不锈钢建筑栏杆设计计算书.docx
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不锈钢建筑栏杆设计计算书
栏杆计算建筑护栏
设计计算书
设计：
校对：
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批准：
目录
1计算引用的规范、标准及资料1
1.1幕墙及采光顶相关设计规范：
1
1.2建筑设计规范：
1
1.3玻璃规范：
1
1.4钢材规范：
2
1.5胶类及密封材料规范：
2
1.6相关物理性能等级测试方法：
3
1.7《建筑结构静力计算手册》（第二版）3
1.8土建图纸：
3
2栏杆承受荷载计算3
3栏杆横杆计算3
3.1杆件强度计算4
3.2杆件剪力计算5
3.3杆件刚度计算6
4附录常用材料的力学及其它物理性能7
全金属栏杆设计计算书
11计算引用的规范、标准及资料
11.1幕墙及采光顶相关设计规范：
《铝合金结构设计规范》GB50429-2007
《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003
《建筑玻璃应用技术规程》JGJ113-2009
《建筑幕墙》GB/T21086-2007
《建筑玻璃采光顶》JG/T231-2007
《建筑用玻璃与金属护栏》JG/T342-2012
《建筑幕墙工程技术规范》DGJ08-56-2012
11.2建筑设计规范：
《地震震级的规定》GB/T17740-1999
《钢结构设计规范》GB50017-2003
《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010
《高处作业吊蓝》GB19155-2003
《工程抗震术语标准》JGJ/T97-2011
《混凝土结构后锚固技术规程》JGJ145-2004
《混凝土结构加固设计规范》GB50367-2006
《混凝土结构设计规范》GB50010-2010
《混凝土用膨胀型、扩孔型建筑锚栓》JG160-2004
《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》GB50009-2012
《建筑结构可靠度设计统一标准》GB50068-2001
《建筑抗震设计规范》GB50011-2010
《建筑设计防火规范》GB50016-2006
《建筑物防雷设计规范》GB50057-2010
《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB50018-2002
11.3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
《平板玻璃》GB11614-2009
《建筑用安全玻璃第3部分：
夹层玻璃》GB15763.3-2009
《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》GB15763.1-2009
《半钢化玻璃》GB/T17841-2008
《热弯玻璃》JC/T915-2003
《压花玻璃》JC/T511-2002
《中空玻璃》GB/T11944-2002
11.4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/T4226-2009
《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/T4240-2009
《建筑用不锈钢绞线》JG/T200-2007
《不锈钢小直径无缝钢管》GB/T3090-2000
《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/T5117-1995
《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
11.5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
《工业用橡胶板》GB/T5574-2008
《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
《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/T529-2008
《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
11.6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（2011版）
