干挂大理石施工方案含计算书.docx
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干挂大理石施工方案含计算书
石材幕墙设计计算书
工程名称:
施工单位:
编制日期:
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
《金属与石材幕墙工程技术规范》JGJ133-2001
《建筑幕墙物理性能分级》GB/T15225-94
《建筑幕墙空气渗透性能检测方法》GB/T15226-94
《建筑幕墙风压变形性能检测方法》GB/T15227-94
《建筑幕墙雨水渗漏性能检测方法》GB/T15228-94
《建筑幕墙保温性能测试方法》GB8484
《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
2、建筑设计规范:
《建筑结构荷载规范》GB50009-2001
《冷弯薄壁型钢结构设计规范》GB50018-2002
《建筑设计防火规范》GBJ16-2001
《建筑物防雷设计规范》GB50057-2000
《建筑搞震设计规范》GB50011-2001
4、金属板及石材规范:
《天然花岗石荒料》JC/T204-2001
《天然大理石荒料》JC/T202-2001
《天然板石》GB/T18600-2001
《天然花岗石建筑板材》GB/T18601-2001
《天然大理石建筑板材》料JC/T79-2001
《天然大理石幕墙用环氧胶粘剂》JC/T13890-2001
《天然饰面石材术语》GB/T13890-92
《建筑材料放射性核素限量》GB6566-2001
《干挂天然花岗岩,建筑板材及其不锈钢配件》JC830-1998
6、钢材规范:
《冷拔异形钢管》GB/T3094-2000
《碳素结构钢》GB/T700-1988
《优质碳素结构钢》GB/T699
《合金结构钢》GB/T3077
《不锈钢和耐热钢冷扎带钢》GB/T4239
《高耐候结构钢》GB/Y4171-2000
《焊接结构用耐候钢》GB/T4172-2000
《低合金高强度结构》GB/Y1591-1994
《碳素结构和低合金结构钢热轧薄钢板及钢带》GB/T912
《碳素结构和低合金结构钢热轧厚钢板及钢带》GB/T3274
《结构用无缝钢管》JBJ102
《金属覆盖层钢铁制品热镀锌层技术要求》GB/T13912-1992
7、胶类及密封材料规范:
《混凝土接缝用密封胶》JC/T881-2001
《硅酮建筑密封胶》GB/14683-2003
《建筑用硅酮结构密封胶》GB16776-2003
《聚硫建筑密封胶》JC483-1992
《幕墙玻璃接缝用密封胶》JC/T882-2001
《石材幕墙接缝用密封胶》JC/T883-2001
二、基本参数
1、幕墙所在地区:
江苏省苏州市:
2、地区粗糙度分类等级:
幕墙属于薄壁外围护构件,按《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001)
依照上面分类标准,本工程按C类地区考虑。
3、抗震烈度
按照国家规范《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)、《中国地震动参数区划图》(GB18306-2000)规定,哈尔滨地区地震基本烈度为7,地震动峰值加速度为0.1g,水平地需影响系数最大值为:
amax=0.8。
三、幕墙承受荷载计算
1、风荷载标准值计算:
幕墙属于薄壁外围护构件,按建筑结构荷载规范(GB50009-2001)计算:
Wk=βgzμzμsWo……7.1.1-2[GB50009-2001]
上式中:
Wk:
作用在幕墙上的风荷载标准值(MPa);
Z:
计算点标高:
13.1m;
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:
βgz=K(1+2μf)
其中K为地区粗糙度调整系数,µf为脉动系数
C类场地:
β=0.85*(1+2Pf)其中:
µf=0.734(Z/10)-0.22”
对于C类地区,13.lm高度处瞬时风压的阵风系数:
βgZ=0.85*(1+2*(0.734(Z/10)-0.22))=1.14
µz:
风压高度变化系数;
根据不同场地类型,按以下公式计算:
对于C类地区,l00m高度处风压高度变化系数:
µZ=0.616*(Z/10)0.44=0.74
μs:
风荷载体型系数,根据计算点体型位置取1.2:
Wo:
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,绥化地区取0.00055MPa;
Wk=
gzμZμsWo
=1.14*0.74*1.2*0.00055
=00056MPa
2.垂直于幕墙平面的分布水平地震作用标准值:
qEAk=βEamaxGk/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;
amax:
水平地震影响系数最大值,取0.10;
Gk:
幕墙构件的重力荷载标准值(N);
A:
幕墙构件的面积(mm2):
3.作用效应组合:
荷载和作用效应按下式进行组合:
S=
GSGk+
w
wSwk+
E
ESEk……5.4.1[JGJ102-20031]
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:
G、
w、
E:
各效应的分项系数;
W
E:
分别为风荷载,地震作用效应的组合系数。
上面的
G、
w、
E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:
G:
1.2;
风荷载:
w:
1.4;
地震作用:
E:
E:
1.3;
进行位移及挠度计算时;
重力荷载:
G:
1.0;
风荷载:
w:
1.0;
地震作用:
E:
E:
1.0;
上式中,风荷载的组合系数
W,为1.0;
地震作用的组合系数
E为0.5;
四、石材的选用与校核:
1.石材面积:
B:
石材幕墙分格宽:
1.100m
H:
石材幕墙分格高:
0.4m
A:
玻璃板块面积:
A=B×H
=1.1×0.4
=0.44m
2
2、石材的强度计算:
校核依据:
a≤fg=3.700N/mm
2
q:
石材所受组合荷载:
a:
石材短边边长:
0.4m
b:
石材长边边长:
1.1m
t:
石材厚度:
20.Omm
:
石材板面跨中弯曲系数,按边长比a/b查
表5.4.1得:
0.0742
σw:
石材所受应力:
采用Sw+O.6SE组合:
q=W+0.6×qEA
=0.784+0.6×0.03
=0.802kN/m
2
σw=6×Ψ×q×a
2×1000/(1.2Xt)
2
=6×0.0742×0.802×0.8
2×1000/(1.2×25.0)
2
=0.25N/mm
2
0.25N/mm
2, 2石材的强度满足 3.石材剪应力计算: 校核依据: τmax≤[τ] τ: 石板中产生的剪应力设计值; n: 一个连连线上的螺栓数量: 2 t: 石板厚度: 25mm d: 孔宽: 7.Omm s: 孔底总长度: 100.Omm β: 系数,取1.25 对边开孔 τ=s: ×a×b×p×1000/[n×(t一d)×s〕 =0.802×0.8×1.2×1.25/[2×(25一7)×100] =0.0002671.8N/mm 2 所以石材抗剪强度满足要求。 7、挂钩剪应力校核 校核依据: τmax≤[τ] τ: 挂钩剪应力设计值 A: 挂钩截面面积: 200mm2 n: 一个连接边上的挂钩数量: 2 对边开槽 τ: =sz×a×b×0×1000/[n×2×A] =0.00072≤125.000N/mm 2 所以挂件受剪强度满足要求。 五、幕墙立柱计算基本参数: 基本参数: 1: 计算点标高: 4.5m; 2: 力学模型: 多跨铰接连续静定梁: 3: 立柱跨度: 1.5m; 4: 立柱左分格宽: 1000mm;立柱右分格宽: 1200mm; 5: 立柱计算间距(指立柱左右分格平均宽度): B=1200mm; 6: 板块配置: 石材; 7: 立柱材质: Q235; 8: 安装方式: 偏心受拉: 本处幕墙立柱按多跨铰接连续静定梁力学模型进行设计计算,受力模型如下: 多跨铰接连续静定梁力学模型 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 =0.00056*1200 =0.672N/mm qw: 风荷载线分布最大荷载集度设计值(N/mm); qw=1.4qwk =1.4*0.672 =0.94N/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;. amax: 水平地震影响系数最大值,取0.10; Gk: 幕墙构件的重力荷载标准值(N),(含面板和框架): A: 幕墙平面面积(mm2): qEAk=βEamax×Gk/A……5.3.4[JGJ102-2003] =5*0.10*0.000625 =0.0003125N/mm 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 =0.0003125*1000 =0.3125N/mm qE: 水平地震作用线荷载集度设计值(N/mm); qE=1.3qEk =1.3*0.3125=0.41N/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 =0.63+0.5*0.41=0.835N/mm 用于挠度计算时,采用S_+0.5SE标准值组合: …"""5.4.1〔JGJ102-20031 qk-qk+0.5qEk =0.45+0.5*0.3125=0.61N/mm 2.选用立柱型材的截面特性: 按上一项计算结果选用型材号: [8 型材的抗弯强度设计值: fS=215MPa 型材的抗剪强度设计值: τs125MPa 型材弹性模量: E=206000MPa 绕X轴惯性矩: Ix=1010000mm4 绕Y轴惯性矩: Iy=166000mm4 绕X轴净截面抵抗矩: Wnx1=25300mm3 绕X轴净截面抵抗矩: Wnx2=5790mm3 型材净截面面积: An=1024.8mm2 型材截面垂直于X轴腹板的截面总宽度: t=8.Omm 型材受力面对中性轴的静矩: Sx=33500mm3 塑性发展系数: γ=l.05 3.