某150系列明框幕墙双跨梁计算书gb50009版secret.docx

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某150系列明框幕墙双跨梁计算书gb50009版secret

广州市xxxxxxx150系列明框玻璃幕墙工程

设

计

计

算

书

计算:

校核:

二〇〇九年四月二十日

广州市xxxxxxx明框玻璃幕墙工程

设计计算书

一、计算依据及说明

1.设计依据

《建筑结构荷载规范》GB50009-2001

《建筑抗震设计规范》GB50011-2001

《建筑结构可靠度设计统一标准》GB50068-2001

《钢结构设计规范》GB50017-2003

《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003

《玻璃幕墙工程质量检验标准》JGJ/T139-2001

《金属与石材幕墙工程技术规范》JGJ133-2001

《建筑制图标准》GB/T50104-2001

《建筑玻璃应用技术规程》JGJ113-2003

《全玻璃幕墙工程技术规程》DBJ/CT014-2001

《点支式玻璃幕墙工程技术规程》CECS127:

2001

《点支式玻幕墙支承装置》JC1369-2001

《吊挂式玻幕墙支承装置》JC1368-2001

《建筑铝型材基材》GB/T5237.1-2004

《建筑铝型材阳极氧化、着色型材》GB/T5237.2-2004

《建筑铝型材电泳涂漆型材》GB/T5237.3-2004

《建筑铝型材粉末喷涂型材》GB/T5237.4-2004

《建筑铝型材氟碳漆喷涂型材》GB/T5237.5-2004

《铝合金建筑型材隔热型材》GB/T5237.6-2004

《玻璃幕墙力学性能》GB/T18091-2000

《建筑幕墙平面内变形性能检测方法》GB/T18250-2000

《建筑幕墙抗震性能振动台试验方法》GB/T18575-2001

《紧固件机械性能螺栓、螺钉和螺柱》GB3098.1-2000

《紧固件机械性能螺母粗牙螺纹》GB3098.2-2000

《紧固件机械性能螺母细牙螺纹》GB3098.4-2000

《紧固件机械性能自攻螺钉》GB3098.5-2000

《紧固件机械性能不锈钢螺栓、螺钉、螺柱》GB3098.6-2000

《紧固件机械性能不锈钢螺母》GB3098.15-2000

《螺纹紧固件应力截面积和承载面积》GB/T16823.1-1997

《焊接结构用耐候钢》GB/T4172-2000

《浮法玻璃》GB11614-1999

《夹层玻璃》GB9962-1999

《钢化玻璃》GB/T9963-1998

《幕墙用钢化玻璃与半钢化玻璃》GB17841-1999

《铝及铝合金轧制板材》GB/T3880-1997

《铝塑复合板》GB/T17748

《干挂天然花山岗石，建筑板材及其不锈钢配件》JC830.1,830.2-1998

《建筑用铝型材、铝板氟碳涂层》JC133-2000

《建筑用安全玻璃防火玻璃》GB15763.1-2001

《混凝土接缝用密封胶》JC/T881-2001

《幕墙玻璃接缝用密封胶》JC/T882-2001

《石材幕墙接缝用密封胶》JC/T883-2001

《中空玻璃用弹性密封胶》JC/T486-2001

《天然花岗石建筑板材》GB/T18601-2001

《铝合金窗》GB/T8479-2003

《铝合金门》GB/T8478-2003

《混凝土用膨胀型、扩孔型建筑锚栓》JG160-2004

《混凝土结构后锚固技术规程》JGJ145-2004

《公共建筑节能设计标准》GB50189-2005

《建筑用硬质塑料隔热条》JG/T174-2005

《建筑用隔热铝合金型材穿条式》JG/T175-2005

2.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;

本工程按C类地区计算风压,幕墙最大标高22.300m

（2）.风荷载计算:

幕墙属于薄壁外围护构件，根据《建筑结构荷载规范》GB50009-20017.1.1-2采用

风荷载计算公式:

Wk=βgz×μz×μsl×W0

其中:

Wk---作用在幕墙上的风荷载标准值（kN/m2）

βgz---瞬时风压的阵风系数,按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001取定

根据不同场地类型,按以下公式计算:

βgz=K（1+2μf）

其中K为地区粗糙度调整系数，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×（1+2μf）其中：

μf=0.5×（Z/10）（-0.16）

C类场地:

βgz=0.85×（1+2μf）其中：

μf=0.734×（Z/10）（-0.22）

D类场地:

βgz=0.80×（1+2μf）其中：

μf=1.2248×（Z/10）（-0.3）

μz---风压高度变化系数,按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001取定,

根据不同场地类型,按以下公式计算:

A类场地:

μz=1.379×（Z/10）0.24

B类场地:

μz=（Z/10）0.32

C类场地:

