胜利小学玻璃幕墙设计计算书.docx
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胜利小学玻璃幕墙设计计算书
胜利小学教学楼幕墙设计计算书
基本参数:
新余地区幕墙总高:
15.6m
设计层高(Hsjcg):
3.9m
分格BXH:
1.134(m)×1.542(m)
一、幕墙承受荷载计算:
1、风荷载标准值计算:
本幕墙设计按50年一遇风压计算
Wk:
作用在幕墙上的风荷载标准值(kN/m2)
Wo:
新余30年一遇十分钟平均最大风压:
0.300kN/m2
根据现行《建筑结构荷载规范》GBJ9-87附图
(全国基本风压分布图)中数值采用
βz:
瞬时风压的阵风系数:
取2.25
Цs:
风荷载体型系数:
1.5
Цz:
15.60m高处风压高度变化系数(按B类区计算):
Цz=(Z/10)0.32=1.15
Wk=βz×Цz×Цs×1.1×WO(5.2.2)
=2.25×1.15×1.5×1.1×0.300
=1.28kN/m2
2、风荷载设计值:
W:
风荷载设计值:
KN/m2
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》JGJ102-96(5.1.6)条规定采用
W=rw×Wk=1.4×1.28=1.79kN/m2
3、玻璃幕墙构件重量荷载:
GAK:
玻璃幕墙构件(包括玻璃和铝框)的平均自重:
400N/m2
GK:
玻璃幕墙构件(包括玻璃和铝框)的重量:
H:
玻璃幕墙分格高:
1.542m
B:
玻璃幕墙分格宽:
1.134m
GK=400×B×H/1000
=400×1.134×1.542/1000
=0.699KN
二、玻璃的选用与校核
本工程选用玻璃种类为:
6MM热反射镀膜玻璃
1、玻璃面积:
B:
玻璃幕墙分格宽;1.134m
H:
玻璃幕墙分格高:
1.542m
A:
玻璃板块面积:
A=B×H
=1.134×1.542
=1.75M2
2、玻璃厚度选取:
W:
风荷载设计值:
1.79kN/m2
A:
玻璃板块面积:
1.75m2
K3:
玻璃种类调整系数:
3.0
试算:
C=W×A×10/3/K3
=1.79×1.75×10/3/3.0
=3.48
T=2×(1+C)0.5-2
=2×(1+3.48)0.5-2
=2.23mm
玻璃选取厚度为:
6.0mm
3、玻璃板块自重:
GAK:
玻璃板块平均自重(不包括铝框):
t:
玻璃板块厚度:
6.0mm
玻璃的体积密度为:
25.6(KN/M3)按5.2.1采用
GAK=25.6×t/1000
=25.6×6.0/1000
=0.154KN/m2
4、玻璃的强度计算:
校核依据:
σ≤fg=42.000
q:
玻璃所受组合荷载:
a:
玻璃短边边长:
1.134m
b:
玻璃长边边长:
1.542m
t:
玻璃厚度:
6.0mm
w:
玻璃板面跨中弯曲系数,按边长比a/b查表5.4.1得0.076
σw:
玻璃所受应力:
采用Sw组合:
q=W=1.79
σw=6×Ψ×q×a2×1000/t2
=6×0.076×1.79×1.1342×1000/6.02
=25.71N/mm2
25.71N/mm2≤fg=42.000N/mm2
玻璃的强度满足
5、玻璃温度应力计算:
校核依据:
σmax≤[σ]=19.500N/mm2
(1)在年温差变化下,玻璃边缘与边框间挤压在玻璃中产生的
挤压温度应力为:
E:
玻璃的弹性模量:
0.72×105N/mm2
at:
玻璃的线膨胀系数:
1.0×10-5
△T:
年温度变化差:
80.000℃
C:
玻璃边缘至边框距离,取5mm
d:
施工偏差,可取:
3mm,按5.4.3选用
b:
玻璃长边边长:
1.494m
在年温差变化下,玻璃边缘与边框间挤压在玻璃中产生的温度应力为:
σtl=E(at×△T-(2c-d)/b/1000)
=0.72×△T-72×(2×5-3)/b
=0.72×80.000-72×(2×5-3)/1.494
=-279.75kN/m2
计算值为负,挤压应力取为零
0.000N/mm2<19.500N/mm2
玻璃边缘与边框间挤压温度应力可以满足要求
(2)玻璃中央与边缘温度差产生的温度应力:
Ц1:
阴影系数:
按《玻璃幕墙工程技术规范》
JGJ102-96表5.4.4-1得1.000
Ц2:
窗帘系数:
