XX工程石材幕墙结构设计计算书.docx
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XX工程石材幕墙结构设计计算书
xx区政府机关大院石材幕墙设计计算书
基本参数:
xx地区
抗震6度设防
Ⅰ.设计依据:
《建筑结构荷载规范》GBJ9-87
《钢结构设计规范》GBJ17-88
《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-96
《金属与石材幕墙工程技术规范》JGJ133-2001
《建筑幕墙》JG3035-96
《建筑结构静力计算手册》（第二版）
《建筑幕墙物理性能分级》GB/T15225-94
《铝及铝合金阳极氧化，阳极氧化膜的总规范》GB8013
《铝及铝合金加工产品的化学成份》GB/T3190
《碳素结构钢》GB700-88
《硅酮建筑密封胶》GB/T14683-93
《建筑幕墙风压变形性能检测方法》GB/T15227
《建筑幕墙雨水渗漏形性能检测方法》GB/T15228
《建筑幕墙空气渗透形性能检测方法》GB/T15226
《建筑结构抗震规范》GBJ11-89
《建筑设计防火规范》GBJ16-87（修订本）
《高层民用建筑设计防火规范》GB50045
《建筑物防雷设计规范》GB50057-94
《铝合金建筑型材》GB/T5237-93
《民用建筑隔声设计规范》GBJ118-88
《民用建筑热工设计规范》GB50176-93
《采暖通风与空气调节设计规范》GBJ19-87
《优质碳素结构钢技术条件》GB699-88
《低合金高强度结构钢》GB1579
《不锈钢棒》GB1220
《不锈钢冷加工钢棒》GB4226
《聚硫建筑密封胶》JC483-92
《铝及铝合金板材》GB3380-97
《不锈钢冷轧钢板》GB3280-92
《不锈钢热轧钢板》GB4237-92
《建筑幕墙窗用弹性密封剂》JC485-92
Ⅱ.基本计算公式:
（1）.场地类别划分:
根据地面粗糙度,场地可划分为以下类别:
A类近海面,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中小城镇和大城市郊区;
C类指有密集建筑群的大城市市区;
xx区政府机关大院按B类地区计算风压
（2）.风荷载计算:
风荷载计算公式:
Wk=鈠嘴z嘴s譝0
其中:
Wk---作用在幕墙上的风荷载标准值（kN/m^2）
鈠---瞬时风压的阵风系数取为2.25
靭---风压高度变化系数,按《建筑结构荷载规范》GBJ9-87取定,
根据不同场地类型,按以下公式计算:
A类场地:
靭=1.379_（Z/10）^0.24
B类场地:
靭=（Z/10）^0.32
C类场地:
靭=0.713_（Z/10）^0.40
本工程属于B类地区,故靭=（Z/10）^0.32
靤---风荷载体型系数,按1.5取用
W0---基本风压,按全国基本风压图,xx地区取为0.650KN/m^2,
（3）.地震作用计算:
qEAk=釫揍max譍AK
其中:
qEAk）--水平地震作用标准值
釫---动力放大系数,按5.0取定
醡ax）--水平地震影响系数最大值,按相应设防烈度取定:
6度:
醡ax=0.04
7度:
醡ax=0.08
8度:
醡ax=0.16
9度:
醡ax=0.32
xx设防烈度为6度,故取醡ax=0.040
GAK---幕墙构件的自重（N/m^2）
（4）.荷载组合:
水平荷载标准值:
qk=Wk+0.6qEAk
水平荷载设计值:
q=1.4Wk+0.6×1.3qEAk
荷载和作用效应组合的分项系数,按以下规定采用:
A、承载力计算时:
重力荷载:
1.2
风荷载:
1.4
地震作用:
1.3
B、挠度和变形计算时:
重力荷载:
1.0
风荷载:
1.0
地震作用:
1.0
荷载和作用效应组合的组合系数,按以下规定采用:
第一个可变荷载按1.0取用
第二个可变荷载按0.6取用
一、风荷载计算
1、标高为17.250处风荷载计算
（1）.风荷载标准值计算:
Wk:
作用在幕墙上的风荷载标准值（kN/m^2）
靭:
17.250m高处风压高度变化系数（按B类区计算）:
（GBJ9-876.2.1）
靭=（Z/10）^0.32=1.191
Wk=鈠嘴z嘴s譝0（JGJ102-965.2.2）
=2.25_1.191_1.5_0.650
