幕墙膨胀螺栓抗拔力.docx

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幕墙膨胀螺栓抗拔力

幕墙膨胀螺栓抗拔力计算

000011基本参数

000011.1幕墙所在地区

地区；

000011.2地面粗糙度分类等级

幕墙属于外围护构件，按《建筑结构荷载规》（GB50009-2001），本工程按B类地形考虑。

000011.3抗震设防

按《建筑工程抗震设防分类标准》，建筑工程应分为以下四个抗震设防类别：

根据国家规《建筑抗震设计规》（GB50011-20012008版），地区地震基本烈度为：

7度，地震动峰值加速度为0.1g，由于本工程是标准设防类，因此实际抗震计算中的水平地震影响系数最大值应按本地区抗震设防烈度选取，也就是取：

αmax=0.08；

000012幕墙承受荷载计算

000012.1风荷载标准值的计算方法

幕墙属于外围护构件，按建筑结构荷载规（GB50009-20012006年版）计算：

wk=βgzμzμs1w0……7.1.1-2[GB50009-20012006年版]

上式中：

wk：

作用在幕墙上的风荷载标准值（MPa）；

Z：

计算点标高：

17.8m；

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

B类场地：

βgz=0.89×（1+2μf）其中：

μf=0.5（Z/10）-0.16

对于B类地形，17.8m高度处瞬时风压的阵风系数：

βgz=0.89×（1+2×（0.5（Z/10）-0.16））=1.7016

μz：

风压高度变化系数；

根据不同场地类型,按以下公式计算：

B类场地：

μz=（Z/10）0.32

当Z>350m时，取Z=350m，当Z<10m时，取Z=10m；

对于B类地形，17.8m高度处风压高度变化系数：

μz=1.000×（Z/10）0.32=1.2026

μs1：

局部风压体型系数；

按《建筑结构荷载规》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、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。

本计算点为大面位置。

按JGJ102-2003第5.3.2条文说明：

风荷载在建筑物表面分布是不均匀的，在檐口附近、边角部位较大。

根据风洞试验结果和国外的有关资料，在上述区域风吸力系数可取-1.8，其余墙面可考虑-1.0，由于维护结构有开启的可能，所以还应考虑室压-0.2。

对无开启的结构，《建筑结构荷载规》条文说明第7.3.3条指出“对封闭建筑物，考虑到建筑物实际存在的个别洞口和缝隙，以及机械通风等因素，室可能存在正负不同的气压，参照国外规，大多取±（0.2-0.25）的压力系数，现取±0.2”。

即不论有无开启扇，均要考虑表面的局部体型系数。

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

在上式中：

当A≥10m2时取A=10m2；当A≤1m2时取A=1m2；

w0：

基本风压值（MPa），根据现行<<建筑结构荷载规>>GB50009-2001附表D.4（全国基本风压分布图）中数值采用，但不小于0.3KN/m2，按重现期50年，地区取0.00055MPa；

000012.2计算支撑结构时的风荷载标准值

计算支撑结构时的构件从属面积：

A=0.95×5=4.75m2

LogA=0.677

μs1（A）=μs1

（1）+[μs1（10）-μs1

（1）]logA

=0.865

μs1=0.865+0.2

=1.065

wk=βgzμzμs1w0

=1.7016×1.2026×1.065×0.00055

=0.001199MPa

000012.3计算面板材料时的风荷载标准值

计算面板材料时的构件从属面积：

A=0.95×2.1=1.995m2

LogA=0.3

μs1（A）=μs1

（1）+[μs1（10）-μs1

（1）]logA

=0.94

μs1=0.94+0.2

=1.14

wk=βgzμzμs1w0

=1.7016×1.2026×1.14×0.00055

=0.001283MPa

000012.4垂直于幕墙平面的分布水平地震作用标准值

qEAk=βEαmaxGk/A……5.3.4[JGJ102-2003]

qEAk：

垂直于幕墙平面的分布水平地震作用标准值（MPa）；

βE：

动力放大系数,取5.0；

αmax：

水平地震影响系数最大值，取0.08；

Gk：

幕墙构件的重力荷载标准值（N）；

A：

幕墙构件的面积（mm2）；

000012.5作用效应组合

荷载和作用效应按下式进行组合：

S=γGSGk+ψwγwSwk+ψEγESEk……5.4.1[JGJ102-2003]

