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干挂石材幕墙工程设计计算书二〇一三年六月二日目录TOC\f\h\z\t标题21标题321计算引用的规范、标准及资料
11.1幕墙设计规范
11.2建筑设计规范
11.3铝材规范
21.4金属板及石材规范
21.5玻璃规范
31.6钢材规范
31.7胶类及密封材料规范
31.8五金件规范
41.9相关物理性能等级测试方法
41.10《建筑结构静力计算手册》第二版
51.11土建图纸52基本参数
52.1幕墙所在地区
52.2地面粗糙度分类等级
52.3抗震设防53幕墙承受荷载计算
63.1风荷载标准值的计算方法
63.2计算支撑结构时的风荷载标准值
73.3计算面板材料时的风荷载标准值
73.4垂直于幕墙平面的分布水平地震作用标准值
83.5作用效应组合84幕墙立柱计算
84.1立柱型材选材计算
94.2确定材料的截面参数
104.3选用立柱型材的截面特性
114.4立柱的抗弯强度计算
114.5立柱的挠度计算
124.6立柱的抗剪计算125幕墙横梁计算
135.1横梁型材选材计算
135.2确定材料的截面参数
155.3选用横梁型材的截面特性
165.4幕墙横梁的抗弯强度计算
175.5横梁的挠度计算
175.6横梁的抗剪计算186短槽式托板连接石材的选用与校核
196.1石材板块荷载计算
196.2石材的抗弯设计
206.3短槽托板在石材中产生的剪应力校核
206.4短槽托板剪应力校核217连接件计算
217.1横梁与立柱间焊接强度计算
217.2立柱与主结构连接228幕墙埋件计算土建预埋
248.1荷载标准值计算
248.2埋件计算
258.3锚板总__校核
268.4锚筋长度计算269幕墙转接件强度计算
269.1受力分析
279.2转接件的强度计算2710幕墙焊缝计算
2710.1受力分析
2710.2焊缝特性参数计算
2710.3焊缝校核计算2811石材幕墙幕墙胶类及伸缩缝计算
2811.1立柱连接伸缩缝计算
2911.2耐候胶胶缝计算29干挂石材幕墙设计计算书11计算引用的规范、标准及资料
11.1幕墙设计规范《铝合金结构设计规范》GB50429-2007《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003《建筑瓷板装饰工程技术规程》__CS10198《建筑幕墙》GB/T21086-2007《金属与石材幕墙工程技术规范》JGJ133-2001《小单元建筑幕墙》JG/T216-
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5237.1-2008《铝合金建筑型材第2部分阳极氧化、着色型材》GB
5237.2-2008《铝合金建筑型材第3部分电泳涂漆型材》GB
5237.3-2008《铝合金建筑型材第4部分粉末喷涂型材》GB
5237.4-2008《铝合金建筑型材第5部分氟碳漆喷涂型材》GB
5237.5-2008《铝合金建筑型材第6部分隔热型材》GB
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201111.4金属板及石材规范《干挂饰面石材及其金属挂件》JC
830.
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429.1-2000《铝幕墙板、氟碳喷漆铝单板》YS/T
429.2-2000《建筑幕墙用铝塑复合板》GB/T17748-2008《建筑幕墙用陶板》JG/T324-2011《建筑装饰用石材蜂窝复合板》JG/T328-2011《建筑幕墙用氟碳铝单板制品》JG331-2011《纤维增强水泥外墙装饰挂板》JC/T2085-2011《建筑用泡沫铝板》JG/T359-2012《金属装饰保温板》JG/T360-2012《外墙保温用锚栓》JG/T366-2012《聚碳酸酯(PC)中空板》JG/T116-2012《聚碳酸酯(PC)实心板》JG/T347-2012《铝塑复合板用铝带》YS/T432-2000《天然板石》GB/T18600-2009《天然大理石荒料》JC/T202-2011《天然大理石建筑板材》GB/T19766-2005《天然花岗石荒料》JC/T204-2011《天然花岗石建筑板材》GB/T18601-2009《天然石材统一编号》GB/T17670-2008《天然饰面石材术语》GB/T13__0-
200811.5玻璃规范《镀膜玻璃第1部分阳光控制镀膜玻璃》GB/T1__
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200211.6钢材规范《建筑结构用冷弯矩形钢管》JG/T178-2005《不锈钢棒》GB/T1220-2007《不锈钢冷__钢棒》GB/T4226-2009《不锈钢冷轧钢板及钢带》GB/T3280-2007《不锈钢热轧钢板及钢带》GB/T4237-2007《不锈钢小直径无缝钢管》GB/T3090-2000《彩色涂层钢板和钢带》GB/T12754-2006《低合金钢焊条》GB/T5118-1995《低合金__度结构钢》GB/T1591-2008《建筑幕墙用钢索压管接头》JG/T201-2007《耐候结构钢》GB/T4171-2008《高碳铬不锈钢丝》YB/T096—1997《合金结构钢》GB/T3077-1999《金属覆盖层钢铁制品热镀锌层技术要求》GB/T13912-2002《冷拔异形钢管》GB/T3094-2000《碳钢焊条》GB/T5117-1995《碳素结构钢》GB/T700-2006《碳素结构钢和低合金结构钢热轧薄钢板及钢带》GB/T912-2008《碳素结构钢和低合金结构钢热轧厚钢板及钢带》GB/T3274-2007《__碳素结构钢》GB/T699-
