石材幕墙设计计算书Word文件下载.docx
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(Z/10)0.32
μz=0.616×
(Z/10)0.44
μz=0.318×
(Z/10)0.60
本工程属于C类地区,故μz=0.616×
μs---风荷载体型系数,按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001第7.3.3条取为:
-2.0
W0---基本风压,按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001附表D.4给出的50年一遇的风压采用,但不得小于0.3kN/m2,内江地区取为0.400kN/m2
(3).地震作用计算:
qEAk=βE×
αmax×
GAK
qEAk---水平地震作用标准值
βE---动力放大系数,按5.0取定
αmax---水平地震影响系数最大值,按相应抗震设防烈度和设计基本地震加速度取定:
αmax选择可按JGJ102-2003中的表5.3.4进行。
表5.3.4水平地震影响系数最大值αmax
抗震设防烈度
6度
7度
8度
αmax
0.04
0.08(0.12)
0.16(0.24)
注:
7、8度时括号内数值分别用于设计基本地震速度为0.15g和0.30g的地区。
设计基本地震加速度为0.05g,抗震设防烈度6度:
αmax=0.04
设计基本地震加速度为0.10g,抗震设防烈度7度:
αmax=0.08
设计基本地震加速度为0.15g,抗震设防烈度7度:
αmax=0.12
设计基本地震加速度为0.20g,抗震设防烈度8度:
αmax=0.16
设计基本地震加速度为0.30g,抗震设防烈度8度:
αmax=0.24
设计基本地震加速度为0.40g,抗震设防烈度9度:
αmax=0.32
内江设计基本地震加速度为0.05g,抗震设防烈度为6度,故取αmax=0.04
GAK---幕墙构件的自重(N/m2)
(4).作用效应组合:
一般规定,幕墙结构构件应按下列规定验算承载力和挠度:
a.无地震作用效应组合时,承载力应符合下式要求:
γ0S≤R
b.有地震作用效应组合时,承载力应符合下式要求:
SE≤R/γRE
式中S---荷载效应按基本组合的设计值;
SE---地震作用效应和其他荷载效应按基本组合的设计值;
R---构件抗力设计值;
γ0----结构构件重要性系数,应取不小于1.0;
γRE----结构构件承载力抗震调整系数,应取1.0;
c.挠度应符合下式要求:
df≤df,lim
df---构件在风荷载标准值或永久荷载标准值作用下产生的挠度值;
df,lim---构件挠度限值;
d.双向受弯的杆件,两个方向的挠度应分别符合df≤df,lim的规定。
幕墙构件承载力极限状态设计时,其作用效应的组合应符合下列规定:
1有地震作用效应组合时,应按下式进行:
S=γGSGK+γwψwSWK+γEψESEK
2无地震作用效应组合时,应按下式进行:
S=γGSGK+ψwγwSWK
S---作用效应组合的设计值;
SGk---永久荷载效应标准值;
SWk---风荷载效应标准值;
SEk---地震作用效应标准值;
γG---永久荷载分项系数;
γW---风荷载分项系数;
γE---地震作用分项系数;
ψW---风荷载的组合值系数;
ψE---地震作用的组合值系数;
进行幕墙构件的承载力设计时,作用分项系数,按下列规定取值:
①一般情况下,永久荷载、风荷载和地震作用的分项系数γG、γW、γE应分别取1.2、1.4和1.3;
②当永久荷载的效应起控制作用时,其分项系数γG应取1.35;
此时,参与组合的可变荷载效应仅限于竖向荷载效应;
③当永久荷载的效应对构件利时,其分项系数γG的取值不应大于1.0。
可变作用的组合系数应按下列规定采用:
①一般情况下,风荷载的组合系数ψW应取1.0,地震作用于的组合系数ψE应取0.5。
②对水平倒挂玻璃及框架,可不考虑地震作用效应的组合,风荷载的组合系数ψW应取1.0(永久荷载的效应不起控制作用时)或0.6(永久荷载的效应起控制作用时)。
幕墙构件的挠度验算时,风荷载分项系数γW和永久荷载分项系数均应取1.0,且可不考虑作用效应的组合。
Ⅲ.材料力学性能:
材料力学性能,主要参考JGJ102-2003《玻璃幕墙工程技术规范》。
(1).玻璃的强度设计值应按表5.2.1的规定采用。
表5.2.1玻璃的强度设计值fg(N/mm2)
种类
厚度(mm)
大面
侧面
普通玻璃
5
28.0
