121/1.05/1488 =181.602mpa215mpa横梁抗弯强度满足要求。5.横梁的挠度计算： 因为惯性矩预选是根据挠度限值计算的，所以只要选择的横梁惯性矩大于预选值，挠度就满足要求： 实际选用的型材惯性矩为： ix=42670mm4 iy=42670mm4 预选值为： ixmin=15332.952mm4 iymin=13503.359mm4 横梁挠度的实际计算值如下： df1=qkb4(25/8-5(h/2b)2+2(h/2b)4)/240eiy =0.63811504(25/8-5(638/2/1150

20、)2+2(638/2/1150)4)/240/206000/42670 =1.456mm df2=5gkb4/384eix =50.63811504/384/206000/42670 =1.653mm 而df,lim=4.6mm所以，横梁挠度满足规范要求。6.横梁的抗剪计算：(梯形荷载作用下)校核依据： maxs=125mpa (型材的抗剪强度设计值)(1)vwk：风荷载作用下剪力标准值(n)； vwk=qwkb(1-h/2b)/2 =0.6381150(1-638/2/1150)/2 =265.089n(2)vw：风荷载作用下剪力设计值(n)； vw=1.4vwk =1.4265.089 =

21、371.125n(3)vek：地震作用下剪力标准值(n)； vek=qekb(1-h/2b)/2 =0.2551150(1-638/2/1150)/2 =105.952n(4)ve：地震作用下剪力设计值(n)； ve=1.3vek =1.3105.952 =137.738n(5)vx：水平总剪力(n)； 采用vw+0.5ve组合 vx=vw+0.5ve =371.125+0.5137.738 =439.994n(6)vy：垂直总剪力(n)： vy=1.20.001bh/2 =1.20.0011150638/2 =440.22n(7)横梁剪应力校核： x：横梁水平方向剪应力(mpa)； vx：横

22、梁水平总剪力(n)； sy：横梁型材受力面对中性轴的面积矩(mm3)(绕y轴)； iy：横梁型材截面惯性矩(mm4)； ty：横梁截面垂直于y轴腹板的截面总宽度(mm)； x=vxsy/iyty 6.2.5jgj102-2003 =439.9941550/42670/4 =3.996mpa 3.996mpa125mpa y：横梁垂直方向剪应力(n)； vy：横梁垂直总剪力(n)； sx：横梁型材受力面对中性轴的面积矩(mm3)(绕x轴)； ix：横梁型材截面惯性矩(mm4)； tx：横梁截面垂直于x轴腹板的截面总宽度(mm)； y=vysx/ixtx 6.2.5jgj102-2003 =440

23、.221550/42670/4 =3.998mpa 3.998mpa125mpa横梁抗剪强度能满足!六、短槽式(托板)连接石材的选用与校核基本参数： 1：计算点标高：9.15m； 2：板块净尺寸：ab=1150mm638mm； 3：石材配置：托板式30mm，对边连接；模型简图为：1.石材板块荷载计算：(1)垂直于幕墙平面的分布水平地震作用标准值： qeak：垂直于幕墙平面的分布水平地震作用标准值(mpa)； e：动力放大系数,取5.0； max：水平地震影响系数最大值，取0.08； gk：石材板块的重力荷载标准值(n)； a：幕墙平面面积(mm2)； qeak=emaxgk/a 5.3.4jg

24、j102-2003 =50.080.0009 =0.00036mpa(2)石材板块荷载集度设计值组合：采用sw+0.5se设计值组合： 5.4.1jgj102-2003 q=1.4wk+0.51.3qeak =1.40.001+0.51.30.00036 =0.001634mpa2.石材的抗弯设计：(1)计算边长的确定： a：短槽连接边边长：1150mm； b：无槽边边长：638mm； a1：短槽中心到面板边侧距离180mm； a0：计算短边边长(mm)； b0：计算长边边长(mm)；因为：a-2a1=790b=638，所以： a0=638mm b0=790mm(2)石材强度校核： 校核依据：

25、fsc=3.72mpa ：石材中产生的弯曲应力设计值(mpa)； fsc：石材的抗弯强度设计值(mpa)； m：四点支撑石材最大弯矩系数, 按短边与长边的边长比0.808，查表得：0.1439； q：石材板块水平荷载集度设计值组合(mpa)； b0：计算长边边长(mm)； t：石材厚度：30mm； 应力设计值为： =6mqb02/t2 5.5.4jgj133-2001 =60.14390.0016347902/302 =0.978mpa 0.978mpa3.72mpa强度能满足要求。3.短槽托板在石材中产生的剪应力校核： 校核依据：1sc=1.86mpa 1：短槽托板在石材中产生的剪应力设计值

