北京某国际公寓石材幕墙工程计算书

**国际公寓石材幕墙工程设设计计算书编制:校核:审核:北京**建筑装装饰设计与工工程有限责任任公司2002年110月5日目录录 目录 I-ⅡⅡ一概述 11工工程概况………………12结构计算理理论依据…………………13材料力学特特性………1二石材幕墙承承受荷载计算算 3 1风风荷载标准值值计算 3 2风风荷载设计值值 3 3石石材幕墙构件件重量荷载 3 4地地震作用 4 三石材的选选用与校核 5 1石石材板块自重重计算 5 2垂垂直于石材平平面的分布水水平地震作用用………5 3石石材抗弯强度度计算 5 4石石材抗剪强度度计算 75不锈钢挂件件挂板抗剪强强度计算 7四石材幕墙杆杆件计算 9(一)标准层层幕墙杆件计计算 91选料 9 2选选用立柱型材材的截面特性性 11 3幕幕墙立柱强度度计算 12 4幕幕墙立柱刚度度计算 13 5幕幕墙立柱抗剪剪计算 13 (二))横梁计算 14 1选选用横梁型材材的截面特性性 14 2横横梁抗弯强度度计算 14 3横横梁抗剪强度度计算 18 4横横梁刚度计算算 19 五连接件计计算 20 1横横梁与立柱连连接 20 2立立柱与连接件件的焊缝计算算 20六幕墙植栓计算算 231．工程概况：：基本参数:北北京地区石材幕墙总总高=10.000m设计层高:2.8000m石材幕幕墙最大分格格:B×HH=0.7mm×1.2m抗震8度设防基本说明:***国际公寓寓位于北京地地区，故按照照C类地区进行行计算，风压压按50年一遇考虑虑，石材幕墙墙标准层最大大分格主楼宽宽0.7m,高1.2m。按国家现现行行业标准准针对本工程程的实际情况况，对石材幕幕墙的石板，支支撑受力杆件件以及各种相相关连接件进进行强度计算算和校核。 本设计依据以以下规范：《钢钢结构设计规规范》（GBJ177-88） 《建筑结构构荷载规范》（GBJ9-87） 《建筑抗震震设计规范》（GBJ11-89）《金属与石石材幕墙工程程技术规范》（JGJ133-2001J-2001）参考：《玻玻璃幕墙工程程技术规范》（JGJ102-96） 《机械设计计手册》总包方提供的的图纸2．结构计算理理论依据：线弹性计算理论论、小挠度变变形计算理论论3．材料力学特特性：钢材材质为QQ235A：弹性模量量E==2.06××10^5N/mm^^2抗拉、压、弯弯强度fa=2115N/mm^^2线膨胀系数αα=1.2××10^-5N//mm^2抗剪强度fv=1225N/mm^^2石材材质为花花岗岩：弹性模模量E=0..8×10^^5N/mmm^2抗拉、弯强强度fa=3.77N/mmm^2线膨胀系数αα=0.8××10^-5N//mm^2抗剪强度fv=1.99N/mmm^2钢筋一级钢筋筋：抗拉强强度fy=2210N/mm^2混凝土C255混凝土：轴心抗抗压fc=115N/mm^^2螺栓采用不锈锈钢螺栓：抗拉强强度：ftbb=180N/mm^^2抗剪强度：：fvb=1130N//mm^2二、石材幕墙承承受荷载计算算1.风荷载标标准值计算:本幕墙设计按按50年一遇风压压计算Wk:作用在幕墙墙上的风荷载载标准值(kN/m2)Wo:北京当地基基本风压:0.335kN/m^2根据现行<<建建筑结构荷载载规范>>GGBJ9-887附图(全国基本本风压分布图图)中数值采用用βz:瞬时风风压的阵风系系数:取2.25μs:风荷载载体型系数:1.55μz:10m高高处风压高度度变化系数(按B类区计算):1.114按<<建筑结构构荷载规范>>>GBJ99-87表则10米处风荷荷载标准值为为:Wk=βz×μμz×μs×W0××1.1=22.25×11.14×11.5×0..35×1..1=11.48kNN/m22.风荷载设设计值:W:风风荷载设计值值:kN//m^2rw:风荷载作用用效应的分项项系数：1..4按《玻璃幕墙工工程技术规范范》JGJ102-996()条规规定采用W=rww×Wk=11.4×1..48=2..07kN//m^23.石材幕墙墙构件重量荷荷载：GAk::石材幕墙构构件(包括石材和和钢龙骨)的平均自重:9000N/m^2GA:石材幕墙构构件(包括石材和和钢龙骨)的平均自重重荷载设计值值:GA==GAk×1.2=9000N/mm^2×1.2=10080N/mm^24.