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1、保定市烈士陵园工程石材幕墙设计计算书河北创辉建筑安装工程有限公司 2010年5月4日目 录.设计依据1.基本计算公式6一、风荷载计算9三、幕墙立柱计算10四、立柱与主结构连接14五、幕墙预埋件总截面面积计算16六、幕墙预埋件焊缝计算17七、幕墙横梁计算18八、横梁与立柱连接件计算22附录 材料力学性能24保定市烈士陵园工程石材幕墙设计计算书 基本参数: 保定地区基本风压0.400kN/m2 抗震设防烈度7度 设计基本地震加速度0.10g .设计依据 幕墙设计规范： 建筑瓷板装饰工程技术规范 CECS101：98 建筑幕墙 GB/T21086-2007 采暖通风与空气调节设计规范 GB50019
2、-2003 地震震级的规定 GB/T17740-1999 钢结构防火涂料 GB14907-2002 钢结构设计规范 GB50017-2003 高层民用建筑钢结构技术规范 JGJ99-98 高层建筑混凝土结构技术规程 JGJ3-2002 高层民用建筑设计防火规范 GB50045-95(2005年版) 高处作业吊蓝 GB19155-2003 金属与石材幕墙工程技术规范 JGJ133-2001 建筑设计规范： 工程抗震术语标准 JGJ/T97-95 工程网络计划技术规程 JGJ/T121-99 公共建筑节能设计标准 GB50189-2005 混凝土结构后锚固技术规程 JGJ145-2004 混凝土结
3、构设计规范 GB50010-2002 混凝土用膨胀型、扩孔型建筑锚栓 JG160-2004 既有居住建筑节能改造技术规程 JGJ129-2004 建筑表面用有机硅防水剂 JC/T902-2002 建筑材料放射性核素限量 GB6566-2001 建筑防火封堵应用技术规程 CECS154：2003 建筑钢结构焊接技术规程 JGJ81-2002 建筑隔声评价标准 GB/T50121-2005 建筑工程抗震设防分类标准 GB50223-2008 建筑工程预应力施工规程 CECS180：2005 建筑结构荷载规范 GB50009-2001(2006年版) 建筑结构可靠度设计统一标准 GB50068-20
4、01 建筑抗震设防分类标准 GB50223-2004 建筑抗震设计规范 GB50011-2001(2008年版) 建筑设计防火规范 GB50016-2006 建筑物防雷设计规范 GB50057-94(2000年版) 冷弯薄壁型钢结构技术规范 GB50018-2002 民用建筑隔声设计规范 GBJ118-88 民用建筑热工设计规范 GB50176-93 民用建筑设计通则 GB50352-2005 膜结构技术规程 CECS158：2004 夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准 JGJ134-2001 夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准 JGJ75-2003 预应力筋用锚具、夹具和连接器应用技术规程 JG
5、J85-2002 中国地震动参数区划图 GB18306-2001 中国地震烈度表 GB/T17742-2008 建筑制图标准 GB/T 50104-2001 建筑结构静力计算手册 (第二版) 金属板及石材规范： 干挂饰面石材及其金属挂件 JC830.1、2-2005 建筑装饰用微晶玻璃 JC/T872-2000 建筑幕墙用瓷板 JG/T217-2007 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 建筑幕墙用铝塑复合板 GB/T17748-2008 铝塑复合板用铝带 YS/T432-2000 天然板石 GB/T18600-2001 天然大
6、理石荒料 JC/T202-2009 天然大理石建筑板材 GB/T19766-2005 天然花岗石荒料 JC/T204-2009 天然花岗石建筑板材 GB/T18601-2001 天然花岗石板材 GB/T18601-2009 天然石材统一编号 GB/T17670-2008 天然饰面石材术语 GB/T13890-2008 建筑绝热用玻璃制品 GB/T17795-2008 钢材规范： 钢分类 GB/T13304.1、2-2008 钢铁牌号表示方法 GB/T221 -2008 钢及合金术语 GB/T20566-2006 建筑结构用冷弯矩形钢管 JG/T178-2005 不锈钢棒 GB/T1220-20
7、07 不锈钢和耐热钢冷轧钢带 GB/T4239-1991 不锈钢冷加工钢棒 GB/T4226-1984 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 不锈钢丝 GB/T4240-93 建筑用不锈钢绞线 JG/T200-2007 不锈钢小直径无缝钢管 GB/T3090-2000 擦窗机 GB19154-2003 彩色涂层钢板和钢带 GB/T12754-2006 低合金钢焊条 GB/T5118-1995 低合金高强度结构钢 GB/T1591-2008 建筑幕墙用钢索压管接头 JG/T201-2007 高耐候结构钢 GB/T4171-2008 高