19.5
浮法玻璃
5~12
28.0
15~19
24.0
17.0
≧20
20.0
14.0
钢化玻璃
84.0
58.8
72.0
50.4
59.0
41.3
注:
1.夹层玻璃和中空玻璃的强度设计值可按所采用的玻璃类型确定;
2.当钢化玻璃的强度标准达不到浮法玻璃强度标准值的3倍时,表中数值应根据实测结果予于调整;
3.半钢化玻璃强度设计值可取浮法玻璃强度设计值的2倍。
当半钢化玻璃的强度标准值达不到浮法玻璃强度标准值的2倍时,其设计值应根据实测结果予于调整;
4.侧面玻璃切割后的断面,其宽度为玻璃厚度。
(2).铝合金型材的强度设计值应按表5.2.2的规定采用。
表5.2.2铝合金型材的强度设计值fa(N/mm2)
铝合金牌号
状态
壁厚(mm)
强度设计值fa
抗拉、抗压
抗剪
局部承压
6061
T4
不区分
85.5
49.6
133.0
T6
190.5
110.5
199.0
6063
T5
120.0
140.0
81.2
161.0
6063A
≦10
124.4
72.2
150.0
〉10
116.6
67.6
141.5
147.7
85.7
172.0
163.0
(3).钢材的强度设计值应按现行国家标准《钢结构设计规范》GB50017-2003的规定采用,也可按表5.2.3采用。
表5.2.3钢材的强度设计值fs(N/mm2)
钢材牌号
厚度或直径d(mm)
抗拉、抗压、抗弯
端面承压
Q235
d≤16
215
125
325
16<d≤40
205
120
40<d≤60
200
115
Q345
310
180
400
16<d≤35
295
170
35<d≤50
265
155
表中厚度是指计算点的钢材厚度;
对轴心受力杆件是指截面中较厚钢板的厚度.
(4).玻璃幕墙材料的弹性模量可按表5.2.8的规定采用。
表5.2.8材料的弹性模量E(N/mm2)
材料
E
玻璃
0.72x105
铝合金
0.70x105
钢、不锈钢
2.06x105
消除应力的高强钢丝
2.05x105
不锈钢绞线
1.20x105~1.50x105
高强钢绞线
1.95x105
钢丝绳
0.80x105~1.00x105
注:
钢绞线弹性模量可按实测值采用。
(5).玻璃幕墙材料的泊松比可按表5.2.9的规定采用。
表5.2.9材料的泊松比υ
υ
玻璃
0.20
0.30
0.33
高强钢丝、钢绞线
(6).玻璃幕墙材料的线膨胀系数可按表5.2.10的规定采用。
表5.2.10材料的线膨胀系数α(1/℃)
材料
α
α
0.80×
10-5~1.00×
10-5
不锈钢板
1.80×
2.35×
混凝土
1.00×
铝材
1.20×
砌砖体
0.50×
(7).玻璃幕墙材料的重力密度标准值可按表5.3.1的规定采用。
表5.3.1材料的重力密度γg(kN/m3)
γg
普通玻璃、夹层玻璃、
钢化玻璃、半钢化玻璃
25.6
矿棉
1.2~1.5
玻璃棉
0.5~1.0
钢材
78.5
岩棉
0.5~2.5
一、风荷载计算
标高为35.0m处风荷载计算
(1).风荷载标准值计算:
W0:
基本风压
W0=0.40kN/m2
βgz:
35.0m高处阵风系数(按C类区计算)
(Z/10)-0.22]=1.797
μz:
35.0m高处风压高度变化系数(按C类区计算):
(GB50009-2001)
=0.616×
(35.0/10)0.44=1.069
μs:
风荷载体型系数
μs=-2.00
W0(GB50009-2001)
=1.797×
1.069×
2.0×
0.400
=1.537kN/m2
(2).风荷载设计值:
W:
风荷载设计值(kN/m2)
γw:
风荷载作用效应的分项系数:
1.4
按《建筑结构荷载规范》GB50009-20013.2.5规定采用
W=γw×
Wk=1.4×
1.537=2.152kN/m2
二、板强度校核:
1.石材强度校核
用级石材,其抗弯强度标准值为:
9.0N/mm2
石材抗弯强度设计值:
4.20N/mm2
石材抗剪强度设计值:
2.10N/mm2
校核依据:
σ≤[σ]=4.200N/mm2
a:
短边长度:
0.770m
b:
长边长度:
1.020m
t:
石材厚度:
30.0mm
GAK:
石板自重=840.00N/m2
m1:
四角支承板弯矩系数,按短边与长边的边长比(a/b=0.755)
查表得:
0.141
Wk:
风荷载标准值:
1.537kN/m2
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/m2)
