惠州某公寓外立面幕墙工程设计计算书.docx
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惠州某公寓外立面幕墙工程设计计算书
公寓及办公项目
外立面幕墙工程
设计计算书
设计:
校对:
审核:
批准:
第1章
基本参数
1.1幕墙所在地区:
惠州地区;
1.2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类地区考虑。
1.3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》(GB18306-2001)规定,惠州地区地震基本烈度为6度,地震动峰值加速度为0.05g,水平地震影响系数最大值为:
αmax=0.04。
1.4垂直于幕墙平面的分布水平地震作用标准值:
qEAk=βEαmaxGk/A……5.3.4[JGJ102-2003]
qEAk:
垂直于幕墙平面的分布水平地震作用标准值(MPa);
βE:
动力放大系数,取5.0;
αmax:
水平地震影响系数最大值,取0.04;
Gk:
幕墙构件的重力荷载标准值(N);
A:
幕墙构件的面积(mm2);
1.5作用效应组合:
荷载和作用效应按下式进行组合:
S=γGSGk+ψwγwSwk+ψEγESEk……5.4.1[JGJ102-2003]
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;
γG、γw、γE:
各效应的分项系数;
ψw、ψE:
分别为风荷载,地震作用效应的组合系数。
上面的γG、γw、γE为分项系数,按5.4.2、5.4.3、5.4.4[JGJ102-2003]规定如下:
进行幕墙构件强度、连接件和预埋件承载力计算时:
重力荷载:
γG:
1.2;
风荷载:
γw:
1.4;
地震作用:
γE:
1.3;
进行挠度计算时;
重力荷载:
γG:
1.0;
风荷载:
γw:
1.0;
地震作用:
可不做组合考虑;
上式中,风荷载的组合系数ψw为1.0;
地震作用的组合系数ψE为0.5;
第2章
塔楼玻璃幕墙1设计计算
2.1计算部位
DY-04
2.2幕墙承受荷载计算
2.2.1风荷载标准值的计算方法:
幕墙属于外围护构件,按建筑结构荷载规范(GB50009-20012006年版)计算:
wk=βgzμzμs1w0……7.1.1-2[GB50009-20012006年版]
上式中:
wk:
作用在幕墙上的风荷载标准值(MPa);
Z:
计算点标高:
84.9m;
βgz:
瞬时风压的阵风系数;
βgz=K(1+2μf)
其中K为地面粗糙度调整系数,μf为脉动系数
对于B类地区,84.9m高度处瞬时风压的阵风系数:
βgz=0.89×(1+2×(0.5(Z/10)-0.16))=1.5221
μz:
风压高度变化系数;
对于B类地区,84.9m高度处风压高度变化系数:
μz=1.000×(Z/10)0.32=1.9827
μs1:
局部风压体型系数;
w0:
基本风压值(MPa),根据现行<<建筑结构荷载规范>>GB50009-2001附表D.4(全国基本风压分布图)中数值采用,但不小于0.3KN/m2,按重现期50年,惠州地区取0.00055MPa;
2.2.2计算支撑结构时的风荷载标准值:
计算支撑结构时的构件从属面积:
A=1.2×3.25=3.9m2(10≥A≥1)
LogA=0.591
μs1(A)=μs1
(1)+[μs1(10)-μs1
(1)]logA
=1.587
μs1=1.587+0.2
=4.983N/mm
(2)水平地震作用线荷载集度(按矩形分布):
qEAk:
垂直于幕墙平面的分布水平地震作用标准值(MPa);
βE:
动力放大系数,取5.0;
αmax:
水平地震影响系数最大值,取0.04;
Gk:
幕墙构件的重力荷载标准值(N),(含面板和框架);
A:
幕墙平面面积(mm2);
qEAk=βEαmaxG/A……5.3.4[JGJ102-2003]
=5×0.04×0.0005
=0.0001MPa
qEk:
水平地震作用线荷载集度标准值(N/mm);
B:
幕墙立柱计算间距(mm);
qEk=qEAkB
=0.0001×1200
=0.12N/mm
qE:
水平地震作用线荷载集度设计值(N/mm);
qE=1.3qEk
=1.3×0.12
=0.156N/mm
(3)幕墙受荷载集度组合:
用于强度计算时,采用Sw+0.5SE设计值组合:
……5.4.1[JGJ102-2003]
q=qw+0.5qE
=4.983+0.5×0.156
=5.061N/mm
用于挠度计算时,采用Sw标准值:
……5.4.1[JGJ102-2003]
qk=qwk
=3.559N/mm
(4)求支座反力R1及最大弯矩:
由双跨梁弯矩图可知,两支点0,2处弯矩为零,中支点弯矩最大为M1,而在均布荷载作用下,最大挠度在长跨内出现。
M1:
中支座弯矩(N·mm);
R1:
中支座反力(N);
M1=-q(L13+L23)/8L
=-5.061×(12003+20503)/8/3250
=-2013329.062N·mm
R1=qL1/2-M1/L1+qL2/2-M1/L2
=5.061×1200/2-(-2013329.062/1200)+5.061×2050/2-(-2013329.062/2050)
=10884.011N
2.3.2确定材料的截面参数:
(1)截面的型材惯性矩要求:
k2=0
k1=4M1/(qL22)
=4×2013329.062/(5.061×20502)
=0.379
查《建筑结构静力计算手册》第二版表3-9附注说明:
x0=A/4+2R1/3cos(θ+240)
其中:
A=2+k1-k2=2.379
R=((A/4)2-k1/2)3/2=0.067
θ=1/3arccos((A3-12k1A-8(1-2k1-k2))/64R)=26.848
x0=A/4+2R1/3cos(θ+240)
=2.379/4+2×0.0671/3cos(26.848+240)
=0.55
λ=x0(1-2k1+3k1x0-2x02-k1x02+x03)
=0.1727
代入df,lim=λqkL24/24EIxmin
上式中:
df,lim:
按规范要求,立柱的挠度限值(mm);
qk:
风荷载线荷载集度标准值(N/mm);
L2:
长跨长度(mm);
E:
型材的弹性模量(MPa),对6063-T5取70000MPa;
Ixmin:
材料需满足的绕X轴最小惯性矩(mm4);
L2/180=2050/180=11.389
取:
df,lim=11.389mm
代入上式:
Ixmin=λqkL24/24Edf,lim
=0.1727×3.559×20504/24/70000/11.389
=567336.722mm4
(2)截面的型材抵抗矩要求:
Wnx:
立柱净截面抵抗矩预选值(mm3);
Mx:
弯矩组合设计值即M1(N·mm);
γ:
塑性发展系数:
取1.05;
fa:
型材抗弯强度设计值(MPa),对6063-T5取85.5;
Wnx=Mx/γfa
=2013329.062/1.05/85.5
=22426.389mm3
2.3.3选用立柱型材的截面特性:
型材的抗弯强度设计值:
85.5MPa
型材的抗剪强度设计值:
τa=49.6MPa
型材弹性模量:
E=70000MPa
绕X轴惯性矩:
Ix=6056680mm4
绕Y轴惯性矩:
Iy=1420470mm4
绕X轴净截面抵抗矩:
Wnx1=72822mm3
绕X轴净截面抵抗矩:
Wnx2=66682mm3
型材净截面面积:
An=1897.9mm2
型材线密度:
γg=0.053141N/mm
型材截面垂直于X轴腹板的截面总宽度:
t=6mm
型材受力面对中性轴的面积矩:
Sx=47834mm3
塑性发展系数:
γ=1.05
2.3.4立柱的抗弯强度计算:
(1)立柱轴向拉力设计值:
Nk:
立柱轴向拉力标准值(N);
qGAk:
幕墙单位面积的自重标准值(MPa);
A:
立柱单元的面积(mm2);
B:
幕墙立柱计算间距(mm);
L:
立柱跨度(mm);
Nk=qGAkA
=qGAkBL
=0.0005×1200×3250
=1950N
N:
立柱轴向拉力设计值(N);
N=1.2Nk
=1.2×1950
=2340N
(2)抗弯强度校核:
按双跨梁(受拉)立柱强度公式,应满足:
N/An+Mx/γWnx≤fa……6.3.7[JGJ102-2003]
上式中:
N:
立柱轴力设计值(N);
Mx:
立柱弯矩设计值(N·mm);
An:
立柱净截面面积(mm2);
Wnx:
在弯矩作用方向的净截面抵抗矩(mm3);
γ:
塑性发展系数,取1.05;
fa:
型材的抗弯强度设计值,取85.5MPa;
则:
N/An+Mx/γWnx=2340/1897.9+2013329.062/1.05/66682
=29.988MPa≤85.5MPa
立柱抗弯强度满足要求。
2.3.5立柱的挠度计算:
df=λqkL24/24EIx
=0.1727×3.559×20504/24/70000/6056680
=1.067mm
而df,lim=L2/180=2050/180=11.389mm
所以,立柱挠度满足规范要求。
2.3.6立柱的抗剪计算:
校核依据:
τmax≤τa=49.6MPa(立柱的抗剪强度设计值)
(1)求中支座剪力设计值:
采用Vw+0.5VE组合
Vw1左=-(qL1/2-M1/L1)
=-(5.061×1200/2-(-2013329.062/1200))
=-4714.374N
Vw1右=qL2/2-M1/L2
=5.061×2050/2-(-2013329.062/2050)
=6169.637N
取V=6169.637N
(2)立柱剪应力:
τmax:
立柱最大剪应力(MPa);
V:
立柱所受剪力(N);
Sx:
立柱型材受力面对中性轴的面积矩(mm3);
Ix:
立柱型材截面惯性矩(mm4);
t:
型材截面垂直于X轴腹板的截面总宽度(mm);
τmax=VSx/Ixt
=6169.637×47834/6056680/6
=8.121MPa
8.121MPa≤49.6MPa
立柱抗剪强度满足要求!
2.4
幕墙横梁计算
基本参数:
1:
计算点标高:
84.9m;
2:
横梁跨度:
B=1238mm;
3:
横梁上分格高:
1400mm;横梁下分格高:
1400mm;
4:
横梁计算间距(指横梁上下分格平均高度):
H=1400mm;
5:
力学模型:
三角荷载简支梁;
6:
板块配置:
中空玻璃6+6mm;
7:
横梁材质:
6063-T5;
因为B≤H,所以
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- 惠州 公寓 外立面 幕墙 工程设计 计算