石材幕强计算书.docx
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石材幕强计算书.docx
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石材幕强计算书
工程概况:
(1)工程名称:
(2)建设地点:
(3)建筑概况:
建筑幕工程主要内容为:
石材幕墙
设计使用年限:
50年
地区基本风压值:
0.55KN/m2
地区基本雪压值:
0.30KN/m2
抗震设防烈度:
7度
最大温度变化:
80℃
地区粗糙度:
B类
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
《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;
内江甜城大厦按C类地区计算风压
(2).风荷载计算:
风荷载计算公式:
Wk=βz×μz×μs×W0
其中:
Wk---作用在幕墙上的风荷载标准值(kN/m^2)
βz---瞬时风压的阵风系数取为2.25
μz---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:
μz=1.379×(Z/10)^0.24
B类场地:
μz=(Z/10)^0.32
C类场地:
μz=0.713×(Z/10)^0.40
本工程属于C类地区,故μz=0.713×(Z/10)^0.40
μs---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,朝阳地区取为0.550kN/m^2,
(3).地震作用计算:
qEAk=βE×αmax×GAK
其中:
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,按相应设防烈度取定:
6度:
αmax=0.04
7度:
αmax=0.08
8度:
αmax=0.16
9度:
αmax=0.32
朝阳设防烈度为7度,故取αmax=0.080
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22.500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)
μz:
22.500m高处风压高度变化系数(按C类区计算):
(GBJ9-876.2.1)
μz=0.713×(Z/10)^0.40=0.986
Wk=βz×μz×μs×W0(JGJ102-965.2.2)
=2.25×0.986×1.5×0.550
=1.831kN/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=1.4×1.831=2.563kN/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:
σ≤[σ]=5.200N/mm^2
a:
短边长度:
0.300m
b:
长边长度:
0.800m
t:
石材厚度:
25.0mm
m1:
四角支承板弯矩系数,按短边与长边的边长比(a/b=0.375)
查表得:
0.1303
Wk:
风荷载标准值:
1.831kN/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×αmax×GAK(JGJ102-965.2.4)
=5×0.080×350.000/1000
=0.140kN/m^2
荷载组合设计值为:
Sz=1.4×Wk+1.3×0.6×qEAk
=2.673kN/m^2
应力设计值为:
σ=6×m1×Sz×b^2×10^3/t^2
=6×0.1303×2.673×0.800^2×10^3/25.0^2
=2.140N/mm^2
2.140N/mm^2≤5.200N/mm^2强度可以满足要求
2.石材剪应力校核
校核依据:
τmax≤[τ]
τ:
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:
25.0mm
d:
槽宽:
7.0mm
s:
槽底总长度:
100.0mm
β:
系数,取1.30
对边开槽
τ=Sz×a×b×β×1000/[n×(t-d)×s]
=0.058N/mm^2
0.058N/mm^2≤2.600N/mm^2
石材抗剪强度可以满足
3.挂钩剪应力校核
校核依据:
τmax≤[τ]
τ:
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
τ=Sz×a×b×β×1000/(2×n×Ap)
=5.318N/mm^2
5.318N/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:
1.831kN/m^2
B:
幕墙分格宽:
0.960m
qw=1.4×Wk×B
=1.4×1.831×0.960
=2.461kN/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:
2.461(kN/m)
Hsjcg:
立柱计算跨度:
3.600m
Mw=qw×Hsjcg^2/8
=2.461×3.600^2/8
=3.987kN·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:
450N/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×αmax×GAk(JGJ102-965.2.4)
=5×0.080×450.000/1000
=0.180kN/m^2
γE:
幕墙地震作用分项系数:
1.3
qEA=1.3×qEAk
=1.3×0.180
=0.234kN/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
=0.234×0.960
=0.225kN/m
ME:
地震作用下立柱弯矩(kN·m):
ME=qE×Hsjcg^2/8