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200211.8五金件规范《封闭型沉头抽芯铆钉》GB/T12616-2004《封闭型平圆头抽芯铆钉》GB/T12615-2004《紧固件螺栓和螺钉通孔》GB/T5277-1985《紧固件公差螺栓、螺钉、螺柱和螺母》GB/T
3103.1-2002《紧固件机械性能不锈钢螺母》GB/T
3098.15-2000《紧固件机械性能不锈钢螺栓、螺钉、螺柱》GB/T
3098.6-2000《紧固件机械性能抽芯铆钉》GB/T
3098.19-2004《紧固件机械性能螺母、粗牙螺纹》GB/T
3098.2-2000《紧固件机械性能螺母、细牙螺纹》GB/T
3098.4-2000《紧固件机械性能螺栓、螺钉和螺柱》GB/T
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200611.9相关物理性能等级测试方法《玻璃幕墙工程质量检验标准》JGJ/T139-2001《玻璃幕墙光学性能》GB/T18091-2000《彩色涂层钢板和钢带试验方法》GB/T13448-2006《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205-2001《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB50204-20022011版《建筑防水材料老化试验方法》GB/T18244-2000《建筑幕墙气密、水密、抗风压性能检测方法》GB/T15227-2007《建筑幕墙抗震性能振动台试验方法》GB/T18575-2001《建筑幕墙平面内变形性能检测方法》GB/T18250-2000《建筑装饰装修工程质量验收规范》GB50210-2001《金属材料室温拉伸试验方法》GB/T228-
200211.10《建筑结构静力计算手册》第二版
11.11土建图纸12基本参数
12.1幕墙所在地区哈尔滨地区;
12.2地面粗糙度分类等级幕墙属于__护构件,按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001的规定,本工程按C类地形考虑
12.3抗震设防根据国家规范《建筑抗震设计规范》GB50011-2010,哈尔滨地区地震基本烈度为6度,地震动峰值加速度为
0.05g,由于本工程是标准设防类,因此实际抗震计算中的水平地震影响系数最大值应按本地区抗震设防烈度选取,也就是取α__x=
0.04;13幕墙承受荷载计算
13.1风荷载标准值的计算方法幕墙属于__护构件,按建筑结构荷载规范GB50009-20012006年版计算wk=βgzμzμs1w0上式中wk作用在幕墙上的风荷载标准值MPa;Z计算点标高
9.4m;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高度不足5m按5m计算βgz=K1+2μf其中K为地面粗糙度调整系数,μf为脉动系数C类场地βgz=
0.85×1+2μf其中μf=
0.734Z/10-
0.22对于C类地形,
9.4m高度处瞬时风压的阵风系数βgz=
0.85×1+2×
0.734Z/10-
0.22=
2.___9μz风压高度变化系数;C类场地μz=
0.616×Z/
100.44当Z400m时,取Z=400m,当Z15m时,取Z=15m;对于C类地形,
9.4m高度处风压高度变化系数μz=
0.616×Z/
100.44=
0.7363μs1局部风压体型系数;按《建筑结构荷载规范》GB50009-20012006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本计算点为大面位置按JGJ102-2003第
5.
3.2条文说明风荷载在建筑物表面分布是不均匀的,在檐口附近、边角部位较大根据风洞试验结果和国外的有关资料,在上述区域风吸力系数可取-
1.8,其余墙面可考虑-
1.0,由于围护结构有开启的可能,所以还应考虑室内压-
0.2对无开启的结构,《建筑结构荷载规范》条文说明第
7.
3.3条指出“对封闭建筑物,考虑到建筑物内实际存在的个别洞口和缝隙,以及机械通风等因素,室内可能存在正负不同的气压,参照国外规范,大多取±
0.2-
0.25的压力系数,现取±
0.2”即不论有无开启扇,均要考虑内表面的局部体型系数另注上述的局部体型系数μs11是适用于围护构件的从属__A小于或等于1m2的情况,当围护构件的从属__A大于或等于10m2时,局部风压体型系数μs110可乘以折减系数
0.8,当构件的从属__小于10m2而大于1m2时,局部风压体型系数μs1A可按__的对数线性插值,即μs1A=μs11+[μs110-μs11]logA在上式中当A≥10m2时,取A=10m2;当A≤1m2时,取A=1m2;μs110=
0.8μs11w0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,但不小于
0.3KN/m2,按重现期50年,哈尔滨地区取
0.00055MPa;
13.2计算支撑结构时的风荷载标准值计算支撑结构时的构件从属__A=
1.2×
4.6=
5.52m2LogA=
0.7419μs1A=μs11+[μs110-μs11]logA=
0.852μs1=
0.852+
0.2=
1.052wk=βgzμzμs1w0=
2.___9×
0.7363×
1.052×
0.00055=
0.0009MPa因为wk
0.001MPa所以按JGJ102-2003,取wk=
0.001MPa.
