海天国际一期外檐工程施工计算方案.doc

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1、海天国际一期期项目外檐工程施工计算方案.设计依据: 海天国际一期项目外檐工程招标文件 建筑结构可靠度设计统一标准 GB 50068-2001 建筑结构荷载规范 GB 50009-2001 建筑抗震设计规范 GB 50011-2001 混凝土结构设计规范 GB 50010-2002 钢结构设计规范 GB 50017-2003 混凝土结构后锚固技术规程JGJ 145-2004 玻璃幕墙工程技术规范 JGJ 102-2003 金属与石材幕墙工程技术规范 JGJ 133-2001 建筑幕墙 JG 3035-1996 玻璃幕墙工程质量检验标准 JGJ/T 139-2001 铝合金建筑型材 基材 GB/T

2、 5237.1-2004 铝合金建筑型材 阳极氧化、着色型材 GB 5237.2-2004 紧固件机械性能 螺栓、螺钉和螺柱 GB 3098.1-2000紧固件机械性能 螺母 粗牙螺纹 GB 3098.2-2000 紧固件机械性能 自攻螺钉 GB 3098.5-2000 紧固件机械性能 不锈钢螺栓、螺钉和螺柱 GB 3098.6-2000 紧固件机械性能 不锈钢螺母 GB 3098.15-2000 浮法玻璃 GB 11614-1999 镀膜玻璃 第2部分 低辐射镀膜玻璃GB/T18915.2-2002 镀膜玻璃 第1部分 阳光控制镀膜玻璃GB/T18915.1-2002 建筑用安全玻璃 第2部

3、分：钢化玻璃 GB 15763.2-2005 幕墙用钢化玻璃与半钢化玻璃 GB 17841-1999 建筑结构静力计算手册 (第二版) 建筑幕墙 GB/T 21086-2007 BKCADPM集成系统(BKCADPM2007版).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： -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：海天国际一期，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

4、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

5、)-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

6、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.

7、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，河北地区取为0.600kN/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 5.0 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

8、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河北设计基本地震加速度为0.20g，抗震设防烈度为8度，故取max=0.16 GAK-幕墙构件的自重(N/m2)(4).作用效应组合:一

9、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-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

10、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-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

11、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。.材料及力学性能:一、石材采用25mm厚花岗岩，石材色系定为 康保红 石

12、材 二、风荷载计算 标高为商业楼与1#楼按12.750m处风荷载计算 W0:基本风压 W0=0.60 kN/m2 gz: 12.75m高处阵风系数(按C类区计算) gz=0.851+350.108(Z/10)-0.22=1.917 z: 12.75m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 =0.616(20.4/10)0.44=0.843 sl:局部风压体型系数(墙面区) 板块（第1处） 900.00mm480.00mm=0.432m2 该处从属面积为：0.432m2 该处局部风压体型系数sl=1.200 风荷载

13、标准值: Wk=gzzslW0 (GB50009-2001)（2006年版） =1.9170.8431.2000.600 =1.164 kN/m2 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=1.41.164=1.630kN/m2 支承结构（第1处） 3300mm700mm=2.31m2 该处从属面积为：2.31m2 sl (A)=sl (1)+sl (10)-sl (1)log(A) =-1.0+0.81.0-1.00.702 =-0.860 sl=-0.860+(-0

14、.2)=-1.060 该处局部风压体型系数sl=1.060 风荷载标准值: Wk=gzzslW0 (GB50009-2001)（2006年版） =1.9170.8431.0600.600 =1.027 kN/m2 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=1.41.027=1.438kN/m2三、板强度校核: 1.石材强度校核 用MU230级石材，其抗弯强度标准值为：14.0N/mm2 石材抗弯强度设计值：6.50N/mm2 石材抗剪强度设计值：3.30N/mm2 校核

15、依据：=6.500N/mm2 Ao: 石板短边长：0.600m Bo: 石板长边长：0.900m a: 计算石板抗弯所用短边长度: 0.594m b: 计算石板抗弯所用长边长度: 0.900m t: 石材厚度: 25.0mm GAK:石板自重=700.00N/m2 m1: 四角支承板弯矩系数, 按短边与长边的边长比(a/b=0.600) 查表得: 0.1303 Wk: 风荷载标准值: 1.215kN/m2 垂直于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 (kN/m2) qEAk=5maxGAK =50.160700.000/1000 =0.560kN/m2 荷载组

16、合设计值为： Sz=1.4Wk+1.30.5qEAk =1.994kN/m2 应力设计值为： =6m1Szb2103/t2 =60.13031.9940.9002103/25.02 =2.020N/mm2 2.020N/mm26.500N/mm2 强度可以满足要求 2.石材剪应力校核 校核依据: max :石板中产生的剪应力设计值(N/mm2) n:一个连接边上的挂钩数量: 2 t:石板厚度: 25.0mm d:槽宽: 5.0mm s:槽长: 60.0mm :系数,取1.25 对边开槽 =SzAoBo1000/n(t-d)s =0.467N/mm2 0.467N/mm23.300N/mm2 石