立柱的内力分析: 第1跨内力分析: RBi=qLi*[1一(Ai/Li)2]/2-Pi*(Ai/Li),i=1 =0.835*1500*[1一(600/1500)2]/2-0*(600/1500) =526.05N Mi=qLi2*[1一(Ai/Li)2]2/8,i=1 =0.835*15002*[1一(600/1500)2]2/8 =82852.9N·mm 第2跨内力分析: Pi: =RBi-1,i=2 =526.05N RBi,=qLi*[1-(Ai/Li)/2-Pi*(Ai/Li2)]2,i=2 =0.835*1500*[1-(600/1500)2]/2-526.05*(600/1500) =315.63N Mi=qLi2*[1-(Ai/Li)2]2/8-Pi*Ai*[1-(1+(Ai/Li))2/2+Ai/Li],i=2 =0.835*15002*[1-(600/1500)2]2/8-526.05*600*[1-(1+(600/1500)2/2+600/1500] =-87840.2N·mm MA2=-(Pi*Ai+qAi2/2),(i=2) =-465930Nmm 第3跨内力分析: Pi=RBi-1,i=3 =315.63N RBi=qLi*[1一(Ai/Li)2]/2-Pi*(Ai/Li),i=3 =0.835*1500*[1-(600/1500)2]/2-315.63*(600/1500) =399.8N Mi=qLi2*[1-(Ai/Li)2]2/8-Pi*Ai*[1-(1+(Ai/Li))2/2+Ai/Li〕,i=3 =0.835*15002*[1-(600/1500)2〕2/8-315.63*600*[1-(1+(600/1500)2/2+600/1500) =162713.57N·mm MA3(Pi*Ai+qAi2/2),(i=3) =-339678.ON·mm 4.幕墙立柱的抗弯强度及抗剪强度验算: 按下面强度公式校核抗弯强度: f=N/An+Mx/γWnx<γWnx≤fs……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); γ: 塑性发展系数,取1.05; fs: 型材的抗弯强度设计值,取215MPa; 按下面强度公式校核立柱受剪强度: τmax: 蕊TS125MPa(立柱的抗剪强度设计值) (1)第1跨立柱跨中强度验算: N1=1.2*0.0011*1000*(600+1500) =2772N f1=N1/An+M1/γWnx =2772/1204.8+82852.9/(1.05*25300) =5.42MPa f,=5.42MPa≤215MPa 第1跨立柱抗弯强度满足设计要求! VBl=RBl=526.05N τ=VBlSX/IXt =526.05*33500/1010000/8.0 =2.18MPa τlmax=2.18MPa≤125MPa 第1跨立柱抗剪强度满足设计要求! (2)第2跨跨中弯矩最大处的强度验算: 从以上分析可以看到,第2跨后跨中弯矩最大值为: 162713N·IIun,M3为一控制截面 N3=315.63N f3=162713/(1/05*25300)+315.63/1204.8=6.43MPa f3=6.43MPa≤215MPa 第2跨立柱抗弯强度满足设计要求! V3mid=Pi*(Ai/Li)=210.42N(i=3) τ3=V3mid记Sx/Ixt =210.42*33500/1010000/8.0 =0.872MPa τ3=0.872MPa≤125MPa 第3跨立柱抗剪强度满足设计要求! fzs3=(6.432+0.8722)0.5=6.49MPa fzs3=≤1.lfs=236.SMPa 第3跨立柱折算强度满足设计要求! (3)支座弯矩最大处的强度验算: 从以上分析可以看到,支座弯矩最大处为: 一465930·mm,M2A为一控制截面 N2=315.63N f2A=465930/(1.05*25300)+315.63/1204.8 =17.85MPa f2A=17.5MPa≤215MPa 第2跨立柱支座处抗弯强度满足设计要求! V2A1=-(Pi+q*Ai/2*(2+Ai/Li))(i=2) =-916.83N V2A2=Pi*(Ai/Li+q*Li/2)(i=2) =323.9glN {V2A}=593.ON τ2A=VZ^Sx/Ixt =593.0*33500/1010000/8.0 =2.46MPa T2A=2.46MPa≤125MPa 第2跨立柱支座处抗剪强度满足设计要求! fzs2A=(17.852+2.462)0.5=18.02MPa fzs2A≤1.1fs=236.5MPa 第2跨立柱支座处折算强度满足设计要求! 5.幕墙立柱的挠度验算: 计算校核依据: df,lim≤L/250 (1)第1跨立柱跨中挠度验算: dfl,lim=5qkLi4/384EIx*(1-2.4(Al/Ll)2) =0.0031mm df2,c=qkA2L23/24EIx*(-1+4(Al/Ll)2+3(A2/L2)3+(P2A22L2/3EIx)*(1+A2/L2) =Omm dfl=dfl,mid+df2,c/2=0.0031mm dfl=0.0031mm≤df,lim=(L1+a2)/250=13.2mm 第1跨立柱挠度可以满足要求! (2)第2跨后跨中弯矩最大处的挠度验算: 从以上分析可以看到,第2跨后跨中弯矩最大值为: 465930N·mm,M3为挠度控制截面 df3,mid=5qkLi4/384EIx-qkAi2Li2/32EIx-PiAiLi2/16EIx =1.624mm df4,c=qkAiLi3/24EIx*(-1+4(Ai/Li)2+3(Ai/Li)3)+(PiAi2Li/3EIx)*(1+Ai/Li) =0.851mm df3-dfi,mid+df(i+l),c/2=2.0495mm(i=3) df3,mid=2.0495mm≤dfl,lim=L/250=13.2mm 立柱挠度可以满足要求! 