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点式拉杆结构计算书
北京XX大学体育馆
点式拉索结构幕墙
设计计算书
设计:
校对:
审核:
批准:
沈阳YY幕墙项目有限公司
二〇〇六年三月二十九日
一、计算引用的规范、标准及资料1
1.幕墙设计规范:
1
2.建筑设计规范:
1
3.铝材规范:
2
4.金属板及石材规范:
2
5.玻璃规范:
2
6.钢材规范:
2
7.胶类及密封材料规范:
3
8.门窗及五金件规范:
3
9.《建筑结构静力计算手册》(第二版>4
10.土建图纸:
4
二、基本参数4
1.幕墙所在地区:
4
2.地面粗糙度分类等级:
4
3.抗震烈度:
4
三、幕墙承受荷载计算4
1.作用在玻璃上的风荷载标准值计算:
4
2.作用在支撑结构上的风荷载标准值计算:
5
3.垂直于幕墙平面的分布水平地震作用标准值:
6
4.作用效应组合:
6
四、点式幕墙大面玻璃的计算7
1.玻璃板块荷载计算:
7
2.玻璃的强度计算:
8
3.玻璃最大挠度校核:
8
五、桁架受力分析:
9
1.荷载作用计算:
9
2.桁架内力分析:
10
3.预估索、杆件截面积计算:
10
六、拉索体系的预应力计算:
11
七、索杆体系桁架强度验算:
11
1.由有效预应力产生的反推力:
11
2.由反推力折算的均布线荷载:
11
3.桁架拉索由水平作用产生的最终计算反推力设计值:
11
4.桁架拉索的拉力设计值:
12
5.索杆件承载力校核:
12
八、施加预应力计算:
12
1.千斤顶显示值:
12
2.测力扳手力矩:
13
九、索杆体系桁架挠度验算:
13
1.索杆体系桁架拉索由水平作用产生的最终计算反推力标准值:
13
2.承力索终态矢高:
13
3.索杆体系桁架挠度:
13
4.索杆体系桁架相对挠度:
13
点式拉索结构幕墙设计计算书
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
《玻璃幕墙项目技术规范》JGJ102-2003
《金属与石材幕墙项目技术规范》JGJ133-2001
《点支式玻璃幕墙项目技术规程》CECS127-2001
《全玻璃幕墙项目技术规程》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实验方法》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
《项目抗震术语标准》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
《建筑装饰项目施工质量验收规范》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.铝材规范:
《铝幕墙板板基》YS/T429.1-2000
《铝幕墙板氟碳喷漆铝单板》YS/T429.2-2000
《铝及铝合金彩色涂层板、带材》YS/T431-2000
《铝塑复合板用铝带》YS/T432-2000
《铝合金建筑型材》GB/T5237-2000
《建筑铝型材基材》GB/T5237.1-2004
《建筑铝型材阳极氧化、着色型材》GB/T5237.2-2004
《建筑铝型材电泳涂漆型材》GB/T5237.3-2004
《建筑铝型材粉末喷涂型材》GB/T5237.4-2004
《建筑铝型材氟碳漆喷涂型材》GB/T5237.5-2004
《变形铝及铝合金化学成份》GB/T3190-1996
《铝及铝合金轧制板材》GB/T3880-1997
《建筑用铝型材、铝板氟碳涂层》JG/T133-2000
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》JC/T79-2001
《干挂石材幕墙用环氧胶粘剂》JC/T887-2001
《天然饰面石材术语》GB/T13890-92
《建筑材料放射性核素限量》GB6566-2001
《铝塑复合板》GB/T17748-1999
《建筑瓷板装饰项目技术规范》CECS101:
98
《建筑装饰用微晶玻璃》JC/T872-2000
5.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
6.钢材规范:
《不锈钢棒》GB/T1220-1992
《不锈钢冷加工钢棒》GB/T4226-1984
《不锈钢冷扎钢板》GB/T3280-1992
《不锈钢热扎钢板》GB/T4237-1992
《不锈钢热扎钢带》GB/T5090
《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/T699-1999
《合金结构钢》GB/T3077-1999
《不锈钢和耐热钢冷扎带钢》GB/T4239-1991
《高耐候结构钢》GB/T4171-2000
《焊接结构用耐候钢》GB/T4172-2000
《低合金高强度结构钢》GB/T1591-1994
《碳素结构和低合金结构钢热轧薄钢板及钢带》GB/T912-1989
《碳素结构和低合金结构钢热轧厚钢板及钢带》GB/T3274-1988
《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
《中空玻璃用弹性密封剂》JC486-2001
《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
《中空玻璃用丁基热熔密封胶》JC/T914-2003
《彩色钢板用建筑密封胶》JC/T884-2001
《工业用橡胶板》GB/T5574-1994
《绝热用岩棉、矿棉及其制品》GB/T11835-98
《建筑用防霉密封胶》JC/T885-2001
《建筑表面用有机硅防水剂》JC/T902-2002
《聚氨酯建筑密封胶》JC/T482-2003
8.门窗及五金件规范:
《铝合金门》GB/T8478-2003
《铝合金窗》GB/T8479-2003
