单坡采光顶设计计算书Word文档格式.docx
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11
6采光顶玻璃的计算11
6.1玻璃板块荷载计算:
12
6.2玻璃板块荷载组合:
6.3玻璃的强度计算:
13
6.4玻璃最大挠度校核:
7附录常用材料的力学及其它物理性能15
单坡采光顶设计计算书
11计算引用的规范、标准及资料
11.1幕墙设计规范:
《铝合金结构设计规范》GB50429-2007
《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003
《点支式玻璃幕墙工程技术规程》CECS127-2001
《点支式玻璃幕墙支承装置》JG138-2001
《吊挂式玻璃幕墙支承装置》JG139-2001
《建筑玻璃应用技术规程》JGJ113-2003
《建筑幕墙》GB/T21086-2007
《金属与石材幕墙工程技术规范》JGJ133-2001
《建筑玻璃采光顶》JG/T231-2007
11.2建筑设计规范:
《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
《工程抗震术语标准》JGJ/T97-95
《混凝土结构后锚固技术规程》JGJ145-2004
《混凝土结构设计规范》GB50010-2002
《混凝土用膨胀型、扩孔型建筑锚栓》JG160-2004
《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
《建筑工程抗震设防分类标准》GB50223-2008
《建筑结构荷载规范》GB50009-2001(2006年版、局部修订)
《建筑结构可靠度设计统一标准》GB50068-2001
《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)
《冷弯薄壁型钢结构设计规范》GB50018-2002
《民用建筑设计通则》GB50352-2005
11.3铝材规范:
《变形铝及铝合金化学成份》GB/T3190-2008
《建筑用隔热铝合金型材-穿条式》JG/T175-2005
《建筑用铝型材、铝板氟碳涂层》JG/T133-2000
《铝合金建筑型材第1部分基材》GB5237.1-2008
《铝合金建筑型材第2部分阳极氧化、着色型材》GB5237.2-2008
《铝合金建筑型材第3部分电泳涂漆型材》GB5237.3-2008
《铝合金建筑型材第4部分粉末喷涂型材》GB5237.4-2008
《铝合金建筑型材第5部分氟碳漆喷涂型材》GB5237.5-2008
《铝合金建筑型材第6部分隔热型材》GB5237.6-2004
《铝及铝合金彩色涂层板、带材》YS/T431-2000
《一般工业用铝及铝合金板、带材》GB/T3880.1~3-2006
《铝型材截面几何参数算法及计算机程序要求》YS/T437-2000
《有色电泳涂漆铝合金建筑型材》YS/T459-2003
11.4玻璃规范:
《镀膜玻璃第1部分:
阳光控制镀膜玻璃》GB/T18915.1-2002
《镀膜玻璃第2部分:
低辐射镀膜玻璃》GB/T18915.2-2002
《防弹玻璃》GB17840-1999
《浮法玻璃》GB11614-1999
《夹层玻璃》GB/T9962-1999
《建筑用安全玻璃第2部分:
钢化玻璃》GB15763.2-2005
《建筑用安全玻璃防火玻璃》GB15763.1-2001
《幕墙用钢化玻璃与半钢化玻璃》GB17841-2008
《普通平板玻璃》GB4871-1995
《热弯玻璃》JC/T915-2003
《压花玻璃》JC/T511-2002
《中空玻璃》GB/T11944-2002
《着色玻璃》GB/T18701-2002
11.5钢材规范:
《建筑结构用冷弯矩形钢管》JG/T178-2005
《不锈钢棒》GB/T1220-2007
《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
《耐候结构钢》GB/T4171-2008
《高碳铬不锈钢丝》YB/T096—1997
《合金结构钢》GB/T3077-1999
《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/T912-2008
《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
11.6胶类及密封材料规范:
《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
《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》JC887-2001
《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/T13477.1~20-2002
《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
《绝热用岩棉、矿棉及其制品》GB/T11835-2007
《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
《中空玻璃用弹性密封胶》JC/T486-2001
《中空玻璃用丁基热熔密封胶》JC/T914-2003
11.7门窗及五金件规范:
《封闭型沉头抽芯铆钉》GB/T12616-2004
《封闭型平圆头抽芯铆钉》GB/T12615-2004
《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
《紧固件机械性能不锈钢螺母》GB/T3098.15-2000
《紧固件机械性能不锈钢螺栓、螺钉、螺柱》GB/T3098.6-2000
《紧固件机械性能抽芯铆钉》GB/T3098.19-2004
《紧固件机械性能螺母、粗牙螺纹》GB/T3098.2-2000
《紧固件机械性能螺母、细牙螺纹》GB/T3098.4-2000
《紧固件机械性能螺栓、螺钉和螺柱》GB/T3098.1-2000
《紧固件机械性能自攻螺钉》GB/T3098.5-2000
《紧固件术语盲铆钉》GB/T3099-2004
《螺纹紧固件应力截面积和承载面积》GB/T16823.1-1997
《十字槽盘头螺钉》GB/T818-2000
《地弹簧》QB/T2697-2005
《电动采光排烟窗》JG189-2006
11.8相关物理性能等级测试方法:
《玻璃幕墙工程质量检验标准》JGJ/T139-2001
《玻璃幕墙光学性能》GB/T18091-2000
《彩色涂层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
11.9《建筑结构静力计算手册》(第二版)
11.10土建图纸:
12基本参数
12.1幕墙所在地区:
北京地区;
12.2地面粗糙度分类等级:
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类地形考虑。
13采光顶荷载计算
13.1玻璃采光顶的荷载作用说明:
玻璃采光顶承受的荷载包括:
自重、风荷载、雪荷载以及活荷载。
(1)自重:
包括玻璃、杆件、连接件、附件等的自重,可以按照以下值估算:
当采用单层玻璃时:
取400N/m2;
当采用中空及夹层玻璃时:
取500N/m2;
当采用中空夹层玻璃时:
取600N/m2;
当由于玻璃较厚或龙骨较重,按上面估算不适合的时候,由人工计算给定;
本例计算取:
0.0004MPa(按假设);
(2)风荷载:
是垂直作用于采光顶表面的荷载,按GB50009采用;
对于采光顶结构,荷载作用复杂,并且可能有时风压是正,而有时候是负,一定范围内的负压对结构是有利的!