上式中：

S：

作用效应组合的设计值；

SGk：

重力荷载作为永久荷载产生的效应标准值；

Swk、SEk：

分别为风荷载，地震作用作为可变荷载产生的效应标准值；

γG、γw、γE：

各效应的分项系数；

ψw、ψE：

分别为风荷载，地震作用效应的组合系数。

上面的γG、γw、γE为分项系数，按5.4.2、5.4.3、5.4.4[JGJ102-2003]规定如下：

进行幕墙构件强度、连接件和预埋件承载力计算时：

重力荷载：

γG：

1.2；

风荷载：

γw：

1.4；

地震作用：

γE：

1.3；

进行挠度计算时；

重力荷载：

γG：

1.0；

风荷载：

γw：

1.0；

地震作用：

可不做组合考虑；

上式中，风荷载的组合系数ψw为1.0；

地震作用的组合系数ψE为0.5；

000013幕墙埋件计算（后锚固结构）

基本参数：

1：

计算点标高：

17.8m；

3：

幕墙立柱跨度：

L=5000mm，短跨L1=700mm，长跨L2=4300mm；

3：

立柱计算间距：

B=950mm；

4：

立柱力学模型：

双跨梁，侧埋；

5：

板块配置：

中空玻璃；

6：

选用锚栓：

膨胀套管锚栓M12X110；

000013.1荷载标准值计算

（1）垂直于幕墙平面的分布水平地震作用：

qEk=βEαmaxGk/A

=5.0×0.08×0.0005

=0.0002MPa

（2）连接处水平总力计算：

对双跨梁，中支座反力R1，即为立柱连接处最大水平总力。

qw：

风荷载线荷载设计值（N/mm）；

qw=1.4wkB

=1.4×0.001199×950

=1.595N/mm

qE：

地震作用线荷载设计值（N/mm）；

qE=1.3qEkB

=1.3×0.0002×950

=0.247N/mm

采用Sw+0.5SE组合：

……5.4.1[JGJ133-2001]

q=qw+0.5qE

=1.595+0.5×0.247

=1.718N/mm

N：

连接处水平总力（N）；

R1：

中支座反力（N）；

N=R1=qL（L12+3L1L2+L22）/8L1L2

=1.718×5000×（7002+3×700×4300+43002）/8/700/4300

=9991.939N

（3）立柱单元自重荷载标准值：

Gk=0.0005×BL

=0.0005×950×5000

=2375N

（4）校核处埋件受力分析：

V：

剪力（N）；

N：

轴向拉力（N），等于中支座反力R1；

e0：

剪力作用点到埋件距离，即立柱螺栓连接处到埋件面距离（mm）；

V=1.2Gk

=1.2×2375

=2850N

N=R1

=9991.939N

M=e0×V

=70×2850

=199500N·mm

000013.2锚栓群中承受拉力最大锚栓的拉力计算

按5.2.2[JGJ145-2004]规定，在轴心拉力和弯矩共同作用下（下图所示），进行弹性分析时，受力最大锚栓的拉力设计值应按下列规定计算：

1：

当N/n-My1/Σyi2≥0时：

Nsdh=N/n+My1/Σyi2

2：

当N/n-My1/Σyi2<0时：

Nsdh=（NL+M）y1//Σyi/2

在上面公式中：

M：

弯矩设计值；

Nsdh：

群锚中受拉力最大锚栓的拉力设计值；

y1，yi：

锚栓1及i至群锚形心轴的垂直距离；

y1/，yi/：

锚栓1及i至受压一侧最外排锚栓的垂直距离；

L：

轴力N作用点至受压一侧最外排锚栓的垂直距离；

在本例中：

N/n-My1/Σyi2

=9991.939/4-199500×50/10000

=1500.485

因为：

1500.485≥0

所以：

Nsdh=N/n+My1/Σyi2=3495.485N

按JGJ102-2003的5.5.7中第七条规定，这里的Nsdh再乘以2就是现场实际拉拔应该达到的值。

000013.3群锚受剪力计算

按5.3.1[JGJ145-2004]规定，当边距c≥10hef时，所有锚栓均匀分摊剪切荷载；

当边距c<10hef时，部分锚栓分摊剪切荷载；

其中：

hef：

锚栓的有效锚固深度；

c：

锚栓与混凝土基材之间的距离；

本例中：

c=100mm<10hef=750mm

所以部分螺栓受剪，承受剪力最大锚栓所受剪力设计值为：

Vsdh=V/m=1425N

000013.4锚栓钢材破坏时的受拉承载力计算

NRd,s=kNRk,s/γRS,N6.1.2-1[JGJ145-2004]

