法律资料外墙石材干挂施工方案.docx
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法律资料外墙石材干挂施工方案
中国石油东方物探新街口办公楼装修改造工程
外墙石材干挂幕墙工程
结
构
计
算
书
中国新兴建设开发总公司装饰公司第五项目部
2011年8月16日
第一节综合说明
第二节基本参数及基本要求
第三节幕墙材料的物理特性及力学性能
第四节荷载计算
第五节石材幕墙立柱结构计算
第六节五层顶大石材檐口线结构计算
第七节石材幕墙水平横梁结构计算
第八节石材面板结构计算
第九节横梁与立柱的连接计算
第十节幕墙框架结构与主体结构连接计算
第十一节预埋件计算
第十二节幕墙焊缝计算
第十三节结构胶缝计算
第一节综合说明
一、工程概况
1、工程名称；中国石油东方地理物探有限责任公司北京新街口办公楼装修改造工程
2、工程地点；北京市西城区新街口大街新康街5号
3、总层数；地上5层
4、总高度；顶部标高23.3米
5、建筑面积；约6000平方米
6、工程类别；一类建筑
7、防火等级；一级
8、设防烈度；原建筑物为50年代的砖混结构，经结构加固后设防烈度为8度。
9、设计使用年限；结构加固后，设计使用年限为50年
10、建筑热工分压；炎热地区IV级，以满足夏季防热设计要求为主。
11、隔声减噪设计标准等级；一级
12、防雷分类；一类
13、建筑物功能；集宾馆、办公、餐饮、会议为一体的综合楼
14、荷载及作用；幕墙系统在结构设计时考虑以下荷载及其作用效应组合；
a、风荷载
b、自重
c、施工荷载
d、地震作用
e、温度应力作用
15、幕墙系统设计时验算如下节点构件；
a、幕墙系统与主体结构的连接件强度
b、立柱、横梁等杆件的强度和刚度
c、各连接螺栓、螺丝的强度
d、石材、玻璃、铝板等面材的强度
e、结构胶缝的宽度和厚度。
二、结构设计理论和标准
一）本结构计算过程均遵循如下规范及标准
1、设计依据
1）、招标、投标文件及相关文件
2）、本工程相关施工图纸及适用于本工程的相关图集
2、参照、适用规范及标准
《建筑结构荷载规范》GB50009-2001（2006年版）
《钢结构设计规范》GBJ17-88
《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
《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
《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
二）、结构设计及结构计算时均遵循如下理论和标准及相应的计算方法
1、玻璃幕墙、铝板幕墙、铝合金窗、石材幕墙等均按围护结构设计，其主要杆件悬挂在主体结构上，层与层之间设置竖向伸缩缝。
2、玻璃幕墙、铝板幕墙、铝合金窗、石材幕墙等各构件及连接件均具有承载力、刚度和相对于主体结构的位移能力，并均采用螺栓连接。
3、本工程幕墙均按8度设防，并遵循‘小震不坏，设防烈度可修，大震不倒’的原则，在设防烈度地震作用下经修理后幕墙仍可使用，，在罕遇地震作用下幕墙骨架不脱落。
4、幕墙在重力荷载、风荷载、地震作用、温度作用和主体结构位移下均具有安全性。
5、幕墙构件内力采用弹性方法计算，其截面最大应力设计值均不超过材料的强度设计值；
δ≤f
式中；δ----荷载和作用产生的截面最大应力设计值
f----材料强度设计值
立柱和横梁龙骨采用高耐候性结构钢，其强度设计值按强度标准值折减到0.83取值，取δ≤0.83f
6、进行幕墙构件、连接件和锚固件承载力计算时，荷载和作用的分项系数按
重力荷载γG=1.2
风荷载Yw=1.4
地震作用γE=1.3
温度作用γr=1.2
7、进行位移和挠度计算时，荷载和作用分项系数按下列数据取值；
重力荷载γG=1.0
风荷载Yw=1.0
地震作用γE=1.0
温度作用γr=1.0
8、当两个及以上的可变荷载或作用（风荷载、地震作用、温度作用）效应参加组合时，第一个可变荷载或作用效应的组合系数按1.0采用，第二个可变荷载或作用效应的组合系数按0.6采用，第三个可变荷载或作用效应的组合系数按0.2采用