=2.612kN/m^2
（2）.风荷载设计值:
W:
风荷载设计值:
kN/m^2
rw:
风荷载作用效应的分项系数：
1.4
按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-965.1.6条规定采用
W=rw×Wk=1.4×2.612=3.657kN/m^2
2、标高为15.250处风荷载计算
（1）.风荷载标准值计算:
Wk:
作用在幕墙上的风荷载标准值（kN/m^2）
靭:
15.250m高处风压高度变化系数（按B类区计算）:
（GBJ9-876.2.1）
靭=（Z/10）^0.32=1.145
Wk=鈠嘴z嘴s譝0（JGJ102-965.2.2）
=2.25_1.145_1.5_0.650
=2.511kN/m^2
（2）.风荷载设计值:
W:
风荷载设计值:
kN/m^2
rw:
风荷载作用效应的分项系数：
1.4
按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-965.1.6条规定采用
W=rw×Wk=1.4×2.511=3.515kN/m^2
二、板强度校核:
石材校核:
（第1处）
1.石材强度校核
校核依据：
蟆躘骫=3.600N/mm^2
a:
短边长度:
0.600m
b:
长边长度:
0.900m
t:
石材厚度:
30.0mm
m1:
四角支承板弯矩系数,按短边与长边的边长比（a/b=0.667）
查表得:
0.034
Wk:
风荷载标准值:
2.612kN/m^2
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/m^2）
qEAk=5×0.040×600.000/1000
=0.072kN/m^2
荷载组合设计值为：
Sz=1.4×Wk+1.3×0.6×qEAk
=3.713kN/m^2
应力设计值为：
_=6譵1譙z譩^2_10^3/t^2
=6_0.034_3.713_0.900^2_10^3/30.0^2
=0.684N/mm^2
0.684N/mm^2≤3.600N/mm^2强度可以满足要求
2.石材剪应力校核
校核依据:
鬽ax≤[鬩
_:
石板中产生的剪应力设计值（N/mm^2）
n:
一个连接边上的挂钩数量:
4
t:
石板厚度:
30.0mm
d:
槽宽:
6.0mm
s:
槽底总长度:
100.0mm
_:
系数,取1.30
对边开槽
_=Sz譨譩租_1000/[n_（t-d）譻]
=0.136N/mm^2
0.136N/mm^2≤1.800N/mm^2
石材抗剪强度可以满足
3.挂钩剪应力校核
校核依据:
鬽ax≤[鬩
_:
挂钩剪应力设计值（N/mm^2）
Ap:
挂钩截面面积:
19.600mm^2
n:
一个连接边上的挂钩数量:
4
对边开槽
_=Sz譨譩租_1000/（2譶譇p）
=16.623N/mm^2
16.623N/mm^2≤125.000N/mm^2
挂板抗剪强度可以满足
三、幕墙立柱计算:
幕墙立柱计算:
（第1处）
幕墙立柱按简支梁力学模型进行设计计算：
1.选料:
（1）风荷载线分布最大荷载集度设计值（矩形分布）
qw:
风荷载线分布最大荷载集度设计值（kN/m）
rw:
风荷载作用效应的分项系数：
1.4
Wk:
风荷载标准值:
2.511kN/m^2
B:
幕墙分格宽:
0.685m
qw=1.4×Wk×B
=1.4×2.511×0.685
=2.408kN/m
（2）立柱弯矩:
Mw:
风荷载作用下立柱弯矩（kN·m）
qw:
风荷载线分布最大荷载集度设计值:
2.408（kN/m）
Hsjcg:
立柱计算跨度:
4.100m
Mw=qw×Hsjcg^2/8
=2.408×4.100^2/8
=5.060kN·m
qEA:
地震作用设计值（KN/M^2）:
GAk:
幕墙构件（包括板块和铝框）的平均自重:
650N/m^2
垂直于幕墙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/m^2）
qEAk=5×0.040×650.000/1000
=0.130kN/m^2
鉋:
幕墙地震作用分项系数:
1.3
qEA=1.3×qEAk）
=1.3×0.130
=0.169kN/m^2
qE：
水平地震作用线分布最大荷载集度设计值（矩形分布）
