体育中心明框玻璃幕墙设计计算书.docx
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体育中心明框玻璃幕墙设计计算书
明框玻璃幕墙
设计计算书
设计:
校对:
审核:
明框玻璃幕墙设计计算书
11基本参数
11.1幕墙所在地区:
***********;
11.2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类地形考虑。
11.3抗震烈度:
根据国家规范《建筑抗震设计规范》(GB50011-20012008版),****地区地震基本烈度为7度,地震动峰值加速度为0.15g,水平地震影响系数最大值为:
αmax=0.12。
12幕墙承受荷载计算
12.1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:
14.1m;
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(高度不足5m按5m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类地形,14.1m高度处瞬时风压的阵风系数:
βgz=0.89×(1+2×(0.5(Z/10)-0.16))=1.7324
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类地形,14.1m高度处风压高度变化系数:
μz=1.000×(Z/10)0.32=1.1162
μs1:
局部风压体型系数;
按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001(2006年版)第7.3.3条:
验算围护构件及其连接的强度时,可按下列规定采用局部风压体型系数μs1:
一、外表面
1.正压区按表7.3.1采用;
2.负压区
—对墙面,取-1.0
—对墙角边,取-1.8
二、内表面
对封闭式建筑物,按表面风压的正负情况取-0.2或0.2。
本计算点为大面位置。
由于大部分幕墙都有开启,按[5.3.2]JGJ102-2003条文说明,幕墙结构一般的体型系数取1.2(大面区域)、2.0(转角区域)。
另注:
上述的局部体型系数μs1
(1)是适用于围护构件的从属面积A小于或等于1m2的情况,当围护构件的从属面积A大于或等于10m2时,局部风压体型系数μs1(10)可乘以折减系数0.8,当构件的从属面积小于10m2而大于1m2时,局部风压体型系数μs1(A)可按面积的对数线性插值,即:
μs1(A)=μs1
(1)+[μs1(10)-μs1
(1)]logA
在上式中:
当A≥10m2时取A=10m2;当A≤1m2时取A=1m2;
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,曲靖市地区取0.0003MPa;
12.2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=1.412×4.2=5.9304m2
LogA=0.773
μs1(A)=μs1
(1)+[μs1(10)-μs1
(1)]logA
=0.845
μs1=0.845+0.2
=1.045
wk=βgzμzμs1w0
=1.7324×1.1162×1.045×0.0003
=0.000606MPa因为wk<0.001MPa,所以按JGJ102-2003,取wk=0.001MPa.
12.3计算面板材料时的风荷载标准值:
计算面板材料时的构件从属面积:
A=1.412×2.4=3.3888m2
LogA=0.53
μs1(A)=μs1
(1)+[μs1(10)-μs1
(1)]logA
=0.894
μs1=0.894+0.2
=1.094
wk=βgzμzμs1w0
=1.7324×1.1162×1.094×0.0003
=0.000635MPa因为wk<0.001MPa,所以按JGJ102-2003,取wk=0.001MPa.
12.4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0.12;
Gk:
幕墙构件的重力荷载标准值(N);
A:
幕墙构件的面积(mm2);
12.5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;
13幕墙立柱计算
基本参数:
1:
计算点标高:
14.1m;
2:
力学模型:
单跨简支梁;
3:
立柱跨度:
L=4200mm;
4:
立柱左分格宽:
1412mm;立柱右分格宽:
1412mm;
5:
立柱计算间距:
B=1412mm;
6:
板块配置:
单片玻璃6mm;
7:
立柱材质:
6063-T5;
8:
安装方式:
偏心受拉;
本处幕墙立柱按单跨简支梁力学模型进行设计计算,受力模型如下:
13.1立柱型材选材计算:
(1)风荷载作用的线荷载集度(按矩形分布):
qwk:
风荷载线分布最大荷载集度标准值(N/mm);
wk:
风荷载标准值(MPa);
B:
幕墙立柱计算间距(mm);
qwk=wkB
=0.001×1412
=1.412N/mm
qw:
风荷载线分布最大荷载集度设计值(N/mm);
qw=1.4qwk
=1.4×1.412
=1.977N/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0.12;
Gk:
幕墙构件的重力荷载标准值(N),(含面板和框架);
A:
幕墙构件的面积(mm2);
qEAk=βEαmaxGk/A……5.3.4[JGJ102-2003]
=5.0×0.12×0.0004
=0.00024MPa