因此实际计算的时候要分别考虑并采用其参与组合后的最大值!
(3)雪荷载:
是指采光顶水平投影面上的雪荷载,按GB50009采用;
(4)活荷载:
是指采光顶水平投影面上的活荷载,按GB50009采用;
在实际工程中,对上面的几种荷载,考虑最不利组合,且雪荷载与活荷载不同时考虑。
分项系数按以下参数取值:
永久荷载分项系数取:
γg:
1.2
风荷载的分项系数取:
γw:
1.4
雪荷载的分项系数取:
γs:
活荷载的分项系数取:
γh:
组合值系数为:
永久荷载组合值系数取:
ψg:
1.0
风荷载的组合值系数取:
ψw:
0.6
雪荷载的组合值系数取:
ψs:
0.7
活荷载的组合值系数取:
ψh:
13.2风荷载标准值计算:
按建筑结构荷载规范(GB50009-2001)计算:
wk=βgzμzμs1w0……7.1.1-2[GB50009-20012006年版]
上式中:
wk:
作用在采光顶上的风荷载标准值(MPa);
Z:
计算点标高:
67m;
βgz:
瞬时风压的阵风系数;
根据不同场地类型,按以下公式计算(高度不足5m按5m计算):
βgz=K(1+2μf)
其中K为地面粗糙度调整系数,μf为脉动系数
A类场地:
βgz=0.92×
(1+2μf)其中:
μf=0.387×
(Z/10)-0.12
B类场地:
βgz=0.89×
μf=0.5(Z/10)-0.16
C类场地:
βgz=0.85×
μf=0.734(Z/10)-0.22
D类场地:
βgz=0.80×
μf=1.2248(Z/10)-0.3
对于C类地形,67m高度处瞬时风压的阵风系数:
(1+2×
(0.734(Z/10)-0.22))=1.6711
μz:
风压高度变化系数;
根据不同场地类型,按以下公式计算:
μz=1.379×
(Z/10)0.24
当Z>
300m时,取Z=300m,当Z<
5m时,取Z=5m;
μz=(Z/10)0.32
350m时,取Z=350m,当Z<
10m时,取Z=10m;
μz=0.616×
(Z/10)0.44
400m时,取Z=400m,当Z<
15m时,取Z=15m;
μz=0.318×
(Z/10)0.60
450m时,取Z=450m,当Z<
30m时,取Z=30m;
对于C类地形,67m高度处风压高度变化系数:
(Z/10)0.44=1.4225
μs1:
局部风压体型系数,根据计算点体型位置选取,并依据实际结构分别考虑其最大和最小两种情况,对本例,分别取0、-0.5;
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μs1:
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。
对于采光顶屋面等复杂结构由表7.3.1[GB50009-20012006年版]查出,有条件的需要由风洞实验给出。
另注:
上述的局部体型系数μs1
(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μs1(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μs1(A)可按面积的对数线性插值,即:
μs1(A)=μs1
(1)+[μs1(10)-μs1
(1)]logA
考虑到采光顶的特殊性质:
该处的建筑结构比较复杂,作为屋面结构又与人们的生命安全密切相关,很难每个工程都做风洞实验,而常规采光结构的风载本身就不大,所以在计算中没有按从属面积进行插值折减,而采用了μs1
(1)值。
w0:
基本风压值(MPa),根据现行<
<
建筑结构荷载规范>
>
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,北京地区取0.00045MPa;
wk+:
比较大的风荷载体型系数情况下的风荷载标准值;
wk-:
比较小的风荷载体型系数情况下的风荷载标准值;
wk+=βgzμzμs1+w0
=1.6711×
1.4225×
0×
0.00045
=0MPa
wk-=βgzμzμs1-w0
(-0.5)×
=-0.000535MPa
13.3风荷载设计值计算:
w+:
比较大的风荷载体型系数情况下的风荷载设计值;
w-:
比较小的风荷载体型系数情况下的风荷载设计值;
w+=1.4×
wk+
=1.4×
w-=1.4×
wk-
(-0.000535)
=-0.000749MPa
13.4雪荷载标准值计算:
Sk:
作用在采光顶上的雪荷载标准值(MPa)
S0:
基本雪压,根据现行<
GB50009-2001取值,北京地区50年一遇最大积雪的自重:
0.0004MPa.