NRk,s=Asfstk6.1.2-2[JGJ145-2004]

上面公式中：

NRd,s：

锚栓钢材破坏时的受拉承载力设计值；

NRk,s：

锚栓钢材破坏时的受拉承载力标准值；

k：

地震作用下锚固承载力降低系数，按表7.0.5[JGJ145-2004]选取；

As：

锚栓应力截面面积；

fstk：

锚栓极限抗拉强度标准值；

γRS,N：

锚栓钢材受拉破坏承载力分项系数；

NRk,s=Asfstk

=84.3×400

=33720N

γRS,N=1.2fstk/fyk≥1.4表4.2.6[JGJ145-2004]

fyk：

锚栓屈服强度标准值；

γRS,N=1.2fstk/fyk

=1.2×400/240

=2

取：

γRS,N=2

NRd,s=kNRk,s/γRS,N

=1×33720/2

=16860N≥Nsdh=3495.485N

锚栓钢材受拉破坏承载力满足设计要求！

000013.5混凝土锥体受拉破坏承载力计算

因锚固点位于结构受拉面，而该结构为普通混凝土结构，故锚固区基材应判定为开裂混凝土。

混凝土锥体受拉破坏时的受拉承载力设计值NRd,c应按下列公式计算：

NRd,c=kNRk,c/γRc,N

NRk,c=NRk,c0×Ac,N/Ac,N0×ψs,Nψre,Nψec,Nψucr,N

在上面公式中：

NRd,c：

混凝土锥体破坏时的受拉承载力设计值；

NRk,c：

混凝土锥体破坏时的受拉承载力标准值；

k：

地震作用下锚固承载力降低系数，按表7.0.5[JGJ145-2004]选取；

γRc,N：

混凝土锥体破坏时的受拉承载力分项系数，按表4.2.6[JGJ145-2004]采用，取2.15；

NRk,c0：

开裂混凝土单锚栓受拉，理想混凝土锥体破坏时的受拉承载力标准值；

NRk,c0=7.0×fcu,k0.5×hef1.5（膨胀及扩孔型锚栓）6.1.4[JGJ145-2004]

NRk,c0=3.0×fcu,k0.5×（hef-30）1.5（化学锚栓）6.1.4条文说明[JGJ145-2004]

其中：

fcu,k：

混凝土立方体抗压强度标准值，当其在45-60MPa间时，应乘以降低系数0.95；

hef：

锚栓有效锚固深度；

NRk,c0=7.0×fcu,k0.5×hef1.5

=22733.167N

Ac,N0：

混凝土破坏锥体投影面面积，按6.1.5[JGJ145-2004]取；

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矩。

scr,N=3hef

=3×75

=225mm

Ac,N0=scr,N2

=2252

=50625mm2

Ac,N：

混凝土实有破坏锥体投影面积，按6.1.6[JGJ145-2004]取：

Ac,N=（c1+s1+0.5×scr,N）×（c2+s2+0.5×scr,N）

其中：

c1、c2：

方向1及2的边矩；

s1、s2：

方向1及2的间距；

ccr,N：

混凝土锥体破坏时的临界边矩，取ccr,N=1.5hef=1.5×75=112.5mm；

c1≤ccr,N

c2≤ccr,N

s1≤scr,N

s2≤scr,N

Ac,N=（c1+s1+0.5×scr,N）×（c2+s2+0.5×scr,N）

=（112.5+90+0.5×225）×（100+75+0.5×225）

=90562.5mm2

ψs,N：

边矩c对受拉承载力的降低影响系数，按6.1.7[JGJ145-2004]采用：

ψs,N=0.7+0.3×c/ccr,N≤1（膨胀及扩孔型锚栓）6.1.7[JGJ145-2004]

ψs,N=1（化学锚栓）6.1.7条文说明[JGJ145-2004]

其中c为边矩，当为多个边矩时，取最小值，且需满足cmin≤c≤ccr,N，按6.1.11[JGJ145-2004]：

对于膨胀型锚栓（双锥体）cmin=3hef

对于膨胀型锚栓cmin=2hef

对于扩孔型锚栓cmin=hef

ψs,N=0.7+0.3×c/ccr,N≤1

=0.7+0.3×112.5/112.5

=1

所以，ψs,N取1。

ψre,N：

表层混凝土因为密集配筋的玻璃作用对受拉承载力的降低影响系数，按6.1.8[JGJ145-2004]采用，当锚固区钢筋间距s≥150mm或钢筋直径d≤10mm且s≥100mm时，取1.0；