按《玻璃幕墙工程技术规范》
JGJ102-96表5.4.4-2得1.1
Ц3:
玻璃面积系数:
按《玻璃幕墙工程技术规范》
JGJ102-96表5.4.4-3得1.058
Ц4:
边缘温度系数:
按《玻璃幕墙工程技术规范》
JGJ102-96表5.4.4-4得0.400
a:
玻璃线胀系数:
1.0×10-5
IO:
日照量:
3027.600(KJ/M2h)
to:
室外温度-10.000℃
t1:
室内温度35.000℃
Tc:
单片玻璃中心温度(依据JGJ113-97附录B计算):
ao:
玻璃的吸收率:
0.180
Tc=0.012×I0×a0+0.65×t0+0.35×tl
=0.012×3027.600×0.180+0.65×-10.000+0.35×35.000
=12.290℃
Ts:
玻璃边缘部分温度(依据JGJ113-97附录B计算)
Ts=(0.65×t0+0.35×tl)
=(0.65×-10.000+0.35×35.000)
=5.750℃
△t:
玻璃中央与边缘部分温度差:
△t=Tc-Ts
=6.540℃
玻璃中央与边缘温度差产生的温度应力:
σ t2=0.74×E×a×Ц1×Ц2×Ц3×Ц4×(Tc-Ts)
=0.74×0.72×105×1.0×10-5×Ц1×Ц2×Ц3×Ц4×△t
=1.622N/mm2
玻璃中央与边缘有温度差产生的温度应力可以满足要求
7、玻璃最大面积校核:
Azd:
玻璃的允许最大面积(m2)
WK:
风荷载标准值:
1.28KN/m2
t:
玻璃厚度:
6.0mm
al:
玻璃种类调整系数:
3.0
A:
计算校核处玻璃板块面积:
1.75m2
Azd=0.3×al×(t+t2/4)/WK
=0.3×3.000×(6.0+6.02/4)/1.28
=10.55m2
A=1.75m2≤Azd=10.55m2
可以满足使用要求
三、幕墙杆件计算:
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:
1.28KN/m2
B:
幕墙分格宽:
1.134m
qw=1.4×WK×B
=1.4×1.28×1.134
=2.03kN/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:
2.03(KN/m)
Hsjcg:
立柱计算跨度:
3.9m
Mw=qw×Hsjcg2/8
=2.03×3.92/8
=3.86KN/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 组合
M=Mw
=3.86KN
(3)W:
立柱抗弯矩预选值(cm3)
W=M×103/1.05/84.2
=3.86×103/1.05/84.2
=43.66cm3
qwk:
风荷载线分布最大荷载集度标准值(KN/m)
qwk=WK×B
=1.28×1.134
=1.45KN/m
(4)11,12:
立柱惯性矩预选值(cm4)
11=900×qwk×Hsjcg3/384/0.7
=900×1.45×3.93/384/0.7
=287.99cm4
12=5000×qwk×Hsjcg4/384/0.7/20
=5000×1.45×3.94/384/0.7/20
=311.99cm4
选定立柱惯性矩应大于:
311.99cm4
2、选用立柱型材的截面特性:
选用系列:
150
选用型材号:
150101
铝型材强度设计值:
84.200N/mm2
铝型材弹性模量:
E=7×106N/cm2
X轴惯性矩:
IX=363.69cm4
Y轴惯性矩:
IY=99.12cm4
X轴抵抗矩:
Wx=46.64cm3
Y轴抵抗矩:
Wy=30.97cm3
型材截面积:
A=11.75cm2
型材计算校核处壁厚:
t=3.0mm
型材截面面积矩:
Ss=33.58cm3
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/γW≤fa=84.200N/mm2(拉弯构件)(5.5.3)
B:
幕墙分格宽:
1.134m
GAK:
幕墙自重:
400N/m2
幕墙自重线荷载:
GK=400×Wfg/1000
=400×1.134/1000
=0.45KN/m
NK:
立柱受力:
NK=GK×Hsjcg
=0.45×3.9
=1.76KN
N:
立柱5受力设计值:
