XX工程石材幕墙结构设计计算书.docx

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XX工程石材幕墙结构设计计算书

xx区政府机关大院石材幕墙设计计算书

基本参数:

xx地区

抗震6度设防

Ⅰ.设计依据:

《建筑结构荷载规范》GBJ9-87

《钢结构设计规范》GBJ17-88

《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-96

《金属与石材幕墙工程技术规范》JGJ133-2001

《建筑幕墙》JG3035-96

《建筑结构静力计算手册》（第二版）

《建筑幕墙物理性能分级》GB/T15225-94

《铝及铝合金阳极氧化，阳极氧化膜的总规范》GB8013

《铝及铝合金加工产品的化学成份》GB/T3190

《碳素结构钢》GB700-88

《硅酮建筑密封胶》GB/T14683-93

《建筑幕墙风压变形性能检测方法》GB/T15227

《建筑幕墙雨水渗漏形性能检测方法》GB/T15228

《建筑幕墙空气渗透形性能检测方法》GB/T15226

《建筑结构抗震规范》GBJ11-89

《建筑设计防火规范》GBJ16-87（修订本）

《高层民用建筑设计防火规范》GB50045

《建筑物防雷设计规范》GB50057-94

《铝合金建筑型材》GB/T5237-93

《民用建筑隔声设计规范》GBJ118-88

《民用建筑热工设计规范》GB50176-93

《采暖通风与空气调节设计规范》GBJ19-87

《优质碳素结构钢技术条件》GB699-88

《低合金高强度结构钢》GB1579

《不锈钢棒》GB1220

《不锈钢冷加工钢棒》GB4226

《聚硫建筑密封胶》JC483-92

《铝及铝合金板材》GB3380-97

《不锈钢冷轧钢板》GB3280-92

《不锈钢热轧钢板》GB4237-92

《建筑幕墙窗用弹性密封剂》JC485-92

Ⅱ.基本计算公式:

（1）.场地类别划分:

根据地面粗糙度,场地可划分为以下类别:

A类近海面,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中小城镇和大城市郊区;

C类指有密集建筑群的大城市市区;

xx区政府机关大院按B类地区计算风压

（2）.风荷载计算:

风荷载计算公式:

Wk=鈠嘴z嘴s譝0

其中:

Wk---作用在幕墙上的风荷载标准值（kN/m^2）

鈠---瞬时风压的阵风系数取为2.25

靭---风压高度变化系数,按《建筑结构荷载规范》GBJ9-87取定,

根据不同场地类型,按以下公式计算:

A类场地:

靭=1.379_（Z/10）^0.24

B类场地:

靭=（Z/10）^0.32

C类场地:

靭=0.713_（Z/10）^0.40

本工程属于B类地区,故靭=（Z/10）^0.32

靤---风荷载体型系数,按1.5取用

W0---基本风压,按全国基本风压图,xx地区取为0.650KN/m^2,

（3）.地震作用计算:

qEAk=釫揍max譍AK

其中:

qEAk）--水平地震作用标准值

釫---动力放大系数,按5.0取定

醡ax）--水平地震影响系数最大值,按相应设防烈度取定:

6度:

醡ax=0.04

7度:

醡ax=0.08

8度:

醡ax=0.16

9度:

醡ax=0.32

xx设防烈度为6度,故取醡ax=0.040

GAK---幕墙构件的自重（N/m^2）

（4）.荷载组合:

水平荷载标准值:

qk=Wk+0.6qEAk

水平荷载设计值:

q=1.4Wk+0.6×1.3qEAk

荷载和作用效应组合的分项系数,按以下规定采用:

A、承载力计算时:

重力荷载:

1.2

风荷载:

1.4

地震作用:

1.3

B、挠度和变形计算时:

重力荷载:

1.0

风荷载:

1.0

地震作用:

1.0

荷载和作用效应组合的组合系数,按以下规定采用:

第一个可变荷载按1.0取用

第二个可变荷载按0.6取用

一、风荷载计算

1、标高为17.250处风荷载计算

（1）.风荷载标准值计算:

Wk:

作用在幕墙上的风荷载标准值（kN/m^2）

靭:

17.250m高处风压高度变化系数（按B类区计算）:

（GBJ9-876.2.1）

靭=（Z/10）^0.32=1.191

Wk=鈠嘴z嘴s譝0（JGJ102-965.2.2）

=2.25_1.191_1.5_0.650

=2.612kN/m^2

（2）.风荷载设计值:

