干挂石材幕墙设计计算书.doc

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1、XXXX工程石材幕墙设计计算书二 年 月目录1 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：41.8 门窗及五金件规范：41.9 相关物理性能级测试方法：51.10 建筑结构静力计算手册(第二版)61.11 土建图纸：62 基本参数62.1 幕墙所在地区：62.2 地面粗糙度分类等级：62.3 抗震烈度：63 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：83.4

2、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94.1 立柱型材选材计算：94.2 选用立柱型材的截面特性：104.3 立柱的内力分析：114.4 幕墙立柱的抗弯强度及抗剪强度验算：124.5 幕墙立柱的挠度验算：145 幕墙横梁计算145.1 横梁型材选材计算：155.2 确定材料的截面参数：165.3 选用横梁型材的截面特性：175.4 幕墙横梁的抗弯强度计算：185.5 横梁的挠度计算：185.6 横梁的抗剪计算：(梯形荷载作用下)196 短槽式(托板)连接石材的选用与校核206.1 石材板块荷载计算：206.2 石材的抗弯设计：216.3 短槽托板在

3、石材中产生的剪应力校核：216.4 短槽托板剪应力校核：227 连接件计算227.1 横梁与角码间连结：227.2 角码与立柱连接：237.3 立柱与主结构连接：258 幕墙埋件计算(后锚固结构)268.1 荷载及受力分析计算：268.2 锚栓群中承受拉力最大锚栓的拉力计算：278.3 群锚受剪内力计算：278.4 锚栓或植筋钢材破坏时的受拉承载力计算：288.5 混凝土锥体受拉破坏承载力计算：288.6 锚栓或植筋钢材受剪破坏承载力计算：308.7 混凝土楔形体受剪破坏承载力计算：318.8 混凝土剪撬破坏承载能力计算：328.9 拉剪复合受力承载力计算：339 幕墙焊缝计算339.1 受力

4、分析：339.2 焊缝特性参数计算：339.3 焊缝校核计算：3410 石材幕墙幕墙胶类及伸缩缝计算3410.1 立柱连接伸缩缝计算：3510.2 耐侯胶胶缝计算：35一、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

5、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 JG139-20012.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

6、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

7、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/T437-20003.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/

8、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/T133-20004.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/T1389

9、0-92建筑材料放射性核素限量 GB6566-2001铝塑复合板 GB/T17748-1999建筑瓷板装饰工程技术规范 CECS101：98建筑装饰用微晶玻璃 JC/T872-20005.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 GB116141999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

10、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/T915-20036.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

11、 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/T13912-19927.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

12、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/T482-20038.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/T710

13、8-2002建筑外窗空气隔声性能分级及检测方法 GB/T8485-2002铝合金门窗工程设计、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

14、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/T16823.1-19979.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： XXXX地区；2.地区粗糙

15、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，内蒙左旗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：max=0.16。三、幕墙承受荷载计算1.风荷载标准值计算：幕墙属于外围护

16、构件，按建筑结构荷载规范(GB50009-2001)计算： wk=gzzsw0 7.1.1-2GB50009-2001上式中： wk：作用在幕墙上的风荷载标准值(MPa)； Z：计算点标高：17m； gz：瞬时风压的阵风系数； 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 A类场地: gz=0.92(1+2f) 其中：f=0.387(Z/10)-0.12 B类场地: gz=0.89(1+2f) 其中：f=0.5(Z/10)-0.16 C类场地: gz=0.85(1+2f) 其中：f=0.734(Z/10)-0.22 D类场地: gz=0.8

17、0(1+2f) 其中：f=1.2248(Z/10)-0.3对于C类地区，56m高度处瞬时风压的阵风系数： gz=0.85(1+2(0.734(Z/10)-0.22)=2.014 z：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: z=1.379(Z/10)0.24 当Z300m时，取Z=300m，当Z350m时，取Z=350m，当Z400m时，取Z=400m，当Z450m时，取Z=450m，当Z30m时，取Z=30m；对于C类地区，17m高度处风压高度变化系数： z=0.616(Z/10)0.44=1.315 s：风荷载体型系数，根据计算点体型位置取1.2； w0：基本风压