26、(mpa)； sc：石材的抗剪强度设计值(mpa)； q：石材板块水平荷载集度设计值组合(mpa)； a：短槽连接边边长(mm)； b：无短槽边边长(mm)； ：应力调整系数，按表5.5.5jgj133-2001，取1.25； n：一个连接边上的短槽数量：2； t：石材厚度：30mm； c：短槽槽口宽度：6mm； s：单个槽底总长度：80mm； 1=qab/(n(t-c)s) 5.5.7-1jgj133-2001 =0.00163411506381.25/(2(30-6)80) =0.39mpa 0.39mpa1.86mpa石材抗剪强度能满足。4.短槽托板剪应力校核： 校核依据：2p=175m

27、pa 2：短槽托板的剪应力设计值(mpa)； p：短槽托板的抗剪强度设计值(mpa)； q：石材板块水平荷载集度设计值组合(mpa)； a：短槽连接边边长(mm)； b：无短槽边边长(mm)； ：应力调整系数，按表5.5.5jgj133-2001，取1.25； n：一个连接边上的短槽数量：2； ap：短槽托板截面面积：300mm； 2=qab/(2nap) 5.5.5-1jgj133-2001 =0.00163411506381.25/(22300) =1.249mpa 1.249mpa175mpa短槽托板抗剪强度能满足。七、连接件计算基本参数： 1：计算点标高：9.15m； 2：立柱计算间距

28、(指立柱左右分格平均宽度)：b1=1150mm； 3：横梁计算分格尺寸：宽高=bh=1150mm638mm； 4：幕墙立柱跨度：l=4200mm，短跨l1=300mm，长跨l2=3900mm； 5：板块配置：石材； 6：龙骨材质：立柱为：q235；横梁为：q235； 7：立柱与主体连接钢角码壁厚：6mm； 8：立柱与主体连接螺栓公称直径：12mm； 9：立柱与主体连接形式：双跨； 10：立柱与横梁连接方式：焊接；因为bh，所以本处幕墙横梁按梯形荷载模型进行设计计算：1.横梁与立柱间焊接强度计算：(1)风荷载作用下横梁剪力设计值(按梯形分布)： vw=1.4wkhb(1-h/2b)/2 =1.4

29、0.0016381150(1-638/2/1150)/2 =371.125n(2)地震作用下横梁剪力标准值(按梯形分布)： vek=emaxgk/ahb(1-h/2b)/2 =5.00.080.0016381150(1-638/2/1150)/2 =106.036n(3)地震作用下横梁剪力设计值： ve=1.3vek =1.3106.036 =137.847n(4)连接部位水平总剪力n1：采用sw+0.5se组合： n1=vw+0.5ve =371.125+0.5137.847 =440.048n(5)自重荷载计算： gk：横梁自重线荷载标准值(n/mm)； h：受荷单元平均分格高(mm)；

30、gk=0.001h =0.001638 =0.638n/mm g：横梁自重线荷载设计值(n/mm)； g=1.2gk =1.20.638 =0.766n/mm n2：自重荷载(n)： b：横梁宽度(mm)； n2=gb/2 =0.7661150/2 =440.45n(6)连接处组合荷载v：采用sg+sw+0.5se v=(n12+n22)1/2 =(440.0482+440.452)0.5 =622.606n(7)连接焊缝的强度计算： v：连接处的组合总剪力(n)； lw：角焊缝的总有效长度(mm)； hf：角焊缝的高度(mm)； ffw：角焊缝的强度设计值(mpa)； f：焊缝最大应力值(m

31、pa)； f=v/0.7/lw/hf =622.606/0.7/100/6 =1.482mpa 1.482mpa160mpa焊缝强度可以满足要求!2.立柱与主结构连接(1)连接处水平剪切总力计算：对双跨梁，中支座反力r1，即为立柱连接处最大水平剪切总力。 qw：风荷载线分布集度设计值(n/mm)； qw=1.4wkb1 =1.40.0011150 =1.61n/mm qe：地震作用线分布集度设计值(n/mm)； qe=1.3emaxg/ab1 =1.35.00.080.00111150 =0.658n/mm采用sw+0.5se组合： q=qw+0.5qe =1.61+0.50.658 =1.9

32、39n/mm n1：连接处水平剪切总力(n)； r1：中支座反力(n)； n1=r1=ql(l12+3l1l2+l22)/8l1l2 =1.9394200(3002+33003900+39002)/8/300/3900 =16365.906n(2)连接处重力总力： ngk：连接处自重总值标准值(n)： b1：立柱计算间距(mm)； l：立柱跨度(mm)； ngk=0.0011b1l =0.001111504200 =5313n ng：连接处自重总值设计值(n)： ng=1.2ngk =1.25313 =6375.6n(3)连接处总剪力： n：连接处总剪力(n)： n=(n12+ng2)0.5 =(16365.9062+6375.62)0.5 =1756