rG:
结构自重分项系数:
1.2
N=1.2×NK
=1.2×1.76
=2.1KN
σ:
立柱计算强度(N/mm2)(立柱为拉弯构件)
N:
立柱受力设计值:
2.1kN
A:
立柱型材截面积:
11.75cm2
m:
立柱弯矩:
3.86kN.m
Wx:
立柱截面抗弯矩:
46.64cm2
r:
塑性发展系数:
1.05
σ=N×10/A+M×103/1.05/Wx
=2.1×10/11.75+3.86×103/1.05/46.64
=80.61N/mm2
80.61N/mm2≤fa=84.200N/mm2
立柱强度可以满足
4、幕墙立柱的刚度计算:
校核依据:
Umax≤[U]=20mm且Umax≤L/180(5.5.5)
Umax:
立柱最大挠度
Umax=5×1.28×3.94×1000/384/0.7/Ix=15.15
立柱最大挠度Umax为:
15.15mm≤20mm
Du:
立柱挠度与立柱计算跨度比值:
Hsjcg:
立柱计算跨度:
3.90m
Du=U/Hsjcg/1000
=15.15/3.9/1000
=0.0039≤1/180
挠度可以满足要求
5、立柱抗剪计算:
校核依据:
Tmax≤[T]=48.900N/mm2
(1)Qwk:
风荷载作用下剪力标准值(kN)
Qwk=Wk×Hsjcg×B/2
=1.28×3.9×1.134/2
=2.83kN
(2)QW:
风荷载作用下剪力设计值(KN)
QW=1.4×QWK
=1.4×2.83
=3.96kN
(5)Q:
立柱所受剪力(kN)
采用Qw组合
Q=Qw
=3.96
=3.96kN
(6)立柱剪应力:
r:
立柱剪应力
Ss:
立柱型材截面面积矩:
33.58cm3
Ix:
立柱型材截面惯性矩:
363.69cm4
I:
立柱壁厚:
3.0mm
T=Q×Ss×100/IX/T
=3.96×33.58×100/363.69/3.0
=12.19N/mm2
12.19N/mm2≤48.900N/mm2
立柱抗剪强度可以满足
6、选用横梁型材的截面特性:
选用型材号:
1102
铝型材强度设计值:
84.200N/mm2
铝型材弹性模量:
E=7×106N/cm2
X轴惯性矩:
Ix=32.02cm4
Y轴惯性矩:
IY=31.66cm4
X轴抵抗矩:
Wx1=9.23cm3
X轴抵抗矩:
Wx2=9.23cm3,
Y轴抵抗矩,Wy1=9.89cm3
Y轴抵抗矩:
WY2=9.89cm3
型材截面积:
A=4.73cm2
型材计算校核处壁厚:
T=3.0mm
型材截面面积矩:
Ss=8.525cm3
塑性发展系数:
γ=1.05
7、幕墙横梁的强度计算:
校核依据:
mx/γWx+my/γWy≤fa=84.200N/mm2(5.5.2)
(1)横梁在自重作用下的弯矩(kN.m)
H:
幕墙分格高:
1.542m
GAK:
横梁自重:
300N/m2
Gk:
横梁自重荷载线分布均布荷载集度标准值(kN/m)
Gk=300×H/1000
=300×1.542/1000
=0.46kN/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
=1.2×0.46
=0.55N/m
Mx:
横梁在自重荷载作用下的弯矩(kN.m)
Mx=G×B2/8
=0.55×1.1342/8
=0.088kN.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(三角形分布)
qwk=WkxB
=1.28×1.134
=1.45N/m
风荷载线分布最大荷载集度设计值
qw=1.4×qwk
=1.4×1.45
=2.03kN/m
Myw:
横梁在风荷载作用下的弯矩(kN.m)
Myw=qw×B2/12
=2.03×1.1342/12
=0.22kN.m
(4)横梁强度:
σ:
横梁计算强度(N/mm2)
采用SG+Sw组合
Wx1:
X轴抵抗矩:
9.23cm3
Wy2:
y轴抵抗矩:
9.89cm3
γ:
塑性发展系数:
1.05
σ=(Mx/Wx1+Myw/Wy2)×103/1.05
=30.27N/mm2
30.27mm2≤fa=84.200N/mm2
横梁正应力强度可以满足
8、幕墙横梁的抗剪强度计算:
校核依据:
max≤[T]=18.900N/mm
(1)Qwk:
风荷载作用下横梁剪力标准值(KN)
