全玻栏杆计算书

1、武汉东西湖保税区国际商品展示交易中心外装饰幕墙工程建筑护栏设计计算书设计： 校对： 审核： 批准： 武汉创高幕墙装饰工程有限责任公司二一三年十月十三日目录1 计算引用的规范、标准及资料11.1 幕墙及采光顶相关设计规范：11.2 建筑设计规范：11.3 玻璃规范：11.4 钢材规范：21.5 胶类及密封材料规范：21.6 相关物理性能等级测试方法：31.7 建筑结构静力计算手册(第二版)31.8 土建图纸：32 基本参数32.1 栏杆所在地区32.2 地面粗糙度分类等级32.3 抗震设防33 栏杆承受荷载计算43.1 风荷载标准值的计算方法43.2 计算面板材料时的风荷载标准值53.3 垂直于

2、栏杆平面的分布水平地震作用标准值53.4 平行于栏杆平面的集中水平地震作用标准值53.5 作用效应组合54 玻璃栏板的计算64.1 玻璃栏板荷载计算64.2 玻璃的最大弯矩计算74.3 玻璃强度校核84.4 玻璃最大挠度校核85 附录 常用材料的力学及其它物理性能10建筑护栏设计计算书1 计算引用的规范、标准及资料1.1 幕墙及采光顶相关设计规范：铝合金结构设计规范 GB50429-2007玻璃幕墙工程技术规范 JGJ102-2003建筑玻璃应用技术规程 JGJ113-2009建筑幕墙 GB/T21086-2007建筑玻璃采光顶 JG/T231-2007建筑用玻璃与金属护栏 JG/T342-2

3、012 建筑幕墙工程技术规范 DGJ08-56-20121.2 建筑设计规范：地震震级的规定 GB/T17740-1999钢结构设计规范 GB50017-2003高层建筑混凝土结构技术规程 JGJ3-2010高处作业吊蓝 GB19155-2003工程抗震术语标准 JGJ/T97-2011混凝土结构后锚固技术规程 JGJ145-2013混凝土结构加固设计规范 GB50367-2013混凝土结构设计规范 GB50010-2010混凝土用膨胀型、扩孔型建筑锚栓 JG160-2004建筑防火封堵应用技术规程 CECS154：2003建筑钢结构焊接技术规程 JGJ81-2002建筑工程抗震设防分类标准

4、GB50223-2008建筑结构荷载规范 GB50009-2012建筑结构可靠度设计统一标准 GB50068-2001建筑抗震设计规范 GB50011-2010建筑设计防火规范 GB50016-2006建筑物防雷设计规范 GB50057-2010冷弯薄壁型钢结构技术规范 GB50018-20021.3 玻璃规范：镀膜玻璃 第1部分：阳光控制镀膜玻璃 GB/T18915.1-2013镀膜玻璃 第2部分：低辐射镀膜玻璃 GB/T18915.2-2013防弹玻璃 GB17840-1999平板玻璃 GB11614-2009建筑用安全玻璃 第3部分：夹层玻璃 GB15763.3-2009建筑用安全玻璃

5、第2部分：钢化玻璃 GB15763.2-2005建筑用安全玻璃 防火玻璃 GB15763.1-2009半钢化玻璃 GB/T17841-2008热弯玻璃 JC/T915-2003压花玻璃 JC/T511-2002中空玻璃 GB/T11944-20121.4 钢材规范：建筑结构用冷弯矩形钢管 JG/T178-2005不锈钢棒 GB/T1220-2007不锈钢冷加工钢棒 GB/T4226-2009不锈钢冷轧钢板及钢带 GB/T3280-2007不锈钢热轧钢板及钢带 GB/T4237-2007不锈钢丝 GB/T4240-2009建筑用不锈钢绞线 JG/T200-2007不锈钢小直径无缝钢管 GB/T3

6、090-2000彩色涂层钢板和钢带 GB/T12754-2006低合金钢焊条 GB/T5118-2012低合金高强度结构钢 GB/T1591-2008建筑幕墙用钢索压管接头 JG/T201-2007耐候结构钢 GB/T4171-2008高碳铬不锈钢丝 YB/T0961997合金结构钢 GB/T3077-1999金属覆盖层钢铁制品热镀锌层技术要求 GB/T13912-2002冷拔异形钢管 GB/T3094-2012碳钢焊条 GB/T5117-2012碳素结构钢 GB/T700-2006碳素结构钢和低合金结构钢热轧薄钢板及钢带GB/T912-2008碳素结构钢和低合金结构钢热轧厚钢板及钢带GB/T

