单坡采光顶.docx
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单坡采光顶
单坡采光顶设计计算书
CALCULATIONDOCUMENT
工程名称:
____盐城师范学院新校区图书馆
工程编号:
06-A-014
项目名称:
图书馆
委托单位:
盐城师范学院
计算人:
校对人:
审核人:
日期:
2006-12-21
同济大学建筑设计研究院
THEARCHITECTURALDESIGN&RESEARCHINSTITUTE
OFTONGJIUNIVERSITY
单坡采光顶设计计算书
一、计算引用的规范、标准及资料
1.幕墙设计规范:
《建筑幕墙》JG3035-1996
《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003
《金属与石材幕墙工程技术规范》JGJ133-2001
《点支式玻璃幕墙工程技术规程》CECS127-2001
《全玻璃幕墙工程技术规程》DBJ/CT014-2001
《玻璃幕墙光学性能》GB/T18091-2000
《建筑幕墙物理性能分级》GB/T15225-94
《建筑幕墙空气渗透性能测试方法》GB/T15226-94
《建筑幕墙风压变形性能测试方法》GB/T15227-94
《建筑幕墙雨水渗透性能测试方法》GB/T15228-94
《建筑幕墙平面内变形性能检测方法》GB/T18250-2000
《建筑幕墙抗震性能振动台试验方法》GB/T18575-2001
《点支式玻璃幕墙支承装置》JG138-2001
《吊挂式玻璃幕墙支承装置》JG139-2001
2.建筑设计规范:
《建筑结构荷载规范》GB50009-2001
《钢结构设计规范》GB50017-2003
《冷弯薄壁型钢结构设计规范》GB50018-2002
《高层民用钢结构技术规程》JGJ99-98
《建筑设计防火规范》GBJ16-87(2001版)
《高层民用建筑设计防火规范》GB50045-2001
《建筑物防雷设计规范》GB50057-2000
《工程抗震术语标准》JGJ/T97-95
《中国地震烈度表》GB/T17742-1999
《建筑抗震设计规范》GB50011-2001
《建筑抗震设防分类标准》GB50223-2004
《中国地震动参数区划图》GB18306-2000
《采暖通风与空气调节设计规范》GB50019-2003
《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2002
《混凝土结构设计规范》GB50010-2002
《民用建筑热工设计规范》GB50176-93
《民用建筑隔声设计规范》GBJ118-88
《建筑结构可靠度设计统一标准》GB50068-2001
《建筑装饰工程施工质量验收规范》GB50210-2001
《建筑钢结构焊接技术规程》JGJ81-2002
《钢结构防火涂料》GB14907-2002
《碳钢焊条》GB/T5117-1995
《低合金钢焊条》GB/T5118-1995
《铝型材截面几何参数算法及计算机程序要求》YS/T437-2000
3.铝材规范:
《铝幕墙板板基》YS/T429.1-2000
《铝幕墙板氟碳喷漆铝单板》YS/T429.2-2000
《铝及铝合金彩色涂层板、带材》YS/T431-2000
《铝塑复合板用铝带》YS/T432-2000
《铝合金建筑型材》GB/T5237-2000
《建筑铝型材基材》GB/T5237.1-2004
《建筑铝型材阳极氧化、着色型材》GB/T5237.2-2004
《建筑铝型材电泳涂漆型材》GB/T5237.3-2004
《建筑铝型材粉末喷涂型材》GB/T5237.4-2004
《建筑铝型材氟碳漆喷涂型材》GB/T5237.5-2004
《变形铝及铝合金化学成份》GB/T3190-1996
《铝及铝合金轧制板材》GB/T3880-1997
《建筑用铝型材、铝板氟碳涂层》JG/T133-2000
4.金属板及石材规范:
《天然花岗石荒料》JC/T204-2001
《天然大理石荒料》JC/T202-2001
《天然板石》GB/T18600-2001
《天然花岗石建筑板材》GB/T18601-2001
《天然大理石建筑板材》JC/T79-2001
《干挂石材幕墙用环氧胶粘剂》JC/T887-2001