《建筑外窗抗风压性能分级及检测方法》GB/T7106-2002
《建筑外窗气密性能分级及检测方法》GB/T7107-2002
《建筑外窗水密性能分级及检测方法》GB/T7108-2002
《建筑外窗空气隔声性能分级及检测方法》GB/T8485-2002
《铝合金门窗项目设计、施工及验收规范》DBJ15-30-2002
《建筑外窗采光性能分级及检测方法》GB/T11976-2002
《地弹簧》GB/T9296-1988
《平开铝合金窗执手》GB/T9298-1988
《铝合金窗不锈钢滑撑》GB/T9300-1988
《铝合金门插销》GB/T9297-1988
《铝合金窗撑挡》GB/T9299-1988
《铝合金门窗拉手》GB/T9301-1988
《铝合金窗锁》GB/T9302-1988
《铝合金门锁》GB/T9303-1988
《闭门器》GB/T9305-1988
《推拉铝合金门窗用滑轮》GB/T9304-1988
《紧固件螺栓和螺钉》GB/T5277
《十字槽盘头螺钉》GB/T818-2000
《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
《紧固件机械性能螺母细牙螺纹》GB3098.4-2000
《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、螺柱》GB3098.6-2000
《紧固件机械性能不锈钢螺母》GB3098.15-2000
《螺纹紧固件应力截面积和承载面积》GB/T16823.1-1997
9.《建筑结构静力计算手册》(第二版>
10.土建图纸:
二、基本参数1.幕墙所在地区:
北京地区;
2.地面粗糙度分类等级:
幕墙属于外围护构件,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,本项目按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,北京地区地震基本烈度为8度,地震动峰值加速度为0.2g,水平地震影响系数最大值为:
αmax=0.16。
三、幕墙承受荷载计算1.作用在玻璃上的风荷载标准值计算:
幕墙属于外围护构件,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:
作用在幕墙上的风荷载标准值(MPa>;
Z:
计算点标高:
100m;
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为地面粗糙度调整系数,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,100m高度处瞬时风压的阵风系数:
βgz=0.85×(1+2×(0.734(Z/10>-0.22>>=1.6019
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,100m高度处风压高度变化系数:
μz=0.616×(Z/10>0.44=1.6966
μs:
风荷载体型系数,根据计算点体型位置取1.2;
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
=1.6019×1.6966×1.2×0.00045
=0.001468MPa
2.作用在支撑结构上的风荷载标准值计算:
幕墙属于外围护构件,按《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001>和《点支式玻璃幕墙项目技术规范》(CECS127:
2001>计算:
wK=1.1βzμzμsw0……5.3.6.2[CECS127:
2001]
上式中:
wK:
作用在支撑结构上的风荷载标准值(MPa>;
Z:
计算点标高:
100m;
βz:
风振系数,因为索、杆结构体系自重轻,自振频率低,在风荷载作用下容易产生较大的变形和振动,因此在这里用风振系数来计算。
根据不同高度,按以下原则考虑:
Z≤15m,βz=2
15m 25m Z>40m,βz=2.7 对于本例,100m高度处风振系数取: βz=2.7 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,100m高度处风压高度变化系数: μz=0.616×(Z/10>0.44=1.6966 μs: 风荷载体型系数,根据计算点体型位置取1.2; 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=1.1βzμzμsw0 =1.1×2.7×1.6966×1.2×0.00045 =0.002721MPa 3.垂直于幕墙平面的分布水平地震作用标准值: qEAk=βEαmaxGk/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; αmax: 水平地震影响系数最大值,取0.16; Gk: 幕墙构件的重力荷载标准值(N>; A: 幕墙构件的面积(mm2>; 4.作用效应组合: 荷载和作用效应按下式进行组合: S=γGSGk+ψwγwSwk+ψEγESEk……5.4.1[JGJ102-2003] 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; γG、γw、γE: 各效应的分项系数; ψw、ψE: 分别为风荷载,地震作用效应的组合系数。 上面的γG、γw、γE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: γG: 1.2; 风荷载: γw: 1.4; 地震作用: γE: 1.3; 进行位移及挠度计算时; 重力荷载: γG: 1.0; 风荷载: γw: 1.0; 地震作用: 可不考虑其组合; 上式中,风荷载的组合系数ψw为1.0; 地震作用的组合系数ψE为0.5; 四、点式幕墙大面玻璃的计算基本参数: 1: 计算点标高: 100m; 2: 分格尺寸: 宽×高=B×H=1500mm×1800mm; 3: 支撑点间距: 宽度方向×高度方向=B1×H1=1250mm×1550mm; 4: 玻璃配置: 单片玻璃,钢化玻璃12mm; 5: 驳接形式: 四点驳接; 模型简图为: 1.