六、幕墙横梁计算基本参数: 1: 计算点标高: 13.100m; 2: 横梁跨度: B=1000mm; 3: 横梁上分格高: 800mm;横梁下分格高: 800mm; 4: 横梁间距(指横梁上下分格平均高度): H=800mm; 5: 力学模型: 三角荷载简支梁; 6: 板块配置: 石材; 7: 横梁材质: Q235; 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,受力膜型如下: 三角形荷载简支梁受力模型 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 =0.00056*1000 =0.56N/mm qw: 风荷载线分布最大荷载集度设计值(N/mm); qw=1.4qwk =1.4*0.56 =0.784N/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; amax: 水平地震影响系数最大值,取0.1; 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(2mm); qEAk=βEamaxGk/A……5.3.4[JGJ102-20031 =5.0*0.11*0.001 =0.0008MPa 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 =0.0008*1000 =0.80N/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*0.80=1.04N/mm (3)幕墙横梁受荷载集度组合: 用于强度计算时,采用Sw+O.5SE设计值组合: ……5.4.1[JGJ102-2003] q=qw+0.5qE =0.784+0.5*1.04 =1.304N/mm 用于挠度计算时,采用Sw+0.5SE标准值组合: ……5.4.1〔JGJ102-2403〕 qk=qwk+0.5qFk =0.56+0.5*0.80 =0.96N/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+O.5ME =qB2/12 =1.304*1000z/12 =108666.7N·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); H: 横梁间距(俪); Gk=0.001*H =0.001*900=0.9N/mm G: 横梁自重线荷载设计值(N);G=1.2Gk Gk=1.2*0.9=1.08N/mm M: 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 =1.08*10002/8 =135000N·mm 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); γ: 塑性发展系数: 取1.05; f5: 型材抗弯强度设计值(MPa),对Q235取215: 按下面公式计算: Wnx=Mx/γfs =135000/1.05/215 =598.0mm3 Wny=My/γfs =135000/1.05/215 =598.Omm3 (2)横梁惯性矩预选: df,lim: 按规范要求,横梁的挠度限值(mm); B: 横梁跨度(mm); B/250=1000/250=4.Omm 取: df,li=4.Omm qk: 风荷载与地震作用线荷载集度标准值组合(N/mm); E: 型材的弹性模量(MPa),对Q235取206000MPa; Iymin: 绕Y轴最小惯性矩(mm4); B: 横梁跨度(mm); df,iim=qkB4/120EIymin……(受风荷载与地震作用的挠度计算)Iymin=qkB4/120Edf,lim =0.96*10004/120/206000/4.0 =9708/7mm4 Ixmin: 绕X轴最小惯性矩(mm4); G: 横梁自重线荷载设计值(N): df,lim=5GB4/384EIxmin……(自重作用下产生的挠度计算) Ixmin=5GB4/384Edf,lim =5*1.656*10004/384/206000/4.0 =26168.08mm4 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: 角码片40×40×4.0 型材抗弯强度设计值: 215MPa 型材抗剪强度设计值: 125MPa 型材弹性模量: E=206000MPa 绕X轴惯性矩: Ix=112100mm4 绕Y轴惯性矩: Iy46400mm4 绕X轴净截面抵抗矩: Wnxl=3130mm3 绕X轴净截面抵抗矩: Wnx2=3130mm3 绕Y轴净截面抵抗矩: : Wnyl=5030mm3 绕Y轴净截面抵抗矩;: Wny2=5030mm3 型材净截面面积: An=480.3mm2 横梁与立柱连接时角片与横梁连接处横梁壁厚: t=5.Omm 横梁截面垂直于x轴腹板的截面总宽度: tx=5mm 横梁截面垂直于Y轴腹板的截面总宽度: ty=5.Omm 型材受力面对中性轴的静矩(绕X轴): Sx=3179mm3 型材受力面对中性轴的静矩(绕Y轴): Sy=
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