qEAk=5×
=5×
0.040×
840.000/1000
=0.168kN/m2
荷载组合设计值为:
Sz=1.4×
Wk+1.3×
0.5×
qEAk
=2.261kN/m2
一块板用四个背栓连接,按四角支承板计算,应力设计值为:
σ=6×
m1×
Sz×
b2×
103/t2
=6×
0.141×
2.261×
1.0202×
103/30.02
=2.208N/mm2
2.208N/mm2≤4.200N/mm2强度可以满足要求
三、幕墙立柱计算:
幕墙立柱按双跨梁力学模型进行设计计算:
1.荷载计算:
(1)风荷载均布线荷载设计值(矩形分布)计算
qw:
风荷载均布线荷载设计值(kN/m)
风荷载设计值:
2.152kN/m2
B:
幕墙分格宽:
1.950m
qw=W×
B
=2.152×
1.950
=4.196kN/m
(2)地震荷载计算
qEA:
地震作用设计值(KN/m2):
GAk:
幕墙构件(包括面板和框)的平均自重:
500N/m2
垂直于幕墙平面的均布水平地震作用标准值:
垂直于幕墙平面的均布水平地震作用标准值(kN/m2)
GAk
500.000/1000
=0.100kN/m2
γE:
幕墙地震作用分项系数:
1.3
qEA=1.3×
=1.3×
0.100
=0.130kN/m2
qE:
水平地震作用均布线作用设计值(矩形分布)
qE=qEA×
=0.130×
=0.254kN/m
(3)立柱弯矩:
立柱的受力如图所示。
Mw:
风荷载作用下立柱弯矩(kN.m)
风荷载均布线荷载设计值:
4.196(kN/m)
Hsjcg:
立柱计算跨度:
3.500m
Mw=qw×
(L13+L23)/8/(L1+L2)
=(2.8003+0.7003)/8/(2.800+0.700)×
4.196
=3.341kN·
m
ME:
地震作用下立柱弯矩(kN·
m):
ME=qE×
0.254
=0.202kN·
M:
幕墙立柱在风荷载和地震作用下产生弯矩(kN·
m)
采用SW+0.5SE组合
M=Mw+0.5×
ME
=3.341+0.5×
0.202
=3.442kN·
2.选用立柱型材的截面特性:
立柱型材号:
XC1\ABC
选用的立柱材料牌号:
6063T5
型材强度设计值:
抗拉、抗压85.500N/mm2抗剪49.6N/mm2
型材弹性模量:
E=0.70×
105N/mm2
X轴惯性矩:
Ix=517.763cm4
Y轴惯性矩:
Iy=1284.291cm4
立柱型材在弯矩作用方向净截面抵抗矩:
Wn=85.385cm3
立柱型材净截面积:
An=21.180cm2
立柱型材截面垂直于X轴腹板的截面总宽度:
LT_x=6.000mm
立柱型材计算剪应力处以上(或下)截面对中和轴的面积矩:
Ss=76.164cm3
塑性发展系数:
γ=1.05
3.幕墙立柱的强度计算:
校核依据:
N/An+M/(γ×
Wn)≤fa=85.5N/mm2(拉弯构件)
幕墙自重:
幕墙自重线荷载:
Gk=500×
B/1000
=500×
1.950/1000
=0.975kN/m
Nk:
立柱受力:
Nk=Gk×
L
=0.975×
3.500
=3.413kN
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×
3.413
=4.095kN
σ:
立柱计算强度(N/mm2)(立柱为拉弯构件)
4.095kN
An:
立柱型材净截面面积:
21.180cm2
立柱弯矩:
3.442kN·
Wn:
立柱在弯矩作用方向净截面抵抗矩:
85.385cm3
γ:
1.05
σ=N×
10/An+M×
103/(1.05×
Wn)
=4.095×
10/21.180+3.442×
85.385)
=40.325N/mm2
40.325N/mm2<
fa=85.5N/mm2
立柱强度可以满足
4.幕墙立柱的刚度计算:
df≤L/180
df:
立柱最大挠度
Du:
立柱最大挠度与其所在支承跨度(支点间的距离)比值:
Lt1:
立柱最大挠度所在位置支承跨度(支点间的距离)2.800m
R0=[L12/2-(L13+L23)/8(L1+L2)]×
(qwk+0.5×
qEk)/L1
=3.344KN
df=1000×
[1.4355×
R0-0.409×
qWk×
L1]×
L13/(24×
0.7×
Ix)=3.451mm
Du=U/(Lt1×
1000)
=3.451/(3.500×
=1/811
1/811<
1/180
挠度可以满足要求!