地震作用用:垂直于石材幕墙墙平面的分布布水平地震作作用:幕墙考虑8度设设防qEAkk:垂直于石材材幕墙平面的的分布水平地地震作用(kN//m^2)βE:动力放放大系数:可取5.0按《玻璃幕墙工工程技术规范范》JGJ102-996（）条规规定采用αhmax:水平地震影影响系数最大大值:0.116按《玻璃幕墙工工程技术规范范》JGJ102-996（）条规规定及《建筑筑抗震设计规规范》采用Gk:石材幕墙构构件的重量qEAKK=βE×αmax×GGAK=5.0××0.16××0.9=0.722kN/m^2qEA==1.3×GGEAK=11.3×0..72=0..94kNN/m^2(2)平行于于石材幕墙平平面的均布竖竖向地震作用用:QEAkk:平行于石材材幕墙平面的的均布竖向地地震作用(kN))βE:动力放放大系数:可取5.0Gk:石材幕墙构构件的重量QEAK=βEE×αvmax×GGk按按《玻璃幕墙墙工程技术规规范》JGJJ102--96()=5×0..16×0..9=0.722kN/m^2QEA=1.33×GEAkk=1.3××0.72=0.944kN/m^2二、石材的选用用与校核1.石材板块块自重计算:GAk::石材板块平平均自重(不包括钢龙龙骨):t:石石材板块计算算厚度:25mmm石材的体体积密度为:288(kN/mm^2)GAk==28×t//1000==28×255/10000==0.70kkN/m^22.垂直于石石材平面的分分布水平地震震作用:αmax:水水平地震影响响系数最大值值:0.116qEAkk:垂直于石材材平面的分布布水平地震作作用(kN/m2)qEAkk=5×αmax×GGAk=5×0..16×0..70=0.566kN/m^2qEA::垂直于石材材平面的分布布水平地震作作用设计值(kN/m2)qEA==rE×qEEAk==1.3×00.56==0.73kkN/m^23.石材的抗抗弯强度计算算:石板材抗抗弯按照四点点固定板材进进行计算，校校核依据:σ≤ｆg=3..7N/mmm^2石材板块由四个个不锈钢挂件件支承，挂件件中心距分格格两端0.1mq:石石材所受组合合荷载:t:石石材计算厚度度:25mmma,b::最大石材板板块的计算宽宽度和高度分分别为0.77m和1.2mm:四角支撑撑板在均布荷荷载作用下最最大弯矩系数数,按边长比a/b查表得:0.1122σw:石材所所受应力:采用Sww+0.6SSE组合:q1=WW+0.6××qEA=2..07+0..6×0.773=2.51kNN/m^2取最大石材板进进行验算σw=6×ψ11×q1×aa^2×10000/t^22==66×0.1222×2.51×0.46×10000/255^2==11.35N//mm^2＜ｆg=3.77N/mm^2故石材的的抗抗弯强度均均满满足要求4.石材抗剪剪强强度计算:校核依据据::τmax≤[τ]=1.99N/mmm^^2计算图如下：标准层以以上上最大板块块抗抗剪强度验验算算:每块石材由四四个不不锈钢挂件件与与龙骨连接,由风荷载和和地震荷载载所所产生的垂垂直直于石材板板面面的均布面面荷荷载设计值值为为2.51kkN/m22,,每个不锈钢钢挂件长500mm,则石石材在水水平荷载作作用用下的受剪剪面面积为A=((50+155×2)×15×4=480000mmτ=q1×B××H××1000//A=2.51×00..7×1.2×1000//48000SSS=0.74NN//mm^2<[τ]=1.99N/mmm^^2石板抗剪剪强强度满足使使用用要求上述结果说明5500mm长不锈锈钢挂件满满足足要求,石板抗剪强强度满足使使用用要求.5.不锈钢挂挂件挂板抗抗剪强度计计算算:校核依据据::τmax≤[τ]=120N/mmm^2标准层以以上上最大板块块BB×H=0.77mm×1.2m不锈锈钢挂件挂挂钩钩抗剪强度度验验算,不锈钢挂件件挂钩厚2mmm,所受的的最大大剪应力为为::τ=q1×B××H××1000//A=2.51×00.7×11.2×1000//2×50×2=17.92NN/mmm^2<[τ]=120N/mmm^2不锈钢挂挂件件挂钩抗剪剪强强度满足使使用用要求综上所述,对于于本本工程的板板材材,采用50mm宽不锈钢钢挂件,可以满足抗抗剪要求四、石材幕墙杆杆件件计算（一）、标准层层幕幕墙杆件计计算算:幕墙立柱按双跨跨连连续梁力学学模模型进行设设计计计算：计算简图图如如下：1.