《天然饰面石材术语》GB/T13890-92
《建筑材料放射性核素限量》GB6566-2001
《铝塑复合板》GB/T17748-1999
《建筑瓷板装饰工程技术规范》CECS101:
98
《建筑装饰用微晶玻璃》JC/T872-2000
5.玻璃规范:
《建筑玻璃应用技术规程》JGJ113-2003
《普通平板玻璃》GB4871-1995
《浮法玻璃》GB11614-1999
《钢化玻璃》GB/T9963-1998
《幕墙用钢化玻璃与半钢化玻璃》GB/T17841-1999
《建筑用安全玻璃防火玻璃》GB15763.1-2001
《中空玻璃》GB/T11944-2002
《夹层玻璃》GB9962-1999
《镀膜玻璃第一部分阳光控制镀膜玻璃》GB/T18915.1-2002
《镀膜玻璃第二部分低辐射镀膜玻璃》GB/T18915.2-2002
《热反射玻璃》JC693-1998
《热弯玻璃》JC/T915-2003
6.钢材规范:
《不锈钢棒》GB/T1220-1992
《不锈钢冷加工钢棒》GB/T4226-1984
《不锈钢冷扎钢板》GB/T3280-1992
《不锈钢热扎钢板》GB/T4237-1992
《不锈钢热扎钢带》GB/T5090
《冷拔异形钢管》GB/T3094-2000
《碳素结构钢》GB/T700-1988
《优质碳素结构钢》GB/T699-1999
《合金结构钢》GB/T3077-1999
《不锈钢和耐热钢冷扎带钢》GB/T4239-1991
《高耐候结构钢》GB/T4171-2000
《焊接结构用耐候钢》GB/T4172-2000
《低合金高强度结构钢》GB/T1591-1994
《碳素结构和低合金结构钢热轧薄钢板及钢带》GB/T912-1989
《碳素结构和低合金结构钢热轧厚钢板及钢带》GB/T3274-1988
《结构用无缝钢管》JBJ102
《金属覆盖层钢铁制品热镀锌层技术要求》GB/T13912-1992
7.胶类及密封材料规范:
《混凝土接缝用密封胶》JC/T881-2001
《硅酮建筑密封胶》GB/14683-2003
《建筑用硅酮结构密封胶》GB16776-2003
《聚硫建筑密封胶》JC483-1992
《中空玻璃用弹性密封剂》JC486-2001
《幕墙玻璃接缝用密封胶》JC/T882-2001
《石材幕墙接缝用密封胶》JC/T883-2001
《中空玻璃用丁基热熔密封胶》JC/T914-2003
《彩色钢板用建筑密封胶》JC/T884-2001
《工业用橡胶板》GB/T5574-1994
《绝热用岩棉、矿棉及其制品》GB/T11835-98
《建筑用防霉密封胶》JC/T885-2001
《建筑表面用有机硅防水剂》JC/T902-2002
《聚氨酯建筑密封胶》JC/T482-2003
8.门窗及五金件规范:
《铝合金门》GB/T8478-2003
《铝合金窗》GB/T8479-2003
《建筑外窗抗风压性能分级及检测方法》GB/T7106-2002
《建筑外窗气密性能分级及检测方法》GB/T7107-2002
《建筑外窗水密性能分级及检测方法》GB/T7108-2002
《建筑外窗空气隔声性能分级及检测方法》GB/T8485-2002
《铝合金门窗工程设计、施工及验收规范》DBJ15-30-2002
《建筑外窗采光性能分级及检测方法》GB/T11976-2002
《地弹簧》GB/T9296-1988
《平开铝合金窗执手》GB/T9298-1988
《铝合金窗不锈钢滑撑》GB/T9300-1988
《铝合金门插销》GB/T9297-1988
《铝合金窗撑挡》GB/T9299-1988
《铝合金门窗拉手》GB/T9301-1988
《铝合金窗锁》GB/T9302-1988
《铝合金门锁》GB/T9303-1988
《闭门器》GB/T9305-1988
《推拉铝合金门窗用滑轮》GB/T9304-1988
《紧固件螺栓和螺钉》GB/T5277
《十字槽盘头螺钉》GB/T818-2000
《紧固件机械性能螺栓、螺钉和螺柱》GB3098.1-2000
《紧固件机械性能螺母粗牙螺纹》GB3098.2-2000
《紧固件机械性能螺母细牙螺纹》GB3098.4-2000
《紧固件机械性能自攻螺钉》GB3098.5-2000
《紧固件机械性能不锈钢螺栓、螺钉、螺柱》GB3098.6-2000