13.3计算面板材料时的风荷载标准值计算面板材料时的构件从属__A=
1.2×
0.6=
0.72m2LogA=0μs1A=μs11+[μs110-μs11]logA=1μs1=1+
0.2=
1.2wk=βgzμzμs1w0=
2.___9×
0.7363×
1.2×
0.00055=
0.001028MPa
13.4垂直于幕墙平面的分布水平地震作用标准值qEAk=βEα__xGk/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;α__x水平地震影响系数最大值,取
0.04;Gk幕墙构件的重力荷载标准值N;A幕墙构件的__mm2;
13.5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;进行挠度计算时;重力荷载γG
1.0;风荷载γw
1.0;地震作用可不做组合考虑;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;14幕墙立柱计算基本参数1计算点标高
9.4m;2力学模型双跨梁;3立柱跨度L=4600mm;4立柱左分格宽1200mm;立柱右分格宽1200mm;5立柱计算间距B=1200mm;6板块配置石材;7立柱材质Q235;8__方式偏心受拉;本处幕墙立柱按双跨梁力学模型进行设计计算,受力模型如下
14.1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=
0.001×1200=
1.2N/mmqw风荷载线分布最大荷载集度设计值N/mm;qw=
1.4qwk=
1.4×
1.2=
1.68N/mm2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;α__x水平地震影响系数最大值,取
0.04;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__mm2;qEAk=βEα__xGk/A……
5.
3.4[JGJ102-2003]=
5.0×
0.04×
0.0012=
0.00024MPaqEk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=
0.00024×1200=
0.288N/mmqE水平地震作用线荷载集度设计值N/mm;qE=
1.3qEk=
1.3×
0.288=
0.3744N/mm3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q=qw+
0.5qE=
1.68+
0.5×
0.3744=
1.8672N/mm用于挠度计算时,采用Sw标准值qk=qwk=
1.2N/mm4立柱在组合荷载作用下的弯矩设计值Mx弯矩组合设计值N·mm;Mw风荷载作用下立柱产生的弯矩设计值N·mm;ME地震作用下立柱产生的弯矩设计值N·mm;L立柱跨度mm;采用Sw+
0.5SE组合Mw=qwL2/8ME=qEL2/8Mx=Mw+
0.5ME=qL2/8=
1.8672×46002/8=4938744N·mm³
14.2确定材料的截面参数1立柱抵抗矩预选值计算Wnx立柱净截面抵抗矩预选值mm3;Mx弯矩组合设计值N·mm;γ塑性发展系数对于冷弯薄壁型钢龙骨,按《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB50018-2002,取
1.00; 对于热轧型钢龙骨,按JGJ133或JGJ102规范取
1.05;对于铝合金龙骨,按最新《铝合金结构设计规范》GB50429-2007,取
1.00;fs型材抗弯强度设计值MPa,对Q235取215MPa;Wnx=Mx/γfs=4938744/
1.05/215=
21877.05mm32立柱惯性矩预选值计算qk风荷载线荷载集度标准值N/mm;E型材的弹性模量MPa,对Q235取206000MPa;Ixmin材料需满足的绕X轴最小惯性矩mm4;L计算跨度mm;dflim按规范要求,立柱的挠度限值mm;dflim=5qkL4/384EIxminL/250=4600/250=
18.4mm按[
5.
1.
1.2]《建筑幕墙》GB/T21086-2007的规定,对于构件式玻璃幕墙或单元幕墙(其它形式幕墙或__护结构无绝对挠度限制)当跨距≤4500mm时,绝对挠度不应该大于20mm;当跨距>4500mm时,绝对挠度不应该大于30mm;对本例取dflim=
18.4mmIxmin=5qkL4/384Edflim=5×
1.2×46004/384/206000/
18.4=
1845722.09mm
414.3选用立柱型材的截面特性按上一项计算结果选用型材号槽10型材的抗弯强度设计值fs=215MPa型材的抗剪强度设计值τs=125MPa型材弹性模量E=206000MPa绕X轴惯性矩Ix=1980000mm4绕Y轴惯性矩Iy=256000mm4绕X轴净截面抵抗矩Wnx1=39700mm3绕X轴净截面抵抗矩Wnx2=39700mm3型材净截面__An=
1274.8mm2型材线密度γg=
0.080447N/mm型材截面垂直于X轴腹板的截面总宽度t=
5.3mm型材受力面对中性轴的__矩Sx=23500mm3塑性发展系数γ=
1.