7、3274-2007优质碳素结构钢 GB/T699-19991.5 胶类及密封材料规范：丙烯酸酯建筑密封膏 JC484-2006幕墙玻璃接缝用密封胶 JC/T882-2001彩色涂层钢板用建筑密封胶 JC/T884-2001丁基橡胶防水密封胶粘带 JC/T942-2004工业用橡胶板 GB/T5574-2008混凝土建筑接缝用密封胶 JC/T881-2001建筑窗用弹性密封剂 JC485-2007建筑密封材料试验方法 GB/T13477.120-2002建筑用防霉密封胶 JC/T885-2001建筑用硅酮结构密封胶 GB16776-2005建筑用岩棉、矿渣棉绝热制品 GB/T19686-2005

8、建筑用硬质塑料隔热条 JG/T174-2005聚氨酯建筑密封胶 JC/T482-2003聚硫建筑密封胶 JC/T483-2006绝热用岩棉、矿棉及其制品 GB/T11835-2007硫化橡胶或热塑性橡胶撕裂强度的测定 GB/T529-2008橡胶袖珍硬度计压入硬度试验方法 GB/T531-1999修补用天然橡胶胶粘剂 HG/T3318-2002中空玻璃用弹性密封胶 JC/T486-2001中空玻璃用丁基热熔密封胶 JC/T914-20031.6 相关物理性能等级测试方法：玻璃幕墙工程质量检验标准 JGJ/T139-2001玻璃幕墙光学性能 GB/T18091-2000彩色涂层钢板和钢带试验方法

9、 GB/T13448-2006钢结构工程施工质量验收规范 GB50205-2001混凝土结构工程施工质量验收规范 GB50204-2002(2011版)建筑防水材料老化试验方法 GB/T18244-2000建筑幕墙气密、水密、抗风压性能检测方法 GB/T15227-2007建筑幕墙抗震性能振动台试验方法 GB/T18575-2001建筑幕墙平面内变形性能检测方法 GB/T18250-2000建筑装饰装修工程质量验收规范 GB50210-2001金属材料室温拉伸试验方法 GB/T228-20021.7 建筑结构静力计算手册(第二版)1.8 土建图纸：2 基本参数2.1 栏杆所在地区 武汉地区；2

10、.2 地面粗糙度分类等级 栏杆属于外围护构件，按建筑结构荷载规范(GB50009-2012) A类：指近海海面和海岛、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B类地形考虑。2.3 抗震设防 按建筑工程抗震设防分类标准，建筑工程应分为以下四个抗震设防类别： 1.特殊设防类：指使用上有特殊设施，涉及国家公共安全的重大建筑工程和地震时可能发生严重次生灾害等特别重大灾害后果，需要进行特殊设防的建筑，简称甲类； 2.重点设防类：指地震时使用功能不能中断或

11、需尽快恢复的生命线相关建筑，以及地震时可能导致大量人员伤亡等重大灾害后果，需要提高设防标准的建筑，简称乙类； 3.标准设防类：指大量的除1、2、4款以外按标准要求进行设防的建筑，简称丙类； 4.适度设防类：指使用上人员稀少且震损不致产生次生灾害，允许在一定条件下适度降低要求的建筑，简称丁类； 在围护结构抗震设计计算中： 1.特殊设防类，应按高于本地区抗震设防烈度提高一度的要求加强其抗震措施，同时，应按批准的地震安全性评价的结果且高于本地区抗震设防烈度的要求确定其地震作用； 2.重点设防类，应按高于本地区抗震设防烈度一度的要求加强其抗震措施，同时，应按本地区抗震设防烈度确定其地震作用； 3.标准

12、设防类，应按本地区抗震设防烈度确定其抗震措施和地震作用； 4.适度设防类，应按本地区抗震设防烈度确定其抗震措施和地震作用； 根据国家规范建筑抗震设计规范GB50011-2010，武汉地区地震基本烈度为：6度，地震动峰值加速度为0.05g，由于本工程是标准设防类，因此实际抗震计算中的水平地震影响系数最大值应按本地区抗震设防烈度选取，也就是取：max=0.04；3 栏杆承受荷载计算3.1 风荷载标准值的计算方法 栏杆属于外围护构件，按建筑结构荷载规范(GB50009-2012)计算： wk=gzzs1w0 8.1.1-2GB50009-2012年版上式中： wk：作用在栏杆上的风荷载标准值(MPa

