栏杆力学计算书.docx
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栏杆力学计算书
第一章设计计算依据
1、建筑及结构施工图。
2、规范:
《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003(以下简称规范)
《金属与石材幕墙工程技术规范》JGJ133-2001
《建筑结构载荷规范》GB50009-2001
《民用建筑热工设计规范》GB50176-93
《钢结构设计规范》GB50017-2003
《建筑设计防火规范》GB50016-2001
《高层民用建筑设计防火规范》GB/50045-95
《建筑抗震设计规范》GB50011-2001
3、性能检测标准:
《建筑幕墙空气渗透性能检测方法》GB/T15226
《建筑幕墙风压变形性能检测方法》GB/T15227
《建筑幕墙雨水渗漏性能检测方法》GB/T15228
《建筑外窗抗风压性能分级及其检测方法》GB7106-86
4、工程基本条件及设计依据:
a、粗糙度类别:
C类
b、50年一遇的基本风压:
0.45(kPa)
c、50年一遇的基本雪压:
0.4(kPa)
d、地震烈度:
8度(0.15g)
e、年最大温差(℃):
80
f、幕墙平面内变形性能:
1/267
第二章设计载荷确定原则
施加于幕墙和采光顶上的荷载和作用主要有风载荷、雪荷载、自重、地震作用和温度变化等,通常风载荷引起的作用效应最大。
在进行幕墙构件、连接件和预埋件等的设计计算时,必须考虑各种载荷和作用效应的分项系数,即采用其设计值;在进行位移和挠度设计计算时,各分项系数均取1.0,即采用其标准值。
1、风载荷
根据规范,垂直于幕墙表面的风载荷标准值可按下式计算,并且不得小于1.0kN/m2:
式中wk—作用在垂直幕墙上的风载荷标准值(kN/m2);
βgz—阵风风压系数;按《建筑结构载荷规范》GB50009的规定采用;
μz—风压高度变化系数,按《建筑结构载荷规范》GB50009的规定采用;
μs—大面风载荷体型系数;
w0—基本风压(kN/m2),按《建筑结构荷载规范》GB50009的规定采用。
根据规范要求,在进行建筑幕墙构件、连接件和锚固件的承载力设计计算时,风载荷的分项系数取γw=1.4,即风载荷的设计值为:
2、雪载荷
根据规范,玻璃采光顶(或雨篷)水平投影面上的雪荷载标准值可按下式计算:
式中sk—雪载荷标准值(kN/m2);
μr—屋面积雪分布系数;
s0—基本雪压(kN/m2),按《建筑结构荷载规范》GB50009的规定采用。
根据规范要求,在进行玻璃采光顶(或雨篷)的承载力设计计算时,雪载荷的分项系数取γs=1.4,即雪载荷的设计值为:
3、地震作用
垂直于幕墙平面水平分布地震作用力标准值可按下式计算:
式中qEk—垂直于幕墙平面水平分布地震作用力标准值(kN/m2);
βE—动力放大系数,可取5.0;
αmax—水平地震影响系数最大值;
qGk—幕墙构件单位面积的重力荷载标准值(kN/m2)。
根据规范要求,地震载荷的分项系数取γE=1.3,即地震作用的设计值为:
4、幕墙结构重力荷载
根据规范,幕墙结构重力荷载的分项系数一般取γG=1.2,当自重荷载的效应对构件有利时,其分项系数的取值不应大于1.0,重力荷载的设计值为:
5、载荷组合
根据规范,幕墙构件按承载力极限状态设计时,其作用效应的组合应符合下式规定:
式中SG—永久荷载效应设计值(kN/m2);
S—作用效应组合的设计值(kN/m2)。
第三章玻璃围栏计算
玻璃栏杆为下部支承,玻璃最大宽度1500mm,玻璃栏杆埋件最大宽度间距1400mm,玻璃可见高度950mm,玻璃采用10+1.52PVB+10mm夹胶钢化玻璃,本计算分别对风荷载和栏杆水平荷载进行校核。
§3.1、风荷载校核
1、部位基本设计参数
玻璃围栏最大标高点为100m。
2、风荷载确定
根据建筑荷载规范,对于粗糙度为C类地区,该处的风压高度变化系数为μz=1.7,阵风风压系数βz=1.6,风荷载体型系数μs=1.5。
根据荷载确定的有关公式可得:
=1.6x1.7x1.5x0.45
=1.836(KN/m2)
S=1.4x1.836=2.57(KN/m2)
3、玻璃围栏的强度计算
(a)、1500mm宽,10+1.52+10mm夹胶钢化玻璃的截面参数计算:
按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003要求,夹胶玻璃应分别校核内、外片玻璃。
10mm外片玻璃惯性矩、抗弯截面模量:
=12.5cm4
=25cm3
(b)、风荷载在内、外片玻璃上作用分配:
按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003要求,夹胶玻璃内、外片玻璃分别承担风荷载的作用为:
=1.285(KN/m2)
(c)、风荷载在玻璃栏杆单片玻璃上产生的弯矩:
S分—风载荷设计值(KN/m2),取1.285;
H—玻璃栏杆可见高度(mm),取950mm;