8、碳铬不锈钢丝 YB/T0961997 焊接结构用耐候钢 GB/T4172-2000 合金结构钢 GB/T3077-1999 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/T13912-2002 冷拔异形钢管 GB/T3094-2000 碳钢焊条 GB/T5117-1999 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/T912-1989 碳素结构钢和低合金结构钢热轧厚钢板及钢带 GB/T3274-2007 优质碳素结构钢 GB/T699-1999 预应力筋用锚具、夹具和连接器 GB/T14370-2000 不锈钢和耐热钢牌号及化
9、学成分 GB/T20878-2007 碳素结构钢冷轧钢板和钢带 GB/T11253-2007 建筑装饰用搪瓷钢板 JG/T234-2008 胶类及密封材料规范： 建筑密封材料术语 GB/T14682-2006 建筑密封胶分级及要求 GB/T22083-2008 丙烯酸酯建筑密封膏 JC484-2006 幕墙玻璃接缝用密封胶 JC/T882-2001 彩色涂层钢板用建筑密封胶 JC/T884-2001 石材用建筑密封胶 GB/T23261-2009 丁基橡胶防水密封胶粘带 JC/T942-2004 干挂石材幕墙用环氧胶粘剂 JC/T887-2001 非结构承载用石材粘胶剂 JC/T989-200
10、6 工业用橡胶板 GB/T5574-1994 混凝土建筑接缝用密封胶 JC/T881-2001 建筑窗用弹性密封剂 JC485-2007 建筑密封材料试验方法 GB/T13477.120-2002 建筑用防霉密封胶 JC/T885-2001 建筑用硅酮结构密封胶 GB16776-2005 建筑用岩棉、矿渣棉绝热制品 GB/T19686-2005 建筑用硬质塑料隔热条 JG/T174-2005 建筑装饰用天然石材防护剂 JC/T973-2005 聚氨酯建筑密封胶 JC/T482-2003 聚硫建筑密封胶 JC/T483-2006 丙烯酸建筑密封胶 JC/T484-2006 绝热用岩棉、矿棉及其制
11、品 GB/T11835-2007 绝热用硬质酚醛泡沫制品(PF) GB/T20974-2007 建筑绝热用聚氨酯泡沫塑料 GB/T21558-2008 硫化橡胶或热塑性橡胶撕裂强度的测定 GB/T529-1999 石材用建筑密封胶 JC/T883-2001 橡胶袖珍硬度计压入硬度试验方法 GB/T531-1999 修补用天然橡胶胶粘剂 HG/T3318-2002 门窗及五金件规范： 紧固件螺栓和螺钉 GB/T5277-1985 紧固件公差螺栓、螺钉、螺柱和螺母 GB/T3103.1-2002 紧固件机械性能螺栓、螺钉和螺柱 GB/T3098.1-2000 紧固件机械性能螺母、粗牙螺纹 GB/T
12、3098.2-2000 紧固件机械性能螺母、细牙螺纹 GB/T3098.4-2000 紧固件机械性能自攻螺钉 GB/T3098.5-2000 紧固件机械性能不锈钢螺栓、螺钉、螺柱 GB/T3098.6-2000 紧固件机械性能不锈钢螺母 GB/T3098.15-2000 紧固件机械性能抽芯铆钉 GB/T3098.19-2004 紧固件术语盲铆钉 GB/T3099-2004 紧固件 螺栓、螺钉、螺柱和螺母通用技术条件GB/T16938 -2008 螺纹紧固件应力截面积和承载面积 GB/T16823.1-1997 相关物理性能级测试方法： 采暖居住建筑节能检验标准 JGJ132-2001 彩色涂层
13、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 GB50204-2002 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 建筑装饰装修工程施工质量验收规范 GB50210-2001 金属材料室温拉伸试验方法 GB/T228-2002.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：
14、-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。 本工程为：保定市烈士陵园工程，按C类地区计算风荷载。(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=zszW0 （GB50009 7.1.1-1）2 当计算围护结构时 Wk=gzs1zW0 （GB50009 7.1.1-2）式中： 其中: Wk-垂直作用在幕
15、墙表面上的风荷载标准值(kN/m2)； gz-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:gz=K(1+2f) 其中K为地区粗糙度调整系数，f为脉动系数。经化简，得： A类场地: gz=0.921+35-0.072(Z/10)-0.12 B类场地: gz=0.891+(Z/10)-0.16 C类场地: gz=0.851+350.108(Z/10)-0.22 D类场地: gz=0.801+350.252(Z/10)-0.30 z-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
16、类型,按以下公式计算: A类场地: z=1.379(Z/10)0.24 B类场地: z=1.000(Z/10)0.32 C类场地: z=0.616(Z/10)0.44 D类场地: z=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s1：一、 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s1（1）是适用于围护构件的从属面积A小于或等