0514.4立柱的抗弯强度计算1立柱轴向拉力设计值Nk立柱轴向拉力标准值N;qGAk幕墙单位__的自重标准值MPa;A立柱单元的__mm2;B幕墙立柱计算间距mm;L立柱跨度mm;Nk=qGAkA=qGAkBL=
0.0012×1200×4600=6624NN立柱轴向拉力设计值N;N=
1.2Nk=
1.2×6624=
7948.8N2抗弯强度校核按简支梁受拉立柱抗弯强度公式,应满足N/An+Mx/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__mm2;Wnx在弯矩作用方向的净截面抵抗矩mm3;γx塑性发展系数对于冷弯薄壁型钢龙骨,按《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB50018-2002,取
1.00; 对于热轧型钢龙骨,按JGJ133或JGJ102规范取
1.05;对于铝合金龙骨,按最新《铝合金结构设计规范》GB50429-2007,取
1.00;fs型材的抗弯强度设计值,取215MPa;则N/An+Mx/γWnx=
7948.8/
1274.8+4938744/
1.05/39700=
118.479MPa≤215MPa立柱抗弯强度满足要求
14.5立柱的挠度计算因为惯性矩预选是根据挠度限值计算的,所以只要选择的立柱惯性矩大于预选值,挠度就满足要求实际选用的型材惯性矩为Ix=1980000mm4预选值为Ixmin=
1845722.09mm4实际挠度计算值为df=5qkL4/384EIx=5×
1.2×46004/384/206000/1980000=
17.15mm而dflim=
18.4mm所以,立柱挠度满足规范要求
14.6立柱的抗剪计算校核依据τ__x≤τs=125MPa立柱的抗剪强度设计值1Vwk风荷载作用下剪力标准值N Vwk=wkBL/2=
0.001×1200×4600/2=2760N2Vw风荷载作用下剪力设计值N Vw=
1.4Vwk=
1.4×2760=___4N3VEk地震作用下剪力标准值N VEk=qEAkBL/2=
0.0002×1200×4600/2=552N4VE地震作用下剪力设计值N VE=
1.3VEk=
1.3×552=
717.6N5V立柱所受剪力设计值组合采用Vw+
0.5VE组合V=Vw+
0.5VE=___4+
0.5×
717.6=
4222.8N6立柱剪应力校核τ__x立柱最大剪应力MPa;V立柱所受剪力N;Sx立柱型材受力面对中性轴的__矩mm3;Ix立柱型材截面惯性矩mm4;t型材截面垂直于X轴腹板的截面总宽度mm;τ__x=VSx/Ixt=
4222.8×23500/1980000/
8.5=
5.__6MPa
5.__6MPa≤125MPa立柱抗剪强度满足要求!15幕墙横梁计算基本参数1计算点标高
9.4m;2横梁跨度B=1200mm;3横梁上分格高900mm;横梁下分格高900mm;4横梁计算间距H=900mm;5力学模型梯形荷载简支梁;6板块配置石材;7横梁材质Q235;因为BH,所以本处幕墙横梁按梯形荷载简支梁力学模型进行设计计算,受力模型如下
15.1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梯形分布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;H幕墙横梁计算间距mm;qwk=wkH=
0.001×900=
0.9N/mmqw风荷载线分布最大荷载集度设计值N/mm;qw=
1.4qwk=
1.4×
0.9=
1.26N/mm2垂直于幕墙平面的分布水平地震作用的线荷载集度按梯形分布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;α__x水平地震影响系数最大值,取
0.04;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__mm2;qEAk=βEα__xGk/A……
5.
3.4[JGJ102-2003]=
5.0×
0.04×
0.0012=
0.00024MPaqEk横梁受水平地震作用线荷载集度标准值N/mm;H幕墙横梁计算间距mm;qEk=qEAkH=
0.00024×900=
0.216N/mmqE横梁受水平地震作用线荷载集度设计值N/mm;qE=
1.3qEk=
1.3×
0.216=
0.2808N/mm3幕墙横梁受荷载集度组合用于强度计算时,采用Sw+
0.5SE组合设计值……
5.
4.1[JGJ102-2003]q=qw+
0.5qE=
1.26+
0.5×
0.2808=
1.4004N/mm用于挠度计算时,采用Sw标准值……
5.
4.1[JGJ102-2003]qk=qwk=
0.9N/mm4横梁在风荷载及地震组合作用下的弯矩值按梯形分布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;H幕墙横梁计算间距mm;采用Sw+
0.5SE组合……
5.
4.1[JGJ102-2003]Mw=qwB23-H/B2/24ME=qEB23-H/B2/24My=Mw+
0.5ME=qB23-H/B2/24=
1.8672×12002×3-900/12002/24=273078N·mm5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/mm;H1横梁自重荷载作用高度mm,对挂式结构取横梁下分格高,对非挂式结构取横梁上分格高;Gk=
0.001×H1=
0.001×900=
0.9N/mmG横梁自重线荷载设计值N/mm;G=
1.2Gk=
1.2×
0.9=
1.08/mmMx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=
1.08×12002/8=194400N·mm
15.2确定材料的截面参数1横梁抵抗矩预选Wnx绕X方向横梁净截面抵抗矩预选值mm3;Wny绕Y方向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N·mm;My风荷载及地震作用弯矩组合值N·mm;γx,γy塑性发展系数对于冷弯薄壁型钢龙骨,按《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB50018-2002,取
1.00; 对于热轧型钢龙骨,按JGJ133或JGJ102规范取
1.05;对于铝合金龙骨,按最新《铝合金结构设计规范》GB50429-2007,均取
1.00;fs型材抗弯强度设计值MPa,对Q235取215;按下面公式计算Wnx=Mx/γxfs=194400/
1.05/215=
861.130mm3Wny=My/γyfs=273078/
1.05/215=
1209.648mm32横梁惯性矩预选df1lim按规范要求,横梁在水平力标准值作用下的挠度限值mm;df2lim按规范要求,横梁在自重力标准值作用下的挠度限值mm;B横梁跨度mm;按相关规范,钢材横梁的相对挠度不应大于L/250,铝材横梁的相对挠度不应大于L/180;《建筑幕墙》GB/T21086-2007还有如下规定按[
5.
1.
1.2],对于构件式玻璃幕墙或单元幕墙(其它形式幕墙或__护结构无绝对挠度限制)当跨距≤4500mm时,绝对挠度不应该大于20mm;当跨距>4500mm时,绝对挠度不应该大于30mm;按[
5.