18、值(MPa)，根据现行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，中卫地区取0.00045MPa； wk=gzzsw0 =2.0141.3151.20.00045 =0.00143Pa 2.垂直于幕墙平面的分布水平地震作用标准值： qEAk=EmaxGk/A 5.3.4JGJ102-2003 qEAk：垂直于幕墙平面的分布水平地震作用标准值(MPa)； E：动力放大系数,取5.0； max：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)；3.作用效应组合：荷载和作用效应按下式进行组合： S=GS

19、Gk+wwSwk+EESEk 5.4.1JGJ102-2003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； 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、5.4.4JGJ102-2003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：1.3；进行挠度计算时； 重力荷载：G：1.0； 风 荷 载：w：1.0； 地震作用：可不做组合

20、考虑；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、幕墙立柱计算基本参数： 1：计算取点标高：17m； 2：力学模型：单跨简支梁； 3：立柱跨度：L=4500mm； 4：立柱左分格宽：1200mm；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；本处幕墙立柱按单跨简支梁力学模型进行设计计算，受力模型如下：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)

21、； B：幕墙立柱计算间距(mm)； qwk=wkB =0.00143*1200 =1.716N/mm qw：风荷载线分布最大荷载集度设计值(N/mm)； qw=1.4qwk =1.4*1.716 =2.4024N/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)； E：动力放大系数,取5.0； max：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=EmaxGk/A 5.3.4JGJ102-2003 =5.0*0.16*0.0011 =0.000

22、88MPa 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 =0.00088*1200 =1.056 N/mm qE：水平地震作用线荷载集度设计值(N/mm)； qE=1.3qEk =1.3*1.056 =1.3728N/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： 5.4.1JGJ102-2003 q=qw+0.5qE =2.8+0.5*1.602 =3.601N/mm用于挠度计算时，采用Sw标准值： 5.4.1JGJ102-2003 qk=qwk+0.5qEK =2.618N/mm(4)立柱在组合荷载

23、作用下的弯矩设计值： Mx：弯矩组合设计值(Nmm)； Mw：风荷载作用下立柱产生的弯矩设计值(Nmm)； ME：地震作用下立柱产生的弯矩设计值(Nmm)； L：立柱跨度(mm)；采用Sw+0.5SE组合： Mw=qwL2/8 ME=qEL2/8 Mx=Mw+0.5ME =qL2/8 =3.601*45002/8 =9115031Nmm2.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(Nmm)； ：塑性发展系数：取1.05； fs：型材抗弯强度设计值(MPa)，对Q235取215MPa； Wnx=Mx/fs =9115031

24、/1.05/215 =40376.66mm3(2)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)； df,lim：按规范要求，立柱的挠度限值(mm)； df,lim=5qkL4/384EIxmin L/250=4500/250=18mm取： df,lim=18mm Ixmin=5qkL4/384Edf,lim =5*2.618*45004/384/206000/18 =4136958.9mm43.选用立柱型材的截面特性： 按上一项计算结

25、果选用型材号：8#槽钢 型材的抗弯强度设计值：fs=215MPa 型材的抗剪强度设计值：s=125MPa 型材弹性模量：E=206000MPa 绕X轴惯性矩：Ix=38850000mm4 绕Y轴惯性矩：Iy=380000mm4 绕X轴净截面抵抗矩：Wnx1=61667mm3 绕X轴净截面抵抗矩：Wnx2=61667mm3 型材净截面面积：An=830mm2 型材截面垂直于X轴腹板的截面总宽度：t=6mm 型材受力面对中性轴的面积矩：Sx=36369mm3塑性发展系数：=1.054.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：幕墙单位面积的自重标准