9、荷载或作用效应按下列方式进行组合
S=γGSG+ΨwγwSw+ΨEγESE+ΨrγrSr（重力+风荷载+地震作用+温度作用）
式中S----荷载和作用效应组合后的设计值
SG----重力荷载作为不变荷载产生的效应
SwSESr----分别为风荷载、地震作用、温度作用作为可变荷载和作用产生的效应。
γGγwγEγr---分别为重力荷载、风荷载、地震作用、温度作用的分项系数。
按本章节本段落的第6条或第7条取值
ΨwΨEΨr---分别为风荷载、地震作用、温度作用效应的组合系数。
按本章节本段落的第8条的相应系数取值。
10、幕墙杆件及连接件按各效应组合的最不利组合进行设计
第二节、基本参数及基本要求
1、本工程设计年限为50年，抗震8度设防，本工程建筑总高度H=23.3米,钢架结构采用后置锚固生根,立柱结构形式为双跨简支梁及双跨连续梁以及多跨铰接梁结构,屋面水箱间等立柱双支座简支间距为H1=3米，其他楼层立柱层高五层为h0=5000，设三个均分支座，四层至二层层高为h2=3900mm,设两个支座，一层层高为h3=4500mm，设三个均分支座，。
2、屋顶19.7米处石材檐口线为组合檐口线，檐口线盖板总宽度为1.72米;檐口线高度为1.35米,其型状、尺寸、规格祥见图纸,3.9米处石材腰线为石材组合线,腰线高度为0.7米,其型状、尺寸、规格祥见图纸,本工程檐口钢架承载力及其他受力按不同标高位置分别计算。
3、石材大面墙的规格主要有1249MM×667MM、1249MM×800MM、1200MM×667MM、1200MM×800MM、850MM×800MM、850MM×667MM、1038MM×800MM、1038MM×667MM、1150MM×667MM、1150MM×800MM、1338MM×800MM、1338MM×667MM、1050MM×667MM、1050MM×800MM、975MM×667MM、975MM×800MM、838MM×667MM、838MM×800MM、1400MM×667MM、1400MM×800MM、1000MM×667MM、1000MM×800MM、825MM×667MM、825MM×800MM、1175MM×667MM、1175MM×800MM、1200-1800MM×320MM等，干挂石材光面板石材有效厚度不得小于25MM、毛面或火烧板石材有效厚度不得小于30MM，板块长度大于等于1200MM长边采用三个挂件固定。
根据上述板块规格，按挂件简支跨度最长、高度最高的板块计算受力。
4、基本参数;
1）、风压的确定，根据北京市的相关气象数据统计、分析，平均10年一遇基本风压为0.3（kN/m^2）,平均50年一遇基本风压0.45（kN/m^2）平均100年一遇基本风压0.50（kN/m^2），本工程设计年限为50年，风压值按平均50年一遇计取，即基本风压W0=0.45（kN/m^2）
2）、雪压的确定，根据北京市的相关气象数据统计、分析，平均10年一遇基本风压为0.2（kN/m^2）,平均50年一遇基本风压0.3（kN/m^2）平均100年一遇基本风压0.35（kN/m^2），本工程设计年限为50年，风压值按平均50年一遇计取，即基本雪压So=0.35（kN/m^2）
3）、风压高度变化系数的确定。
3）、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;
D类指有密集建筑群且房屋较高的大城市市区;
本工程的场地类别按C类计算
3）、2本工程建筑高度为23.3米,根据场地类别C类，按高度30米计取风压高度变化系数，即风压高度变化系数µµz=1.0
第三节、幕墙材料的物理特性及力学性能
1、玻璃幕墙、铝板幕墙及石材幕墙结构材料的重力体积密度按夏利数值采用
序号
材料名称
重度（kN/m^3）
重度（N/mm^3）
1
普通、钢化、夹层玻璃
25.6
2.56*10-5
2
玻璃棉、防火棉、保温棉
0.5-1.0
1.0*10-6
3
铝合金
27.1
2.71*10-5
4
钢材
78.5
7.85*10-5
5
复合铝板（4mm厚）
13.5
1.35*10-5
6
石材（花岗岩）
28
2.8*10-5
7
结构胶