《紧固件机械性能不锈钢螺母》GB3098.15-2000
《螺纹紧固件应力截面积和承载面积》GB/T16823.1-1997
9.《建筑结构静力计算手册》(第二版)
10.土建图纸:
二、基本参数
1.幕墙所在地区:
盐城地区;
2.地面粗糙度分类等级:
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。
三、采光顶荷载计算
1.玻璃采光顶的荷载作用说明:
玻璃采光顶承受的荷载包括:
自重、风荷载、雪荷载以及活荷载。
(1)自重。
包括玻璃、杆件、连接件、附件等的自重,可以按照以下值估算:
当采用单层玻璃时:
取400N/m2;
当采用中空及夹层玻璃时:
取500N/m2;
当采用中空夹层玻璃时:
取600N/m2;
当由于玻璃较厚或龙骨较重,按上面估算不适合的时候,由人工计算给定;
本例计算取:
0.0006N/m2(按假设);
(2)风荷载。
是垂直作用于采光顶表面的荷载,按GB50009采用;
(3)雪荷载。
是指采光顶水平投影面上的雪荷载,按GB50009采用;
(4)活荷载。
是指采光顶水平投影面上的活荷载,按GB50009采用;
在实际工程中,对上面的几种荷载,考虑最不利组合,且雪荷载与活荷载不同时考虑。
分项系数按以下参数取值:
永久荷载分项系数取:
γg:
1.2
风荷载的分项系数取:
γw:
1.4
雪荷载的分项系数取:
γs:
1.4
活荷载的分项系数取:
γh:
1.4
组合值系数为:
永久荷载组合值系数取:
ψg:
1.0
风荷载的组合值系数取:
ψw:
0.6
雪荷载的组合值系数取:
ψs:
0.7
活荷载的组合值系数取:
ψh:
0.7
2.风荷载标准值计算:
按建筑结构荷载规范(GB50009-2001)计算:
wk=βgzμzμsw0……7.1.1-2[GB50009-2001]
上式中:
wk:
作用在采光顶上的风荷载标准值(MPa);
Z:
计算点标高:
33.2m;
βgz:
瞬时风压的阵风系数;
根据不同场地类型,按以下公式计算:
βgz=K(1+2μf)
其中K为地面粗糙度调整系数,μf为脉动系数
A类场地:
βgz=0.92×(1+2μf)其中:
μf=0.387×(Z/10)-0.12
B类场地:
βgz=0.89×(1+2μf)其中:
μf=0.5(Z/10)-0.16
C类场地:
βgz=0.85×(1+2μf)其中:
μf=0.734(Z/10)-0.22
D类场地:
βgz=0.80×(1+2μf)其中:
μf=1.2248(Z/10)-0.3
对于B类地区,33.2m高度处瞬时风压的阵风系数:
βgz=0.89×(1+2×(0.5(Z/10)-0.16))=1.6245
μz:
风压高度变化系数;
根据不同场地类型,按以下公式计算:
A类场地:
μz=1.379×(Z/10)0.24
当Z>300m时,取Z=300m,当Z<5m时,取Z=5m;
B类场地:
μz=(Z/10)0.32
当Z>350m时,取Z=350m,当Z<10m时,取Z=10m;
C类场地:
μz=0.616×(Z/10)0.44
当Z>400m时,取Z=400m,当Z<15m时,取Z=15m;
D类场地:
μz=0.318×(Z/10)0.60
当Z>450m时,取Z=450m,当Z<30m时,取Z=30m;
对于B类地区,33.2m高度处风压高度变化系数:
μz=1.000×(Z/10)0.32=1.4681
μs:
风荷载体型系数,根据计算点体型位置取0.178;
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,按重现期50年,盐城地区取0.00045MPa;
wk=βgzμzμsw0
=1.6245×1.4681×0.178×0.00045
=0.000191MPa
3.风荷载设计值计算:
w:
作用在采光顶上的风荷载设计值(MPa);
wk:
作用在采光顶上的风荷载标准值(MPa);
w=1.4×wk
=1.4×0.000191
=0.000267MPa
4.雪荷载标准值计算:
Sk:
作用在采光顶上的雪荷载标准值(MPa)
S0:
基本雪压,根据现行<<建筑结构荷载规范>>GB50009-2001取值,盐城地区50年一遇最大积雪的自重:
0.00035MPa.