qE=qEA×B
=0.169×0.685
=0.116kN/m
ME:
地震作用下立柱弯矩（kN·m）:
ME=qE×Hsjcg^2/8
=0.116×4.100^2/8
=0.243kN·m
M:
幕墙立柱在风荷载和地震作用下产生弯矩（kN·m）
采用Sw+0.6SE组合
M=Mw+0.6×ME
=5.060+0.6×0.243
=5.206kN·m
（3）W:
立柱抗弯矩预选值（cm^3）
W=M×10^3/1.05/215.0
=5.206×10^3/1.05/215.0
=58.883cm^3
qwk:
风荷载线分布最大荷载集度标准值（kN/m）
qwk=Wk×B
=2.511×0.685
=1.720kN/m
qEk:
水平地震作用线分布最大荷载集度标准值（kN/m）
qEk=0.130×0.685
=0.089kN/m
（4）I1,I2:
立柱惯性矩预选值（cm^4）
I1=900×（qwk+0.6×qEk）×Hsjcg^3/384/2.1
=900×（1.720+0.6×0.089）×4.100^3/384/2.1
=136.416cm^4
I2=5000×（qwk+0.6×qEk）×Hsjcg^4/384/2.1/20
=5000×（1.720+0.6×0.089）×4.100^4/384/2.1/20
=155.363cm^4
选定立柱惯性矩应大于:
155.363cm^4
2.选用立柱型材的截面特性:
选用型材号:
XC1\120-60-4
型材强度设计值:
215.000N/mm^2
型材弹性模量:
E=2.1×10^5N/mm^2
X轴惯性矩:
Ix=255.184cm^4
Y轴惯性矩:
Iy=84.920cm^4
X轴抵抗矩:
Wx1=42.531cm^3
X轴抵抗矩:
Wx2=42.531cm^3
型材截面积:
A=13.774cm^2
型材计算校核处壁厚:
t=3.000mm
型材截面面积矩:
Ss=27.193cm^3
塑性发展系数:
_=1.05
3.幕墙立柱的强度计算:
校核依据:
N/A+M/_/W≤ｆa=215.0N/mm^2（拉弯构件）（JGJ102-965.5.3）
B:
幕墙分格宽:
0.685m
GAk:
幕墙自重:
650N/m^2
幕墙自重线荷载:
Gk=650×Wfg/1000
=650×0.685/1000
=0.445kN/m
Nk:
立柱受力:
Nk=Gk×Hsjcg
=0.445×4.100
=1.826kN
N:
立柱受力设计值:
rG:
结构自重分项系数:
1.2
N=1.2×Nk
=1.2×1.826
=2.191kN
_:
立柱计算强度（N/mm^2）（立柱为拉弯构件）
N:
立柱受力设计值:
2.191kN
A:
立柱型材截面积:
13.774cm^2
M:
立柱弯矩:
5.206kN·m
Wx2:
立柱截面抗弯矩:
42.531cm^3
_:
塑性发展系数:
1.05
_=N_10/A+M_10^3/1.05/Wx2
=2.191_10/13.774+5.206_10^3/1.05/42.531
=118.165N/mm^2
118.165N/mm^2≤ｆa=215.0N/mm^2
立柱强度可以满足
4.幕墙立柱的刚度计算:
校核依据:
Umax≤[U]=15mm且Umax≤L/300
Umax:
立柱最大挠度
Umax=5×（qWk+0.6×qEk）×Hsjcg^4×1000/384/2.1/Ix
立柱最大挠度Umax为:
12.413mm≤15mm
Du:
立柱挠度与立柱计算跨度比值:
Hsjcg:
立柱计算跨度:
4.100m
Du=U/Hsjcg/1000
=12.413/4.100/1000
=0.003≤1/300
挠度可以满足要求
5.立柱抗剪计算:
校核依据:
鬽ax≤[鬩=125.0N/mm^2
（1）Qwk:
风荷载作用下剪力标准值（kN）
Qwk=Wk×Hsjcg×B/2
=2.511×4.100×0.685/2
=3.526kN
（2）Qw:
风荷载作用下剪力设计值（kN）
Qw=1.4×Qwk
=1.4×3.526
=4.937kN
（3）QEk:
地震作用下剪力标准值（kN）
QEk=qEAk×Hsjcg×B/2
=0.130×4.100×0.685/2
=0.183kN
（4）QE:
地震作用下剪力设计值（kN）
QE=1.3×QEk