μr:
屋面积雪分布系数,按表6.2.1[GB50009-2001],为0.8。
根据<
GB50009-2001公式6.1.1屋面雪荷载标准值为:
Sk=μr×
S0
=0.8×
0.0004
=0.00032MPa
13.5雪荷载设计值计算:
S:
雪荷载设计值(MPa);
S=1.4×
Sk
0.00032
=0.000448MPa
13.6采光顶构件自重荷载设计值:
G:
采光顶构件自重荷载设计值(MPa);
Gk:
采光顶结构平均自重取0.0004MPa;
G=1.2×
Gk
=1.2×
=0.00048MPa
13.7采光顶坡面活荷载设计值:
Q:
采光顶坡面活荷载设计值(MPa);
Qk:
采光顶坡面活荷载标准值取:
0.0005MPa;
Q=1.4×
Qk
0.0005
=0.0007MPa
14选取计算荷载组合
雪荷载与活荷载不同时考虑,根据计算点体型位置,风载可能为正、负或0。
因为负风压在某些情况下对结构反而是有利的,所以如果绝对值最大的情况是负数状态下产生的,还要计算风载为正(或零)时的情况,需要分别计算两种状态,并以其最危险状态来设计结构及选取材料。
14.1风荷载标准为wk+情况下的荷载组合
在这种取自重、活荷载和风荷载组合:
第一可变荷载为:
活荷载
第二可变荷载为:
风荷载
所以,组合值系数依次为:
1
qA1:
该情况下作用在采光顶表面的荷载设计值组合(MPa);
q1:
先取自重和风荷载组合:
G+w=0.00048+0.6×
转化为垂直于水平面的荷载:
0.00048/cos30°
=0.000554MPa
再与活荷载组合,得:
qA1=(0.000554+1×
0.0007)×
cos30°
=0.001086MPa
14.2风荷载标准为wk-情况下的荷载组合
在这种取自重、风荷载和活荷载组合:
qA2:
该种情况下作用在采光顶表面的荷载设计值组合(MPa);
q2:
G+w=0.00048+1×
(-0.000749)
=-0.000269MPa
-0.000269/cos30°
=-0.000311MPa
qA2=(-0.000311+0.7×
=0.000155MPa
14.3极限状态的荷载确定:
对比qA1和qA2,可以看到wk+情况下是结构的最不利情况,结构计算应该以此进行。
15单坡采光顶杆件计算
基本参数:
1:
L=3000mm;
2:
α=30°
;
3:
分格宽度:
B=1500mm;
单坡采光顶的杆件设计计算,受力单元的杆件用斜梁计算简图分析内力,并按压弯构件验算截面强度。
计算模型如下:
15.1杆件荷载计算:
(1)荷载标准值组合:
取自重、活荷载和风荷载设计值组合。
qkA:
作用在采光顶表面的荷载标准值组合(MPa);
qk:
作用在采光顶表面的线荷载标准值组合(N/mm);
B:
分格宽度(mm);
Gk+wk=0.0004+0.6×
=0.0004MPa
0.0004/cos30°
=0.000462MPa
qkA=(0.000462+1×
0.0005)×
=0.000833MPa
qk=qkA×
B
=0.000833×
1500
=1.25N/mm
(2)荷载设计值组合:
qA:
作用在采光顶表面的荷载设计值组合(MPa);
q:
作用在采光顶表面的线荷载设计值组合(N/mm);
qA=(0.000554+1×
q=qA×
=0.001086×
=1.629N/mm
15.2杆件的强度计算:
校核依据:
σ=N/A+M/γW≤f
单坡采光顶的最大弯矩在跨中:
f:
选择的龙骨材料的强度设计值(MPa);
L1:
斜梁长度(mm);
α:
采光顶与水平面的夹角(度);
NL/2:
跨中截面的轴力(N);
ML/2:
跨中截面的弯矩(N·
mm);
L1=L/cosα
=3000/0.866
=3464.2032mm
ML/2=qL12/8
=1.629×
3464.20322/8
=2443643.313N·
mm
NL/2=q×
L1sinα/2
3464.2032×
0.4998/2
=1410.232N
A:
材料的截面面积(mm2);
W:
材料的截面抗弯矩(mm3)
γ:
塑性发展系数:
对于钢材龙骨,参照JGJ133或JGJ102规范,取1.05;
对于铝合金龙骨,参照最新《铝合金结构设计规范》