Wk:
风荷载标准值:
1.28kN/m2
B:
幕墙分格宽:
1.134m
风荷载线分布呈三角形分布时:
Qwk=Wk×B2/4
=1.28×1.1342/4
=0.41kN
(2)Qw;风荷载作用下横梁剪力设计值(KN)
Qw=1.4×Qwk
=1.4×0.41
=0.574kN
(5)Q:
横梁所受剪力:
采用Qw组合
Q=Qw
=0.574
(6)T:
横梁剪应力
Ss:
横梁型材截面面积矩:
8.525cm3
Iy:
横梁型材截面惯性矩:
31.66cm4
T:
横梁壁厚:
3.0mm
T=Q×Ss×100/Iy/t
=0.574×8.525×100/31.66/3.0
=5.28N/mm2
5.15N/mm2≤48.900N/mm2
横梁抗剪强度可以满足
9、幕墙横梁的刚度计算
校核依据:
Umax≤[U]=20mm且Umax≤L/180
横梁承受呈三角形分布线荷载作用时的最大荷载集度:
qwk:
风荷载线分布最大荷载集度标准值(KN/m)
qwk=wk×B
=1.28×1.134
=1.45KN/m
水平方向由风荷载产生的弯曲
UI=qwk×Wfg4×1000/0.7/Iy/120
=0.9mm
自重作用产生的弯曲:
U2=5×Gk×Wfg4×1000/384/0.7/Ix
=0.44mm
综合产生的弯曲为:
U=(U12+U22)0,5
=1.01mm<=20mm
Du=U/wfg/1000
=1.01/1.134/1000
=0.0009≤1/180
挠度可以满足要求
四、连接件计算
1、横梁与立柱间连结
(1)横向节点(横梁与角码)
N1:
连接部位受总剪力:
采用Sw组合
N1=Qw×1000
=0.574×1000
=574.0N
普通螺栓连接的抗剪强度计算值:
130N/mm2
Nv:
剪切面数:
1
D1:
螺栓公称直径:
6.000mm
D0:
螺栓有效直径:
5.060mm
Nvbh:
螺栓受剪承载能力计算:
Nvbh=1×3.14×D02×130/4
=1×3.14×5.0602×130/4
=2612.847N
Numl:
螺栓个数
Numl=Nl/Nvbh
=574.0/2612.847
=0.22
取2个
Ncb:
连接部位幕墙横梁铝型材壁抗承压力计算:
T:
幕墙横梁壁厚:
2.000mm
Ncb=D1×T×120×numl
=6.000×2.000×120×2.000
=2880.0N
2880.0N≥574.0N,强度可以满足。
(2)竖向节点(角码与立柱)
Gk:
横梁自重线荷载(N/m)
Gk=300×H
=300×1.542
=462.6N/m
横梁自重线荷载设计值(N/m)
G=1.2×Gk
=1.2×462.6
=555.12N/m
N2:
自重荷线(N):
N2=G×B/2
=555.12×1.134/2
=314.75N
N:
连接处组合荷载:
采用SG+Sw
N=(N12+N22)0.5
=(574.02+314.752)0.5
=654.6N
Num2:
螺栓个数
Num2=N/Nvbh
=0.25
取2个
Ncbj:
连接部位铝角码壁抗承压能力计算:
Lctl:
铝角码壁厚:
4.000mm
Ncbj=D1×Lctl×120×Num2
=6.000×4.000×120×2.000
=5760.000N
5760.0N≥654.6N
强度可以满足
2、立挺与主结构连接
Lct2:
连接处钢角码壁厚:
6.000mm
D2:
连接螺栓直径:
12.000mm
D0:
连接螺栓直径:
10.360mm
采用SG+SW组合
N1wk:
连接风荷载总值(N):
N1wk=wk×B×Hsjcg×1000
=1.28×1.134×3.90×1000
=5660.9N
连接处风荷载设计值(N):
N1w=1.4×N1wk
=1.4×5660.9
=7925.3N
N1:
连接处水平总力(N):
NI=N1w
=7925.3
N2:
连接处自重总值设计值(N):
N2K=400×B×Hsjcg
=400×1.134×3.9
=1494.7N
N2:
连接处自重总值设计值(N):
N2=1.2×N2K
=1.2×1494.7
=1769.04N
N:
连接处总合力(N):
N=(N12+N22)0.5
=(7925.32+1769.042)0.5
=8120.3N
Nvb:
螺栓的承载能力:
Nv:
连接处剪切面数:
2