选料:(1)风荷载设设计计值的线密密度度:qw:风风荷荷载设计值值的的线密度rw:风风荷荷载作用效效应应的分项系系数数：1.4Ｗk:风风荷载标准准值:1.48kNN/m^22B:幕幕墙墙龙骨分格格宽宽:1.2mqw=11..4×Wkk××B=11..4×1.48×11.2=22..49kN//m(2)立柱弯矩矩::Mw:风风荷载作用用下下立柱弯矩(kN·m))qw:风风荷载设计计值值的线密度:2.499kN/mHsjccgg:立柱计算跨跨度:1.800mm按《机械设计手手册册》第三版版第第一卷表1--1-800采采用Mw=LL^^2×qww//8=11..8^2×2.449/8=11..38kN··mqEA::地震作用设设计值:qEAKK::地震作用:0.722kN/m^^2γE:幕墙地地震作作用分项系系数数:1.33qEA==11.3×qqEEAk==11.3×00..72==00.94kN/mm^2qE:地地震作用设设计计值的线密密度度:qE=qqEEA×B=00..94×1.22=11..128kkNN·mME:地地震作用下下立立柱弯矩(kN·m)):按《机械设计手手册册》第三版版第第一卷表1--1-800采采用ME=LL^^2×qE/8=11..82×1.1228/8=00..62kN··mM:幕幕墙墙立柱在风风荷荷载和地震震作作用下产生生弯弯矩(kN·m))采用Sww++0.6SSEE组合M=Mww++0.6××MME=1..338+0.66×0.622=1..7752kN··m(3)W:立立柱柱抗弯矩预预选选值(cm^3))W=M××110^3//11.05//2215=1..7752×100^3/11..05/22115=7..776cm^33qWk::风荷载标准准值线密度(kN/m))qwk==WWk×B==11.48×11.2==11.78kNN/mqEk::地震作用标标准值线密密度度(kN/m))qEk==qqEAk××BB==00.72×1.22==00.8644kkN/m2.选用立柱柱型型材的截面面特特性:选用型材号:660X40X4.8mm槽钢截面图如如下下：型材材强强度设计值:2155N/mmm^^2型材弹性性模模量:E=22.06××110^7NN//cm^22X轴惯性性矩矩:Ix==50.8cmm^4Y轴惯性性矩矩:Iy==28.4cmm^4X轴抵抗抗矩矩:Wx=16.1cmm^3X轴抵抗抗矩矩:Wy=4.50cmm^3型材截面面积积:A=8..45cm^^2型材计算算校校核处壁厚:t=4.800mm塑性发展展系系数:γ=1.0553.幕墙立柱柱的的强度计算:校核依据据::N/AA++m/γW≤ｆa=2155N/mmm^^2(拉弯构件)()幕墙立柱柱受受荷宽:1.22000mGAk::幕墙自重:9000N/m^^22幕墙自重重线线荷载:Gk=99000×Wffgg/100000=99000×1..2200/110000=11..08kNN//mNK:立立柱受力:Nk=GGkk×Hsjjccg=11..08×1..8=11..94kNN:立立柱柱受力设计计值值:rG:结结构自重分分项项系数:1.22N=1..22×Nk=1..22×1.944=2..333kNσ:立柱计算算强度(NN/mm^^22)(立柱为拉弯弯构件)N:立立柱柱受力设计计值值:2.333kNA:立立柱柱型材截面面积积:8.455cm^2m:立立柱柱弯矩:1.7522kN·mWx:立立柱截面抗抗弯弯矩:16.11cm^3γ:塑性发展展系数:1.055σ=N×10//A++M×100^^3/1..005/Wxx=22..33×100/8.455+1.7522×10^33/1.0055/16.11=11006.866NN/mm^^22106.8866N/mm^^2<ｆa=215N/mmm^2立柱强度度能能满足4.