5.立柱抗剪计算:
τmax≤[τ]=49.6N/mm2
(1)Qwk:
风荷载作用下剪力标准值(kN)
R0:
双跨梁长跨端支座反力为:
R0=[L12/2-(L13+L23)/8/(L1+L2)]×
qwk/L1
Ra:
双跨梁中间支座反力为:
Ra=qwk×
((L13+L23)/(8×
L1×
L2)+(L1+L2)/2)
=9.507KN
Rb:
双跨梁短跨端支座反力为:
Rb=|qwk×
(L1+L2)-R0-Ra|
=2.360KN
Rc:
中间支承处梁受到的最大剪力(KN)
Rc=|qwk×
L1-R0|
=5.048KN
Qwk=max(R0,Rb,Rc)
(2)Qw:
风荷载作用下剪力设计值(kN)
Qw=1.4×
Qwk
=1.4×
5.048
=7.068kN
(3)QEk:
地震作用下剪力标准值(kN)
R0_e:
R0_e=[L12/2-(L13+L23)/8/(L1+L2)]×
qek/L1
=0.218KN
Ra_e:
0.619KN
Ra_e=qek×
=0.619KN
Rb_e:
-0.154KN
Rb_e=|qek×
(L1+L2)-R0_e-Ra_e|
=0.154KN
Rc=|qek×
L1-R0_e|
=0.328KN
QEk=max(R0_e,Rb_e,Rc)
(4)QE:
地震作用下剪力设计值(kN)
QE=1.3×
QEk
0.328
=0.427kN
(5)Q:
立柱所受剪力:
采用Qw+0.5QE组合
Q=Qw+0.5×
QE
=7.068+0.5×
0.427
=7.281kN
(6)立柱剪应力:
τ:
立柱剪应力:
Ss:
76.164cm3
Ix:
立柱型材截面惯性矩:
517.763cm4
τ=Q×
Ss×
100/(Ix×
LT_x)
=7.281×
76.164×
100/(517.763×
6.000)
=17.851N/mm2
τ=17.851N/mm2<
49.6N/mm2
立柱抗剪强度可以满足
四、立柱与主结构连接
Lct2:
连接处钢角码壁厚:
10.0mm
Jy:
连接处钢角码承压强度:
305.0N/mm2
D2:
连接螺栓公称直径:
16.0mm
D0:
连接螺栓有效直径:
14.1mm
选择的立柱与主体结构连接螺栓为:
不锈钢螺栓C1组50级
L_L:
连接螺栓抗拉强度:
230N/mm2
L_J:
连接螺栓抗剪强度:
175N/mm2
采用SG+SW+0.5SE组合
N1wk:
连接处风荷载总值(N):
N1wk=Wk×
B×
Hsjcg×
1000
=1.537×
1.950×
3.500×
=10490.0N
连接处风荷载设计值(N):
N1w=1.4×
N1wk
10490.0
=14686.0N
N1Ek:
连接处地震作用(N):
N1Ek=qEAk×
=0.100×
=682.5N
N1E:
连接处地震作用设计值(N):
N1E=1.3×
N1Ek
682.5
=887.3N
N1:
连接处水平总力(N):
N1=N1w+0.5×
N1E
=14686.0+0.5×
887.3
=15129.7N
N2:
连接处自重总值设计值(N):
N2k=500×
Hsjcg
3.
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