μr:
屋面积雪分布系数,按表6.2.1[GB50009-2001],为0.932。
根据<<建筑结构荷载规范>>GB50009-2001公式6.1.1屋面雪荷载标准值为:
Sk=μr×S0
=0.932×0.00035
=0.000326MPa
5.雪荷载设计值计算:
S:
雪荷载设计值(MPa);
S=1.4×Sk
=1.4×0.000326
=0.000456MPa
6.采光顶构件自重荷载设计值:
G:
采光顶构件自重荷载设计值(MPa);
Gk:
采光顶结构平均自重取0.0006MPa;
G=1.2×Gk
=1.2×0.0006
=0.00072MPa
7.采光顶坡面活荷载设计值:
Q:
采光顶坡面活荷载设计值(MPa);
Qk:
采光顶坡面活荷载标准值取:
0.0005MPa;
Q=1.4×Qk
=1.4×0.0005
=0.0007MPa
8.选取计算荷载组合:
雪荷载与活荷载不同时考虑,按上面的计算结果,在本工程中取自重、活荷载和风荷载组合:
第一可变荷载为:
活荷载
第二可变荷载为:
风荷载
所以,组合值系数依次为:
永久荷载组合值系数取:
ψg:
1.0
风荷载的组合值系数取:
ψw:
0.6
雪荷载的组合值系数取:
ψs:
0
活荷载的组合值系数取:
ψh:
1
四、单坡采光顶杆件计算
基本参数:
1:
L=2000mm;
2:
α=26.7°;
3:
分格宽度:
B=1600mm;
单坡采光顶的杆件设计计算,受力单元的杆件用斜梁计算简图分析内力,并按压弯构件验算截面强度。
计算模型如下:
1.杆件荷载计算:
计算取自重、活荷载和风荷载设计值组合。
qA:
作用在采光顶表面的荷载设计值组合(MPa);
q:
作用在采光顶表面的线荷载设计值组合(N/mm);
B:
分格宽度(mm);
先取自重和风荷载组合:
G+w=0.00072+0.6×0.000267
=0.00088MPa
转化为垂直于水平面的荷载:
0.00088/cos26.7°=0.000985MPa
再与活荷载组合,得:
qA=(0.000985+1×0.0007)×cos26.7°
=0.001506MPa
q=qA×B
=0.001506×1600
=2.41N/mm
2.杆件的强度计算:
校核依据:
σ=N/A+M/γW≤f
单坡采光顶的最大弯矩在跨中:
f:
选择的龙骨材料的强度设计值(MPa);
L1:
斜梁长度(mm);
α:
采光顶与水平面的夹角(度);
NL/2:
跨中截面的轴力(N);
ML/2:
跨中截面的弯矩(N·mm);
L1=L/cosα
=2000/0.893
=2239.6417mm
ML/2=qL12/8
=2.41×2239.64172/8
=1511068.477N·mm
NL/2=q×L1sinα/2
=2.41×2239.6417×0.4491/2
=1212.017N
A:
材料的截面面积(mm2);
W:
材料的截面抗弯矩(mm3)
σ=NL/2/A+ML/2/γW
=1212.017/835+1511068.477/1.05/11080
=131.335MPa≤f=215MPa(Q235)
所以,材料的强度满足设计要求!
五、采光顶玻璃的计算
基本参数:
1:
计算点标高:
33.2m;
2:
板面尺寸:
宽×高=B×H=1600mm×2040mm;
3:
玻璃配置:
中空、内夹层玻璃:
6+6+PVB+6mm;
4:
玻璃形式:
中空、内夹层;
模型简图为:
1.玻璃板块荷载计算:
(1)外片玻璃自重荷载标准值:
GAk1:
外片玻璃自重标准值(仅指玻璃)(MPa);
t1:
外片玻璃厚度(mm);
γg:
玻璃的体积密度(N/mm3);
GAk1=γg×t1
=0.0000256×6
=0.000154MPa
(2)外片玻璃自重荷载设计值:
GA1:
外片玻璃自重设计值(仅指玻璃)(MPa);
GAk1:
外片玻璃自重标准值(仅指玻璃)(MPa);
GA1=1.2×GAk1
=1.2×0.000154
=0.000185MPa
(3)内片玻璃自重荷载标准值:
GAk2:
内片玻璃自重标准值(仅指玻璃)(MPa);
t2:
内片玻璃厚度(mm);
γg:
玻璃的体积密度(N/mm3);
GAk2=γg×t2
=0.0000256×6
=0.000154MPa
(4)内片玻璃自重荷载设计值:
GA2:
内片玻璃自重设计值(仅指玻璃)(MPa);
GAk2:
内片玻璃自重标准值(仅指玻璃)(MPa);