13、)； Z：计算点标高：2m； gz：高度z处的阵风系数； 根据不同场地类型,按以下公式计算： gz=1+2gI10(z/10)- 条文说明部分8.6.1GB50009-2012 其中A、B、C、D四类地貌类别截断高度分别为：5m、10m、15m、30m； A、B、C、D四类地貌类别梯度高度分别为：300m、350m、450m、550m； 也就是： 对A类场地：当z>300m时，取z=300m，当z<5m时，取z=5m； 对B类场地：当z>350m时，取z=350m，当z<10m时，取z=10m； 对C类场地：当z>450m时，取z=450m，当z<15m时，

14、取z=15m； 对D类场地：当z>550m时，取z=550m，当z<30m时，取z=30m； g：峰值因子，取2.5； I10：10m高名义湍流度，对应A、B、C、D地面粗糙度，可分别取0.12、0.14、0.23和0.39； ：地面粗糙度指数，对应A、B、C、D地面粗糙度，可分别取0.12、0.15、0.22和0.30；对于B类地形，2m高度处的阵风系数为： gz=1+2×2.5×0.14×(10/10)-0.15=1.7 z：风压高度变化系数； 根据不同场地类型,按建筑结构荷载规范条文说明部分8.2.1提供的公式计算： A类场地：zA=1.284&

15、#215;(z/10)0.24 B类场地：zB=1.000×(z/10)0.30 C类场地：zC=0.544×(z/10)0.44 D类场地：zD=0.262×(z/10)0.60 公式中的截断高度和梯度高度与计算阵风系数时相同，也就是： 对A类场地：当z>300m时，取z=300m，当z<5m时，取z=5m； 对B类场地：当z>350m时，取z=350m，当z<10m时，取z=10m； 对C类场地：当z>450m时，取z=450m，当z<15m时，取z=15m； 对D类场地：当z>550m时，取z=550m，当z<

16、30m时，取z=30m；对于B类地形，2m高度处风压高度变化系数： z=1.000×(10/10)0.30=1 s1：局部风压体型系数； 按建筑结构荷载规范GB50009-2012第8.3.3条：计算围护结构及其连接的风荷载时，可按下列规定采用局部体型系数s1： 1 封闭矩形平面房屋的墙面及屋面可按表8.3.3-1的规定采用； 2 檐口、雨篷、遮阳板、边棱处的装饰条等突出构件，取-2.0； 3 其它房屋和构筑物可按本规范第8.3.1条规定体型系数的1.25倍取值。 对于栏杆来说，其取值查表得： s1(1)=1.6253.2 计算面板材料时的风荷载标准值 wk=gzzs1w0 =1.7

17、×1×1.625×0.00035 =0.000967MPa 因为wk<0.001MPa，所以按JGJ102-2003，取wk=0.001MPa。3.3 垂直于栏杆平面的分布水平地震作用标准值 qEk=EmaxGk/A 5.3.4JGJ102-2003 qEk：垂直于栏杆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0.04； Gk：栏杆构件的重力荷载标准值(N)； A：栏杆构件的面积(mm2)；3.4 平行于栏杆平面的集中水平地震作用标准值 PEk=EmaxGk 5.3.5JGJ102-2003 P

18、Ek：平行于栏杆平面的集中水平地震作用标准值(N)； E：动力放大系数,取5.0； max：水平地震影响系数最大值，取0.04； Gk：栏杆构件的重力荷载标准值(N)； 按照JGJ102规范5.4节条文说明部分的规定，对于竖向栏杆和与水平面夹角大于75度、小于90度的斜玻璃栏杆，可不考虑竖向地震作用效应的计算和组合。3.5 作用效应组合荷载和作用效应按下式进行组合： S=GSGk+wwSwk+EESEk 5.4.1JGJ102-2003上式中： S：作用效应组合的设计值； SGk：重力荷载作为永久荷载产生的效应标准值； Swk、SEk：分别为风荷载，地震作用作为可变荷载产生的效应标准值； G、

19、w、E：各效应的分项系数； w、E：分别为风荷载，地震作用效应的组合系数。上面的G、w、E为分项系数，按5.4.2、5.4.3、5.4.4JGJ102-2003规定如下：进行栏杆构件强度、连接件和预埋件承载力计算时： 重力荷载：G：1.2； 风 荷 载：w：1.4； 地震作用：E：1.3；进行挠度计算时； 重力荷载：G：1.0； 风 荷 载：w：1.0； 地震作用：可不做组合考虑；上式中，风荷载的组合系数w为1.0； 地震作用的组合系数E为0.5；4 玻璃栏板的计算基本参数： 1：计算点标高：2m； 2：分格尺寸：宽×高=W×L=2000mm×1600mm； 3：