《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
《建筑装饰装修工程质量验收规范》GB50210-2001
《金属材料室温拉伸试验方法》GB/T228-2002
11.7《建筑结构静力计算手册》（第二版）
11.8土建图纸：
12栏杆承受荷载计算
本处栏杆为全金属杆结构，这种结构自身在风压和地震作用下的荷载非常小，主要承受的是规范GB50009-2012第5.5.2条规定要求的人为荷载，这个荷载是均布在横杆上并由横杆传到竖杆的，规范的要求如下：
住宅、宿舍、办公楼、旅馆、医院、托儿所、幼儿园，栏杆顶部的水平荷载应取1.0KN/m；
学校、食堂、剧场、电影院、车站、礼堂、展览馆、体育场，栏杆顶部的水平荷载应取1.0KN/m，竖向荷载应取1.2KN/m，水平荷载和竖向荷载应分别考虑；
结合本计算的实际情况，考虑qk=1.0KN/m的顶部水平均布荷载标准值，忽略风荷载及抗震等其它作用。
13栏杆横杆计算
选定杆件材料类别:
不锈钢
选用杆件型材名称:
FT80X60X3
型材强度设计值:
180N/mm2
型材弹性模量:
E=206000N/mm2
X轴惯性矩:
Ix=70.0466cm4
Y轴惯性矩:
Iy=44.8908cm4
X轴上部抵抗矩:
Wx1=17.5116cm3
X轴下部抵抗矩:
Wx2=17.5116cm3
Y轴左部抵抗矩:
Wy1=14.9636cm3
Y轴右部抵抗矩:
Wy2=14.9636cm3
型材截面积:
A=7.80823cm2
型材计算校核处抗剪壁厚:
t=3mm
型材截面面积矩:
Ss=10.58cm3
塑性发展系数:
γ=1.05
13.1杆件强度计算
（1）荷载线分布最大荷载集度设计值（矩形分布）
q:
荷载线分布最大荷载集度设计值（kN/m）
q=1kN/m
（2）荷载组合
杆件节点及单元编号图如下:
杆件所受组合荷载简图如下:
（3）杆件弯矩:
通过有限元分析计算得到杆件的弯矩图如下:
杆件弯矩分布如下表:
列表条目
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
偏移（m）
0.000
0.608
1.215
1.822
2.430
2.970
3.577
4.185
4.792
5.400
弯矩（kN.m）
2.430
0.974
-0.112
-0.830
-1.179
-1.179
-0.830
-0.112
0.974
2.430
最大弯矩发生在5.4m处
M:
幕墙杆件在组合荷载作用下产生弯矩（kN·m）
M=2.43kN·m
杆件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
-0.000
2.700
2.430
N1
-0.000
2.700
-2.430
（4）校核依据:
≤ｆa（JGJ102-20036.2.4）
σ:
杆件计算强度（N/mm2）
A:
杆件型材截面积:
7.80823cm2
Wx:
杆件截面抵抗矩:
17.5116cm3
γ:
塑性发展系数:
1.05
σ=
=
=132.157N/mm2
132.157N/mm2≤ｆa=180N/mm2
杆件强度满足要求
13.2杆件剪力计算
校核依据:
τmax≤[τ]=105N/mm2
通过有限元分析计算得到杆件的剪力图如下:
杆件剪力分布如下表:
列表条目
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
偏移（m）
0.000
0.608
1.215
1.822
2.430
2.970
3.577
4.185
4.792
5.400
剪力（kN）
2.700
2.093
1.485
0.878
0.270
-0.270
-0.877
-1.485
-2.092
-2.700
最大剪力发生在0m处
τ:
杆件剪应力:
Q:
杆件最大剪力:
2.7kN
Ss:
杆件型材截面面积矩:
10.58cm3
Ix:
杆件型材截面惯性矩:
70.0466cm4
t:
杆件抗剪壁厚:
3mm
τ=
=
=13.5938N/mm2
13.5938N/mm2≤105N/mm2
杆件抗剪强度可以满足
13.3杆件刚度计算
校核依据:
Umax≤
Dfmax:
杆件最大允许挠度:
通过有限元分析计算得到杆件的挠度图如下:
杆件挠度分布如下表:
列表条目
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
偏移（m）
0.000
0.608
1.215
1.822
2.430
2.970
3.577
4.185
4.792
5.400