W:

风荷载设计值:

kN/m^2

rw:

风荷载作用效应的分项系数：

1.4

按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-965.1.6条规定采用

W=rw×Wk=1.4×2.612=3.657kN/m^2

2、标高为15.250处风荷载计算

（1）.风荷载标准值计算:

Wk:

作用在幕墙上的风荷载标准值（kN/m^2）

靭:

15.250m高处风压高度变化系数（按B类区计算）:

（GBJ9-876.2.1）

靭=（Z/10）^0.32=1.145

Wk=鈠嘴z嘴s譝0（JGJ102-965.2.2）

=2.25_1.145_1.5_0.650

=2.511kN/m^2

（2）.风荷载设计值:

W:

风荷载设计值:

kN/m^2

rw:

风荷载作用效应的分项系数：

1.4

按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-965.1.6条规定采用

W=rw×Wk=1.4×2.511=3.515kN/m^2

二、板强度校核:

石材校核:

（第1处）

1.石材强度校核

校核依据：

蟆躘骫=3.600N/mm^2

a:

短边长度:

0.600m

b:

长边长度:

0.900m

t:

石材厚度:

30.0mm

m1:

四角支承板弯矩系数,按短边与长边的边长比（a/b=0.667）

查表得:

0.034

Wk:

风荷载标准值:

2.612kN/m^2

垂直于平面的分布水平地震作用:

qEAk）:

垂直于幕墙平面的分布水平地震作用（kN/m^2）

qEAk=5×0.040×600.000/1000

=0.072kN/m^2

荷载组合设计值为：

Sz=1.4×Wk+1.3×0.6×qEAk

=3.713kN/m^2

应力设计值为：

_=6譵1譙z譩^2_10^3/t^2

=6_0.034_3.713_0.900^2_10^3/30.0^2

=0.684N/mm^2

0.684N/mm^2≤3.600N/mm^2强度可以满足要求

2.石材剪应力校核

校核依据:

鬽ax≤[鬩

_:

石板中产生的剪应力设计值（N/mm^2）

n:

一个连接边上的挂钩数量:

4

t:

石板厚度:

30.0mm

d:

槽宽:

6.0mm

s:

槽底总长度:

100.0mm

_:

系数,取1.30

对边开槽

_=Sz譨譩租_1000/[n_（t-d）譻]

=0.136N/mm^2

0.136N/mm^2≤1.800N/mm^2

石材抗剪强度可以满足

3.挂钩剪应力校核

校核依据:

鬽ax≤[鬩

_:

挂钩剪应力设计值（N/mm^2）

Ap:

挂钩截面面积:

19.600mm^2

n:

一个连接边上的挂钩数量:

4

对边开槽

_=Sz譨譩租_1000/（2譶譇p）

=16.623N/mm^2

16.623N/mm^2≤125.000N/mm^2

挂板抗剪强度可以满足

三、幕墙立柱计算:

幕墙立柱计算:

（第1处）

幕墙立柱按简支梁力学模型进行设计计算：

1.选料:

（1）风荷载线分布最大荷载集度设计值（矩形分布）

qw:

风荷载线分布最大荷载集度设计值（kN/m）

rw:

风荷载作用效应的分项系数：

1.4

Wk:

风荷载标准值:

2.511kN/m^2

B:

幕墙分格宽:

0.685m

qw=1.4×Wk×B

=1.4×2.511×0.685

=2.408kN/m

（2）立柱弯矩:

Mw:

风荷载作用下立柱弯矩（kN·m）

qw:

风荷载线分布最大荷载集度设计值:

2.408（kN/m）

Hsjcg:

立柱计算跨度:

4.100m

Mw=qw×Hsjcg^2/8

=2.408×4.100^2/8

=5.060kN·m

qEA:

地震作用设计值（KN/M^2）:

GAk:

幕墙构件（包括板块和铝框）的平均自重:

650N/m^2

垂直于幕墙平面的分布水平地震作用:

qEAk）:

垂直于幕墙平面的分布水平地震作用（kN/m^2）

qEAk=5×0.040×650.000/1000

=0.130kN/m^2

鉋:

幕墙地震作用分项系数:

1.3

qEA=1.3×qEAk）

=1.3×0.130

=0.169kN/m^2

qE：

水平地震作用线分布最大荷载集度设计值（矩形分布）

qE=qEA×B

=0.169×0.685

=0.116kN/m

ME:

地震作用下立柱弯矩（kN·m）:

ME=qE×Hsjcg^2/8

=0.116×4.100^2/8

=0.243kN·m

M:

幕墙立柱在风荷载和地震作用下产生弯矩（kN·m）

采用Sw+0.6SE组合

M=Mw+0.6×ME

=5.060+0.6×0.243

=5.206kN·m

（3）W:

立柱抗弯矩预选值（cm^3）

W=M×10^3/1.05/215.0

=5.206×10^3/1.05/215.0

=58.883cm^3

qwk:

风荷载线分布最大荷载集度标准值（kN/m）

qwk=Wk×B

=2.511×0.685

=1.720kN/m

qEk:

水平地震作用线分布最大荷载集度标准值（kN/m）

qEk=0.130×0.685

=0.089kN/m

（4）I1,I2:

立柱惯性矩预选值（cm^4）

I1=900×（qwk+0.6×qEk）×Hsjcg^3/384/2.1

=900×（1.720+0.6×0.089）×4.100^3/384/2.1

=136.416cm^4

I2=5000×（qwk+0.6×qEk）×Hsjcg^4/384/2.1/20

=5000×（1.720+0.6×0.089）×4.100^4/384/2.1/20

=155.363cm^4

选定立柱惯性矩应大于:

155.363cm^4

2.选用立柱型材的截面特性:

选用型材号:

XC1\120-60-4

型材强度设计值:

215.000N/mm^2

型材弹性模量:

E=2.1×10^5N/mm^2

X轴惯性矩:

Ix=255.184cm^4

Y轴惯性矩:

Iy=84.920cm^4

X轴抵抗矩:

Wx1=42.531cm^3

X轴抵抗矩:

Wx2=42.531cm^3

型材截面积:

A=13.774cm^2

型材计算校核处壁厚:

t=3.000mm

型材截面面积矩:

Ss=27.193cm^3

塑性发展系数:

_=1.05

3.幕墙立柱的强度计算:

校核依据:

N/A+M/_/W≤ｆa=215.0N/mm^2（拉弯构件）（JGJ102-965.5.3）

B:

幕墙分格宽:

0.685m

GAk:

幕墙自重:

650N/m^2

幕墙自重线荷载:

Gk=650×Wfg/1000

=650×0.685/1000

=0.445kN/m

Nk:

立柱受力:

Nk=Gk×Hsjcg

=0.445×4.100

=1.826kN

N:

立柱受力设计值:

rG:

结构自重分项系数:

1.2

N=1.2×Nk

=1.2×1.826

=2.191kN

_:

立柱计算强度（N/mm^2）（立柱为拉弯构件）

N:

立柱受力设计值:

2.191kN

A:

立柱型材截面积:

13.774cm^2

M:

立柱弯矩:

5.206kN·m

Wx2:

立柱截面抗弯矩:

42.531cm^3

_:

塑性发展系数:

1.05

_=N_10/A+M_10^3/1.05/Wx2

=2.191_10/13.774+5.206_10^3/1.05/42.531

=118.165N/mm^2

118.165N/mm^2≤ｆa=215.0N/mm^2

立柱强度可以满足

4.幕墙立柱的刚度计算:

校核依据:

Umax≤[U]=15mm且Umax≤L/300

Umax:

立柱最大挠度

Umax=5×（qWk+0.6×qEk）×Hsjcg^4×1000/384/2.1/Ix

立柱最大挠度Umax为:

12.413mm≤15mm

Du:

立柱挠度与立柱计算跨度比值:

Hsjcg:

立柱计算跨度:

4.100m

Du=U/Hsjcg/1000

=12.413/4.100/1000

=0.003≤1/300

挠度可以满足要求

5.立柱抗剪计算:

校核依据:

鬽ax≤[鬩=125.0N/mm^2

（1）Qwk:

风荷载作用下剪力标准值（kN）

Qwk=Wk×Hsjcg×B/2

=2.511×4.100×0.685/2

=3.526kN

（2）Qw:

风荷载作用下剪力设计值（kN）

Qw=1.4×Qwk

=1.4×3.526

=4.937kN

（3）QEk:

地震作用下剪力标准值（kN）

QEk=qEAk×Hsjcg×B/2

=0.130×4.100×0.685/2

=0.183kN

（4）QE:

地震作用下剪力设计值（kN）

QE=1.3×QEk

=1.3×0.183

=0.237kN

（5）Q:

立柱所受剪力:

采用Qw+0.6QE组合

Q=Qw+0.6×QE

=4.937+0.6×0.237

=5.079kN

（6）立柱剪应力:

_:

立柱剪应力:

Ss:

立柱型材截面面积矩:

27.193cm^3

Ix:

立柱型材截面惯性矩:

255.184cm^4

t:

立柱壁厚:

3.000mm

_=Q譙s_100/Ix/t

=5.079_27.193_100/255.184/3.000

=18.040N/mm^2

18.040N/mm^2≤125.0N/mm^2

立柱抗剪强度可以满足

四、立梃与主结构连接

立梃与主结构连接:

（第1处）

Lct2:

连接处钢角码壁厚:

7.000mm

D2:

连接螺栓直径:

12.000mm

D0:

连接螺栓直径:

10.360mm

采用SG+SW+0.6SE组合

N1wk:

连接处风荷载总值（N）:

N1wk=Wk×B×Hsjcg×1000

=2.511×0.685×4.100×1000

=7052.144N

连接处风荷载设计值（N）:

N1w=1.4×N1wk

=1.4×7052.144

=9873.001N

N1Ek:

连接处地震作用（N）:

N1Ek=qEAk×B×Hsjcg×1000

=0.130×0.685×4.100×1000

=365.105N

N1E:

连接处地震作用设计值（N）:

N1E=1.3×N1Ek

=1.3×365.105

=474.637N

N1:

连接处水平总力（N）:

N1=N1w+0.6×N1E

=9873.001+0.6×474.637

=10157.783N

N2:

连接处自重总值设计值（N）:

N2k=650×B×Hsjcg

=650×0.685×4.100

=1825.525N

N2:

连接处自重总值设计值（N）:

N2=1.2×N2k

=1.2×1825.525

=2190.630N

N:

连接处总合力（N）:

N=（N1^2+N2^2）^0.5

=（10157.783^2+2190.630^2）^0.5

=10391.314N

Nvb:

螺栓的承载能力:

Nv:

连接处剪切面数:

2

Nvb=2×3.14×D0^2×130/4（GBJ17-887.2.1-1）

=2×3.14×10.360^2×130/4

=21905.971N

Num1:

立梃与建筑物主结构连接的螺栓个数:

Num1=N/Nvb

=10391.314/21905.971

=0.474个

取2个

Ncbl:

立梃型材壁抗承压能力（N）:

D2:

连接螺栓直径:

12.000mm

Nv:

连接处剪切面数:

4

t:

立梃壁厚:

3.000mm

Ncbl=D2×2×120×t×Num1（GBJ17-887.2.1）

=12.000×2×120×3.000×2.000

=17280.000N

17280.000N≥10391.314N

强度可以满足

Ncbg:

钢角码型材壁抗承压能力（N）:

Ncbg=D2×2×267×Lct2×Num1（GBJ17-887.2.1）

=12.000×2×267×7.000×2.000

=89712.000N

89712.000N≥10391.314N

强度可以满足

五、幕墙预埋件总截面面积计算

幕墙预埋件计算:

（第1处）

本工程预埋件受拉力和剪力

V:

剪力设计值:

V=N2

=2190.630N

N:

法向力设计值:

N=N1

=10157.783N

M:

弯矩设计值（N·mm）:

e2:

螺孔中心与锚板边缘距离:

60.000mm

M=V×e2

=2190.630×60.000

=131437.800N·m

Num1:

锚筋根数:

4根

锚筋层数:

2层

Kr:

锚筋层数影响系数:

1.000

关于混凝土：

混凝土标号C30

混凝土强度设计值:

fc=15.000N/mm^2

按现行国家标准≤混凝土结构设计规范≥GBJ10采用。

选用二级锚筋

锚筋强度设计值:

fy=310.000N/mm^2

d:

钢筋直径:

_12.000mm

醰:

钢筋受剪承载力系数:

醰=（4-0.08譫）_（fc/fy）^0.5（JGJ102-965.7.10-5）

=（4-0.08_12.000）_（15.000/310.000）^0.5

=0.669

t:

锚板厚度:

10.000mm

醔:

锚板弯曲变形折减系数:

醔=0.6+0.25譼/d（JGJ102-965.7.10-6）

=0.6+0.25_10.000/12.000

=0.808

Z:

外层钢筋中心线距离:

180.000mm

As:

锚筋实际总截面积:

As=Num1×3.14×d^2/4

=4.000×3.14×d^2/4

=452.160mm^2

锚筋总截面积计算值:

As1=（V/Kv+N/0.8/Kb+M/1.3/Kr/Kb/Z）/fy（JGJ102-965.7.10-1）

=63.480mm^2

As2=（N/0.8/Kb+M/0.4/Kr/Kb/Z）/fy（JGJ102-965.7.10-2）

=57.956mm^2

63.480mm^2≤452.160mm^2

57.956mm^2≤452.160mm^2

4根_12.000锚筋可以满足要求

A:

锚板面积:

60000.000mm^2

0.5fcA=450000.000N

N=10157.783N≤0.5fcA

锚板尺寸可以满足要求

六、幕墙预埋件焊缝计算

幕墙预埋件焊缝计算:

（第1处）

Hf:

焊缝厚度8.000

L:

焊缝长度70.000

髆:

弯矩引起的应力

髆=6譓/（2議e譴w^2_1.22）（GBJ17-887.1.2）

=16.032N/mm^2

髇:

法向力引起的应力

髇=N/（2議e譒w_1.22）（GBJ17-887.1.2）

=12.390N/mm^2

_:

剪应力

_=V/（2譎f譒w）（GBJ17-887.1.2）

=2.282N/mm^2

_:

总应力

_=（（髆+髇）^2+鬪2）^0.5（GBJ17-887.1.2-3）

=28.514

28.514N/mm^2≤160N/mm^2

焊缝强度可以满足!

七、幕墙立柱计算:

幕墙立柱计算:

（第2处）

幕墙立柱按简支梁力学模型进行设计计算：

1.选料:

（1）风荷载线分布最大荷载集度设计值（矩形分布）

qw:

风荷载线分布最大荷载集度设计值（kN/m）

rw:

风荷载作用效应的分项系数：

1.4

Wk:

风荷载标准值:

2.511kN/m^2

B:

幕墙分格宽:

1.406m

qw=1.4×Wk×B

=1.4×2.511×1.406

=4.943kN/m

（2）立柱弯矩:

Mw:

风荷载作用下立柱弯矩（kN·m）

qw:

风荷载线分布最大荷载集度设计值:

4.943（kN/m）

Hsjcg:

立柱计算跨度:

3.100m

Mw=qw×Hsjcg^2/8

=4.943×3.100^2/8

=5.937kN·m

qEA:

地震作用设计值（KN/M^2）:

GAk:

幕墙构件（包括板块和铝框）的平均自重:

650N/m^2

垂直于幕墙平面的分布水平地震作用:

qEAk）:

垂直于幕墙平面的分布水平地震作用（kN/m^2）

qEAk=5×0.040×650.000/1000

=0.130kN/m^2

鉋:

幕墙地震作用分项系数:

1.3

qEA=1.3×qEAk）

=1.3×0.130

=0.169kN/m^2

qE：

水平地震作用线分布最大荷载集度设计值（矩形分布）

qE=qEA×B

=0.169×1.406

=0.238kN/m

ME:

地震作用下立柱弯矩（kN·m）:

ME=qE×Hsjcg^2/8

=0.238×3.100^2/8

=0.285kN·m

M:

幕墙立柱在风荷载和地震作用下产生弯矩（kN·m）

采用Sw+0.6SE组合

M=Mw+0.6×ME

=5.937+0.6×0.285

=6.109kN·m

（3）W:

立柱抗弯矩预选值（cm^3）

W=M×10^3/1.05/215.0

=6.109×10^3/1.05/215.0

=69.094cm^3

qwk:

风荷载线分布最大荷载集度标准值（kN/m）

qwk=Wk×B

=2.511×1.406

=3.530kN/m

qEk:

水平地震作用线分布最大荷载集度标准值（kN/m）

qEk=qEAk）

=0.130×1.406

=0.183kN/m

（4）I1,I2:

立柱惯性矩预选值（cm^4）

I1=900×（qwk+0.6×qEk）×Hsjcg^3/384/2.1

=900×（3.530+0.6×0.183）×3.100^3/384/2.1

=121.030cm^4

I2=50