17、材抗剪强度可以满足 3.干挂件计算 校核依据: max :干挂件剪应力设计值(N/mm2) Ap:干挂件截面面积: AP=440/2=80mm2 n:一个连接边上的干挂件数量: 2 对边开槽 =SzAoBo1000/(2nAp) =13.46N/mm2 13.46N/mm2125.000N/mm2 干挂件抗剪强度可以满足 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: 1.438kN/m2 B: 幕墙分格宽: 1.200m qw=WB =1.4381.200

18、 =1.726 kN/m(2)地震荷载计算 qEA: 地震作用设计值(KN/m2): GAk: 幕墙构件(包括面板和框)的平均自重: 1000N/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 =50.1601000.000/1000 =0.800 kN/m2 E: 幕墙地震作用分项系数: 1.3 qEA=1.3qEAk =1.30.800 =1.040 kN/m2 qE：水平地震作用均布线作用设计值(矩形分布) qE=qEAB =1.0401.200 =1.248 kN/m(3)立柱弯矩: Mw:

19、风荷载作用下立柱弯矩(kN.m) qw: 风荷载均布线荷载设计值: 1.726(kN/m) Hsjcg: 立柱计算跨度: 1.200m Mw=qwHsjcg2/8 =1.7261.2002/8 =3.806 kNm ME: 地震作用下立柱弯矩(kNm): ME=qEHsjcg2/8 =1.2481.2002/8 =2.752kNm 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 =3.806+0.52.752 =5.182kNm2. 选用立柱型材的截面特性: 立柱型材号: 8#槽钢（80*43*4） 选用的立柱材料牌号:Q235 d=16

20、型材强度设计值: 抗拉、抗压215.000N/mm2 抗剪125.0N/mm2 型材弹性模量: E=2.10105N/mm2 X轴惯性矩: Ix=198.380cm4 Y轴惯性矩: Iy=28.263cm4 立柱型材在弯矩作用方向净截面抵抗矩: Wn=39.781cm3 立柱型材净截面积: An=14.427cm2 立柱型材截面垂直于X轴腹板的截面总宽度: LT_x=4.000mm 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=24.842cm3 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:

21、幕墙分格宽: 1.200m GAk: 幕墙自重: 1000N/m2 幕墙自重线荷载: Gk=1000B/1000 =10001.200/1000 =1.200kN/m Nk: 立柱受力: Nk=GkL =1.2004.200 =5.040kN N: 立柱受力设计值: rG: 结构自重分项系数: 1.2 N=1.2Nk =1.25.040 =6.048kN : 立柱计算强度(N/mm2)(立柱为拉弯构件) N: 立柱受力设计值: 6.048kN An: 立柱型材净截面面积: 14.427cm2 M: 立柱弯矩: 5.182kNm Wn: 立柱在弯矩作用方向净截面抵抗矩: 39.781cm3 :

22、塑性发展系数: 1.05 =N10/An+M103/(1.05Wn) =6.04810/14.427+5.182103/(1.0539.781) =128.252N/mm2 128.252N/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/300 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: 1.200m df=5qWkHsjcg41000/(3842.1Ix)=11.986mm Du=U/(L1000) =11.986/(4.2001000) =1/350 1/350 1/300 且

23、 U=20(跨距大于4500mm时此值为30) 挠度可以满足要求！ 5. 立柱抗剪计算: 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 =1.02721.3/2 =0.47kN(2)Qw: 风荷载作用下剪力设计值(kN) Qw=1.4Qwk =1.41.3 =1.82kN(3)QEk: 地震作用下剪力标准值(kN) QEk=qEAkHsjcgB/2 =0.321.3/2 =0.47kN(4)QE: 地震作用下剪力设计值(kN) QE=1.3QEk =1.3.47 =0.61kN(5)Q: 立柱所受剪力: 采用Qw+0.6Q

24、E组合 Q=Qw+0.6QE =1.82+0.60.61 =2.19kN(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:15.1cm3 立柱型材截面垂直于X轴腹板的截面总宽度: LT_x=4.000mm Ix: 立柱型材截面惯性矩: 101cm4 =QSs100/(IxLT_x) =2.191.51100101/5 =6.61N/mm2 =10.296N/mm2 =Nhsd 锚栓钢材受拉破坏承载力满足要求！ B.混凝土锥体受拉破坏承载力 -开裂混凝土单根锚栓受拉，理想混凝土锥体破坏时的受拉承载力标准值；-单根锚栓或群锚受拉，混凝土实有破坏锥体

25、投影面面积；-间距边距很大时，单根锚栓受拉，理想混凝土锥体破坏锥体投影面面积；-边距c对受拉承载力的降低影响系数； -表层混凝土因密集配筋的剥离作用对受拉承载力的降低影响系数；-荷载偏心 对受拉承载力的降低影响系数；-未裂混凝土对受拉承载力的提高系数； fcu,k-混凝土立方体抗压强度标准值=30.00； scr,N-混凝土锥体破坏情况下，无间距效应和边缘效应，确保每根锚栓受拉承载力标准值的临界间距=330.00； ccr,N-混凝土锥体破坏，无间距效应和边缘效应，确保每根锚栓受拉承载力标准值的临界边距=165.00； 由于是非开裂混凝土 NoRk,c=7.3(fcu,k)0.5(hef-30

