石材计算书.docx

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石材计算书

石材幕墙设计计算书

基本参数:

北京地区基本风压0.450kN/m2

抗震设防烈度8度设计基本地震加速度0.20g

Ⅰ.设计依据:

《建筑结构可靠度设计统一标准》GB50068-2001

《建筑结构荷载规范》GB50009-2001

《建筑抗震设计规范》GB50011-2001

《混凝土结构设计规范》GB50010-2002

《钢结构设计规范》GB50017-2003

《混凝土结构后锚固技术规程》JGJ145-2004

《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

《建筑幕墙》JG3035-1996

《玻璃幕墙工程质量检验标准》JGJ/T139-2001

《铝合金建筑型材基材》GB/T5237.1-2004

《铝合金建筑型材阳极氧化、着色型材》GB5237.2-2004

《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

《紧固件机械性能自攻螺钉》GB3098.5-2000

《紧固件机械性能不锈钢螺栓、螺钉和螺柱》GB3098.6-2000

《紧固件机械性能不锈钢螺母》GB3098.15-2000

《浮法玻璃》GB11614-1999

《镀膜玻璃第2部分低辐射镀膜玻璃》GB/T18915.2-2002

《镀膜玻璃第1部分阳光控制镀膜玻璃》GB/T18915.1-2002

《建筑用安全玻璃第2部分：

钢化玻璃》GB15763.2-2005

《幕墙用钢化玻璃与半钢化玻璃》GB17841-1999

《建筑结构静力计算手册（第二版）》

《建筑幕墙》GB/T21086-2007

《BKCADPM集成系统（BKCADPM2007版）》

Ⅱ.基本计算公式:

（1）.场地类别划分:

地面粗糙度可分为A、B、C、D四类：

--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。

（2）.风荷载计算:

幕墙属于薄壁外围护构件，根据《建筑结构荷载规范》GB50009-2001（2006年版）规定采用，垂直于建筑物表面上的风荷载标准值，应按下述公式计算：

1当计算主要承重结构时

Wk=βzμsμzW0（GB500097.1.1-1）

2当计算围护结构时

Wk=βgzμs1μzW0（GB500097.1.1-2）

式中：

其中:

Wk---垂直作用在幕墙表面上的风荷载标准值（kN/m2）；

βgz---高度Z处的阵风系数,按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001第7.5.1条取定。

根据不同场地类型,按以下公式计算:

βgz=K（1+2μf）

其中K为地区粗糙度调整系数，μf为脉动系数。

经化简，得：

A类场地:

βgz=0.92×[1+35-0.072×（Z/10）-0.12]

B类场地:

βgz=0.89×[1+（Z/10）-0.16]

C类场地:

βgz=0.85×[1+350.108×（Z/10）-0.22]

D类场地:

βgz=0.80×[1+350.252×（Z/10）-0.30]

μz---风压高度变化系数,按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001第7.2.1条取定。

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=1.000×（Z/10）0.32

C类场地:

μz=0.616×（Z/10）0.44

D类场地:

μz=0.318×（Z/10）0.60

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。

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

（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，按相应抗震设防烈度和设计基本地震加速度取定:

αmax选择可按JGJ102-2003中的表5.3.4进行。

表5.3.4水平地震影响系数最大值αmax

抗震设防烈度

6度

7度

8度

αmax

0.04

0.08（0.12）

0.16（0.24）

注:

7、8度时括号内数值分别用于设计基本地震速度为0.15g和0.30g的地区。

设计基本地震加速度为0.05g，抗震设防烈度6度：

αmax=0.04

设计基本地震加速度为0.10g，抗震设防烈度7度：

αmax=0.08

设计基本地震加速度为0.15g，抗震设防烈度7度：

αmax=0.12

设计基本地震加速度为0.20g，抗震设防烈度8度：

αmax=0.16

设计基本地震加速度为0.30g，抗震设防烈度8度：

αmax=0.24

设计基本地震加速度为0.40g，抗震设防烈度9度：

αmax=0.32

北京设计基本地震加速度为0.20g，抗震设防烈度为8度，故取αmax=0.16

GAK---幕墙构件的自重（N/m2）

（4）.作用效应组合:

一般规定，幕墙结构构件应按下列规定验算承载力和挠度：

a.无地震作用效应组合时，承载力应符合下式要求：

γ0S≤R

b.有地震作用效应组合时，承载力应符合下式要求：

SE≤R/γRE

式中S---荷载效应按基本组合的设计值；

SE---地震作用效应和其他荷载效应按基本组合的设计值；

R---构件抗力设计值；

γ0----结构构件重要性系数，应取不小于1.0；

γRE----结构构件承载力抗震调整系数，应取1.0；

c.挠度应符合下式要求：

df≤df,lim

df---构件在风荷载标准值或永久荷载标准值作用下产生的挠度值；

df,lim---构件挠度限值；

d.双向受弯的杆件，两个方向的挠度应分别符合df≤df,lim的规定。

幕墙构件承载力极限状态设计时，其作用效应的组合应符合下列规定：

1有地震作用效应组合时，应按下式进行：

S=γGSGK+γwψwSWK+γEψESEK

2无地震作用效应组合时，应按下式进行：

S=γGSGK+ψwγwSWK

S---作用效应组合的设计值；

SGk---永久荷载效应标准值；

SWk---风荷载效应标准值；

SEk---地震作用效应标准值；

γG---永久荷载分项系数；

γW---风荷载分项系数；

γE---地震作用分项系数；

ψW---风荷载的组合值系数；

ψE---地震作用的组合值系数；

进行幕墙构件的承载力设计时，作用分项系数，按下列规定取值：

①一般情况下，永久荷载、风荷载和地震作用的分项系数γG、γW、γE应分别取1.2、1.4和1.3；

②当永久荷载的效应起控制作用时，其分项系数γG应取1.35；此时，参与组合的可变荷载效应仅限于竖向荷载效应；

③当永久荷载的效应对构件有利时，其分项系数γG的取值不应大于1.0。

可变作用的组合系数应按下列规定采用：

①一般情况下，风荷载的组合系数ψW应取1.0，地震作用于的组合系数ψE应取0.5。

②对水平倒挂玻璃及框架，可不考虑地震作用效应的组合，风荷载的组合系数ψW应取1.0（永久荷载的效应不起控制作用时）或0.6（永久荷载的效应起控制作用时）。

幕墙构件的挠度验算时，风荷载分项系数γW和永久荷载分项系数均应取1.0，且可不考虑作用效应的组合。

Ⅲ.材料力学性能:

材料力学性能，主要参考JGJ102-2003《玻璃幕墙工程技术规范》。

（1）.玻璃的强度设计值应按表5.2.1的规定采用。

表5.2.1玻璃的强度设计值fg（N/mm2）

种类

厚度（mm）

大面

侧面

普通玻璃

5

28.0

19.5

浮法玻璃

5～12

28.0

19.5

15～19

24.0

17.0

≧20

20.0

14.0

钢化玻璃

5～12

84.0

58.8

15～19

72.0

50.4

≧20

59.0

41.3

注：

1.夹层玻璃和中空玻璃的强度设计值可按所采用的玻璃类型确定；

2.当钢化玻璃的强度标准达不到浮法玻璃强度标准值的3倍时，表中数值应根据实测结果予于调整；

3.半钢化玻璃强度设计值可取浮法玻璃强度设计值的2倍。

当半钢化玻璃的强度标准值达不到浮法玻璃强度标准值的2倍时，其设计值应根据实测结果予于调整；

4.侧面玻璃切割后的断面，其宽度为玻璃厚度。

（2）.铝合金型材的强度设计值应按表5.2.2的规定采用。

表5.2.2铝合金型材的强度设计值fa（N/mm2）

铝合金牌号

状态

壁厚（mm）

强度设计值fa

抗拉、抗压

抗剪

局部承压

6061

T4

不区分

85.5

49.6

133.0

T6

不区分

190.5

110.5

199.0

6063

T5

不区分

85.5

49.6

120.0

T6

不区分

140.0

81.2

161.0

6063A

T5

≦10

124.4

72.2

150.0

〉10

116.6

67.6

141.5

T6

≦10

147.7

85.7

172.0

〉10

140.0

81.2

163.0

（3）.热轧钢材的强度设计值应按现行国家标准《钢结构设计规范》GB50017-2003的规定采用，也可按表5.2.3a采用。

表5.2.3a热轧钢材的强度设计值fs（N/mm2）

钢材牌号

厚度或直径d（mm）

抗拉、抗压、抗弯

抗剪

端面承压

Q235

d≤16

215

125

325

16＜d≤40

205

120

40＜d≤60

200

115

Q345

d≤16

310

180

400

16＜d≤35

295

170

35＜d≤50

265

155

注：

表中厚度是指计算点的钢材厚度；对轴心受力杆件是指截面中较厚钢板的厚度.

（4）.冷成型薄壁型钢的钢材的强度设计值应按现行国家标准《钢结构设计规范》GB50018-2002的规定，可按表5.2.3b采用。

表5.2.3b冷成型薄壁型钢的强度设计值

钢材牌号

抗拉、抗压、抗弯fts

抗剪fvs

端面承压（磨平顶紧）fcs

Q235

205

120

310

Q345

300

175

400

（5）.不锈钢型材和棒材的强度设计值可按表5.2.3c采用。

表5.2.3c不锈钢型材和棒材的强度设计值

牌号

σ0.2

抗拉强度fts1

抗剪强度fvs1

端面承压强度fcs1

0Cr18Ni9

304

205

178

104

247

0Cr19Ni9N

304N

275

239

139

316

00Cr19Ni10

304L

177

154

89

221

00Cr18Ni10N

304LN

245

213

124

282

0Cr17Ni12Mo2

316

205

178

104

247

0Cr17Ni12Mo2N

316N

275

239

139

316

00Cr17Ni14Mo2

316L

177

154

89

221

00Cr17Ni13Mo2N

316LN

245

213

124

282

（6）.玻璃幕墙材料的弹性模量可按表5.2.8的规定采用。

表5.2.8材料的弹性模量E（N/mm2）

材料

E

玻璃

0.72ｘ105

铝合金

0.70ｘ105

钢、不锈钢

2.06ｘ105

消除应力的高强钢丝

2.05ｘ105

不锈钢绞线

1.20ｘ105～1.50ｘ105

高强钢绞线

1.95ｘ105

钢丝绳

0.80ｘ105～1.00ｘ105

注：

钢绞线弹性模量可按实测值采用。

（7）.玻璃幕墙材料的泊松比可按表5.2.9的规定采用。

表5.2.9材料的泊松比υ

材料

υ

材料

υ

玻璃

0.20

钢、不锈钢

0.30

铝合金

0.33

高强钢丝、钢绞线

0.30

（8）.玻璃幕墙材料的线膨胀系数可按表5.2.10的规定采用。

表5.2.10材料的线膨胀系数α（1/℃）

材料

α

材料

α

玻璃

0.80×10-5～1.00×10-5

不锈钢板

1.80×10-5

钢材

1.20×10-5

混凝土

1.00×10-5

铝材

2.35×10-5

砌砖体

0.50×10-5

（9）.玻璃幕墙材料的重力密度标准值可按表5.3.1的规定采用。

表5.3.1材料的重力密度γg（kN/m3）

材料

γg

材料

γg

普通玻璃、夹层玻璃、

钢化玻璃、半钢化玻璃

25.6

矿棉

1.2~1.5

玻璃棉

0.5~1.0

钢材

78.5　

岩棉

0.5~2.5

铝合金

28.0

一、风荷载计算

标高为6.0m处风荷载计算

W0:

基本风压

W0=0.45kN/m2

风荷载标准值:

Wk=2.100kN/m2

风荷载设计值:

W:

风荷载设计值（kN/m2）

γw:

风荷载作用效应的分项系数：

1.4

按《建筑结构荷载规范》GB50009-20013.2.5规定采用

W=γw×Wk=1.4×2.100=2.940kN/m2

二、板强度校核:

1.石材强度校核

用MU110级石材，其抗弯强度标准值为：

8.0N/mm2

石材抗弯强度设计值：

3.70N/mm2

石材抗剪强度设计值：

1.90N/mm2

校核依据：

σ≤[σ]=3.700N/mm2

Ao:

石板短边长：

0.900m

Bo:

石板长边长：

1.200m

a:

计算石板抗弯所用短边长度:

0.900m

b:

计算石板抗弯所用长边长度:

1.000m

t:

石材厚度:

25.0mm

GAK:

石板自重=700.00N/m2

m1:

四角支承板弯矩系数,按短边与长边的边长比（a/b=0.900）

查表得:

0.1526

Wk:

风荷载标准值:

2.100kN/m2

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/m2）

qEAk=5×αmax×GAK

=5×0.160×700.000/1000

=0.560kN/m2

荷载组合设计值为：

Sz=1.4×Wk+1.3×0.5×qEAk

=3.304kN/m2

应力设计值为：

σ=6×m1×Sz×b2×103/t2

=6×0.1526×3.304×1.0002×103/25.02

=4.840N/mm2

4.840N/mm2＞3.700N/mm2强度不能满足要求

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/mm2）

n:

一个连接边上的挂钩数量:

2

t:

石板厚度:

25.0mm

d:

槽宽:

7.0mm

s:

槽底总长度:

60.0mm

β:

系数,取1.25

对边开槽

τ=Sz×Ao×Bo×β×1000/[n×（t-d）×s]

=2.065N/mm2

2.065N/mm2>1.900N/mm2

石材抗剪强度不能满足

3.挂钩剪应力校核

校核依据:

τmax≤[τ]

τ:

挂钩剪应力设计值（N/mm2）

Ap:

挂钩截面面积:

19.600mm2

n:

一个连接边上的挂钩数量:

2

对边开槽

τ=Sz×Ao×Bo×β×1000/（2×n×Ap）

=56.893N/mm2

56.893N/mm2≤125.000N/mm2

挂钩抗剪强度可以满足

三、幕墙立柱计算:

幕墙立柱按简支梁力学模型进行设计计算：

1.荷载计算:

（1）风荷载均布线荷载设计值（矩形分布）计算

qw:

风荷载均布线荷载设计值（kN/m）

W:

风荷载设计值:

2.940kN/m2

B:

幕墙分格宽:

1.200m

qw=W×B

=2.940×1.200

=3.528kN/m

（2）地震荷载计算

qEA:

地震作用设计值（KN/m2）:

GAk:

幕墙构件（包括面板和框）的平均自重:

850N/m2

垂直于幕墙平面的均布水平地震作用标准值:

qEAk:

垂直于幕墙平面的均布水平地震作用标准值（kN/m2）

qEAk=5×αmax×GAk

=5×0.160×850.000/1000

=0.680kN/m2

γE:

幕墙地震作用分项系数:

1.3

qEA=1.3×qEAk

=1.3×0.680

=0.884kN/m2

qE：

水平地震作用均布线作用设计值（矩形分布）

qE=qEA×B

=0.884×1.200

=1.061kN/m

（3）立柱弯矩:

Mw:

风荷载作用下立柱弯矩（kN.m）

qw:

风荷载均布线荷载设计值:

3.528（kN/m）

Hsjcg:

立柱计算跨度:

2.000m

Mw=qw×Hsjcg2/8

=3.528×2.0002/8

=1.764kN·m

ME:

地震作用下立柱弯矩（kN·m）:

ME=qE×Hsjcg2/8

=1.061×2.0002/8

=0.530kN·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+0.5SE组合

M=Mw+0.5×ME

=1.764+0.5×0.530

=2.029kN·m

2.选用立柱型材的截面特性:

立柱型材号:

XC8\8#C

选用的立柱材料牌号:

Q235d<=16

型材强度设计值:

抗拉、抗压215.000N/mm2抗剪125.0N/mm2

型材弹性模量:

E=2.10×105N/mm2

X轴惯性矩:

Ix=89.461cm4

Y轴惯性矩:

Iy=12.785cm4

立柱型材在弯矩作用方向净截面抵抗矩:

Wn=22.329cm3

立柱型材净截面积:

An=8.977cm2

立柱型材截面垂直于X轴腹板的截面总宽度:

LT_x=6.000mm

立柱型材计算剪应力处以上（或下）截面对中和轴的面积矩:

Ss=13.332cm3

塑性发展系数:

γ=1.05

3.幕墙立柱的强度计算:

校核依据:

N/An+M/（γ×Wn）≤ｆa=215.0N/mm2（拉弯构件）

B:

幕墙分格宽:

1.200m

GAk:

幕墙自重:

850N/m2

幕墙自重线荷载:

Gk=850×B/1000

=850×1.200/1000

=1.020kN/m

Nk:

立柱受力:

Nk=Gk×L

=1.020×2.000

=2.040kN

N:

立柱受力设计值:

rG:

结构自重分项系数:

1.2

N=1.2×Nk

=1.2×2.040

=2.448kN

σ:

立柱计算强度（N/mm2）（立柱为拉弯构件）

N:

立柱受力设计值:

2.448kN

An:

立柱型材净截面面积:

8.977cm2

M:

立柱弯矩:

2.029kN·m

Wn:

立柱在弯矩作用方向净截面抵抗矩:

22.329cm3

γ:

塑性发展系数:

1.05

σ=N×10/An+M×103/（1.05×Wn）

=2.448×10/8.977+2.029×103/（1.05×22.329）

=89.278N/mm2

89.278N/mm2<ｆa=215.0N/mm2

立柱强度可以满足

4.幕墙立柱的刚度计算:

校核依据:

df≤L/250

df:

立柱最大挠度

Du:

立柱最大挠度与其所在支承跨度（支点间的距离）比值:

L:

立柱计算跨度:

2.000m

df=5×qWk×Hsjcg4×1000/（384×2.1×Ix）=2.795mm

Du=U/（L×1000）

=2.795/（2.000×1000）

=1/715

1/715<1/250且U<=20（跨距大于4500mm时此值为30）

挠度可以满足要求！

5.立柱抗剪计算:

校核依据:

τmax≤[τ]=125.0N/mm2

（1）Qwk:

风荷载作用下剪力标准值（kN）

Qwk=Wk×Hsjcg×B/2

=2.100×2.000×1.200/2

=2.520kN

（2）Qw:

风荷载作用下剪力设计值（kN）

Qw=1.4×Qwk

=1.4×2.520

=3.528kN

（3）QEk:

地震作用下剪力标准值（kN）

QEk=qEAk×Hsjcg×B/2

=0.680×2.000×1.200/2

=0.816kN

（4）QE:

地震作用下剪力设计值（kN）

QE=1.3×QEk

=1.3×0.816

=1.061kN

（5）Q:

立柱所受剪力:

采用Qw+0.5QE组合

Q=Qw+0.5×QE

=3.528+0.5×1.061

=4.058kN

（6）立柱剪应力:

τ:

立柱剪应力:

Ss:

立柱型材计算剪应力处以上（或下）截面对中和轴的面积矩:

13.332cm3

立柱型材截面垂直于X轴腹板的截面总宽度:

LT_x=6.000mm

Ix:

立柱型材截面惯性矩:

89.461cm4

τ=Q×Ss×100/（Ix×LT_x）

=4.058×13.332×100/（89.461×6.000）

=10.080N/mm2

τ=10.080N/mm2<125.0N/mm2

立柱抗剪强度可以满足

四、立柱与主结构连接

Lct2:

连接处热轧钢角码壁厚:

6.0mm

Jy:

连接处热轧钢角码承压强度:

305.0N/mm2

D2:

连接螺栓公称直径:

12.0mm

D0:

连接螺