GA2=1.2×GAk2
=1.2×0.000154
=0.000185MPa
(5)中片玻璃自重荷载标准值:
GAk3:
中片玻璃自重标准值(仅指玻璃)(MPa);
t3:
中片玻璃厚度(mm);
γg:
玻璃的体积密度(N/mm3);
GAk3=γg×t3
=0.0000256×6
=0.000154MPa
(6)中片玻璃自重荷载设计值:
GA3:
中片玻璃自重设计值(仅指玻璃)(MPa);
GAk3:
中片玻璃自重标准值(仅指玻璃)(MPa);
GA3=1.2×GAk3
=1.2×0.000154
=0.000185MPa
(7)分配到内、外、中三片玻璃上的风荷载标准值:
wk1:
分配到外片玻璃上的风荷载标准值(MPa);
wk2:
分配到内片玻璃上的风荷载标准值(MPa);
wk3:
分配到中片玻璃上的风荷载标准值(MPa);
wk:
风荷载标准值(MPa);
t1:
外片玻璃厚度(mm);
t2:
内片玻璃厚度(mm);
t3:
中片玻璃厚度(mm);
wk1=1.1×wk×t13/(t13+t23+t33)
=0.00007MPa
wk2=wk×t23/(t13+t23+t33)
=0.000064MPa
wk3=wk×t33/(t13+t23+t33)
=0.000064MPa
(8)分配到内、外、中三片玻璃上的风荷载设计值:
w1:
分配到外片玻璃上的风荷载设计值(MPa);
w2:
分配到内片玻璃上的风荷载设计值(MPa);
w3:
分配到中片玻璃上的风荷载设计值(MPa);
w:
风荷载设计值(MPa);
t1:
外片玻璃厚度(mm);
t2:
内片玻璃厚度(mm);
t3:
中片玻璃厚度(mm);
w1=1.1×w×t13/(t13+t23+t33)
=0.000098MPa
w2=w×t23/(t13+t23+t33)
=0.000089MPa
w3=w×t33/(t13+t23+t33)
=0.000089MPa
(9)分配到内、外、中片玻璃上的雪荷载标准值:
Sk1:
分配到外片玻璃上的雪荷载标准值(MPa);
Sk2:
分配到内片玻璃上的雪荷载标准值(MPa);
Sk3:
分配到中片玻璃上的雪荷载标准值(MPa);
Sk:
雪荷载标准值(MPa);
t1:
外片玻璃厚度(mm);
t2:
内片玻璃厚度(mm);
t3:
中片玻璃厚度(mm);
Sk1=1.1×Sk×t13/(t13+t23+t33)
=0.00012MPa
Sk2=Sk×t23/(t13+t23+t33)
=0.000109MPa
Sk3=Sk×t33/(t13+t23+t33)
=0.000109MPa
(10)分配到内、外、中片玻璃上的雪荷载设计值:
S1:
分配到外片玻璃上的雪荷载设计值(MPa);
S2:
分配到内片玻璃上的雪荷载设计值(MPa);
S3:
分配到中片玻璃上的雪荷载设计值(MPa);
S:
雪荷载设计值(MPa);
t1:
外片玻璃厚度(mm);
t2:
内片玻璃厚度(mm);
t3:
中片玻璃厚度(mm);
S1=1.1×S×t13/(t13+t23+t33)
=0.000167MPa
S2=S×t23/(t13+t23+t33)
=0.000152MPa
S3=S×t33/(t13+t23+t33)
=0.000152MPa
(11)分配到内、外、中片玻璃上的活荷载标准值:
Qk1:
分配到外片玻璃上的活荷载标准值(MPa);
Qk2:
分配到内片玻璃上的活荷载标准值(MPa);
Qk3:
分配到中片玻璃上的活荷载标准值(MPa);
Qk:
活荷载标准值(MPa);
t1:
外片玻璃厚度(mm);
t2:
内片玻璃厚度(mm);
t3:
中片玻璃厚度(mm);
Qk1=1.1×Qk×t13/(t13+t23+t33)
=0.000183MPa
Qk2=Qk×t23/(t13+t23+t33)
=0.000167MPa
Qk3=Qk×t33/(t13+t23+t33)
=0.000167MPa
(12)分配到内、外、中片玻璃上的活荷载设计值:
Q1:
分配到外片玻璃上的活荷载设计值(MPa);
Q2:
分配到内片玻璃上的活荷载设计值(MPa);
Q3:
分配到中片玻璃上的活荷载设计值(MPa);
Q:
活荷载设计值(MPa);
t1:
外片玻璃厚度(mm);
t2:
内片玻璃厚度(mm);
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