2、板材、面材单位面积重量按下列数值采用
序号
材料名称
单位面积重理
（kN/m2）
单位面积重理
（N/mm2）
1
25mm厚花岗岩
0.70
7*10-4
2
30mm厚花岗岩
0.84
8.4*10-4
3
6+9+6/6+12+6中空玻璃
0.30
3.0*10-4
4
12mm厚透明钢化玻璃
0.31
3.1*10-4
5
15mm厚透明钢化玻璃
0.38
3.8*10-4
6
19mm厚透明玻璃
0.49
4.9*10-4
7
4mm厚复合铝板
0.05
5.0*10-5
8
3mm厚钢板
0.24
2.4*10-4
9
12mm厚钢板
0.94
9.4*10-4
3、玻璃强度设计值f按下表采用
序号
玻璃类型
厚度
强度设计值（N/mm2）
大面积上的强度
直边缘强度
1
浮法玻璃
6-12
28.0
19.5
2
15-19
20.0
14.0
1
钢化玻璃
6-12
84.0
58.8
2
15-19
59.0
41.3
注；夹层玻璃和中空玻璃的强度按所采用的玻璃类型取用其强度
4、铝合金强度设计值f按下数值采用
f—抗拉、抗压强度84.2（N/mm2）
fv---抗剪强度48.9（N/mm2）
5、幕墙立柱、横梁、连接件等用钢材强度设计值f按下数值采用
f—抗拉、抗压强度215（N/mm2）
fv---抗剪强度125（N/mm2）
6、焊缝强度设计值
序号
钢材
对焊焊缝（N/mm2）
角焊缝（N/mm2）
抗压
抗拉
抗剪
抗拉、抗弯
抗剪
抗弯
1
3#钢
215
185
125
160
7、螺栓连接的强度设计值
序号
螺栓钢号
构件钢号
螺栓强度设计值（N/mm2）
抗拉
抗剪
承压
1
C级或不锈钢
3#
170
130
8、幕墙材料弹性模量按下数值采用
序号
材料名称
弹性模量E（N/mm2）
1
玻璃
0.72*105
2
铝合金
0.70*105
3
钢材、不锈钢
2.1*105
4
石材
1.1*105
9、材料线膨胀系数按下列数值
序号
材料名称
线膨胀系数
1
混凝土
1.0*10-5
2
钢材
1.2*10-5
3
铝合金
2.35*10-5
4
玻璃
1.0*10-5
5
花岗岩
0.8*10-5
6
复合铝板（4mm厚）
2.8*10-5
7
单层铝板
2.35*10-5
8
不锈钢板
1.2-1.8*10-5
第四节荷载计算
作用在幕墙上的风荷载标准值按下式计算，且不应小于1.0（kN/m2）
Wk=βE×µE×µs×W0×β
式中:
Wk---作用在幕墙上的风荷载标准值（kN/m^2）
βE-----瞬时风压的阵风系数,考虑到工程的重要性取2.25
µE---风压高度变化系数,按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001（2006）年版规定计取,,高度按距海平面或建筑地平面上的30米计取
根据不同场地类型,地面粗糙度可分为A、B、C、D四类，按以下公式计算:
A类场地:
指近海海面和海岛、海岸、湖岸及沙漠地区µE=1.80
B类场地:
指田野、乡村、丛林、丘林以及房屋比较稀疏的乡镇和城市郊区µE=1.42
C类场地:
指有密集建筑群的城市市区µE=1.00
D类场地；指有密集建筑群且房屋较高的城市市区µE=0.62
根据地面粗糙类型分类得出本工程属于C类地区,故µz=1.00
µs---风荷载体型系数,竖直幕墙外表面按1.5取用
W0---按50年一遇的风压取值，北京基本风压取为0.45（kN/m^2）
β---本工程按重要性建筑计算,取重要性系数1.2
即；垂直于建筑物表面干挂石材幕墙上的风荷载标准值，
Wk=βE×µE×µs×W0×β
Wk=2.25×1.00×1.5×0.45×1.2
=1.823kN/m2
金属与石材幕墙应按围护结构进行设计,幕墙主要构件应悬挂在主体结构上,幕墙在结构设计计算时,不应考虑分担主体结构所承受的荷载和作用,只应考虑承受直接施加于其上的荷载作用
幕墙是建筑物的外围护构件,主要承受自重,直接作用于其上的风荷载和地震作用,以及温度作用,其支承条件须考虑有一定变形能力以适应主体结构的位移;当主体结构在外力作用下产生位移时,不应使幕墙产生过大内力.