20、玻璃配置：夹层玻璃，其中单片玻璃厚度15mm； 4：力学模型：带悬臂的梁； 5：栏板用途：住宅、宿舍、办公楼、旅馆、医院、托儿所、幼儿园；模型简图为：4.1 玻璃栏板荷载计算(1)风荷载与抗震荷载的计算： t：单片玻璃厚度(mm)； wk：作用在玻璃栏板上的风荷载标准值(MPa)； GAk：夹层玻璃单位面积自重标准值(仅指玻璃)(MPa)； qEAk：夹层玻璃地震作用标准值(MPa)； g：玻璃的体积密度(N/mm3)； q1-2：分配到单片玻璃上的荷载组合设计值(MPa)； GAk=g×2t =0.0000256×2×15 =0.000768MPa qEAk=E

21、maxGAk =5×0.04×0.000768 =0.000154MPa q1-2=0.5×(1.4×wk+0.5×1.3×qEAk) =0.5×(1.4×0.001+0.5×1.3×0.000154) =0.00075MPa(2)作用在玻璃顶部的栏杆活荷载取值： 建筑结构荷载规范GB50009-2012第5.5.2条规定： 住宅、宿舍、办公楼、旅馆、医院、托儿所、幼儿园，栏杆顶部的水平荷载应取1.0KN/m； 学校、食堂、剧场、电影院、车站、礼堂、展览馆、体育场，栏杆顶部的水平荷载应取1.0K

22、N/m，竖向荷载应取1.2KN/m，水平荷载和竖向荷载应分别考虑(不同时考虑)； 由于本计算结构是全玻璃栏板，竖向荷载不必考虑，仅考虑q1k=1.0KN/m的顶部水平均布荷载即可。4.2 玻璃的最大弯矩计算 因为内外等片，按6.1.4JGJ102-2003规定，两片强度计算值相同，以下以外片为例进行受力分析： 力学公式参看建筑结构静力计算手册第二版P118：(1)顶部均布荷载作用下产生的最大弯矩： q1k：顶部均布荷载标准值(N/mm)； q1：顶部均布荷载设计值(N/mm)； q1=1.4q1k/2 =1.4×1/2 =0.7N/mm M1=q1WL =0.7×2000&

23、#215;1600 =2240000N·mm(2)板面均布荷载作用下产生的最大弯矩： M2=q1-2WL2/2 =0.00075×2000×16002/2 =1920000N·mm(3)玻璃栏板的弯矩计算值： 考虑到不会出现极限风压和顶部均布荷载同时作用的情况，所有玻璃栏板最大弯矩为： M=max(M1,M2) =2240000N·mm4.3 玻璃强度校核 ：玻璃在组合荷载作用下的板中最大应力设计值(MPa)； Wx：玻璃板抗弯矩(mm3)； t：玻璃厚度(mm)； =M/Wx =M/(Wt2/6) =6M/(Wt2) =6×2240

24、000/(2000×152) =29.867MPa 29.867MPafg=72MPa(钢化玻璃)两片玻璃强度相同,因此栏板玻璃的强度满足!4.4 玻璃最大挠度校核 力学公式参看建筑结构静力计算手册第二版P118：(1)玻璃的等效厚度计算： te：玻璃的等效厚度(mm)； t：单片玻璃厚度(mm)； te=(2t3)1/3 6.1.4-5JGJ102-2003 =(2×153)1/3 =18.899mm(1)在顶部均布荷载作用下玻璃的最大挠度： df1：玻璃板挠度计算值(mm)； q1k：顶部均布荷载标准值(N/mm)； E：玻璃的弹性模量(MPa)； I：玻璃板惯性矩；

25、I=Wte3/12 =2000×18.8993/12 =1125032.904mm4 df1=q1kWL2m(1+)/3EI =1×2000×16002×200×(1+1600/200)/3/72000/1125032.904 =37.925mm(2)板面均布荷载作用下玻璃的最大挠度： df2：玻璃板挠度计算值(mm)； E：玻璃的弹性模量(MPa)； wk：作用在幕墙上的风荷载标准值(MPa)； I：玻璃板惯性矩； df2=wk×WL3m(4+3)/24EI =0.001×2000×16003×200&

26、#215;(4+3×1600/200)/24/72000/1125032.904 =23.598mm 考虑到不会出现极限风压和顶部均布荷载同时作用的情况，所有玻璃栏板最大挠度为： df=max(df1,df2) =37.925mm df,lim：最大挠度限制值，对于悬臂玻璃结构，取跨度的1/30=53.333mm； 37.925mmdf,lim=53.333mm(钢化玻璃)玻璃挠度能够满足要求!5 附录 常用材料的力学及其它物理性能一、 玻璃的强度设计值 fg(MPa)JGJ102-2003表种类厚度(mm)大面侧面普通玻璃528.0 19.5 浮法玻璃51228.0 19.5 15