挠度（mm）
0.000
-2.448
-7.466
-12.275
-15.040
-15.040
-12.275
-7.466
-2.448
0.000
最大挠度发生在2.7m处,最大挠度为15.3458mm
Dfmax=
×1000
=
×1000
=18mm
杆件最大挠度Umax为:
15.3458mm≤18mm
挠度满足要求
14
附录常用材料的力学及其它物理性能
一、玻璃的强度设计值fg（MPa）
JGJ102-2003表5.2.1
种类
厚度（mm）
大面
侧面
普通玻璃
5
28.0
19.5
浮法玻璃
5～12
28.0
19.5
15～19
24.0
17.0
≥20
20.0
14.0
钢化玻璃
5～12
84.0
58.8
15～19
72.0
50.4
≥20
59.0
41.3
二、长期荷载作用下玻璃的强度设计值fg（MPa）
JGJ113-2009表4.1.9
种类
厚度（mm）
大面
侧面
平板玻璃
5～12
9
6
15～19
7
5
≥20
6
4
半钢化玻璃
5～12
28
20
15～19
24
17
≥20
20
14
半钢化玻璃
5～12
42
30
15～19
36
26
≥20
30
21
三、铝合金型材的强度设计值（MPa）
GB50429-2007表4.3.4
铝合金牌号
状态
厚度
强度设计值
（mm）
抗拉、抗压
抗剪
6061
T4
不区分
90
55
T6
不区分
200
115
6063
T5
不区分
90
55
T6
不区分
150
85
6063A
T5
≤10
135
75
T6
≤10
160
90
四、钢材的强度设计值（1-热轧钢材）fs（MPa）
JGJ102-2003表5.2.3
钢材牌号
厚度或直径d（mm）
抗拉、抗压、抗弯
抗剪
端面承压
Q235
d≤16
215
125
325
Q345
d≤16
310
180
400
五、钢材的强度设计值（2-冷弯薄壁型钢）fs（MPa）
GB50018-2002表4.2.1
钢材牌号
抗拉、抗压、抗弯
抗剪
端面承压
Q235
205
120
310
Q345
300
175
400
六、材料的弹性模量E（MPa）
JGJ102-2003表5.2.8、JGJ133-2001表5.3.9
材料
E
材料
E
玻璃
0.72×105
不锈钢绞线
1.2×105～1.5×105
铝合金、单层铝板
0.70×105
高强钢绞线
1.95×105
钢、不锈钢
2.06×105
钢丝绳
0.8×105～1.0×105
消除应力的高强钢丝
2.05×105
花岗石板
0.8×105
蜂窝铝板10mm
0.35×105
铝塑复合板4mm
0.2×105
蜂窝铝板15mm
0.27×105
铝塑复合板6mm
0.3×105
蜂窝铝板20mm
0.21×105
七、材料的泊松比υ
JGJ102-2003表5.2.9、JGJ133-2001表5.3.10、GB50429-2007表4.3.7
材料
υ
材料
υ
玻璃
0.2
钢、不锈钢
0.3
铝合金
0.3（按GB50429）
高强钢丝、钢绞线
0.3
铝塑复合板
0.25
蜂窝铝板
0.25
花岗岩
0.125
八、材料的膨胀系数α（1/℃）
JGJ102-2003表5.2.10、JGJ133-2001表5.3.11、GB50429-2007表4.3.7
材料
α
材料
α
玻璃
0.8×10-5～1.0×10-5
不锈钢板
1.80×10-5
铝合金、单层铝板
2.3×10-5（按GB50429）
混凝土
1.00×10-5
钢材
1.20×10-5
砖砌体
0.50×10-5
铝塑复合板
≤4.0×10-5
蜂窝铝板
2.4×10-5
花岗岩
0.8×10-5
九、材料的重力密度γg（KN/m3）
JGJ102-2003表5.3.1、GB50429-2007表4.3.7
材料
γg
材料
γg
普通玻璃、夹层玻璃
钢化、半钢化玻璃
25．6
矿棉
1.2～1.5
玻璃棉
0.5～1.0
钢材
78．5
岩棉
0.5～2.5
铝合金
2700kg/m3（按GB50429）
一十、板材单位面积重力标准值（MPa）
JGJ133-2001表5.2.2
板材
厚度
（mm）
qk
（N/m2）
板材
厚度
（mm）
qk
（N/m2）
单层铝板
2.5
3.0
4.0
67.5
81.0
112.0
不锈钢板
1.5
2.0
2.5
3.0
117.8
157.0
196.3
235.5
铝塑复合板
4.0
6.0
55.0
73.6
蜂窝铝板（铝箔芯）
10.0
15.0
20.0
53.0
70.0
74.0
花岗石板
20.0
25.0
30.0
500～560
