柳南万达华城7楼铝合金玻璃栏杆计算书详解.docx
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柳南万达华城7楼铝合金玻璃栏杆计算书详解
柳南万达华城7#楼铝合金玻璃栏杆
设计计算书
设计：
校对：
审核：
批准：
厦门开联装饰工程有限公司
二〇一六年三月十五日
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基本参数3
2.1栏杆所在地区3
2.2地面粗糙度分类等级3
2.3抗震设防3
3栏杆承受荷载计算4
3.1风荷载标准值的计算方法4
3.2计算支撑结构时的风荷载标准值5
3.3计算面板材料时的风荷载标准值6
3.4垂直于栏杆平面的分布水平地震作用标准值6
3.5平行于栏杆平面的集中水平地震作用标准值6
3.6作用效应组合6
4栏杆横杆计算7
4.1栏杆横杆荷载计算7
4.2栏杆横杆在水平荷载作用下的强度计算8
4.3在水平荷载作用下横杆挠度计算8
5栏杆立杆计算9
5.1栏杆立杆荷载计算9
5.2栏杆弯矩设计值计算10
5.3栏杆立杆抗弯强度校核10
5.4栏杆立杆挠度计算12
6栏杆玻璃的计算13
6.1玻璃板块荷载计算14
6.2玻璃的强度计算14
6.3玻璃最大挠度校核15
7附录常用材料的力学及其它物理性能17
建筑护栏设计计算书
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》JGJ145-2013
《混凝土结构加固设计规范》GB50367-2013
《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
《钢结构焊接规范》GB50661-2011
《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》GB50016-2014
《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/T18915.1-2013
《镀膜玻璃第2部分：
低辐射镀膜玻璃》GB/T18915.2-2013
《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（2014）
《压花玻璃》JC/T511-2002
《中空玻璃》GB/T11944-2012
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/T5118-2012
《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/T3094-2012
《碳钢焊条》GB/T5117-2012
《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
《建筑铝合金型材用聚酰胺隔热条》JG/T174-2014
《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
《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
《金属材料拉伸试验第1部分：
室温试验方法》GB/T228.1-2010
11.7《建筑结构静力计算手册》（第二版）
11.8土建图纸：
12基本参数
12.1栏杆所在地区
柳州地区；
12.2地面粗糙度分类等级
栏杆属于外围护构件，按《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）
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。
12.3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：
1.特殊设防类：
指使用上有特殊设施，涉及国家公共安全的重大建筑工程和地震时可能发生严重次生灾害等特别重大灾害后果，需要进行特殊设防的建筑，简称甲类；
2.重点设防类：
指地震时使用功能不能中断或需尽快恢复的生命线相关建筑，以及地震时可能导致大量人员伤亡等重大灾害后果，需要提高设防标准的建筑，简称乙类；
3.标准设防类：
指大量的除1、2、4款以外按标准要求进行设防的建筑，简称丙类；
4.适度设防类：