1.9,b],自重标准值作用下挠度不应超过其跨度的1/500,并且不应大于3mm;B/250=1200/250=
4.8mmB/500=1200/500=
2.4mm对本例取df1lim=
4.8mmdf2lim=
2.4mmqk风荷载作用线荷载集度标准值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;df1lim=qkB425/8-5H/2B2+2H/2B4/240EIymin……受风荷载与地震作用的挠度计算Iymin=qkB425/8-5H/2B2+2H/2B4/240Edf1lim=
1.2×12004[25/8-5900/2/12002+2900/2/12004]/240/206000/
4.8=
25809.125mm4Gk横梁自重线荷载标准值N/mm;Ixmin绕X轴最小惯性矩mm4;df2lim=5GkB4/384EIxmin……自重作用下产生的挠度计算Ixmin=5GkB4/384Edf2lim=5×
1.2×12004/384/206000/
2.4=
65533.981mm
415.3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钢L5×5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Iy=112100mm4绕X轴净截面抵抗矩Wnx1=7900mm3绕X轴净截面抵抗矩Wnx2=3130mm3绕Y轴净截面抵抗矩Wny1=7900mm3绕Y轴净截面抵抗矩Wny2=3130mm3型材净截面__An=
480.3mm2型材线密度γg=
0.037704N/mm横梁与立柱连接时角片与横梁连接处横梁壁厚t=5mm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=5mm型材受力面对中性轴的__矩绕X轴Sx=3179mm3型材受力面对中性轴的__矩绕Y轴Sy=3179mm3塑性发展系数γx=γy=
1.05幕墙横梁的抗弯强度计算按横梁强度计算公式,应满足Mx/γxWnx+My/γyWny≤fs……
6.
2.4[JGJ102-2003]上式中Mx横梁绕X轴方向幕墙平面内方向的弯矩设计值N·mm;My横梁绕Y轴方向垂直于幕墙平面方向的弯矩设计值N·mm;Wnx横梁绕X轴方向幕墙平面内方向的净截面抵抗矩mm3;Wny横梁绕Y轴方向垂直于幕墙平面方向的净截面抵抗矩mm3;γx、γy对于冷弯薄壁型钢龙骨,按《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB50018-2002,取
1.00; 对于热轧型钢龙骨,按JGJ133或JGJ102规范取
1.05;对于铝合金龙骨,按最新《铝合金结构设计规范》GB50429-2007,均取
1.00;fs型材的抗弯强度设计值,取215MPa采用SG+Sw+
0.5SE组合,则Mx/γxWnx+My/γyWny=194400/
1.05/3130+273078/
1.05/3130=
142.242MPa≤215MPa横梁抗弯强度满足要求
15.4横梁的挠度计算因为惯性矩预选是根据挠度限值计算的,所以只要选择的横梁惯性矩大于预选值,挠度就满足要求实际选用的型材惯性矩为Ix=112100mm4Iy=112100mm4预选值为Ixmin=
65533.981mm4Iymin=
25809.125mm4横梁挠度的实际计算值如下df1=qkB425/8-5H/2B2+2H/2B4/240EIy=
0.9×1200425/8-5900/2/12002+2900/2/12004/240/206000/112100=
0.829mmdf2=5GkB4/384EIx=5×
0.9×12004/384/206000/112100=
1.052mmdf1lim=
4.4mmdf2lim=
2.2mm所以,横梁挠度满足规范要求
15.5横梁的抗剪计算校核依据τ__x≤τs=125MPa型材的抗剪强度设计值1Vwk风荷载作用下剪力标准值N;Vwk=qwkB1-H/2B/2=
0.9×12001-900/2/1200/2=
337.5N2Vw风荷载作用下剪力设计值N;Vw=
1.4Vwk=
1.4×
337.5=
472.5N3VEk地震作用下剪力标准值N;VEk=qEkB1-H/2B/2=
0.216×12001-900/2/1200/2=81N4VE地震作用下剪力设计值N;VE=
1.3VEk=
1.3×81=
105.3N5Vx水平总剪力N;采用Vw+
0.5VE组合Vx=Vw+
0.5VE=
472.5+
0.5×
105.3=
525.15N6Vy垂直总剪力N Vy=
1.2×
0.001×BH1/2=
1.2×
0.001×1200×900/2=648N7横梁剪应力校核τx横梁水平方向剪应力MPa;Vx横梁水平总剪力N;Sy横梁型材受力面对中性轴的__矩mm3绕Y轴;Iy横梁型材截面惯性矩mm4;ty横梁截面垂直于Y轴腹板的截面总宽度mm;τx=VxSy/Iyty……
6.
2.5[JGJ102-2003]=
525.15×3179/112100/5=
2.979MPa
2.979MPa≤125MPaτy横梁垂直方向剪应力N;Vy横梁垂直总剪力N;Sx横梁型材受力面对中性轴的__矩mm3绕X轴;Ix横梁型材截面惯性矩mm4;tx横梁截面垂直于X轴腹板的截面总宽度mm;τy=VySx/Ixtx……
6.