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
=0.00024×1412
=0.339N/mm
qE:
水平地震作用线荷载集度设计值(N/mm);
qE=1.3qEk
=1.3×0.339
=0.441N/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
=1.977+0.5×0.441
=2.198N/mm
用于挠度计算时,采用Sw标准值:
……5.4.1[JGJ102-2003]
qk=qwk
=1.412N/mm
(4)立柱在组合荷载作用下的弯矩设计值:
Mx:
弯矩组合设计值(N·mm);
Mw:
风荷载作用下立柱产生的弯矩设计值(N·mm);
ME:
地震作用下立柱产生的弯矩设计值(N·mm);
L:
立柱跨度(mm);
采用Sw+0.5SE组合:
Mw=qwL2/8
ME=qEL2/8
Mx=Mw+0.5ME
=qL2/8
=2.198×42002/8
=4846590N·mm
13.2确定材料的截面参数:
(1)立柱抵抗矩预选值计算:
Wnx:
立柱净截面抵抗矩预选值(mm3);
Mx:
弯矩组合设计值(N·mm);
γ:
塑性发展系数:
对于钢材龙骨,按JGJ133或JGJ102规范,取1.05;
对于铝合金龙骨,按最新《铝合金结构设计规范》GB50429-2007,取1.00;
fa:
型材抗弯强度设计值(MPa),对6063-T5取90MPa;
Wnx=Mx/γfa
=4846590/1.00/90
=53851mm3
(2)立柱惯性矩预选值计算:
qk:
风荷载线荷载集度标准值(N/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);
L:
计算跨度(mm);
df,lim:
按规范要求,立柱的挠度限值(mm);
df,lim=5qkL4/384EIxmin
L/180=4200/180=23.333mm
按[5.1.1.2]《建筑幕墙》GB/T21086-2007的规定,对于构件式玻璃幕墙或单元幕墙(其它形式幕墙或外维护结构无绝对挠度限制):
当跨距≤4500mm时,绝对挠度不应该大于20mm;
当跨距>4500mm时,绝对挠度不应该大于30mm;
对本例取:
df,lim=20mm
Ixmin=5qkL4/384Edf,lim
=5×1.412×42004/384/70000/20
=4086416.25mm4
13.3选用立柱型材的截面特性:
按上一项计算结果选用型材号:
MQ16001B
型材的抗弯强度设计值:
fa=90MPa
型材的抗剪强度设计值:
τa=55MPa
型材弹性模量:
E=70000MPa
绕X轴惯性矩:
Ix=4582920mm4
绕Y轴惯性矩:
Iy=832550mm4
绕X轴净截面抵抗矩:
Wnx1=58168mm3
绕X轴净截面抵抗矩:
Wnx2=56431mm3
型材净截面面积:
An=1463.127mm2
型材线密度:
γg=0.039504N/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=36896mm3
塑性发展系数:
γ=1.00
13.4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
=0.0004×1412×4200
=2372.16N
N:
立柱轴向拉力设计值(N);
N=1.2Nk
=1.2×2372.16
=2846.592N
(2)抗弯强度校核:
按单跨简支梁(受拉)立柱抗弯强度公式,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);
γx:
塑性发展系数:
对于钢材龙骨,按JGJ133或JGJ102规范,取1.05;
对于铝合金龙骨,按最新《铝合金结构设计规范》GB50429-2007,取1.00;
fa:
型材的抗弯强度设计值,取90MPa;
则:
N/An+Mx/γWnx=2846.592/1463.127+4846590/1.00/56431
=87.831MPa≤90MPa
立柱抗弯强度满足要求。
13.5立柱的挠度计算:
因为惯性矩预选是根据挠度限值计算的,所以只要选择的立柱惯性矩大于预选值,挠度就满足要求:
实际选用的型材惯性矩为:
Ix=4582920mm4
预选值为:
Ixmin=4086416.25mm4
实际挠度计算值为:
df=5qkL4/384EIx
=5×1.412×42004/384/70000/4582920
=17.833mm
而df,lim=20mm
所以,立柱挠度满足规范要求。
13.6立柱的抗剪计算:
校核依据:
τmax≤τa=55MPa(立柱的抗剪强度设计值)
(1)Vwk:
风荷载作用下剪力标准值(N):
Vwk=wkBL/2
=0.001×1412×4200/2
=2965.2N
(2)Vw:
风荷载作用下剪力设计值(N):
Vw=1.4Vwk
=1.4×2965.2
=4151.28N
(3)VEk:
地震作用下剪力标准值(N):
VEk=qEAkBL/2
=0.00024×1412×4200/2
=711.648N
(4)VE:
地震作用下剪力设计值(N):
VE=1.3VEk
=1.3×711.648
=925.142N
(5)V:
立柱所受剪力设计值组合:
采用Vw+0.5VE组合:
V=Vw+0.5VE
=4151.28+0.5×925.142
=4613.851N
(6)立柱剪应力校核:
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
=4613.851×36896/4582920/6
=6.191MPa
6.191MPa≤55MPa
立柱抗剪强度满足要求!