指使用上人员稀少且震损不致产生次生灾害，允许在一定条件下适度降低要求的建筑，简称丁类；
在围护结构抗震设计计算中：
1.特殊设防类，应按高于本地区抗震设防烈度提高一度的要求加强其抗震措施，同时，应按批准的地震安全性评价的结果且高于本地区抗震设防烈度的要求确定其地震作用；
2.重点设防类，应按高于本地区抗震设防烈度一度的要求加强其抗震措施，同时，应按本地区抗震设防烈度确定其地震作用；
3.标准设防类，应按本地区抗震设防烈度确定其抗震措施和地震作用；
4.适度设防类，应按本地区抗震设防烈度确定其抗震措施和地震作用；
根据国家规范《建筑抗震设计规范》GB50011-2010，柳州地区地震基本烈度为：
6度，地震动峰值加速度为0.05g，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=0.04；
13栏杆承受荷载计算
13.1风荷载标准值的计算方法
栏杆属于外围护构件，按《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）计算：
wk=βgzμzμs1w0……8.1.1-2[GB50009-2012]
上式中：
wk：
作用在栏杆上的风荷载标准值（MPa）；
Z：
计算点标高：
10m；
βgz：
高度z处的阵风系数；
根据不同场地类型,按以下公式计算：
βgz=1+2gI10（z/10）-α……条文说明部分8.6.1[GB50009-2012]
其中A、B、C、D四类地貌类别截断高度分别为：
5m、10m、15m、30m；
A、B、C、D四类地貌类别梯度高度分别为：
300m、350m、450m、550m；
也就是：
对A类场地：
当z>300m时，取z=300m，当z<5m时，取z=5m；
对B类场地：
当z>350m时，取z=350m，当z<10m时，取z=10m；
对C类场地：
当z>450m时，取z=450m，当z<15m时，取z=15m；
对D类场地：
当z>550m时，取z=550m，当z<30m时，取z=30m；
g：
峰值因子，取2.5；
I10：
10m高名义湍流度，对应A、B、C、D地面粗糙度，可分别取0.12、0.14、0.23和0.39；
α：
地面粗糙度指数，对应A、B、C、D地面粗糙度，可分别取0.12、0.15、0.22和0.30；
对于C类地形，10m高度处的阵风系数为：
βgz=1+2×2.5×0.23×（15/10）-0.22=2.0519
μz：
风压高度变化系数；
根据不同场地类型,按《建筑结构荷载规范》条文说明部分8.2.1提供的公式计算：
A类场地：
μzA=1.284×（z/10）0.24
B类场地：
μzB=1.000×（z/10）0.30
C类场地：
μzC=0.544×（z/10）0.44
D类场地：
μzD=0.262×（z/10）0.60
公式中的截断高度和梯度高度与计算阵风系数时相同，也就是：
对A类场地：
当z>300m时，取z=300m，当z<5m时，取z=5m；
对B类场地：
当z>350m时，取z=350m，当z<10m时，取z=10m；
对C类场地：
当z>450m时，取z=450m，当z<15m时，取z=15m；
对D类场地：
当z>550m时，取z=550m，当z<30m时，取z=30m；
对于C类地形，10m高度处风压高度变化系数：
μz=0.544×（15/10）0.44=0.6502
μs1：
局部风压体型系数；
按《建筑结构荷载规范》GB50009-2012第8.3.3条：
计算围护结构及其连接的风荷载时，可按下列规定采用局部体型系数μs1：
1封闭矩形平面房屋的墙面及屋面可按表8.3.3-1的规定采用；
2檐口、雨篷、遮阳板、边棱处的装饰条等突出构件，取-2.0；
3其它房屋和构筑物可按本规范第8.3.1条规定体型系数的1.25倍取值。
对于栏杆来说，其取值查表得：
μs1
（1）=1.625
按《建筑结构荷载规范》GB50009-2012第8.3.4条：
计算非直接承受风荷载的围护构件风荷载时，局部体型系数可按构件的从属面积折减，折减系数按下列规定采用：
1当从属面积不大于1m2时，折减系数取1.0；
2当从属面积大于或等于25m2时，对墙面折减系数取0.8，对局部体型系数绝对值大于1.0的屋面区域折减系数取0.6，对其它屋面区域折减系数取1.0；