2）计算围护结构时,由于本工程的重要性,计算时按最大值计取,计算公式如下;
Wk=βE×µE×µs×W0×β
=1.823kN/m2
作用于幕墙上的风荷载标准值为Wk=βE×µE×µs×W0×β
=1.823kN/m2
2、作用在幕墙上风荷载设计值
W=Yw×Wk=1.4×1.823=2.552kN/m2
式中W--作用在幕墙上风荷载设计值kN/m2
Yw—风荷载分项系数取1.4
Wk—风荷载标准值按本节2）条数值计取
3、根据1及2公式现将本工程一层至屋顶各层的风荷载标准值及设计值列表如下；
序号
楼层
标高
（m）
βE
µs
µE
W0
β
Yw
Wk（kN/m2）
βEµEµsW0β
W（kN/m2）
WkYw
1
屋顶
23.3
2.25
1.5
1.0
0.45
1.2
1.4
1.823
2.552
2
顶层檐口
20.4
2.25
1.5
1.0
0.45
1.2
1.4
1.823
2.552
3
五层
19.7
2.25
1.5
0.84
0.45
1.2
1.4
1.531
2.143
4
四层
14.7
2.25
1.5
0.74
0.45
1.2
1.4
1.349
1.889
5
三层
11.1
2.25
1.5
0.74
0.45
1.2
1.4
1.349
1.889
6
二层
7.5
2.25
1.5
0.74
0.45
1.2
1.4
1.349
1.889
7
一层檐口
3.9
2.25
1.5
0.74
0.45
1.2
1.4
1.349
1.889
8
一层
3.9
2.25
1.5
0.74
0.45
1.2
1.4
1.349
1.889
4、幕墙温度应力计算时，所采用的幕墙年温度变化ΔT取800C
5.垂直于幕墙平面的分布水平地震作用标准值计算:
qEk=βE.amax.G/A
式中:
qEk–垂直于幕墙平面的分布水平地震作用标准值
G---幕墙构件（包括板材和框架）的重量（KN）
βE---动力放大系数,按5.0取定
amax--水平地震影响系数最大值,按相应设防烈度取定:
6度:
amax=0.04
7度:
amax=0.08
8度:
amax=0.16
9度:
amax=0.32
本工工程设防烈度为8度,故取amax=0.16
A--幕墙构件的面积（㎡）
其中全石材幕墙部分自重最大，按30mm厚花岗岩面层，钢结构立柱按60×120×6计算重量，横梁按63×63×6计算重量，按最大层高5米计算。
取（21-20轴）A=3.7×5=18.5m2
则G=G石+G钢+G其他=（石材自重+钢骨架自重+其他配件自重）（18.5×0.84）+（4×5×0.119+7×3.7×0.056）+（7×0.11）=15.54+3.83+0.77kN
=20.14kN
G/A=20.14/18.5=1.089kN/m2.<1.1kN/m2<1.4kN/m2
垂直于幕墙平面的分布水平地震作用标准值;
qEk=βE.amax.G/A=5×0.16×1.089=0.871kN/m2.
6、平行于幕墙平面的集中水平地震作用
qE=βE.amax.G
式中:
qE–平行于幕墙平面的集中水平地震作用值
G---幕墙构件（包括板材和框架）的重量（KN）
βE---动力放大系数,按5.0取定
amax--水平地震影响系数最大值,按相应设防烈度取定:
取0.16
根据石材设计规格列表查得本工程石材单元最大规格为1.4×0.8米
G=1.4×0.80×1.089=1.22kN/m2.
即qE=βE.amax.G=5×0.16×1.22=0.976kN/m2.