幕墙立柱柱的的刚度计算:校核依据据::Umaaxx≤[U]=155mm且Umax≤L/300()Umaxx::立柱最大挠挠度Umaxx==5×（qWK＋0.6×qqEK）×L^2/(3384×EE××I)==5×（1.78＋0.6×00.8644）×L^2/(3384×22006×511)=10.6mmm<115mmDu:立立柱挠度与与立立柱计算跨跨度度比值:Hsjccgg:立柱计算跨跨度:1.800mmDu=UU//L1/110000=1100.6/1.800//10000=00..0058<<L/300挠度能满满足足要求5.幕墙立柱柱抗抗剪计算:校核依据据::τmax≤[τ]=125..00N/mmm^2(1)Qwk::风荷载作用用下剪力标标准准值(kN)Qwk==qqwk/LL=22..62KN(2)Qw:风风荷载作用用下下剪力设计计值值(kN)Qw=11..4×Qwwkk=11..4×2.662=33..67kN(3)QEk::地震作用下下剪力标准准值值(kN)(4)QE:地地震作用下下剪剪力设计值(kN)QE=11..3×QEEkk=11..3×0..772=00..94kNN(5)Q:立立柱柱所受剪力:采用Qww++0.6QQEE组合Q=Qww++0.6××QQE=3..667+0.66×0.9944=4..223kN(6)立柱剪应应力力:τ:立柱剪应应力:Ss:立立柱型材截截面面面积矩:3.60cm^33Ix:立立柱型材截截面面惯性矩:51cm^44t:立立柱柱壁厚:4.8mmτ=Q×Ss××1000/Ixx//t=44..23×3.60×1000/51/4.8=66..22N/mmm^26.22N/mmmm^2〈125.000N/mmm^^2立柱抗剪剪强强度可以满满足足（三）、横梁计计算算1.选用横梁梁型型材的截面面特特性:选用型材材号号:角钢50X50X5mm等边角角钢横梁截面图X轴惯性矩:Ixx=11.221cm4Y轴惯性性矩矩:Iy==11.211cm4X轴抵抗抗矩矩:Wx1=3.13cmm3X轴抵抗矩:Wxx2=7.90cmm3Y轴抵抗抗矩矩:Wy1=3.13cmm3Y轴抵抗抗矩矩:Wy2=7.90cmm3型材截面面积积:A=4..80cm2塑性发展展系系数:γ=1.0552.幕墙横梁梁的的抗弯强度度计计算:校核依据据::A点应力:σA=Mx/γWx1+My/γWy2≤ｆa=2155N/mmm22A点应力:σσB==Mx/γWx2+My/γWy1≤ｆa=2155N/mmm22横梁在自重作用用下下的弯矩(kN·m))L:横梁长度度((即分格宽):1.2mH:幕幕墙墙分格高:1.8mGAk::自重:9000N/m2Gk:横横梁所受重重力力荷载线密密度度:Gk=99000×H//11000=99000×1.88/10000=11..62kN//m竖向地震荷载标标准准值线密度(kN/m))qevk=5..00×0.0522×1.62=0..442G:横横梁梁自重荷载载设设计值+竖向地震荷荷载设计值值线线密度(kN/m))G=1..00×Gk+1.3×qevk=1..00×1.62++1.3×0.42=2..117kN/mmMx:横横梁在自重重荷荷载作用下下的的弯矩(kN·mm)(立柱位于水水平分格处处,,不锈钢挂件件离立柱两两边边0.1m,,横梁按照两两点集中荷荷载载计算)横梁计算简图竖向集中荷载为为Px=GG××1.0/22=1.0855kNMx=PPx×0.1=11..085×0.1=00..1085kNN·m(2)横梁在风风荷荷载作用下下的的弯矩(kN·m))风荷载作作用用下的水平平集集中荷载为Pyw=W×BB××H/2==22.07×1.2×1.2/2==11.48kkNNMyw::横梁在风荷荷载作用下下的的弯矩(kN·m))Myw==PPyw×0.1==11.48×0.1==00.1488kkN·m(3)横梁在在水水平地震作作用用下横梁弯弯矩矩(kN·m))水平地地震震作用下的的水水平集中荷荷载载为PyE=qEEAA×B×H/2=0.944××1.2×1.2/22=0.67kkNNMyE:横梁梁在在水平地震震作作用下的弯弯矩矩(kN·m))MyE=PyyEE×0.1=0.6677×0.1=0.06677kN·m(4)横梁强度度::Mx:竖直方方向向荷载作用用下下产生弯矩(kN·m)):0.355My:水平方方向向荷载作用用下下产生弯矩(kN·m))My=Myw++00.6×MyE=00.1488++0.6×0.0677=0.11888kN·mmA点应力:σA=Mx//γWxx2+My/γWy1=0.108855×1000//1.055//4.077++0.18888×1000//1.055//1.600=137.33N//mm21377..3N/mmm2〈ｆa=215N/mmm2B点应力:σB=Mx//γWxx1+My/γWy2=0.108855×1000//1.055//1.6++00.1888××1000//1.055//4.077=108.6NN/mmm2108..66N/mm2〈ｆa=215N/mmm2横梁抗弯弯强强度可以满满足足3.