B—玻璃栏杆宽度(mm),取1500mm;
计算结果:
M=869.78Nm
(d)、玻璃栏杆内、外片强度校核:
按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003规定(表5.2.1),
(N/mm2)
计算式:
(N/mm2)
10mm外片玻璃强度校核:
=34.79MPa≤
综合以上分析可见,玻璃栏杆强度满足设计要求。
4、玻璃围栏的刚度计算
(a)、1500mm宽,10+1.52+10mm夹胶钢化玻璃刚度校核截面参数计算:
按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003规定(6.1.4条),10+1.52+10mm夹胶钢化玻璃等效截面:
=
=12.6(mm)
12.6mm等效玻璃惯性矩、抗弯截面模量:
=25cm4
(b)、玻璃刚度校核:
玻璃顶端的挠度由下式计算:
(m)
式中W—风载荷标准值(KN/m2),取1.836;
H—玻璃栏杆高度,取0.95m;
B—玻璃栏杆宽度,取1.5mm;
--玻璃栏杆抗弯惯性矩
计算结果:
15.5mm<1/60H=15.83mm
玻璃挠度合格。
§3.2、阳台玻璃栏杆水平荷载校核
1、栏杆水平荷载
按建筑荷载规范,栏杆水平荷载取固定值:
P=500N/m
2、玻璃围栏的强度计算
(a)、1500mm宽,10+1.52+10mm夹胶钢化玻璃的截面参数计算:
按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003要求,夹胶玻璃应分别校核内、外片玻璃。
10mm外片玻璃惯性矩、抗弯截面模量:
=12.5cm4
=25cm3
(b)、水平在内、外片玻璃上作用分配:
按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003要求,夹胶玻璃内、外片玻璃分别承担风荷载的作用为:
=250(N/m)
(c)、水平荷载在玻璃栏杆单片玻璃上产生的弯矩:
—水平载荷,取250(N/m);
H—玻璃栏杆可见高度(mm),取950mm;
B—玻璃栏杆宽度(mm),取1500mm;
计算结果:
M=356.25Nm
(d)、玻璃栏杆单片玻璃强度校核:
按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003规定(表5.2.1),
(N/mm2)
计算式:
(N/mm2)
10mm外片玻璃强度校核:
=14.25MPa≤
综合以上分析可见,玻璃栏杆强度满足设计要求。
4、玻璃围栏的刚度计算
(a)、1500mm宽,10+1.52+10mm夹胶钢化玻璃刚度校核截面参数计算:
按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003规定(6.1.4条),8+0.76+6mm夹胶钢化玻璃等效截面:
=
=12.6(mm)
12.6mm等效玻璃惯性矩、抗弯截面模量:
=25cm4
(b)、玻璃刚度校核:
玻璃顶端的挠度由下式计算:
(m)
式中P—栏杆水平荷载,取500(N/m);
H—玻璃栏杆高度,取0.95m;
B—玻璃栏杆宽度,取1.5mm;
--玻璃栏杆抗弯惯性矩
计算结果:
11.9mm<1/60H=15.83mm
玻璃挠度合格。
§3.3、阳台玻璃栏杆根部钢槽连接构件强度校核
1、作用于根部钢槽的荷载
作用于根部钢槽的最大弯矩为(跨距1400mm):
M=1623Nm
作用于根部钢槽的最大水平剪力(跨距1400mm)为:
F=3418N
2、构成钢槽的角钢L125x125x8强度校核
计算式:
(N/mm2)
式中,M—根部弯距(Nmm),取1623Nmm;
W—1400mm跨距内8mm钢板的截面抵抗矩;
=5.97cm4
=14.925cm3
--塑性发展系数,取1.05
计算得:
(N/mm2)
式中,F—水平剪切力(N),取3418N;
A—1400mm跨距内8mm钢板的截面积,A=11200mm2;
计算得:
因此,综合以上计算得:
角钢强度合格。
3、钢槽的根部焊接校核
如图纸所示,钢槽的根部同埋板满焊连接,单点焊缝长度不小于400mm,焊缝间隔不大于1400mm,计算焊脚高度不小于8mm。
作用于根部焊缝的最大弯矩为:
M=1623Nm
作用于根部焊缝的最大水平剪力为:
F=3418N
ƒfW=160MPa
弯距作用下
σf=6MMAX/2he.lW2x1.22
剪力作用下
σV=FV/he.lW
ƒfW-----角焊缝的强度设计值;
he-----角焊缝的计算厚度,对直角角焊缝等于0.7hf;
lW-----角焊缝的计算长度,对每条焊缝取其实际长度减去;
计算结果:
σf=44.54(N/mm2)
σV=1.53(N/mm2)
综合计算后
σ=44.56(N/mm2)≤ƒfW
焊缝校验合格。
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