17、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s1（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s1（A）可按面积的对数线性插值，即s1（A）=s1（1）+s1（10）-s1（1） logA 本工程属于C类地区,故z=0.616(Z/10)0.44 W0-基本风压,按建筑结构荷载规范GB50009-2001附表D.4给出的50年一遇的风压采用，但不得小于0.3kN/m2，保定地区取为0.400kN/m2(3).地震作用计算: qEAk=EmaxGAK 其中: qEAk-水平地震作用标准值 E-动力放大系数,按 5
18、.0 取定 max-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: max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max抗震设防烈度6度7度8度max0.040.08(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： max=0.04 设计基本地震加速度为0.10g，抗震设防烈度7度： max=0.08 设计基本地震加速度为0.15g，抗震设防烈度7度： max=0.12 设计基本地震加速度为0.20g，抗震设防
19、烈度8度： max=0.16 设计基本地震加速度为0.30g，抗震设防烈度8度： max=0.24 设计基本地震加速度为0.40g，抗震设防烈度9度： max=0.32 保定设计基本地震加速度为0.10g，抗震设防烈度为7度，故取max=0.08 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： 0S R b.有地震作用效应组合时，承载力应符合下式要求： SE R/RE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； 0
20、-结构构件重要性系数，应取不小于1.0； RE-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dfdf,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=GSGK+wwSWK+EESEK 2 无地震作用效应组合时，应按下式进行： S=GSGK+wwSWK 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
21、-地震作用效应标准值； G-永久荷载分项系数； W-风荷载分项系数； E-地震作用分项系数； W-风荷载的组合值系数； E-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： 一般情况下，永久荷载、风荷载和地震作用的分项系数G、W、E应分别取1.2、1.4和1.3； 当永久荷载的效应起控制作用时，其分项系数G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； 当永久荷载的效应对构件有利时，其分项系数G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： 一般情况下，风荷载的组合系数W应取1.0，地震作用于的组合系数E应取0.5。 对水平倒挂玻
22、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W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W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。一、风荷载计算 标高为9.8m处风荷载计算 W0:基本风压 W0=0.40 kN/m2 gz: 9.8m高处阵风系数(按C类区计算) gz=0.851+350.108(Z/10)-0.22=2.103 z: 9.8m高处风压高度变化系数(按C类区计算): (GB50009-2001)(2006年版) z=0.616(Z/10)0.44 (C类区，在15米以下按15
23、米计算) =0.616(15.0/10)0.44=0.740 sl:局部风压体型系数(墙面区) 板块（第1处） 600.00mm900.00mm=0.54m2 该处从属面积为：0.54m2 该处局部风压体型系数sl=1.200 风荷载标准值: Wk=gzzslW0 (GB50009-2001)（2006年版） =2.1030.7401.2000.400 =0.747 kN/m2 因为Wk1.0kN/m2，取Wk=1.0 kN/m2，按JGJ102-2003第5.3.2条采用。 风荷载设计值: W: 风荷载设计值(kN/m2) w: 风荷载作用效应的分项系数：1.4 按建筑结构荷载规范GB500
24、09-2001 3.2.5 规定采用 W=wWk=1.41.000=1.400kN/m2 支承结构（第1处） 7500mm1300mm=9.75m2 该处从属面积为：9.75m2 sl (A)=sl (1)+sl (10)-sl (1)log(A) =-1.0+0.81.0-1.00.989 =-0.802 sl=-0.802+(-0.2)=-1.002 该处局部风压体型系数sl=1.002 风荷载标准值: Wk=gzzslW0 (GB50009-2001)（2006年版） =2.1030.7401.0020.400 =0.624 kN/m2 因为Wk1.0kN/m2，取Wk=1.0 kN/m