14幕墙横梁计算
基本参数:
1:
计算点标高:
14.1m;
2:
横梁跨度:
B=1412mm;
3:
横梁上分格高:
1200mm;横梁下分格高:
2400mm;
4:
横梁计算间距:
H=1800mm;
5:
力学模型:
三角荷载简支梁;
6:
板块配置:
单片玻璃6mm;
7:
横梁材质:
6063-T5;
因为B≤H,所以本处幕墙横梁按三角形荷载简支梁力学模型进行设计计算,受力模型如下:
14.1横梁型材选材计算:
(1)横梁在风荷载作用下的线荷载集度(按三角形分布):
qwk:
风荷载线分布最大荷载集度标准值(N/mm);
wk:
风荷载标准值(MPa);
B:
横梁跨度(mm);
qwk=wkB
=0.001×1412
=1.412N/mm
qw:
风荷载线分布最大荷载集度设计值(N/mm);
qw=1.4qwk
=1.4×1.412
=1.977N/mm
(2)垂直于幕墙平面的分布水平地震作用的线荷载集度(按三角形分布):
qEAk:
垂直于幕墙平面的分布水平地震作用(MPa);
βE:
动力放大系数,取5.0;
αmax:
水平地震影响系数最大值,取0.12;
Gk:
幕墙构件的重力荷载标准值(N),(主要指面板组件);
A:
幕墙平面面积(mm2);
qEAk=βEαmaxGk/A……5.3.4[JGJ102-2003]
=5.0×0.12×0.0003
=0.00018MPa
qEk:
横梁受水平地震作用线荷载集度标准值(N/mm);
B:
横梁跨度(mm);
qEk=qEAkB
=0.00018×1412
=0.254N/mm
qE:
横梁受水平地震作用线荷载集度设计值(N/mm);
qE=1.3qEk
=1.3×0.254
=0.33N/mm
(3)幕墙横梁受荷载集度组合:
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
=1.977+0.5×0.33
=2.142N/mm
用于挠度计算时,采用Sw标准值:
……5.4.1[JGJ102-2003]
qk=qwk
=1.412N/mm
(4)横梁在风荷载及地震组合作用下的弯矩值(按三角形分布):
My:
横梁受风荷载及地震作用弯矩组合设计值(N·mm);
Mw:
风荷载作用下横梁产生的弯矩(N·mm);
ME:
地震作用下横梁产生的弯矩(N·mm);
B:
横梁跨度(mm);
Mw=qwB2/12
ME=qEB2/12
采用Sw+0.5SE组合:
My=Mw+0.5ME
=qB2/12
=2.142×14122/12
=355883.304N·mm
(5)横梁在自重荷载作用下的弯矩值(按矩形分布):
Gk:
横梁自重线荷载标准值(N/mm);
H1:
横梁自重荷载作用高度(mm),对挂式结构取横梁下分格高,对非挂式结构取横梁上分格高;
Gk=0.0003×H1
=0.0003×1200
=0.36N/mm
G:
横梁自重线荷载设计值(N/mm);
G=1.2Gk
=1.2×0.36
=0.432N/mm
Mx:
横梁在自重荷载作用下的弯矩设计值(N·mm);
B:
横梁跨度(mm);
Mx=GB2/8
=0.432×14122/8
=107662.176N·mm
14.2确定材料的截面参数:
(1)横梁抵抗矩预选:
Wnx:
绕X轴横梁净截面抵抗矩预选值(mm3);
Wny:
绕Y轴横梁净截面抵抗矩预选值(mm3);
Mx:
横梁在自重荷载作用下的弯矩设计值(N·mm);
My:
风荷载及地震作用弯矩组合设计值(N·mm);
γx,γy:
塑性发展系数:
对于钢材龙骨,按JGJ133或JGJ102规范,均取1.05;
对于铝合金龙骨,按最新《铝合金结构设计规范》GB50429-2007,均取1.00;
fa:
型材抗弯强度设计值(MPa),对6063-T5取90;