μz=0.616×（Z/10）0.44

D类场地:

μz=0.318×（Z/10）0.60

本工程属于C类地区

μsl---风荷载体型系数,按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001取为：

1.2

W0---基本风压,按全国基本风压图,广州地区取为0.5kN/m2

（3）.地震作用计算:

qEAk=βE×αmax×GAK

其中:

qEAk---水平地震作用标准值

βE---动力放大系数,按5.0取定

αmax---水平地震影响系数最大值,按相应设防烈度取定:

6度:

αmax=0.04

7度:

αmax=0.08

8度:

αmax=0.16

9度:

αmax=0.32

广州地区设防烈度为7度,根据本地区的情况,取αmax=0.08

GAK---幕墙构件的自重（N/m2）

（4）.荷载组合:

结构设计时，根据构件受力特点，荷载或作用的情况和产生的应力（内力）作用方向，选用最不利的组合，荷载和效应组合设计值按下式采用：

γGSG+γwψwSw+γEψESE+γTψTST

各项分别为永久荷载：

重力；可变荷载：

风荷载、温度变化；偶然荷载：

地震

水平荷载标准值:

qk=Wk+0.5qEAk

水平荷载设计值:

q=1.4Wk+0.5×1.3qEAk

荷载和作用效应组合的分项系数,按以下规定采用:

①对永久荷载采用标准值作为代表值，其分项系数满足：

a.当其效应对结构不利时：

对由可变荷载效应控制的组合，取1.2；对有永久荷载效应控制的组合，取1.35

b.当其效应对结构有利时：

一般情况取1.0；对结构倾覆、滑移或是漂浮验算，取0.9

②可变荷载根据设计要求选代表值，其分项系数一般情况取1.4

二、风荷载计算

1.风荷载标准值:

μz=0.616×（

）0.44=0.876

μf=0.5×35（1.8×（0.22-0.16））×（

）-0.22=0.615

βgz=0.85×（1+2×μf）=1.896

Wk=βgz×μz×μsl×W0（JGJ102-20035.3.2）

=1.896×0.876×1.2×0.5

=0.997kN/m2

Wk<1kN/m2,取Wk=1kN/m2

2.风荷载设计值:

W=γw×Wk=1.4×1=1.4kN/m2

三、玻璃计算

1.玻璃面积:

A=B×H=1×1.3=1.3m2

2.

玻璃板块自重:

t:

玻璃板块厚度:

6mm

GAK=

=

=0.1536kN/m2

3.分布水平地震作用计算:

qEAk=βE×αmax×GAK（JGJ102-20035.3.4）

=5×0.08×0.1536

=0.06144kN/m2

qEA=rE×qEAk

=1.3×0.06144

=0.079872kN/m2

4.玻璃强度计算:

选定面板材料为:

校核依据:

σ≤ｆg=84N/mm2

q:

玻璃所受组合荷载:

a:

玻璃短边边长:

1m

b:

玻璃长边边长:

1.3m

t:

玻璃板块厚度:

6mm

E:

玻璃弹性模量:

72000N/mm2

m:

玻璃板面跨中弯曲系数,按边长比a/b查表6.1.2-1得:

0.0661846

η:

折减系数,根据参数θ查表6.1.2-2

σw:

玻璃所受应力:

采用风荷载与地震荷载组合:

q=W+ψE×qEA

=1.4+0.5×0.079872

=1.43994kN/m2

参数θ计算:

θw=Wk×a4×109/E/t4（JGJ102-20036.1.2-3）

=1×14×109/72000/64

=10.7167

θe=qEAk×a4×109/E/t4（JGJ102-20036.1.2-3）

=0.06144×14×109/72000/64

=0.658436

查表6.1.2-2分别得到折减系数

ηw=0.957133

ηe=1

玻璃应力标准值计算:

σw=6×m×ηw×Wk×a2×1000/t2（JGJ102-20036.1.2-1）

=6×0.0661846×0.957133×1×12×1000/62

=10.5579N/mm2

σe=6×m×ηe×qEAk×a2×1000/t2（JGJ102-20036.1.2-2）

=6×0.0661846×1×0.06144×12×1000/62

=0.67773N/mm2

玻璃应力设计值为:

σ=rw×σw+ψE×γE×σe

=1.4×10.5579+0.5×1.3×0.67773

=15.2216N/mm2≤ｆg=84N/mm2

玻璃的强度满足

5.玻璃跨中挠度计算:

校核依据:

df≤dflim=a/60×1000=16.6667mm

D:

玻璃刚度（N·mm）

ν:

玻璃泊松比:

0.2

E:

玻璃弹性模量:

72000N/mm2

t:

玻璃板块厚度:

6mm

D=E×t3/12/（1-ν2）

=72000×63/12/（1-0.22）

=1.35e+006N·mm

qk:

玻璃所受组合荷载:

qk=Wk

=1

=1kN/m2

μ:

挠度系数,按边长比a/b查表6.1.3得:

0.00639923

参数θ计算:

θ=qk×a4/E/t4（JGJ102-20036.1.2-3）

=1×14/72000/64×109

=10.7167

η:

折减系数,根据参数θ查表6.1.2-2得η=0.957133

df:

玻璃在风荷载和地震荷载作用下挠度最大值

df=μ×η×qk×a4/D（JGJ102-20036.1.3-2）

=0.00639923×1×14×0.957133/1.35e+006×109

=4.53697mm

4.53697mm≤dflim=16.6667mm

玻璃的挠度满足

四、立柱计算

1.1.立柱荷载计算:

（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:

1kN/m2

Bl:

幕墙左分格宽:

1m

Br:

幕墙右分格宽:

1m

qwk=Wk×（Bl+Br）/2

=1×（1+1）/2

=1kN/m

qw=1.4×qwk

=1.4×1

=1.4kN/m

（2）分布水平地震作用设计值

GAkl:

立柱左边幕墙构件（包括面板和框）的平均自重:

0.45kN/m2

GAkr:

立柱右边幕墙构件（包括面板和框）的平均自重:

0.45kN/m2

qEAkl=5×αmax×GAkl（JGJ102-20035.3.4）

=5×0.08×0.45

=0.18kN/m2

qEAkr=5×αmax×GAkr（JGJ102-20035.3.4）

=5×0.08×0.45

=0.18kN/m2

qek=（qEkl×Bl+qEkr×Br）/2

=（0.18×1+0.18×1）/2

=0.18kN/m

qe=1.3×qek

=1.3×0.18

=0.234kN/m

（3）立柱所受组合荷载:

组合线荷载标准值:

qzk=qwk

=1kN/m

组合线荷载设计值:

qz=qw+0.5×qe

=1.4+0.5×0.234

=1.517kN/m

（4）立柱弯矩:

通过有限元分析计算得到立柱的弯矩图如下:

立柱弯矩分布如下表:

列表条目

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

偏移（m）

0.000

0.484

0.967

1.451

1.935

2.365

2.849

3.332

3.816

4.300

弯矩（kN.m）

0.000

1.046

1.738

2.074

2.055

1.741

1.052

0.007

-1.392

-3.146

偏移（m）

4.300

4.356

4.412

4.469

4.525

4.575

4.631

4.687

4.744

4.800

弯矩（kN.m）

-3.146

-2.773

-2.405

-2.042

-1.683

-1.369

-1.019

-0.675

-0.335

0.000

最大弯矩发生在4.3m处

M:

幕墙立柱在风荷载和地震作用下产生弯矩（kN·m）

M=3.14588kN·m

立柱在荷载作用下的支座反力信息如下表:

支座编号

X向反力（kN）

Y向反力（kN）

转角反力（kN.m）

n0

-2.530

---

---

n1

5.913

0.000

---

n2

-10.664

---

---

2.

2.选用立柱型材的截面特性:

:

3.选定立柱材料类别:

铝-6063-T5

4.选用立柱型材名称:

150系列明框立柱

5.型材强度设计值:

85.5N/mm2

6.型材弹性模量:

E=70000N/mm2

7.X轴惯性矩:

Ix=418.385cm4

8.Y轴惯性矩:

Iy=47.945cm4

9.X轴上部截面矩:

Wx1=51.940cm3

10.X轴下部截面矩:

Wx2=60.243cm3

11.Y轴左部截面矩:

Wy1=18.812cm3

12.Y轴右部截面矩:

Wy2=19.559cm3

13.型材截面积:

A=15.66cm2

14.型材计算校核处抗剪壁厚:

t=4mm

15.型材截面面积矩:

Ss=15.660cm3

16.塑性发展系数:

γ=1.05

立柱的强度计算:

17.

校核依据:

+

≤ｆa（JGJ102-20036.3.7）

18.Bl:

幕墙左分格宽:

1m

19.Br:

幕墙右分格宽:

1m

20.Hv:

立柱长度

21.GAkl:

幕墙左分格自重:

0.45kN/m2

22.GAKr:

幕墙右分格自重:

0.45kN/m2

23.幕墙自重线荷载:

24.Gk=（GAkl×Bl+GAkr×Br）×

25.=（0.45×1+0.45×1）×

26.=0.45kN/m

27.Nk:

立柱受力:

28.Nk=Gk×Hv

29.=0.45×4.8

30.=2.16kN

31.N:

立柱受力设计值:

32.rG:

结构自重分项系数:

1.2

33.N=1.2×Nk

34.=1.2×2.16

35.=2.592kN

36.σ:

立柱计算强度（N/mm2）

37.A:

立柱型材截面积:

15.66cm2

38.M:

立柱弯矩:

3.14588kN·m

39.Wx2:

立柱截面抗弯矩:

60.243cm3

40.γ:

塑性发展系数:

1.05

41.σ=

+

42.