625～700
750～840
一十一、螺栓连接的强度设计值一（MPa）
JGJ102-2003表B.0.1-1
螺栓的性能等级锚栓和构件钢材的牌号
普通螺栓
锚栓
承压型连接高强度螺栓
C级螺栓
A、B级螺栓
抗拉
抗剪
承压
抗拉
抗剪
承压
抗拉
抗拉
抗剪
承压
ftb
fvb
fcb
ftb
fvb
fcb
ftb
ftb
fvb
fcb
普通螺栓
4.6、4.8级
170
140
-
-
-
-
-
-
-
-
5.6级
-
-
-
210
190
-
-
-
-
-
8.8级
-
-
-
400
320
-
-
-
-
-
锚栓
Q235钢
-
-
-
-
-
-
140
-
-
-
Q345钢
-
-
-
-
-
-
180
-
-
-
承压型连接高强度螺栓
8.8级
-
-
-
-
-
-
-
400
250
-
10.9级
-
-
-
-
-
-
-
500
310
-
构件
Q235钢
-
-
305
-
-
405
-
-
-
470
Q345钢
-
-
385
-
-
510
-
-
-
590
Q390钢
-
-
400
-
-
530
-
-
-
615
一十二、螺栓连接的强度设计值二（MPa）
GB50429-2007表4.3.5-1
螺栓的材料、性能等级和构件铝合金牌号
普通螺栓
铝合金
不锈钢
钢
抗拉
ftv
抗剪
fvb
承压
fcb
抗拉
ftv
抗剪
fvb
承压
fcb
抗拉
ftv
抗剪
fvb
承压
fcb
普通螺栓
铝合金
2B11
170
160
—
—
—
—
—
—
—
2A90
150
145
—
—
—
—
—
—
—
不锈钢
A2-50、A4-50
—
—
—
200
190
—
—
—
—
A2-70、A4-70
—
—
—
280
265
—
—
—
—
钢
4.6、4.8级
—
—
—
—
—
—
170
140
—
构件
6061-T4
—
—
210
—
—
210
—
—
210
6061-T6
—
—
305
—
—
305
—
—
305
6063-T5
—
—
185
—
—
185
—
—
185
6063-T6
—
—
240
—
—
240
—
—
240
6063A-T5
—
—
220
—
—
220
—
—
220
6063A-T6
—
—
255
—
—
255
—
—
255
5083-O/F/H112
—
—
315
—
—
315
—
—
315
一十三、焊缝的强度设计值（MPa）
JGJ102-2003表B.0.1-3
焊接方法和焊条型号
构件钢材
对接焊缝
角焊缝
牌号
厚度或直径
d（mm）
抗压fcw
抗拉和抗弯受拉ftw
抗剪
fvw
抗拉、
抗压和
一级、二级
三级
抗剪ffw
自动焊、半自动焊和E43型焊条的手工焊
Q235钢
d≤16
215
215
185
125
160
16＜d≤40
205
205
175
120
160
40＜d≤60
200
200
170
115
160
自动焊、半自动焊和E50型焊条的手工焊
Q345钢
d≤16
310
310
265
180
200
16＜d≤35
295
295
250
170
200
35＜d≤50
265
265
225
155
200
自动焊、半自动焊和E55型焊条的手工焊
Q390钢
d≤16
350
350
300
205
220
16＜d≤35
335
335
285
190
220
35＜d≤50
315
315
270
180
220
自动焊、半自动焊和E55型焊条的手工焊
Q420钢
d≤16
380
380
320
220
220
16＜d≤35
360
360
305
210
220
35＜d≤50
240
240
290
195
220
一十四、不锈钢螺栓连接的强度设计值（MPa）
JGJ102-2003表B.0.3
类别
组别
性能等级
σb
抗拉
抗剪
A（奥氏体）
A1、A2
50
500
230
175
A3、A4
70
700
320
245
A5
80
800
370
280
C（马氏体）
C1
50
500
230
175
70
700
320
245
100
1000
460
350
C3
80
800
370
280
C4
50
500
230
175
70
700
320
245
F（铁素体）
F1
45
450
210
160
60
600
275
210
一十五、楼层弹性层间位移角限值
GB/T21086-2007表20
建筑高度
结构类型
建筑高度H（m）
H≤150
150＜H≤250
H＞250
框架
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