25、2，按JGJ102-2003第5.3.2条采用。 风荷载设计值: W: 风荷载设计值(kN/m2) w: 风荷载作用效应的分项系数：1.4 按建筑结构荷载规范GB50009-2001 3.2.5 规定采用 W=wWk=1.41.000=1.400kN/m2三、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: 1.400kN/m2 B: 幕墙分格宽: 1.300m qw=WB =1.4001.300 =1.820 kN/m(2)地震荷载计算 qEA: 地震作用设计值(
26、KN/m2): GAk: 幕墙构件(包括面板和框)的平均自重: 700N/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=5maxGAk =50.080700.000/1000 =0.280 kN/m2 E: 幕墙地震作用分项系数: 1.3 qEA=1.3qEAk =1.30.280 =0.364 kN/m2 qE：水平地震作用均布线作用设计值(矩形分布) qE=qEAB =0.3641.300 =0.473 kN/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: 1.8
27、20(kN/m) Hsjcg: 立柱计算跨度: 7.500m Mw=qwHsjcg2/8 =1.8207.5002/8 =12.797 kNm ME: 地震作用下立柱弯矩(kNm): ME=qEHsjcg2/8 =0.4737.5002/8 =3.327kNm M: 幕墙立柱在风荷载和地震作用下产生弯矩(kNm) 采用SW+0.5SE组合 M=Mw+0.5ME =12.797+0.53.327 =14.460kNm2. 选用立柱型材的截面特性: 立柱型材号: XC1150 选用的立柱材料牌号:Q235 d=16 型材强度设计值: 抗拉、抗压215.000N/mm2 抗剪125.0N/mm2 型
28、材弹性模量: E=2.10105N/mm2 X轴惯性矩: Ix=1822.101cm4 Y轴惯性矩: Iy=605.586cm4 立柱型材在弯矩作用方向净截面抵抗矩: Wn=182.174cm3 立柱型材净截面积: An=34.927cm2 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=112.930cm3 塑性发展系数: =1.053. 幕墙立柱的强度计算: 校核依据: N/An+M/(Wn)a=215.0N/mm2(拉弯构件) B: 幕墙分格宽: 1.300m GAk: 幕墙自重: 700N/m2 幕墙自重
29、线荷载: Gk=700B/1000 =7001.300/1000 =0.910kN/m Nk: 立柱受力: Nk=GkL =0.9107.500 =6.825kN N: 立柱受力设计值: rG: 结构自重分项系数: 1.2 N=1.2Nk =1.26.825 =8.190kN : 立柱计算强度(N/mm2)(立柱为拉弯构件) N: 立柱受力设计值: 8.190kN An: 立柱型材净截面面积: 34.927cm2 M: 立柱弯矩: 14.460kNm Wn: 立柱在弯矩作用方向净截面抵抗矩: 182.174cm3 : 塑性发展系数: 1.05 =N10/An+M103/(1.05Wn) =8.
30、19010/34.927+14.460103/(1.05182.174) =77.942N/mm2 77.942N/mm2 a=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: dfL/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: 7.500m df=5qWkHsjcg41000/(3842.1Ix)=13.997mm Du=U/(L1000) =13.997/(7.5001000) =1/535 1/535 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
31、柱抗剪计算: 校核依据: max=125.0N/mm2(1)Qwk: 风荷载作用下剪力标准值(kN) Qwk=WkHsjcgB/2 =1.0007.5001.300/2 =4.875kN(2)Qw: 风荷载作用下剪力设计值(kN) Qw=1.4Qwk =1.44.875 =6.825kN(3)QEk: 地震作用下剪力标准值(kN) QEk=qEAkHsjcgB/2 =0.2807.5001.300/2 =1.365kN(4)QE: 地震作用下剪力设计值(kN) QE=1.3QEk =1.31.365 =1.775kN(5)Q: 立柱所受剪力: 采用Qw+0.5QE组合 Q=Qw+0.5QE =6.825+0.51.775 =7.712kN(6)立柱剪应力: : 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: 112.930cm3 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: 1822.101cm4 =QSs100/(IxLT_x) =7.712112.930100/(1822.1016.000) =7.966N/mm2 =7.966N/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: 8.0mm Jy: 连接处热轧钢角码承