2.5[JGJ102-2003]=648×3179/112100/5=
3.675MPa
3.675MPa≤125MPa横梁抗剪强度能满足!16短槽式托板连接石材的选用与校核基本参数1计算点标高
9.4m;2板块净尺寸a×b=1200mm×600mm;3石材配置托板式δ25mm,对边连接;模型简图为
16.1石材板块荷载计算1垂直于幕墙平面的分布水平地震作用标准值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;α__x水平地震影响系数最大值,取
0.04;Gk石材板块的重力荷载标准值N;A幕墙平面__mm2;qEAk=βEα__xGk/A……
5.
3.4[JGJ102-2003]=5×
0.04×
0.00075=
0.00015MPa2石材板块荷载集度设计值组合采用Sw+
0.5SE设计值组合……
5.
4.1[JGJ102-2003]q=
1.4wk+
0.5×
1.3qEAk=
1.4×
0.001028+
0.5×
1.3×
0.00015=
0.001537MPa
16.2石材的抗弯设计1计算边长的确定a短槽连接边边长600mm;b无槽边边长1200mm;a1短槽中心到面板边侧距离120mm;a0计算短边边长mm;b0计算长边边长mm;因为a-2a1=360≤b=1200,所以a0=360mmb0=1200mm2石材强度校核校核依据σ≤fsc=
3.72MPaσ石材中产生的弯曲应力设计值MPa;fsc石材的抗弯强度设计值MPa;m四点支撑石材最大弯矩系数,按短边与长边的边长比
0.4,查表得
0.125;q石材板块水平荷载集度设计值组合MPa;b0计算长边边长mm;t石材厚度25mm;应力设计值为σ=6×m×q×b02/t2……
5.
5.4[JGJ133-2001]=6×
0.125×
0.001537×12002/252=
2.656MPa
2.656MPa≤
3.72MPa强度能满足要求
16.3短槽托板在石材中产生的剪应力校核校核依据τ1≤τsc=
1.86MPaτ1短槽托板在石材中产生的剪应力设计值MPa;τsc石材的抗剪强度设计值MPa;q石材板块水平荷载集度设计值组合MPa;a短槽连接边边长mm;b无短槽边边长mm;β应力调整系数,按表
5.
5.5[JGJ133-2001],取
1.25;n一个连接边上的短槽数量2;t石材厚度25mm;c短槽槽口宽度6mm;s单个槽底总长度80mm;τ1=qabβ/n×t-cs……
5.
5.7-1[JGJ133-2001]=
0.001537×600×1200×
1.25/2×25-6×80=
0.455MPa
0.455MPa≤
1.86MPa石材抗剪强度能满足
16.4短槽托板剪应力校核校核依据τ2≤τp=140MPaτ2短槽托板的剪应力设计值MPa;τp短槽托板的抗剪强度设计值MPa;q石材板块水平荷载集度设计值组合MPa;a短槽连接边边长mm;b无短槽边边长mm;β应力调整系数,按表
5.
5.5[JGJ133-2001],取
1.25;n一个连接边上的短槽数量2;Ap短槽托板截面__300mm2;τ2=qabβ/2n×Ap……
5.
5.5-1[JGJ133-2001]=
0.001537×600×1200×
1.25/2×2×300=
1.153MPa
1.153MPa≤140MPa短槽托板抗剪强度能满足17连接件计算基本参数1计算点标高
9.4;2立柱计算间距B1=1200mm;3横梁计算分格尺寸宽×高=B×H=1200mm×900mm;4幕墙立柱跨度L=4600mm;5板块配置石材;6龙骨材质立柱为Q235;横梁为Q235;7立柱与主体连接钢角码壁厚6mm;8立柱与主体连接螺栓公称直径12mm;9立柱受力模型单跨简支;10连接形式立柱与主体螺栓连接;立柱与横梁焊接连接;因为BH,所以本处幕墙横梁按梯形荷载模型进行设计计算
17.1横梁与立柱间焊接强度计算1风荷载作用下横梁剪力设计值按梯形分布Vw=
1.4wkHB1-H/2B/2=
1.4×
0.001×900×1200×1-900/2/1200/2=
472.5N2地震作用下横梁剪力标准值按梯形分布VEk=βEα__xGk/A×HB1-H/2B/2=
5.0×
0.04×
0.0012×900×1200×1-900/2/1200/2=81N3地震作用下横梁剪力设计值VE=
1.3VEk=
1.3×81=
105.3N4连接部位水平总剪力N1采用Sw+
0.5SE组合N1=Vw+
0.5VE=
472.5+
0.5×
105.3=
525.15N5自重荷载计算N2k自重荷载标准值N;B横梁宽度mm;Hg横梁受自重荷载分格高mm;N2k=
0.001×B×Hg/2=
0.001×1200×900/2=540NN2自重荷载N N2=
1.2×N2k=
1.2×540=648N6连接处组合荷载V采用SG+Sw+
0.5SEV=N12+N
220.5=5402+
64820.5=
843.507N7连接焊缝的强度计算V连接处的组合总剪力N;Lw角焊缝的总有效长度mm;hf角焊缝的高度mm;ffw角焊缝的强度设计值MPa;f焊缝最大应力值MPa;f=V/
0.707/Lw/hf=
843.507/
0.707/100/4=
2.983MPa
2.983MPa≤ffw=160MPa焊缝强度可以满足要求!