=

+

43.=51.388N/mm2

44.51.388N/mm2<ｆa=85.5N/mm2

45.立柱强度满足要求

立柱的刚度计算:

46.4.立柱的刚度计算:

校核依据:

Umax≤L/180

Dfmax:

立柱最大允许挠度:

通过有限元分析计算得到立柱的挠度图如下:

立柱挠度分布如下表:

列表条目

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

偏移（m）

0.000

0.484

0.967

1.451

1.935

2.365

2.849

3.332

3.816

4.300

挠度（mm）

0.000

2.920

5.304

6.788

7.193

6.653

5.201

3.210

1.230

0.000

偏移（m）

4.300

4.356

4.412

4.469

4.525

4.575

4.631

4.687

4.744

4.800

挠度（mm）

0.000

-0.055

-0.090

-0.107

-0.111

-0.103

-0.086

-0.061

-0.032

0.000

最大挠度发生在1.88125m处,最大挠度为7.20292mm

Dfmax=Hvmax/180×1000

=4.3/180×1000

=23.8889mm

立柱最大挠度Umax为:

7.20292mm≤23.8889mm

挠度满足要求

47.5.立柱抗剪计算:

校核依据:

τmax≤[τ]=49.6N/mm2

通过有限元分析计算得到立柱的剪力图如下:

立柱剪力分布如下表:

列表条目

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

偏移（m）

0.000

0.484

0.967

1.451

1.935

2.365

2.849

3.332

3.816

4.300

剪力（kN）

-2.530

-1.796

-1.062

-0.328

0.405

1.058

1.792

2.525

3.259

3.993

偏移（m）

4.300

4.356

4.412

4.469

4.525

4.575

4.631

4.687

4.744

4.800

剪力（kN）

-6.671

-6.586

-6.500

-6.415

-6.330

-6.254

-6.169

-6.083

-5.998

-5.913

最大剪力发生在4.3m处

τ:

立梃剪应力:

Q:

立梃最大剪力:

6.67101kN

Ss:

立柱型材截面面积矩:

34.9cm3

Ix:

立柱型材截面惯性矩:

418cm4

t:

立柱抗剪壁厚:

4mm

τ=Q×Ss×100/Ix/t

=6.67101×34.9×100/418/4

=13.9245N/mm2

13.9245N/mm2≤49.6N/mm2

立柱抗剪强度可以满足

五、立梃与主结构连接计算

1.立柱与主结构连接计算:

:

连接处角码材料:

钢-Q235

Lct:

连接处角码壁厚:

8mm

Dv:

连接螺栓直径:

12mm

Dve:

连接螺栓直径:

10.36mm

采用SG+SW+0.5SE组合

Nh:

连接处水平总力（N）:

Nh=Q×2

=6.67101×2

=13.342kN

Ng:

连接处自重总值设计值（N）:

Ng=γG×（GAKVl×Bl+GAKVr×Br）/2×Hv

=1.2×（0.45×1+0.45×1）×4.8/2

=2.592kN

N:

连接处总合力（N）:

N=（Ng2+Nh2）0.5

=（2.5922+13.3422）0.5×1000

=13591.5N

Nb:

螺栓的承载能力:

Nv:

连接处剪切面数:

2

Nb=2×3.14×De2×140/4（GB50017-20037.2.1-1）

=2×3.14×10.362×140/4

=23603N

Nnum:

立梃与建筑物主结构连接的螺栓个数:

Nnum=N/Nb

=13591.5/23603

=0.575836个

取2个

Ncbl:

立梃型材壁抗承压能力（N）:

Nvl:

连接处剪切面数:

2×2

t:

立梃壁厚:

4mm

Ncbl=Dv×2×120×t×Nnum（GB50017-20037.2.1-3）

=12×2×120×4×2

=23040N

13591.5N≤23040N

立梃型材壁抗承压能力满足

Ncbg:

角码型材壁抗承压能力（N）:

Ncbg=Dv×2×325×Lct×Nnum（GB50017-20037.2.1-3）

=12×2×325×8×2

=124800N

13591.5N≤124800N

角码型材壁抗承压能力满足

六、后置埋件计算

1.埋件受力计算

V:

剪力设计值:

V=2592N

N:

法向力设计值:

N=13342N

e2:

螺孔中心与锚板平面距离:

60mm

M:

弯矩设计值（N·mm）:

M=V×e2

=2592×60

=155520N·mm

2.埋件强度计算

螺栓布置示意图如下:

d:

锚栓直径12mm

de:

锚栓有效直径为10