=0.225×3.600^2/8
=0.364kN·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
=3.987+0.6×0.364
=4.205kN·m
(3)W:
立柱抗弯矩预选值(cm^3)
W=M×10^3/1.05/215.0
=4.205×10^3/1.05/215.0
=47.562cm^3
qwk:
风荷载线分布最大荷载集度标准值(kN/m)
qwk=Wk×B
=1.831×0.960
=1.758kN/m
qEk:
水平地震作用线分布最大荷载集度标准值(kN/m)
qEk=qEAk×B
=0.180×0.960
=0.173kN/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×(1.758+0.6×0.173)×3.600^3/384/2.1
=96.928cm^4
I2=5000×(qwk+0.6×qEk)×Hsjcg^4/384/2.1/20
=5000×(1.758+0.6×0.173)×3.600^4/384/2.1/20
=96.928cm^4
选定立柱惯性矩应大于:
96.928cm^4
2.选用立柱型材的截面特性:
选用型材号:
10#槽钢、5#角钢
型材强度设计值:
205N/mm^2
型材弹性模量:
E=2.1×10^5N/mm^2
X轴惯性矩:
Ix=198.000cm^4
Y轴惯性矩:
Iy=25.600cm^4
X轴抵抗矩:
Wx1=39.700cm^3
X轴抵抗矩:
Wx2=20.400cm^3
型材截面积:
A=14.800cm^2
型材计算校核处壁厚:
t=8.500mm
型材截面面积矩:
Ss=45.600cm^3
塑性发展系数:
γ=1.05
3.幕墙立柱的强度计算:
校核依据:
N/A+M/γ/W≤fa=205N/mm^2(拉弯构件)(JGJ102-965.5.3)
B:
幕墙分格宽:
0.960m
GAk:
幕墙自重:
450N/m^2
幕墙自重线荷载:
Gk=450×Wfg/1000
=450×0.960/1000
=0.432kN/m
Nk:
立柱受力:
Nk=Gk×Hsjcg
=0.432×3.600
=1.555kN
N:
立柱受力设计值:
rG:
结构自重分项系数:
1.2
N=1.2×Nk
=1.2×1.555
=1.866kN
σ:
立柱计算强度(N/mm^2)(立柱为拉弯构件)
N:
立柱受力设计值:
1.866kN
A:
立柱型材截面积:
14.800cm^2
M:
立柱弯矩:
4.205kN·m
Wx2:
立柱截面抗弯矩:
20.400cm^3
γ:
塑性发展系数:
1.05
σ=N×10/A+M×10^3/1.05/Wx2
=1.866×10/14.800+4.205×10^3/1.05/20.400
=197.570N/mm^2
197.570N/mm^2<fa=205N/mm^2
立柱强度不能满足
4.幕墙立柱的刚度计算:
校核依据:
Umax≤[U]=15mm且Umax≤L/180(JGJ133-20014.2.3)
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:
9.79mm<15mm
Du:
立柱挠度与立柱计算跨度比值:
Hsjcg:
立柱计算跨度:
3.600m
Du=U/Hsjcg/1000
=9.79/3.600/1000
=0.0027<1/180
挠度满足要求
5.立柱抗剪计算:
校核依据:
τmax≤[τ]=125N/mm^2
(1)Qwk:
风荷载作用下剪力标准值(kN)
Qwk=Wk×Hsjcg×B/2
=1.831×3.600×0.960/2
=3.164kN
(2)Qw:
风荷载作用下剪力设计值(kN)
Qw=1.4×Qwk
=1.4×3.164
=4.430kN
(3)QEk:
地震作用下剪力标准值(kN)
QEk=qEAk×Hsjcg×B/2
=0.180×3.600×0.960/2
=0.311kN
(4)QE:
地震作用下剪力设计值(kN)
QE=1.3×QEk
=1.3×0.311
=0.404kN
(5)Q:
立柱所受剪力:
采用Qw+0.6QE组合
Q=Qw+0.6×QE
=4.430+0.6×0.404
=4.672kN
(6)立柱剪应力:
τ:
立柱剪应力:
Ss:
立柱型材截面面积矩:
45.600cm^3
Ix:
立柱型材截面惯性矩:
198.000cm^4
t:
立柱壁厚:
8.500mm
τ=Q×Ss×100/Ix/t
=4.672×45.600×100/198.000/8.500
=12.659N/mm^2
12.659N/mm^2≤125N/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:
8.000mm
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
=1.831×0.960×3.600×1000
=6327.936N
连接处风荷载设计值(N):
N1w=1.4×N1wk
=1.4×6327.936
=8859.110N
N1Ek:
连接处地震作用(N):
N1Ek=qEAk×B×Hsjcg×1000
=0.180×0.960×3.600×1000
=622.080N
N1E:
连接处地震作用设计值(N):
N1E=1.3×N1Ek
=1.3×622.080
=808.704N
N1:
连接处水平总力(N):
N1=N1w+0.6×N1E
=8859.110+0.6×808.704
=9344.333N
N2:
连接处自重总值设计值(N):
N2k=450×B×Hsjcg
=450×0.960×3.600
=1555.200N
N2:
连接处自重总值设计值(N):
N2=1.2×N2k
=1.2×1555.200
=1866.240N
N:
连接处总合力(N):
N=(N1^2+N2^2)^0.5
=(9344.333^2+1866.240^2)^0.5
=9528.872N