7、水平荷载及作用效应组合（最不利组合）应按下列公式计算
S=ΨwγwSw+ΨEγESE+ΨrγrSr
式中Ψw=1ΨE=0.6Ψr=0.2
进行强度计算时
γw=1.4γE=1.3γr=0（骨架均设伸缩缝,温度应力可不计取）
进行挠度计算时
γw=1.0γE=1.0γr=0
根据上述公式计算各层结果列表如下
序号
部位
Wk（kN/m2）
W（kN/m2）
SWk（kN/m2）
用于强度计算
S’Wk（kN/m2）
用于挠度计算
1
屋顶
1.823
2.552
3.232
2.346
2
顶层檐口
1.823
2.552
3.232
2.346
3
五层
1.531
2.143
2.823
2.054
4
四层
1.349
1.889
2.569
1.872
5
三层
1.349
1.889
2.569
1.872
6
二层
1.349
1.889
2.569
1.872
7
一层檐口
1.349
1.889
2.569
1.872
8
一层
1.349
1.889
2.569
1.872
8、平行于幕墙平面的垂直荷载及作用效应组合（最不利组合）
S=γGSG+ΨEγESE+ΨrγrSr
式中重力荷载γG=1.2
地震作用γE=1.3
温度作用γr=0
分项系数ΨE=0.6
S1”=1.2×1.22+0.6×1.3×5×0.16×1.089
=2.144kN/m2
第五节、石材幕墙立柱结构计算
幕墙立柱均按悬挂在主体结构上的拉弯构件设计施工，层与层之间设置15-20mm宽伸缩缝，并采用芯柱连接，芯柱总长度不应小于400MM，芯柱与立柱紧密接触，芯柱与下柱之间应采用不锈钢螺栓固定。
立柱处于拉弯状态，仅计算其截面承载力和挠度，层高较高的五层和一层，在结构梁或最有利的部位上、下各设置一个支座则立柱变为双跨或多跨铰接梁，双跨或多跨铰接梁下端支座采用可调节长圆孔连接，以保证立柱伸缩变形，伸缩缝应设于楼层楼板上100-200mm处。
本工程屋顶水箱间标高为3米，按双跨梁计算，五层标高为5米，五层及五层以下，按双跨连续梁或多跨铰接计算，
1、幕墙立柱截面承载力按下式计算
N/A0+M/γw≤ｆa
式中N---立柱拉力设计值N
M---立柱弯矩设计值N.mm
A0------立柱净截面面积mm2
w----在湾矩作用方向的净截面抗矩mm3
γ---塑性发展系数取1.05
ｆa----设计强度值，高耐候钢，根据钢材疲劳折减[ｆa]=0.83×345=286.4N/mm2
2、幕墙立柱跨重最大挠度应满足
Umax≤L/300且Umax≤=15mm
Umax=5ql4/384EJ（用于简支结构）或Umax=a×10-3qh4/EJ（用于双跨连续梁、多跨铰接梁结构）
式中Umax----跨中挠度或长跨最大挠度
q----线荷载
l----简支结构计算跨度
h---双跨连续梁结构层高
E----弹性模量，钢材取2.1×105
J----钢材惯性矩
3、各类型立柱型材截面几何特性计算列于下表
序号
b
h
t
截面面积
A（mm2）
线重量
G（KN/m）
x-x轴
y-y轴
惯性矩Lx
（cm4）
截面模Wx
（cm3）
截面矩Sx
cm3
惯性矩Ly
（cm4）
截面模数Wy
（cm3）
截面矩Sy
cm3
1
40
80
5
1036
0.083
75.08
18.77
13.63
24.567
12.283
8.13
2
50
100
5
1400
0.112
173.67
34.73
22
56.17
22.47
13.25
3
60
120
6
2016
0.161
360．12
60.02
38.02
116.47
38.82
22.9
4、屋顶水箱间等立柱受力计算
水箱间高度为h=3000mm，最大板块宽度为1413×600mm，竖向龙骨最大间距为1.2米，最大荷载带宽度为b=1.2m,立柱上、下各设一个支座，上、下支座锚固生根在结构梁上，立柱为双支座简支结构，则立柱承受荷载带宽为b=1200mm
q=s.b=3.232×
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