ψre,N=0.5+hef/200≤1

=0.5+75/200

=0.875

所以，ψre,N取0.875。

ψec,N：

荷载偏心eN对受拉承载力的降低影响系数，按6.1.9[JGJ145-2004]采用；

ψec,N=1/（1+2eN/scr,N）=1

ψucr,N：

未裂混凝土对受拉承载力的提高系数，按规对于非化学锚栓取1.4，对化学锚栓取2.44；

把上面所得到的各项代入，得：

NRk,c=NRk,c0×Ac,N/Ac,N0×ψs,Nψre,Nψec,Nψucr,N

=22733.167×90562.5/50625×1×0.875×1×1.4

=49817.21N

NRd,c=kNRk,c/γRc,N

=0.7×49817.21/2.15

=16219.557N≥Nsdg=9991.939N

所以，群锚混凝土锥体受拉破坏承载力满足设计要求！

000013.6混凝土劈裂破坏承载力计算

NRd,sp=kNRk,sp/γRsp6.1.11-1[JGJ145-2004]

NRk,sp=ψh,spNRk,c6.1.11-2[JGJ145-2004]

ψh,sp=（h/2hef）2/3≤1.56.1.11-3[JGJ145-2004]

上面公式中：

NRd,sp：

混凝土劈裂破坏受拉承载力设计值；

NRk,sp：

混凝土劈裂破坏受拉承载力标准值；

k：

地震作用下锚固承载力降低系数，按表7.0.5[JGJ145-2004]选取；

NRk,c：

混凝土锥体破坏时的受拉承载力标准值；

γRsp：

混凝土劈裂破坏受拉承载力分项系数，按表4.2.6[JGJ145-2004]取2.15；

ψh,sp：

构件厚度h对劈裂承载力的影响系数；

NRk,c=NRk,c0×Ac,N/Ac,N0×ψs,Nψre,Nψec,Nψucr,N

其中：

NRk,c0=22733.167

对于扩孔型锚栓：

ccr,sp=2hef=150

对于膨胀型锚栓：

ccr,sp=3hef=225

scr,sp=2ccr,sp=450

c1≤ccr,sp

c2≤ccr,sp

s1≤scr,sp

s2≤scr,sp

Ac,N=（c1+s1+0.5×scr,sp）×（c2+s2+0.5×scr,sp）

=（150+90+0.5×450）×（100+75+0.5×450）

=186000mm2

Ac,N0=（scr,sp）2

=（450）2

=202500mm2

ψs,N：

边矩c对受拉承载力的降低影响系数，按6.1.7[JGJ145-2004]采用：

ψs,N=0.7+0.3×c/ccr,sp≤1（膨胀及扩孔型锚栓）6.1.7[JGJ145-2004]

其中c为边矩，当为多个边矩时，取最小值，且需满足cmin≤c≤ccr,sp，按6.1.11[JGJ145-2004]：

对于膨胀型锚栓（双锥体）cmin=3hef

对于膨胀型锚栓cmin=2hef

对于扩孔型锚栓cmin=hef

ψs,N=0.7+0.3×c/ccr,sp≤1

=0.7+0.3×150/225

=0.9<1

所以，ψs,N取0.9。

ψec,N=1

ψucr,N：

未裂混凝土对受拉承载力的提高系数，按规对于非化学锚栓取1.4，对化学锚栓取2.44；

把上面所得到的各项代入，得：

NRk,c=NRk,c0×Ac,N/Ac,N0×ψs,Nψre,Nψec,Nψucr,N

=22733.167×186000/202500×0.9×0.875×1×1.4

=23021.12N

ψh,sp=（h/2hef）2/3

=（900/2/75）2/3

=3.302≥1.5

所以，ψh,sp=1.5

NRk,sp=ψh,spNRk,c

=1.5×23021.12

=34531.68N

NRd,sp=kNRk,sp/γRsp

=0.7×34531.68/2.15

=11242.873N≥Nsdg=9991.939N

所以，混凝土劈裂破坏承载力满足设计要求！

000013.7锚栓钢材受剪破坏承载力计算

VRd,s=kVRk,s/γRs,V6.2.2-1[JGJ145-2004]