=1.3×0.183
=0.237kN
（5）Q:
立柱所受剪力:
采用Qw+0.6QE组合
Q=Qw+0.6×QE
=4.937+0.6×0.237
=5.079kN
（6）立柱剪应力:
_:
立柱剪应力:
Ss:
立柱型材截面面积矩:
27.193cm^3
Ix:
立柱型材截面惯性矩:
255.184cm^4
t:
立柱壁厚:
3.000mm
_=Q譙s_100/Ix/t
=5.079_27.193_100/255.184/3.000
=18.040N/mm^2
18.040N/mm^2≤125.0N/mm^2
立柱抗剪强度可以满足
四、立梃与主结构连接
立梃与主结构连接:
（第1处）
Lct2:
连接处钢角码壁厚:
7.000mm
D2:
连接螺栓直径:
12.000mm
D0:
连接螺栓直径:
10.360mm
采用SG+SW+0.6SE组合
N1wk:
连接处风荷载总值（N）:
N1wk=Wk×B×Hsjcg×1000
=2.511×0.685×4.100×1000
=7052.144N
连接处风荷载设计值（N）:
N1w=1.4×N1wk
=1.4×7052.144
=9873.001N
N1Ek:
连接处地震作用（N）:
N1Ek=qEAk×B×Hsjcg×1000
=0.130×0.685×4.100×1000
=365.105N
N1E:
连接处地震作用设计值（N）:
N1E=1.3×N1Ek
=1.3×365.105
=474.637N
N1:
连接处水平总力（N）:
N1=N1w+0.6×N1E
=9873.001+0.6×474.637
=10157.783N
N2:
连接处自重总值设计值（N）:
N2k=650×B×Hsjcg
=650×0.685×4.100
=1825.525N
N2:
连接处自重总值设计值（N）:
N2=1.2×N2k
=1.2×1825.525
=2190.630N
N:
连接处总合力（N）:
N=（N1^2+N2^2）^0.5
=（10157.783^2+2190.630^2）^0.5
=10391.314N
Nvb:
螺栓的承载能力:
Nv:
连接处剪切面数:
2
Nvb=2×3.14×D0^2×130/4（GBJ17-887.2.1-1）
=2×3.14×10.360^2×130/4
=21905.971N
Num1:
立梃与建筑物主结构连接的螺栓个数:
Num1=N/Nvb
=10391.314/21905.971
=0.474个
取2个
Ncbl:
立梃型材壁抗承压能力（N）:
D2:
连接螺栓直径:
12.000mm
Nv:
连接处剪切面数:
4
t:
立梃壁厚:
3.000mm
Ncbl=D2×2×120×t×Num1（GBJ17-887.2.1）
=12.000×2×120×3.000×2.000
=17280.000N
17280.000N≥10391.314N
强度可以满足
Ncbg:
钢角码型材壁抗承压能力（N）:
Ncbg=D2×2×267×Lct2×Num1（GBJ17-887.2.1）
=12.000×2×267×7.000×2.000
=89712.000N
89712.000N≥10391.314N
强度可以满足
五、幕墙预埋件总截面面积计算
幕墙预埋件计算:
（第1处）
本工程预埋件受拉力和剪力
V:
剪力设计值:
V=N2
=2190.630N
N:
法向力设计值:
N=N1
=10157.783N
M:
弯矩设计值（N·mm）:
e2:
螺孔中心与锚板边缘距离:
60.000mm
M=V×e2
=2190.630×60.000
=131437.800N·m
Num1:
锚筋根数:
4根
锚筋层数:
2层
Kr:
锚筋层数影响系数:
1.000
关于混凝土：
混凝土标号C30
混凝土强度设计值:
fc=15.000N/mm^2
按现行国家标准≤混凝土结构设计规范≥GBJ10采用。
选用二级锚筋
锚筋强度设计值:
fy=310.000N/mm^2
d:
钢筋直径:
_12.000mm
醰:
钢筋受剪承载力系数:
醰=（4-0.08譫）_（fc/fy）^0.5（JGJ102-965.7.10-5）
=（4-0.08_12.000）_（15.000/310.000）^0.5
=0.669
t:
锚板厚度:
10.000mm
醔:
锚板弯曲变形折减系数:
醔=0.6+0.25譼/d（JGJ102-965.7.10-6）
=0.6+0.25_10.000/12.000
=0.808
Z:
外层钢筋中心线距离:
180.000mm
As:
锚筋实际总截面积:
As=Num1×3.14×d^2/4
=4.000×3.14×d^2/4
=452.160mm^2
锚筋总截面积计算值:
As1=（V/Kv+N/0.8/Kb+M/1.3/Kr/Kb/Z）/fy（JGJ102-965.7.10-1）
=63.480mm^2
As2=（N/0.8/Kb+M/0.4/Kr/Kb/Z）/fy（JGJ102-965.7.10-2）
=57.956mm^2
63.480mm^2≤452.160mm^2
57.956mm^2≤452.160mm^2
4根_12.000锚筋可以满足要求
A:
锚板面积:
60000.000mm^2
0.5fcA=450000.000N
N=10157.783N≤0.5fcA
锚板尺寸可以满足要求
六、幕墙预埋件焊缝计算
幕墙预埋件焊缝计算:
（第1处）
Hf:
焊缝厚度8.000
L:
焊缝长度70.000
髆:
弯矩引起的应力
髆=6譓/（2議e譴w^2_1.22）（GBJ17-887.1.2）
=16.032N/mm^2
髇:
法向力引起的应力
髇=N/（2議e譒w_1.22）（GBJ17-887.1.2）
=12.390N/mm^2
_:
剪应力
_=V/（2譎f譒w）（GBJ17-887.1.2）
=2.282N/mm^2
_:
总应力
_=（（髆+髇）^2+鬪2）^0.5（GBJ17-887.1.2-3）
=28.514
28.514N/mm^2≤160N/mm^2
焊缝强度可以满足!
七、幕墙立柱计算:
幕墙立柱计算:
（第2处）
幕墙立柱按简支梁力学模型进行设计计算：
1.选料:
（1）风荷载线分布最大荷载集度设计值（矩形分布）
qw:
风荷载线分布最大荷载集度设计值（kN/m）
rw:
风荷载作用效应的分项系数：
1.4
Wk:
风荷载标准值:
2.511kN/m^2
B:
幕墙分格宽:
1.406m
qw=1.4×Wk×B
=1.4×2.511×1.406
=4.943kN/m
（2）立柱弯矩:
Mw:
风荷载作用下立柱弯矩（kN·m）
qw:
风荷载线分布最大荷载集度设计值:
4.943（kN/m）
Hsjcg:
立柱计算跨度:
3.100m
Mw=qw×Hsjcg^2/8
=4.943×3.100^2/8
=5.937kN·m
qEA:
地震作用设计值（KN/M^2）:
GAk:
幕墙构件（包括板块和铝框）的平均自重:
650N/m^2
垂直于幕墙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/m^2）
qEAk=5×0.040×650.000/1000
=0.130kN/m^2
鉋:
幕墙地震作用分项系数:
1.3
qEA=1.3×qEAk）
=1.3×0.130
=0.169kN/m^2
qE：
水平地震作用线分布最大荷载集度设计值（矩形分布）
qE=qEA×B
=0.169×1.406
=0.238kN/m
ME:
地震作用下立柱弯矩（kN·m）:
ME=qE×Hsjcg^2/8
=0.238×3.100^2/8
=0.285kN·m
M:
幕墙立柱在风荷载和地震作用下产生弯矩（kN·m）
采用Sw+0.6SE组合
M=Mw+0.6×ME
=5.937+0.6×0.285
=6.109kN·m
（3）W:
立柱抗弯矩预选值（cm^3）
W=M×10^3/1.05/215.0
=6.109×10^3/1.05/215.0
=69.094cm^3
qwk:
风荷载线分布最大荷载集度标准值（kN/m）
qwk=Wk×B
=2.511×1.406
=3.530kN/m
qEk:
水平地震作用线分布最大荷载集度标准值（kN/m）
qEk=qEAk）
=0.130×1.406
=0.183kN/m
（4）I1,I2:
立柱惯性矩预选值（cm^4）
I1=900×（qwk+0.6×qEk）×Hsjcg^3/384/2.1
=900×（3.530+0.6×0.183）×3.100^3/384/2.1
=121.030cm^4
I2=50
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