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
=9528.872/21905.971
=0.435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:
8.500mm
Ncbl=D2×2×120×t×Num1(GBJ17-887.2.1)
=12.000×2×120×8.500×2.000
=48960.000N
48960.000N≥9528.872N
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)
=12.000×2×267×8.000×2.000
=102528.000N
102528.000N≥9528.872N
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
=1866.240N
N:
法向力设计值:
N=N1
=9344.333N
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
=1866.240×60.000
=111974.400N·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。
选用一级锚筋
锚筋强度设计值:
fy=210.000N/mm^2
d:
钢筋直径:
Φ12.000mm
αv:
钢筋受剪承载力系数:
αv=(4-0.08×d)×(fc/fy)^0.5(JGJ102-965.7.10-5)
=(4-0.08×12.000)×(15.000/210.000)^0.5
=0.812
αv取0.7
t:
锚板厚度:
10.000mm
αb:
锚板弯曲变形折减系数:
αb=0.6+0.25×t/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:
210.000mm
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)
=83.921mm^2
As2=(N/0.8/Kb+M/0.4/Kr/Kb/Z)/fy(JGJ102-965.7.10-2)
=76.662mm^2
83.921mm^2≤452.160mm^2
76.662mm^2≤452.160mm^2
4根φ12.000锚筋可以满足要求
A:
锚板面积:
30000.000mm^2
0.5fcA=225000.000N
N=9344.333N≤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100.000
σm:
弯矩引起的应力
σm=6×M/(2×he×lw^2×1.22)(GBJ17-887.1.2)
=6.070N/mm^2
σn:
法向力引起的应力
σn=N/(2×he×Lw×1.22)(GBJ17-887.1.2)
=7.599N/mm^2
τ:
剪应力
τ=V/(2×Hf×Lw)(GBJ17-887.1.2)
=1.296N/mm^2
σ:
总应力
σ=((σm+σn)^2+τ^2)^0.5(GBJ17-887.1.2-3)
=13.730
13.730N/mm^2≤160N/mm^2
焊缝强度可以满足!
、幕墙横梁计算
幕墙横梁计算:
(第1处)
1.选用横梁型材的截面特性:
选用型材号:
XC1\QY1505
型材强度设计值:
205N/mm^2
型材弹性模量:
E=2.1×10^5N/mm^2
X轴惯性矩:
Ix=11.210cm^4
Y轴惯性矩:
Iy=11.100cm^4
X轴抵抗矩:
Wx1=7.890cm^3
X轴抵抗矩:
Wx2=7.890cm^3
Y轴抵抗矩:
Wy1=7.890cm^3
Y轴抵抗矩:
Wy2=7.890cm^3
型材截面积:
A=4.800cm^2
型材计算校核处壁厚:
t=5.000mm
型材截面面积矩:
Ss=58.000cm^3
塑性发展系数:
γ=1.05
2.幕墙横梁的强度计算:
校核依据:
Mx/γWx+My/γWy≤fa=205(JGJ102-965.5.2)
(1)横梁在自重作用下的弯矩(kN·m)
H:
幕墙分格高:
0.800m
GAk:
横梁自重:
400N/m^2
Gk:
横梁自重荷载线分布均布荷载集度标准值(kN/m):
Gk=400×H/1000
=400×0.800/1000
=0.320kN/m
G:
横梁自重荷载线分布均布荷载集度设计值(kN/m)
G=1.2×Gk
=1.2×0.320
=0.384kN/m
Mx:
横梁在自重荷载作用下的弯矩(kN·m)
Mx=G×B^2/8
=0.384×0.960^2/8
=0.044kN·m
(2)横梁在风荷载作用下的弯矩(kN·m)
风荷载线分布最大荷载集度标准值(梯形分布)
qwk=Wk×H
=1.831×0.800
=1.465KN/m
风荷载线分布最大荷载集度设计值
qw=1.4×qwk
=1.4×1.465
=2.051kN/m
Myw:
横梁在风荷载作用下的弯矩(kN·m)
Myw=qw×B^2×(3-H^2/B^2)/24
=2.051×0.960^2×(3-0.800^2/0.960^2)/24
=0.182kN·m
(3)地震作用下横梁弯矩
qEAk:
横梁平面外地震荷载:
βE:
动力放大系数:
3
αmax:
地震影响系数最大值:
0.080
Gk:
幕墙构件自重:
400N/m^2
qEAk=3×αmax×400/1000(JGJ102-965.2.4)
=3×0.080×400/1000
=0.096kN/m^2
qex:
水平地震作用线分布最大荷载集度标准值
B:
幕墙分格宽:
0.960m
水平地震作用线分布最大荷载集度标准值(梯形分布)
qex=qEAk×H
=0.096×0.800
=0.077KN/m
qE:
水平地震作用线分布最大荷载集度设计值
γE:
地震作用分项系数:
1.3
qE=1.3×qex
=1.3×0.077
=0.100k
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