光伏玻璃采光顶强度计算北京市为例.docx
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光伏玻璃采光顶强度计算北京市为例.docx
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光伏玻璃采光顶强度计算北京市为例
采光顶
设计计算书
设计:
校对:
审核:
批准:
2009年6月4日
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.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
4.《建筑结构静力计算手册》(第二版)
二、基本参数
1.幕墙所在地区:
北京地区;
2.地区粗糙度分类等级:
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C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;
(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,对不上人屋面可按500N/m2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:
50m;
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为地区粗糙度调整系数,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C类地区,50m高度处瞬时风压的阵风系数:
βgz=0.85*(1+2*(0.734(Z/10)-0.22))=1.726
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C类地区,50m高度处风压高度变化系数:
μz=0.616*(Z/10)0.44=1.251
μs:
风荷载体型系数,根据计算点体型位置取0.2;
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,北京地区取0.00045MPa;
wk=βgzμzμsw0
=1.726*1.251*0.2*0.00045
=0.000194MPa
2.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*0.000194
=0.000272MPa
3.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,北京地区50年一遇最大积雪的自重:
0.00045MPa.
μr:
屋面积雪分布系数,按表6.2.1[GB50009-2001],为1。
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
=1*0.00045
=0.00045MPa
4.雪荷载设计值计算:
S:
雪荷载设计值(MPa);
S=1.4*Sk
=1.4*0.00045
=0.00063MPa
5.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0.0004MPa;
G=1.2*Gk
=1.2*0.0004
=0.00048MPa
6.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:
500N/m2
Q=1.4*Qk
=1.4*500/1000000
=0.0007MPa
7.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、采光顶玻璃的计算1100×1300
基本参数:
1:
计算点标高:
50m;
2:
板面尺寸:
宽*高=B*H=1100mm*1300mm;
3:
玻璃配置:
夹胶玻璃,外片浮法玻璃3.2mm,内片钢化玻璃3.2mm;
4:
玻璃形式:
四边简支;
模型简图为:
1.玻璃板块荷载计算:
(1)玻璃自重荷载标准值:
GAk:
玻璃自重标准值(仅指玻璃)(MPa);
t:
玻璃厚度(mm);
γg:
玻璃的体积密度(N/mm3);
GAk=γg*t
=0.0000256*6.4
=0.000164MPa
(2)玻璃自重荷载设计值:
GA:
玻璃自重设计值(仅指玻璃)(MPa);
GAk:
玻璃自重标准值(仅指玻璃)(MPa);
GA=1.2*GAk
=1.2*0.000164
=0.000197MPa
2.玻璃板块荷载组合:
玻璃板块的受力组合采用自重、风荷载和活荷载组合。
(1)玻璃荷载标准值组合:
qk:
玻璃板块的荷载标准值组合(MPa);
wk:
风荷载标准值(MPa);
GAk:
玻璃自重标准值(仅指玻璃)(MPa);
先取自重和风荷载组合:
wk+GAk=0.6*0.000194+0.000164
=0.00028MPa
再与活荷载组合,得:
qk=0.00028+1*0.0005*Cosα
=0.000778MPa
(2)玻璃荷载设计值组合:
q:
玻璃板块的荷载设计值组合(MPa);
w:
风荷载设计值(MPa);
GA:
玻璃自重标准值(仅指玻璃)(MPa);
先取自重和风荷载组合:
w+GA=0.6*0.000272+0.000197
=0.00036MPa
再与活荷载组合,得:
q=0.00036+1*0.0007*Cosα
=0.001057MPa
3.玻璃的强度计算:
校核依据:
σ≤[fg]
θ:
玻璃的计算参数;
η:
玻璃的折减系数;
qk:
玻璃上的荷载组合标准值(MPa);
b:
玻璃板块短边边长(mm);
E:
玻璃的弹性模量(MPa);
T2:
玻璃组合厚度(mm);4.032mm
θ=qkb4/Et4……6.1.2-3[JGJ102-2003]
=0.000778*11004/72000/4.0324
=59.86
按系数θ,查表6.1.2-2[JGJ102-2003],η=0.78;
σ:
玻璃在组合荷载作用下的板中最大应力设计值(MPa);
q:
作用在玻璃上的荷载组合设计值(MPa);
b:
玻璃板块短边边长(mm);
t2:
玻璃组合厚度(mm);4.032mm
m:
玻璃弯矩系数,取m=0.0576;
σ=6mqb2η/t2……6.1.2[JGJ102-2003]
=6*0.0576*0.000988*11002*0.78/4.0322
=19.823MPa
19.823MPa≤fg=28MPa(浮法玻璃)
玻璃的强度满足要求!
五、采光顶玻璃的计算1100×2600
基本参数:
1:
计算点标高:
50m;
2:
板面尺寸:
宽*高=B*H=1100mm*2600mm;
3:
玻璃配置:
夹胶玻璃,外片浮法玻璃3.2mm,内片钢化玻璃3.2mm;
4:
玻璃形式:
四边简支;
模型简图为:
1.玻璃板块荷载计算:
(1)玻璃自重荷载标准值:
GAk:
玻璃自重标准值(仅指玻璃)(MPa);
t:
玻璃厚度(mm);
γg:
玻璃的体积密度(N/mm3);
GAk=γg*t
=0.0000256*6.4
=0.000164MPa
(2)玻璃自重荷载设计值:
GA:
玻璃自重设计值(仅指玻璃)(MPa);
GAk:
玻璃自重标准值(仅指玻璃)(MPa);
GA=1.2*GAk
=1.2*0.000164
=0.000197MPa
2.玻璃板块荷载组合:
玻璃板块的受力组合采用自重、风荷载和活荷载组合。
(1)玻璃荷载标准值组合:
qk:
玻璃板块的荷载标准值组合(MPa);
wk:
风荷载标准值(MPa);
GAk:
玻璃自重标准值(仅指玻璃)(MPa);
先取自重和风荷载组合:
wk+GAk=0.6*0.000194+0.000164
=0.00028MPa
再与活荷载组合,得:
qk=0.00028+1*0.0005*Cosα
=0.000778MPa
(2)玻璃荷载设计值组合:
q:
玻璃板块的荷载设计值组合(MPa);
w:
风荷载设计值(MPa);
GA:
玻璃自重标准值(仅指玻璃)(MPa);
先取自重和风荷载组合:
w+GA=0.6*0.000272+0.000197
=0.00036MPa
再与活荷载组合,得:
q=0.00036+1*0.0007*Cosα
=0.001057MPa
3.玻璃的强度计算:
校核依据:
σ≤[fg]
θ:
玻璃的计算参数;
η:
玻璃的折减系数;
qk:
玻璃上的荷载组合标准值(MPa);
b:
玻璃板块短边边长(mm);
E:
玻璃的弹性模量(MPa);
T2:
玻璃组合厚度(mm);4.032mm
θ=qkb4/Et4……6.1.2-3[JGJ102-2003]
=0.000778*11004/72000/4.0324
=59.86
按系数θ,查表6.1.2-2[JGJ102-2003],η=0.78;
σ:
玻璃在组合荷载作用下的板中最大应力设计值(MPa);
q:
作用在玻璃上的荷载组合设计值(MPa);
b:
玻璃板块短边边长(mm);
t2:
玻璃组合厚度(mm);4.032mm
m:
玻璃弯矩系数,取m=0.1;
σ=6mqb2η/t2……6.1.2[JGJ102-2003]
=6*0.1*0.000988*11002*0.78/4.0322
=34.415MPa
34.415MPa≥fg=28MPa(浮法玻璃)
玻璃的强度不能满足要求!
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