26、)1.5=28.6100KN； Aoc,N=(scr,N)2=108900.00mm2； Ac,N=225000.00mm2； Mss,N=1.00； Msre,N=1.00； Msec,N=0.48； Msucr,N=1.40； NRk,c=39.579KN； NRd,c=NRk,c/Rc,N =18.409KN； NRd,c=Ngsd 混凝土锥体受拉破坏承载力满足要求！ C.锚栓钢材受剪破坏承载力 本设计考虑有杠杆臂状态的拉、弯、剪复合受力，锚栓受剪承载力标准值VRk,s按下式计算： MoRk,s=1.2Welfstk=0.061KNm； MRk,s=MoRk,s (1-Nsd/NRd,s

27、)=0.045KNm； VRk,s=MMRk,s/lo =29.974KN； VRd,s=VRk,s/Rs,V =14.987KN； VRd,s=Vhsd 锚栓钢材受剪破坏承载力满足要求！ D.混凝土楔形体受剪破坏承载力-开裂混凝土，单根锚栓垂直构件边缘受剪，理想混凝土楔形体破坏时的受剪承载力标准值；-群锚受剪，混凝土破坏理想楔形体在侧向的投影面面积；-单根锚栓受剪，在无平面剪力方向的边界影响构件厚度影响或相邻锚栓影响，混凝土破坏理想楔形体在侧向的投影面面积；-边距c2/c1对受剪承载力的降低影响系数；-边距与厚度比c/h对受剪承载力的提高影响系数；-剪力角度对受剪承载力的影响系数；-荷载偏心

28、 对群锚受剪承载力的降低影响系数；-未裂混凝土及锚区配筋对受剪承载力的提高影响系数； dnom-锚栓外径=12.00mm； lf-剪切荷载下锚栓的有效长度=96.00mm； VoRk,c=0.45dnom0.5*(lf/dnom)0.2*fcu,k0.5*c11.5/1000=27.429KN； Aoc,V=4.5c12=122512.50mm2； Ac,V=131793.75mm2； Mss,v=0.90； Msh,v=1.00； Ms,v=1.00； Msec,v=0.71； Msucr,v=1.40； VRk,c=26.480KN； VRd,c=VRk,c/Rc,V =14.711KN；

29、 VRd,c=Vgsd 混凝土楔形体受剪破坏承载力满足要求！ E.混凝土剪撬破坏承载力 VRd,cp-混凝土剪撬破坏时的受剪承载力设计值 VRk,cp-混凝土剪撬破坏时的受剪承载力标准值 K-锚固深度h_ef对V_rk_cp影响系数当hef=60mm时，取K2.0 VRk,cp=kNRk,c =79.158KN； VRd,cp=VRk,cp/Rcp =43.977KN； VRd,cp=Vgsd 混凝土剪撬破坏承载力满足要求！ F.拉剪复合受力承载力拉剪复合受力下，混凝土破坏时的承载力，应按照下列公式计算：(Nhsd/NRd,s)2+(Vhsd/VRd,s)2 =0.081 锚栓钢材能够满足要求

30、！ (Ngsd/NRd,c)1.5+(Vgsd/VRd,c)1.5 =0.4601 混凝土能够满足要求！ 六、幕墙预埋件焊缝计算 根据钢结构设计规范GB50017-2003 公式7.1.1-1、7.1.1-2和7.1.1-3计算 hf:角焊缝焊脚尺寸6.000mm L:角焊缝实际长度80.000mm he:角焊缝的计算厚度=0.7hf=3.2mm Lw:角焊缝的计算长度=L-2hf=80. mm fhf:Q235热轧钢板角焊缝的强度设计值:160N/mm2 f:角焊缝的强度设计值增大系数，取值为:1.22 m:弯矩引起的应力 m=6M/(2helw2f) =35.059N/mm2 n:法向力引

31、起的应力 n =N/(2heLwf) =8.803N/mm2 :剪应力 =V/(2HfLw) =4.391N/mm2 :总应力 =(m+n)2+2)0.5 =44.081 =44.081N/mm2fhf=160N/mm2 焊缝强度可以满足! 七、幕墙横梁计算 幕墙横梁计算如下所示：1. 选用横梁型材的截面特性: 选用型材号: L50*4 选用的横梁材料牌号: Q235 d=16 横梁型材抗剪强度设计值: 125.000N/mm2 横梁型材抗弯强度设计值: 215.000N/mm2 横梁型材弹性模量: E=2.05105N/mm2 Mx横梁绕截面X轴(平行于幕墙平面方向)的弯矩(N.mm) My横梁绕截面Y轴(垂直于幕墙平面方向)的弯矩(N.mm) Wnx横梁截面绕截面X轴(幕墙平面内方向)的净截面抵抗矩: Wnx=3.256cm3 Wny横梁截面绕截面Y轴(垂直于幕墙平面方向)的净截面抵抗矩: Wny=19.998cm3 型材截面积: A=13.407cm2 塑性发展系数，可取1