17.2立柱与主结构连接1连接处风荷载设计值计算Nwk连接处风荷载标准值N;B1立柱计算间距mm;L立柱跨度mm;Nwk=wkB1L=
0.001×1200×4600=5520NNw连接处风荷载设计值N Nw=
1.4Nwk=
1.4×5520N=7728N2连接处地震作用设计值NEk连接处地震作用标准值N;B1立柱计算间距mm;L立柱跨度mm;NEk=βEα__xGk/A×B1L=
5.0×
0.04×
0.001×1200×4600=1104NNE连接处地震作用设计值N NE=
1.3NEk=
1.3×1104=
1435.2N3连接处水平剪切总力N1连接处水平总力N;采用Sw+
0.5SE组合N1=Nw+
0.5NE=7728+
0.5×
1435.2=
8445.6N4连接处重力总力NGk连接处自重总值标准值N;B1立柱计算间距mm;L立柱跨度mm;NGk=
0.0011×B1L=
0.0011×1200×4600=6072NNG连接处自重总值设计值N;NG=
1.2NGk=
1.2×4356=6072N5连接处总剪力N连接处总剪力N;N=N12+NG
20.5=
8445.62+
607220.5=
10401.795N6螺栓承载力计算Nv__螺栓受剪承载能力设计值N;nv3剪切面数取2;d螺栓杆直径12mm;fv__螺栓连接的抗剪强度设计值,对普通碳钢(C级)取140MPa;Nv__=nv3πd2fv__/4=2×
3.14×122×140/4=
31651.2NNnum3螺栓个数Nnum3=N/Nv__=
10401.795/
31651.2=
0.329个实际取2个7立柱型材壁抗承压能力计算Nc4立柱型材壁抗承压能力N;nv3剪切面数取2;Nnum3连接处螺栓个数;d螺栓公称直径12mm;t2连接部位立柱壁厚5mm;fc4型材的承压强度设计值,对Q235取305MPa;Nc4=nv3×Nnum3dt2fc4=2×2×12×5×305=73200N73200N≥
10401.795N强度可以满足要求!8钢角码型材壁抗承压能力计算Nc5钢角码型材壁抗承压能力N;nv4剪切面数取2;Nnum3连接处螺栓个数;d连接螺栓公称直径12mm;t4幕墙钢角码壁厚6mm;fc5钢角码的抗压强度设计值,对Q235取305MPa;Nc5=nv4×Nnum3dt4fc5=2×2×12×6×305=87840N87840N≥
10401.795N强度可以满足要求!18幕墙埋件计算土建预埋基本参数1计算点标高
9.4m;2立柱跨度L=4600mm;3立柱计算间距B=1200mm;4立柱力学模型单跨简支;5埋件位置侧埋;6板块配置石材;7混凝土强度等级C25;
18.1荷载标准值计算1垂直于幕墙平面的分布水平地震作用qEk=βEα__xGk/A=
5.0×
0.04×
0.0011=
0.00022MPa2幕墙受水平荷载设计值组合采用Sw+
0.5SE组合……
5.
4.1[JGJ102-2003]q=
1.4wk+
0.5×
1.3qEk=
1.4×
0.001+
0.5×
1.3×
0.00022=
0.001543MPa3立柱单元自重荷载标准值Gk=
0.0011×BL=
0.0011×1200×4600=6072N4校核处埋件受力分析V剪力N;N轴向拉力N;e0剪力作用点到埋件距离,即立柱螺栓连接处到埋件面距离mm;V=
1.2Gk=
1.2×6072=
7286.4NN=qBL=
0.001537×1200×4600=
8484.24NM=e0V=120×
7286.4=874368N·mm
18.2埋件计算校核依据,同时满足以下两个条件a AS≥V/ar__fy+N/
0.8abfy+M/
1.3arabfyzC.
0.1-1[JGJ102-2003]b AS≥N/
0.8abfy+M/
0.4arabfyzC.
0.1-2[JGJ102-2003]其中AS锚筋的总截面__mm2;V剪力设计值N;ar钢筋层数影响系数,二层取
1.0,三层取
0.9,四层取
0.85;__钢筋受剪承载力系数,不大于
0.7;fy锚筋抗拉强度设计值MPa,按[GB50010]选取,但不大于300MPa;N法向拉力设计值N;ab锚板弯曲变形折减系数;M弯矩设计值N·mm;z沿剪力作用方向最外层锚筋中心线之间的距离mm;另外d锚筋直径mm;t锚板厚度mm;fc混凝土轴心抗压强度设计值MPa,按[GB50010]选取;__=
4.0-
0.08d×fc/fy
0.5C.
0.1-5[JGJ102-2003]=
4.0-
0.08×12×
11.9/
2100.5=
0.724因为__
0.7所以取
0.7ab=
0.6+
0.25t/dC.
0.1-6[JGJ102-2003]=
0.6+
0.25×8/12=
0.767AS=nπd2/4=4×
3.14×122/4=
452.16mm2V/ar__fy+N/
0.8abfy+M/
1.3arabfyz=
7286.4/1/
0.7/210+
8484.24/
0.8/
0.767/210+874368/
1.3/1/
0.767/210/60=
184.886mm2≤AS=
452.16mm2N/
0.8abfy+M/
0.4arabfyz=
8484.24/
0.8/
0.767/210+874368/
0.4/1/
0.767/210/60=
292.03mm2≤AS=
452.16mm2所以,预埋件锚筋总截__可以满足承载力要求
18.3锚板总__校核A锚板总__mm2;fc混凝土轴心抗压强度设计值MPa,按[GB50010]选取;
0.5fcA=
0.5×
11.9×24000=142800NN=
8484.24N≤
0.5fcA埋板__满足要求
18.4锚筋长度计算计算依据la=
1.1×α×fy/ft×dC.