玻璃板块荷载计算: (1>玻璃板块自重: GAk: 玻璃板块单位面积自重(仅指玻璃>(MPa>; t: 玻璃板块厚度(mm>; γg: 玻璃的体积密度(N/mm3>; GAk=γgt =0.0000256×12 =0.000307MPa (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(MPa>; βE: 动力放大系数,取5.0; αmax: 水平地震影响系数最大值,取0.16; GAk: 玻璃单位面积自重(MPa>; qEAk=βEαmaxGAk……5.2.5[JGJ133-2001] =5.0×0.16×0.000307 =0.000246MPa (3>作用在玻璃上的风荷载及地震作用荷载组合: 用于强度计算时,采用Sw+0.5SE设计值组合: ……5.4.1[JGJ102-2003] q=1.4wk+0.5×1.3qEAk =1.4×0.001468+0.5×1.3×0.000246 =0.002215MPa Sw+0.5SE标准值组合: qk=wk+0.5qEAk =0.001468+0.5×0.000246 =0.001591MPa 用于挠度计算时,采用Sw标准值: ……5.4.1[JGJ102-2003] wk=0.001468MPa 2.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: 作用在玻璃上的荷载组合标准值(MPa>; b: 支撑点间玻璃面板长边边长(mm>; E: 玻璃的弹性模量(MPa>; t: 玻璃厚度(mm>; θ=qkb4/Et4……6.1.2-3[JGJ102-2003] =0.001591×15504/72000/124 =6.151 按系数θ,查表6.1.2-2[JGJ102-2003],η=0.991; σ: 玻璃在组合荷载作用下的板中最大应力设计值(MPa>; q: 作用在幕墙玻璃上的荷载组合设计值(MPa>; b: 支撑点间玻璃面板长边边长(mm>; t: 玻璃厚度(mm>; m: 玻璃弯矩系数,取m=0.1424; σ=6mqb2η/t2……6.1.2[JGJ102-2003] =6×0.1424×0.002215×15502×0.991/122 =31.29MPa 31.29MPa≤fg=84MPa(钢化玻璃> 玻璃的强度满足要求! 3.玻璃最大挠度校核: 校核依据: df=ημwkb4/D≤df,lim……6.1.3-2[JGJ102-2003] 上面公式中: df: 玻璃板挠度计算值(mm>; η: 玻璃的挠度折减系数,按照θ=wkb4/Et4查表,为0.995; μ: 玻璃挠度系数,取μ=0.0186; wk: 风荷载标准值(MPa> b: 支撑点间玻璃面板长边边长(mm>; D: 玻璃的弯曲刚度(N·mm>; df,lim: 许用挠度,取支撑点间玻璃面板长边边长的1/60,为25.833mm; 其中: D=Et3/(12(1-υ2>>……6.1.3-1[JGJ102-2003] 上式中: E: 玻璃的弹性模量(MPa>; t: 玻璃的厚度(mm>; υ: 玻璃材料泊松比,为0.2; D=Et3/(12(1-υ2>> =72000×123/(12×(1-0.22>> =10800000N·mm df=ημwkb4/D =0.995×0.0186×0.001468×15504/10800000 =14.52mm 14.52mm≤df,lim=25.833mm(钢化玻璃> 玻璃挠度能满足要求! 五、桁架受力分析: 基本参数: 1: 计算点标高: 100m; 2: 面板分格尺寸: 1800mm×1500mm; 3: 桁架跨度: L=8000mm; 4: 初始状态矢高: f0=1000mm; 5: 支撑体系: 拉索式结构,折线形; 1.荷载作用计算: (1>水平作用面荷载组合计算: 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; αmax: 水平地震影响系数最大值,取0.16; Gk: 幕墙构件的重力荷载标准值(N>,(含面板和框架>; A: 幕墙构件的面积(mm2>; qEAk=βEαmaxGk/A……5.3.4[JGJ102-2003] =5.0×0.16×0.0004 =0.00032MPa qEA: 水平地震作用荷载设计值(MPa>; qEA=1.3qEAk =1.3×0.00032 =0.000416MPa wK: 风荷载标准值(MPa>; qAk: 水平作用面荷载标准值组合(MPa>; qAk=wK+0.5×qEAK =0.002721+0.5×0.00032 =0.002881MPa w: 风荷载设计值(MPa>; qA: 水平作用面荷载设计值组合(MPa>; qA=w+0.5×qEA =1.4×0.002721+0.5×0.000416 =0.004017MPa (2>水平作用线荷载组合计算: qk: 水平作用线荷载标准值组合(N/mm>; B: 垂直于跨度方向板分格(mm>。 qk=B×qAk =1800×0.002881 =5.186N/mm q: 水平作用线荷载设计值组合(N/mm>; q=B×qA =1800×0.004017 =7.231N/mm 2.桁架内力分析: 采用“代梁”法对索杆体系桁架进行分析: (1>反推力计算: M0L/2: “代梁”跨中弯矩(N·mm>; L: 桁架跨度(mm>; q: 水平作用线荷载设计值组合(N/mm>; M0L/2=q×L2/8 =7.231×80002/8 =57848000N·mm Hx: 水平作用产生的反
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