3当从属面积大于1m2且小于25m2时，墙面和绝对值大于1.0的屋面局部体型系数可采用对数插值，即按下式计算局部体型系数：
μs1（A）=μs1
（1）+[μs1（25）-μs1
（1）]logA/1.4……8.3.4[GB50009-2012]
其中：
μs1（25）=0.8μs1
（1）=1.3
计算支撑结构时的构件从属面积：
A=1.15×1.4=1.61m2
LogA=0.207
则计算非直接承受风荷载的支撑结构时的局部风压体型系数为：
μs1（A）=μs1
（1）+[μs1（25）-μs1
（1）]logA/1.4
=1.577
而对直接承受风压的面板结构来说，其局部风压体型系数为：
μs1=1.625
w0：
基本风压值（MPa），根据现行《建筑结构荷载规范》GB50009-2012附表E.5中数值采用，但不小于0.3KN/m2，按重现期50年，柳州地区取0.0003MPa；
13.2计算支撑结构时的风荷载标准值
wk=βgzμzμs1w0
=2.0519×0.6502×1.577×0.0003
=0.000631MPa因为wk<0.001MPa，所以按JGJ102-2003，取wk=0.001MPa。
13.3计算面板材料时的风荷载标准值
wk=βgzμzμs1w0
=2.0519×0.6502×1.625×0.0003
=0.00065MPa因为wk<0.001MPa，所以按JGJ102-2003，取wk=0.001MPa。
13.4垂直于栏杆平面的分布水平地震作用标准值
qEk=βEαmaxGk/A……5.3.4[JGJ102-2003]
qEk：
垂直于栏杆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0.04；
Gk：
栏杆构件的重力荷载标准值（N）；
A：
栏杆构件的面积（mm2）；
13.5平行于栏杆平面的集中水平地震作用标准值
PEk=βEαmaxGk……5.3.5[JGJ102-2003]
PEk：
平行于栏杆平面的集中水平地震作用标准值（N）；
βE：
动力放大系数,取5.0；
αmax：
水平地震影响系数最大值，取0.04；
Gk：
栏杆构件的重力荷载标准值（N）；
按照JGJ102规范5.4节条文说明部分的规定，对于竖向栏杆和与水平面夹角大于75度、小于90度的斜玻璃栏杆，可不考虑竖向地震作用效应的计算和组合。
13.6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：
进行栏杆构件强度、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；
14栏杆横杆计算
基本参数：
1：
计算点标高：
10m；
2：
力学模型：
简支梁；
3：
横杆跨度：
W=1400mm；
4：
栏杆用途：
住宅、宿舍、办公楼、旅馆、医院、托儿所、幼儿园；
5：
横杆材料及特性：
杆件材料：
6063-T6,栏杆横杆；
抗弯强度：
150MPa；
荷载方向（水平）惯性矩：
Iy=527700mm4；
荷载方向（水平）抵抗矩：
Wy=13190mm3；
荷载方向（垂直）惯性矩：
Ix=201700mm4；
荷载方向（垂直）抵抗矩：
Wx=8070mm3；
本处横杆按简支梁力学模型进行设计计算，实际栏杆结构示意图如下：
上图参数：
A=50mm
B=950mm
C=50mm
D=50mm
L=1150mm
W=1400mm
14.1栏杆横杆荷载计算
按规范GB50009-2012第5.5.2条规定：
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（不同时考虑）；
结合本计算的实际情况，只需要考虑qkh=1.0KN/m的顶部水平均布荷载，不必考虑顶部垂直均布荷载。
14.2栏杆横杆在水平荷载作用下的强度计算
（1）横杆在水平荷载作用下的弯矩计算值：
My：
水平荷载作用下的弯矩计算值（N·mm）；
qh：
横杆上作用的水平均布荷载设计值（N/mm）；
qkh：
横杆上作用的水平均布荷载标准值（N/mm）；
W：
横杆跨度（mm）；
My=qhW2/8
=1.4×qkhW2/8
=1.4×1.0×14002/8
=343000N·mm
（2）抗弯强度校核：
按简支梁抗弯强度公式,应满足：
My/γWy≤f
上式中：
My：
水平荷载作用下栏杆横杆的弯矩计算值（N·mm）；