0.5[JGJ102-2003]在上面的公式中la受拉钢筋的锚固长度mm;ft混凝土轴心抗拉强度设计值MPa,按[GB50010]选取,当混凝土强度高于C40时,按C40取值;fy锚筋抗拉强度设计值MPa,按[GB50010]选取;d锚筋公称直径mm;α锚筋的外型系数,光圆筋取
0.16,带肋筋取
0.14;la=
1.1×α×fy/ft×d=
1.1×
0.14×210/
1.27×12=
305.575mm如果锚筋的拉应力设计值小于钢筋抗拉强度设计值,按规范C.
0.5第3条规定,锚固长度可适当减小,以不小于15倍锚固钢筋直径为宜,实际选用的锚筋长度为180mm;所以,可以满足规范要求!19幕墙转接件强度计算基本参数1转接件断面__A=750mm2;2转接件断面抵抗矩W=15625mm3;
19.1受力分析转接件的受力情况根据前面埋件的计算结果,有V剪力NN轴向拉力NM弯矩N·mmV=
7286.4NN=
8484.24NM=874368N·mm
19.2转接件的强度计算校核依据σ=N/A/2+M/γW/2≤f上式中σ转接件的抗弯强度MPa;f转接件抗弯强度设计值,为215MPa;N转接件所受轴向拉力N;M转接件所受弯矩N·mm;γ塑性发展系数,取
1.05;W转接件断面抵抗矩mm3;σ=N/A/2+M/γW/2=
8484.24/750/2+874368/
1.05/15625/2=
32.3036MPa≤f=215MPa转接件强度可以满足要求110幕墙焊缝计算基本参数1焊缝形式三边围焊;2其它参数同埋件部分;
110.1受力分析焊缝实际受力情况同转接件计算部分V剪力NN轴向拉力NM弯矩N·mmV=
7286.4NN=
8484.24NM=874368N·mm焊缝特性参数计算1焊缝有效厚度he焊缝有效厚度mm;hf焊角高度mm;he=
0.7hf=
0.7×6=
4.2mm2焊缝总__A焊缝总__mm2;Lv竖向焊缝长度mm;Lh横向焊缝长度mm;he焊缝有效厚度mm;A=heLv+2Lh-6hf=
4.2×100+2×50-6×6=
688.8mm23焊缝截面抵抗矩及惯性矩计算I截面惯性矩mm4;he焊缝有效厚度mm;Lv竖向焊缝长度mm;Lh横向焊缝长度mm;W截面抵抗距mm3;I=he2Lh-2hfHe2+Lv-2hf3+6Lh-2hf×Lv-He2/12=
971360.096mm4W=2I/Lv=2×
971360.096/100=
19427.202mm
3110.2焊缝校核计算校核依据双转接件时σf/βf2+τf
20.5/2≤ffw
7.
1.3-3[GB50017-2003]单转接件时σf/βf2+τf
20.5≤ffw
7.
1.3-3[GB50017-2003]上式中σf按焊缝有效截面计算,垂直于焊缝长度方向的应力MPa;βf正面角焊缝的强度设计值增大系数,取
1.22;τf按焊缝有效截面计算,沿焊缝长度方向的剪应力MPa;ffw角焊缝的强度设计值MPa;σf/βf2+τf
20.5/2=N/
1.22A+M/
1.22W2+V/A
20.5/2=
8484.24/
1.22/
688.8+874368/
1.22/
19427.2022+
7286.4/
688.
820.5/2=
24.1639MPa
24.1639MPa≤ffw=160MPa,焊缝强度可以满足要求111石材幕墙幕墙胶类及伸缩缝计算基本参数1计算点标高
9.4m;2板块分格尺寸1200mm×600mm;3幕墙类型石材幕墙;4年温温差70℃;
111.1立柱连接伸缩缝计算为了适应幕墙温度变形以及施工调整的需要,立柱上下段通过插芯套装,留有一段空隙--伸缩缝d,d值按下式计算d≥αΔtL+d1+d2上式中d伸缩缝计算值mm;α立柱材料的线膨胀系数,取
1.2×10-5;△t温度变化取80℃;L立柱跨度mm;d1施工误差,取3mm;d2考虑其它作用的预留量,取2mm;d=αΔtL+d1+d2=
0.000012×70×4600+3+2=
8.864mm实际伸缩空隙d取20mm,满足设计要求
111.2耐候胶胶缝计算ws胶缝宽度计算值mm;α板块材料的线膨胀系数,为
0.8×10-5;△t温度变化取70℃;b板块的长边长度mm;δ耐候硅酮密封胶的变位承受能力25%dc施工偏差,取3mm;dE考虑其它作用的预留量,取2mm;ws=α△tb/δ+dc+dE……附
4.1[JGJ102-2003]=
0.000008×70×900/
0.25+3+2=
7.016mm实际胶缝取8mm,满足设计要求。