27、1924.0 17.0 2020.0 14.0 钢化玻璃51284.0 58.8 151972.0 50.4 2059.0 41.3 二、 长期荷载作用下玻璃的强度设计值 fg(MPa)JGJ113-2009表种类厚度(mm)大面侧面平板玻璃5129 615197 5 2064 半钢化玻璃512282015192417202014钢化玻璃5124230151936 26203021三、 铝合金型材的强度设计值 (MPa )GB50429-2007表铝合金牌号状态厚度强度设计值(mm)抗拉、抗压抗剪6061T4不区分9055T6不区分2001156063T5不区分9055T6不区分1508560

28、63AT51013575T61016090四、 钢材的强度设计值(1-热轧钢材) fs(MPa)JGJ102-2003表钢材牌号厚度或直径d(mm)抗拉、抗压、抗弯抗剪端面承压Q235d16215 125 325 Q345d16310 180 400 五、 钢材的强度设计值(2-冷弯薄壁型钢) fs(MPa)GB50018-2002表钢材牌号抗拉、抗压、抗弯抗剪端面承压Q235205 120 310 Q345 300 175 400 六、 材料的弹性模量E(MPa)JGJ102-2003表材料E材料E玻璃0.72×105不锈钢绞线1.2×1051.5×105铝合金

29、、单层铝板0.70×105高强钢绞线1.95×105钢、不锈钢2.06×105钢丝绳0.8×1051.0×105消除应力的高强钢丝2.05×105花岗石板0.8×105蜂窝铝板 10mm0.35×105铝塑复合板 4mm0.2×105蜂窝铝板 15mm0.27×105铝塑复合板 6mm0.3×105蜂窝铝板 20mm0.21×105七、 材料的泊松比JGJ102-2003表、JGJ133-2001表5.3.10、GB50429-2007材料材料玻璃0.2钢、不锈钢0.3铝合金

30、0.3(按GB50429)高强钢丝、钢绞线0.3铝塑复合板0.25蜂窝铝板0.25花岗岩0.125八、 材料的膨胀系数(1/)JGJ102-2003表、JGJ133-2001表5.3.11、GB50429-2007材料材料玻璃0.8×10-51.0×10-5不锈钢板1.80×10-5铝合金、单层铝板2.3×10-5(按GB50429)混凝土1.00×10-5钢材1.20×10-5砖砌体0.50×10-5铝塑复合板4.0×10-5蜂窝铝板2.4×10-5花岗岩0.8×10-5九、 材料的重力密度g

31、 (KN/m3)JGJ102-2003表、GB50429-2007材料g材料g普通玻璃、夹层玻璃钢化、半钢化玻璃256矿棉1.21.5玻璃棉0.51.0钢材785岩棉0.52.5铝合金2700kg/m3(按GB50429)十、 板材单位面积重力标准值（MPa）JGJ133-2001表板材厚度（mm）qk(N/m2)板材厚度（mm）qk(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20.025.0

32、30.0500560625700750840十一、 螺栓连接的强度设计值一(MPa)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、B级螺栓抗拉抗剪承压抗拉抗剪承压抗拉抗拉抗剪承压ftbfvbfcbftbfvbfcbftbftbfvbfcb普通螺栓4.6、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-400-530-615十二、 螺栓连接的强度

33、设计值二(MPa)GB50429-2007表-1螺栓的材料、性能等级 和构件铝合金牌号普通螺栓铝合金不锈钢钢抗拉ftv抗剪fvb承压fcb抗拉ftv抗剪fvb承压fcb抗拉ftv抗剪fvb承压fcb普通螺栓铝合金2B111701602A90150145不锈钢A2-50、A4-50200190A2-70、A4-70280265钢4.6、4.8级170140构件6061-T42102102106061-T63053053056063-T51851851856063-T62402402406063A-T52202202206063A-T62552552555083-O/F/H112315315315十三、 焊缝的强度设计值(MPa)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fcw抗拉和抗弯受拉ftw抗剪fvw抗拉、抗压和一级、二级三级抗剪ffw自动焊、半自动焊和E43型焊条的手工焊Q235钢d1621521518512516016d4020520517512016040d60200200170115160自动焊、半自动焊和E50型焊条的手工焊Q345钢d1631031026518020016d3529529525017020035d50265265225155200自动焊、半自动焊和E55型焊条的手工焊Q390钢d16