其中：

VRd,s：

钢材破坏时的受剪承载力设计值；

VRk,s：

钢材破坏时的受剪承载力标准值；

k：

地震作用下锚固承载力降低系数，按表7.0.5[JGJ145-2004]选取；

γRs,V：

钢材破坏时的受剪承载力分项系数，按表4.2.6[JGJ145-2004]选用：

γRs,V=1.2fstk/fyk表4.2.6[JGJ145-2004]

按规，该系数要求不小于1.25、fstk≤800MPa、fyk/fstk≤0.8；

对本例，

γRs,V=1.2fstk/fyk表4.2.6[JGJ145-2004]

=1.2×400/240

=2

实际选取γRs,V=2；

VRk,s=0.5Asfstk6.2.2-2[JGJ145-2004]

=0.5×84.3×400

=16860N

VRd,s=kVRk,s/γRs,V

=1×16860/2

=8430N≥Vsdh=1425N

所以，锚栓钢材受剪破坏承载力满足设计要求！

000013.8混凝土楔形体受剪破坏承载力计算

VRd,c=kVRk,c/γRc,V6.2.3-1[JGJ145-2004]

VRk,c=VRk,c0×Ac,V/Ac,V0×ψs,Vψh,Vψa,Vψec,Vψucr,V6.2.3-2[JGJ145-2004]

在上面公式中：

VRd,c：

构件边缘混凝土破坏时的受剪承载力设计值；

VRk,c：

构件边缘混凝土破坏时的受剪承载力标准值；

k：

地震作用下锚固承载力降低系数，按表7.0.5[JGJ145-2004]选取；

γRc,V：

构件边缘混凝土破坏时的受剪承载力分项系数，按表4.2.6[JGJ145-2004]采用，取1.8；

VRk,c0：

混凝土理想楔形体破坏时的受剪承载力标准值，按6.2.4[JGJ145-2004]采用；

Ac,V0：

单锚受剪，混凝土理想楔形体破坏时在侧向的投影面积，按6.2.5[JGJ145-2004]采用；

Ac,V：

群锚受剪，混凝土理想楔形体破坏时在侧向的投影面积，按6.2.6[JGJ145-2004]采用；

ψs,V：

边距比c2/c1对受剪承载力的影响系数，按6.2.7[JGJ145-2004]采用；

ψh,V：

边厚比c1/h对受剪承载力的影响系数，按6.2.8[JGJ145-2004]采用；

ψa,V：

剪切角度对受剪承载力的影响系数，按6.2.9[JGJ145-2004]采用；

ψec,V：

偏心荷载对群锚受剪承载力的降低影响系数，按6.2.10[JGJ145-2004]采用；

fucr,V：

未裂混凝土级锚区配筋对受剪承载力的提高影响系数，按6.2.11[JGJ145-2004]采用；

下面依次对上面提到的各参数计算：

c1=112.5mm

c2=100mm

ψs,V=0.7+0.3×c2/1.5c1≤16.2.7[JGJ145-2004]

=0.7+0.3×100/1.5/112.5

=0.878<1

取：

ψs,V=0.878

VRk,c0=0.45×（dnom）0.5（lf/dnom）0.2（fcu,k）0.5c11.56.2.4[JGJ145-2004]

其中：

dnom：

锚栓外径（mm）；

lf：

剪切荷载下锚栓有效长度，取lf≤hef，且lf≤8d，本处取75mm；

VRk,c0=0.45×（dnom）0.5（lf/dnom）0.2（fcu,k）0.5c11.5

=0.45×（12）0.5（75/12）0.2（25）0.5×112.51.5

=13417.695N

Ac,V0=4.5c126.2.5[JGJ145-2004]

=4.5×112.52

=56953.125mm2

Ac,V=（1.5c1+s2+c2）×h6.2.6-3[JGJ145-2004]

=（1.5×112.5+75+100）×900

=309375

ψh,V=（1.5c1/h）1/3≥16.2.8[JGJ145-2004]

=（1.5×112.5/900）1/3

=0.572<1

取：

ψh,V=1

ψa,V=1.0

ψec,V=1/（1+2eV/3c1）≤1

=1/（1+2×0/3/112.5）

=1=1

取ψec,V=1

按规6.2.11[JGJ145-2004]要求，根据锚固