幕墙横梁梁的的抗剪强度度计计算:校核依据据::1.5×Vx/Awwx≤[τ]=125N/mmm21.5×Vy//AAwy≤[τ]=125N/mmm2式中:Vx:横梁竖直方方向的剪力力设设计值(N)Vy:横梁梁水水平方向的的剪剪力设计值值((N)Awx::横梁截面水水平方向腹腹板板截面面积积((mm2)Awy:横梁梁截截面竖直方方向向腹板截面面面面积(mm2)[τ]::型型材抗剪强强度度设计值Vx=PPxx=108855NVy=PPyyw+0..66PyE==11480++00.6×670=11882NNAwx==AAwy=AA//2=30099/2=11555mmm22故:1.5×Vx//AAwx=11..5×1085//155==110.5NN//mm2〈[τ]=125N/mmm21.5×Vy//AAwy=11..5×1882//155==118.2NN//mm2〈[τ]=125N/mmm24.幕墙横梁的的刚度计计算：校核依据据::Umaaxx≤[U]=2200mm且Umax≤L/1800Pyk:横梁梁所所受的水平平集集中荷载标标准准值(kN)Pxk::横梁所受的的竖直集中中荷荷载标准值值((kN)Pxk==WWk×B×H/4+00.6×qEAk×B×H/4==11.48×1.2×1.2/44+0.66××0.72×1.22×1.2/44==00.68KNN水平荷载作用下下产产生的挠度:u1=PPxk×a×B2×(3-4×a2/B2)/24//E/Iyy=00..68×0.1×0.682×1000×(3-4×0.12/0.6882)/24//2.1//44.60=00..393mmmmPyk==GGAk×B×H/2==00.9×1.2×1.2/22==00.64KKNNu2=Pykk×a×BB2×(3-4×a2/B2)/24//E/Ixx=00..64×0.1×0.682×1000×(3-4×0.12/0.6882)/24//2.1//44.60=00..370mmmu=(uu112+u22)0.5=((0.3932+0.3702)0.5=0.54mmm<1mmmDu=U//LL/10000=0..554/1/10000=0..000054<L/180横梁挠度可以满满足足要求五、连接件计算算1.横梁与立立柱柱连接:横梁与立立柱柱焊接连接由横梁抗抗剪剪强度计算算可可知,连接部位所所受的竖直直剪剪力为:Vx=110085N连接部位位所所受的水平平剪剪力为:Vy=188822N连接部位位所所受的总剪剪力力为:V=(VVxx2+Vy2)0.5=(108522++1882222)0.5=2172.44NNA:焊缝面积为为(有效效焊缝长度度取取为80mm,焊缝高高4mmm)80×6×0.7=336mmm2τ:焊缝所受的的剪应力力τ=V/A=221172.44//336=66..46N/mmm2〈[τ]=160NN/mm2故焊缝强强度度可以满足2.立柱与连连接接件的焊缝缝计计算立柱与主主结结构通过两两个个50×50×5等边角钢焊焊接连接,故只需验算算焊缝强度采用SGG++SW+00..6SE组合N1wkk::连接处风荷荷载总值(N):N1wkk==Wk×BB××Hsjccgg×100000×1.1==1.48×1.2×1.8×10000×1..1==3516..4NN1Ekk::连接处地震震作用(N):N1Ekk==qEAkk××B×Hssjjcg×110000×1..1==0.722××1.2×1.8×10000×1..1==1710..7NN1E::连接处地震震作用设计计值值(N):N1E==11.3×NN11Ek