按下面公式计算:
Wnx=Mx/γxfa
=107662.176/1.00/90
=1196.246mm3
Wny=My/γyfa
=355883.304/1.00/90
=3954.259mm3
(2)横梁惯性矩预选:
df1,lim:
按规范要求,横梁在水平力标准值作用下的挠度限值(mm);
df2,lim:
按规范要求,横梁在自重力标准值作用下的挠度限值(mm);
B:
横梁跨度(mm);
按相关规范,钢材横梁的相对挠度不应大于L/250,铝材横梁的相对挠度不应大于L/180;
《建筑幕墙》GB/T21086-2007还有如下规定:
按[5.1.1.2],对于构件式玻璃幕墙或单元幕墙(其它形式幕墙或外维护结构无绝对挠度限制):
当跨距≤4500mm时,绝对挠度不应该大于20mm;
当跨距>4500mm时,绝对挠度不应该大于30mm;
按[5.1.9,b],自重标准值作用下挠度不应超过其跨度的1/500,并且不应大于3mm;
B/180=1412/180=7.844mm
B/500=1412/500=2.824mm
对本例取:
df1,lim=7.844mm
df2,lim=2.824mm
qk:
风荷载作用线荷载集度标准值(N/mm);
E:
型材的弹性模量(MPa),对6063-T5取70000MPa;
Iymin:
绕Y轴最小惯性矩(mm4);
B:
横梁跨度(mm);
df1,lim=qkB4/120EIymin……(受风荷载与地震作用的挠度计算)
Iymin=qkB4/120Edf1,lim
=1.412×14124/120/70000/7.844
=85183.722mm4
Ixmin:
绕X轴最小惯性矩(mm4);
Gk:
横梁自重线荷载标准值(N/mm);
df2,lim=5GkB4/384EIxmin……(自重作用下产生的挠度计算)
Ixmin=5GkB4/384Edf2,lim
=5×0.36×14124/384/70000/2.824
=94257.808mm4
14.3选用横梁型材的截面特性:
按照上面的预选结果选取型材:
选用型材号:
MQ16006
型材抗弯强度设计值:
90MPa
型材抗剪强度设计值:
55MPa
型材弹性模量:
E=70000MPa
绕X轴惯性矩:
Ix=230300mm4
绕Y轴惯性矩:
Iy=575960mm4
绕X轴净截面抵抗矩:
Wnx1=9796mm3
绕X轴净截面抵抗矩:
Wnx2=6311mm3
绕Y轴净截面抵抗矩:
:
Wny1=14728mm3
绕Y轴净截面抵抗矩:
:
Wny2=15611mm3
型材净截面面积:
An=851.13mm2
型材线密度:
γg=0.022981N/mm
横梁与立柱连接时角片与横梁连接处横梁壁厚:
t=3mm
横梁截面垂直于X轴腹板的截面总宽度:
tx=6mm
横梁截面垂直于Y轴腹板的截面总宽度:
ty=6mm
型材受力面对中性轴的面积矩(绕X轴):
Sx=5472mm3
型材受力面对中性轴的面积矩(绕Y轴):
Sy=10121mm3
塑性发展系数:
γx=γy=1.00
14.4幕墙横梁的抗弯强度计算:
按横梁抗弯强度计算公式,应满足:
Mx/γxWnx+My/γyWny≤fa……6.2.4[JGJ102-2003]
上式中:
Mx:
横梁绕X轴方向(幕墙平面内方向)的弯矩设计值(N·mm);
My:
横梁绕Y轴方向(垂直于幕墙平面方向)的弯矩设计值(N·mm);
Wnx:
横梁绕X轴方向(幕墙平面内方向)的净截面抵抗矩(mm3);
Wny:
横梁绕Y轴方向(垂直于幕墙平面方向)的净截面抵抗矩(mm3);
γx,γy:
塑性发展系数:
对于钢材龙骨,按JGJ
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