Wy：
横杆在水平荷载作用方向的净截面抵抗矩（mm3）；
γ：
塑性发展系数：
对于冷弯薄壁型钢龙骨，按《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB50018-2002，取1.00；
对于热轧型钢龙骨，按JGJ133或JGJ102规范,取1.05；
对于铝合金龙骨，按最新《铝合金结构设计规范》GB50429-2007，取1.00；
此处取：
γ=1.00；
f：
横杆的抗弯强度计算值，取150MPa；
则：
My/γWy=343000/1.00/13190
=26.005MPa≤150MPa
横杆在水平荷载作用下的抗弯强度满足要求。
14.3在水平荷载作用下横杆挠度计算
Iy：
水平荷载作用方向横杆惯性矩：
527700mm4；
E：
横杆的弹性模量，为70000MPa；
qkh：
横杆水平均布荷载（N/mm）；
W：
横杆跨度（mm）；
水平荷载作用下横杆挠度计算值为：
dfh=5qkhW4/384EIy
=5×1.0×14004/384/70000/527700
=1.354mm
而df,lim=1400/180
=7.778mm
所以，在水平荷载作用下横杆挠度满足设计要求！
15栏杆立杆计算
基本参数：
1：
计算点标高：
10m；
2：
力学模型：
悬臂梁；
3：
立杆跨度：
L=1150mm；
4：
玻璃连接形式：
对边简支；
5：
立杆材料及特性：
杆件材料：
6063-T6,柳州栏杆竖杆
抗弯强度：
150MPa
荷载方向惯性矩：
Ix=756780mm4
荷载方向抵抗矩：
Wx=16817mm3
立杆截面面积：
A=776.987mm2
本处立杆按悬臂梁力学模型进行设计计算。
15.1栏杆立杆荷载计算
对本计算中的栏杆的立杆来说，主要承受的荷载包括：
1：
栏杆相关材料自重荷载传递到立杆上轴向力；
2：
栏杆玻璃承受的风荷载与地震荷载组合以均布荷载方式传递到立杆上；
3：
横杆在水平荷载作用下传递到立杆上集中荷载；
按《建筑结构荷载规范》GB50009-2012要求，并结合实际工程情况，可以确定：
上述的2、3两项荷载不会同时作用，因此计算立杆的时候需要考虑的以下组合：
1：
上述第1项+第2项组合
2：
上述第1项+第3项组合
在实际计算中，栏杆立杆为悬臂梁，由于底端固定，因此应该按压弯杆件进行计算。
（1）横杆传递的作用力：
P：
横杆传递到立杆的水平作用力（N）；
qh：
横杆上作用的均布荷载设计值（N/mm）；
qkh：
横杆上作用的均布荷载标准值（N/mm）；
W：
横杆跨度（mm）；
P=qhW
=1.4×qkhW
=1.4×1.0×1400
=1960N
（2）玻璃板在风荷载作用下的荷载：
qwk：
玻璃板在风荷载作用下的线荷载标准值（N/mm）；
qw：
玻璃板在风荷载作用下的线荷载设计值（N/mm）；
wk：
风荷载标准值（MPa）；
W：
横杆跨度（mm）；
qwk=wkW
=0.001×1400
=1.4N/mm
qw=1.4qwk
=1.4×1.4
=1.96N/mm
（3）玻璃板在地震作用下的荷载：
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0.04；
Gk/A：
每平米构件的重力荷载标准值（N），按0.0005MPa近似选取；
A：
幕墙构件的面积（mm2）；
qEAk=βEαmaxGk/A……5.3.4[JGJ102-2003]
=5.0×0.04×0.0005
=0.0001MPa
qEk：
水平地震作用荷载线标准值（N/mm）；
W：
横杆跨度（mm）；
qEk=qEAkW
=0.0001×1400
=0.14N/mm
qE：
水平地震作用线荷载计算值（N/mm）
qE=1.3qEk
=1.3×0.14
=0.182N/mm
（4）立杆受玻璃传递来的水平荷载组合：
用于强度计算时，采用Sw+0.5SE设计值组合：
……5.4.1[JGJ102-2003]
q：
玻璃通过边接触传递到立杆的水平线荷载设计值（N/mm）；
q=qw+0.5qE
=1.96+0.5×0.182
=2.051N/mm
用于挠度计算时，采用Sw标准值：
……5.4.1[JGJ102-2003
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