26、值(N)； A：立柱单元的面积(mm2)； B：幕墙立柱计算间距(mm)； L：立柱跨度(mm)； Nk=qGAkA =qGAkBL =0.0011*1200*4500 =5940N N：立柱轴向拉力设计值(N)； N=1.2Nk =1.2*5940 =7128N(2)抗弯强度校核：按单跨简支梁(受拉)立柱抗弯强度公式,应满足： N/An+Mx/Wnxfs 6.3.7JGJ102-2003上式中： N：立柱轴力设计值(N)； Mx：立柱弯矩设计值(Nmm)； 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)； ：塑性发展系数，取1.05； fs：型材的抗弯强度设

27、计值，取215MPa；则： N/An+Mx/Wnx=7128/830+9115030/1.05/40376 =205MPa215MPa立柱抗弯强度满足要求。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=3885000mm4 预选值为：Ixmin=3801553.4mm4所以，立柱挠度满足规范要求。6.立柱的抗剪计算：校核依据： maxs=125MPa (立柱的抗剪强度设计值)(1)Vwk：风荷载作用下剪力标准值(N)： Vwk=wkBL/2 =0.00143*1400*4500/2 =4504.5N

28、(2)Vw：风荷载作用下剪力设计值(N)： Vw=1.4Vwk =1.4*4504.5 =6306.3N(3)VEk：地震作用下剪力标准值(N)： VEk=qEAkBL/2 =0.00088*1400*4500/2 =2772N(4)VE：地震作用下剪力设计值(N)： VE=1.3VEk =1.3*2772 =3603.6N(5)V：立柱所受剪力设计值组合： 采用Vw+0.5VE组合： V=Vw+0.5VE =6306.3+0.5*3603.6 =8108N(6)立柱剪应力校核： max：立柱最大剪应力(N)； V：立柱所受剪力(N)； Sx：立柱型材受力面对中性轴的面积矩(mm3)； Ix：

29、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)； max=VSx/Ixt =8108*36369/3885000/6 =12.65MPa 12.65MPa125MPa立柱抗剪强度满足要求!五、幕墙横梁计算基本参数： 1：计算取点标高：17m； 2：横梁跨度：B=1400mm； 3：横梁上分格高：900mm；横梁下分格高：900mm； 4：横梁计算间距(指横梁上下分格平均高度)：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：1.横梁型材选

30、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 =0.900N/mm qw：风荷载线分布最大荷载集度设计值(N/mm)； qw=1.4qwk =1.4*0.900 =1.015N/mm(2)垂直于幕墙平面的分布水平地震作用的线荷载集度(按梯形分布)： qEAk：垂直于幕墙平面的分布水平地震作用(MPa)； E：动力放大系数,取5.0； max：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)，(主要指

31、面板组件)； A：幕墙平面面积(mm2)； qEAk=EmaxGk/A 5.3.4JGJ102-2003 =5.0*0.16*0.001 =0.0004MPa qEk：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 =0.0004*900 =0.29N/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*0.29 =0.377N/mm(3)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： 5.4.1JGJ102-2003 q=qw+0.5qE =1.015+0.5*0.377

32、=1.2N/mm用于挠度计算时，采用Sw标准值： 5.4.1JGJ102-2003 qk=qwk =0.900N/mm(4)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(Nmm)； Mw：风荷载作用下横梁产生的弯矩(Nmm)； ME：地震作用下横梁产生的弯矩(Nmm)； B：横梁跨度(mm)； H：幕墙横梁计算间距(mm)；采用Sw+0.5SE组合： 5.4.1JGJ102-2003 Mw=qwB2(3-(H/B)2)/24 ME=qEB2(3-(H/B)2)/24 My=Mw+0.5ME =qB2(3-(H/B)2)/24 =1.2*12002*(3-(900/1200)2)/24 =189718.75Nmm(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：横梁计算间距(mm)； Gk=0.001*H =0.001*900 =0.900N/mm G：横梁自重线荷载设计值(N)； G=1.2Gk =1.2*0.900 =0.87N/mm Mx：横梁在自重荷载作用下的弯矩设计值(Nmm)； B：横梁跨度(mm)； Mx=GB2/8 =0.87*12002/8 =156600Nmm2.确定