Nvb=2×3.14×D02×130/4
=2×3.14×10.3602×130/4
=21905.971N
Numl:
立挺与建筑物主结构连接的螺栓个数:
Numl=N/Nvb
=8120.3/21905.971
=0.37个
取2个
Ncbl:
立挺型材壁抗承压能力(N):
D2:
连接螺栓直径:
12.000mm
Nv:
连接处剪切面数:
4
T:
立挺壁厚:
3.000mm
Ncbl=D2×2×120×1×Numl
=12.000×2×120×3.000×2.000
=17280.000N
17280.000N≥8120.3
强度可以满足
Ncbg:
钢角码型材重抗承压能力(N):
Ncbg=D2×2×267×D2×Numl
=12.000×2×267×6.000×2.000
=76896.000N
76896.000N≥8120.3N
强度可以满足
五、靠墙预埋件总截面面积计算
本工程预埋件受拉力和剪力
v:
剪力设计值:
V=N2
=1769.04N
N:
法向力设计值:
N=N1
=7925.3N
M:
弯矩设计值(N.mm):
C2:
螺孔中心与错板边缘距离:
50mm
M=V×c2
=1769.04×50.000
=88452N.mm
Numl:
错筋根数:
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C25
混凝土强度设计值:
fc=12.5N/mm2
按现行国家标准≤混凝土结构设计规范≥GB.110采用。
选用二级锚筋
锚筋强度设计值:
fy=300.000N/mm2
d:
钢筋直径:
ф12.000mm
av:
钢筋受剪承载力系数:
av=(4-0.08×d)×(fc/fy)0.5(5.7.10-5)
=(4-0.08×12.000)×(12.5/300.000)0.5
=0.62
t:
锚板厚度:
8.000mm
ab:
锚板弯曲变形折减系数:
ab=0.6+0.25×t/d(5.7.106)
=0.6+0.25×8.000/12.000
=0.767
Z:
外层钢筋中心线距离:
210.000mm
As:
锚筋实际总截面积:
As=Numl×3.14×d2/4
=4.000×3.14×d2/4
=452.16m2
锚筋总截面积计算值:
Asl=(V/Kv/0.8/kb+M/0.3/kt/kb/Z)/fy(5.7.10-1)
=16.26mm2
As2=(N/0.8/kb+M/0.4/kt/kb/Z)/fy(5.7.10-2)
=43.82mm2
16.26mm2≤452.16mm2
43.82mm2≤452.16mm2
4根ф12.000锚筋可以满足要求
A:
锚板面积:
60000.00mm2
0.5fcA=450000.000N
N=7925.3N≤0.5fcA
锚板尺寸可以满足要求
六、幕墙预埋件焊缝计算
Hf:
焊缝厚度6.000
L:
焊缝长度100.000
σm:
弯矩引起的应力
σm=6×M/(2×he×1w2×1.22)
=5.18N/mm2
σn:
法向力引起的应力
σn=N/(2×he×1w×1.22)
=7.73N/mm2
t:
剪应力
t=V/(2×Hf×1w)
=2.11N/mm2
σ:
总应力
σ=[(σm+σn)2+t2]0.5
=13.08
13.08N/mm2≤160N/mm2
焊缝强度可以满足
七、幕墙玻璃板块结构胶计算:
本工程选用结构胶类型为:
DC525
1、按风荷载和自重效应,计算结构硅酮密封胶的宽度:
Cs1:
风载荷作用下结构胶粘结宽度(mm)
WK:
风荷载标准值:
1.28kN/m2
a:
矩形分格短边长度:
1.134m
fl:
结构胶的短期强度允许值:
0.14N/mm2
按5.6.3条规定采用
Csl=WK×a/2/0.14(5.6.4-1)
=1.28×1.134/2/0.14
=5.18mm取6mm
(2)自重效应胶缝宽度的计算:
Cs2:
自重效应胶缝宽度(mm)
B:
幕墙分格宽:
1.134m
H:
幕墙分格高:
1.542m
T:
玻璃厚度:
6mm
F2:
结构胶的长期强度允许值:
0.007N/mm2
按5.6.3条规定采用
Cs2=H×B×t×25.6/(H+B)/2/7(5.6.4-2)
=7.17mm
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