点式拉杆结构计算书.docx
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点式拉杆结构计算书
北京XX大学体育馆
点式拉索结构幕墙
设计计算书
设计：
校对：
审核：
批准：
沈阳YY幕墙项目有限公司
二〇〇六年三月二十九日
一、计算引用的规范、标准及资料1
1.幕墙设计规范：
1
2.建筑设计规范：
1
3.铝材规范：
2
4.金属板及石材规范：
2
5.玻璃规范：
2
6.钢材规范：
2
7.胶类及密封材料规范：
3
8.门窗及五金件规范：
3
9.《建筑结构静力计算手册》（第二版>4
10.土建图纸：
4
二、基本参数4
1.幕墙所在地区：
4
2.地面粗糙度分类等级：
4
3.抗震烈度：
4
三、幕墙承受荷载计算4
1.作用在玻璃上的风荷载标准值计算：
4
2.作用在支撑结构上的风荷载标准值计算：
5
3.垂直于幕墙平面的分布水平地震作用标准值：
6
4.作用效应组合：
6
四、点式幕墙大面玻璃的计算7
1.玻璃板块荷载计算：
7
2.玻璃的强度计算：
8
3.玻璃最大挠度校核：
8
五、桁架受力分析：
9
1.荷载作用计算：
9
2.桁架内力分析：
10
3.预估索、杆件截面积计算：
10
六、拉索体系的预应力计算：
11
七、索杆体系桁架强度验算：
11
1.由有效预应力产生的反推力：
11
2.由反推力折算的均布线荷载：
11
3.桁架拉索由水平作用产生的最终计算反推力设计值：
11
4.桁架拉索的拉力设计值：
12
5.索杆件承载力校核：
12
八、施加预应力计算：
12
1.千斤顶显示值：
12
2.测力扳手力矩：
13
九、索杆体系桁架挠度验算：
13
1.索杆体系桁架拉索由水平作用产生的最终计算反推力标准值：
13
2.承力索终态矢高：
13
3.索杆体系桁架挠度：
13
4.索杆体系桁架相对挠度：
13
点式拉索结构幕墙设计计算书
一、计算引用的规范、标准及资料1.幕墙设计规范：
《建筑幕墙》JG3035-1996
《玻璃幕墙项目技术规范》JGJ102-2003
《金属与石材幕墙项目技术规范》JGJ133-2001
《点支式玻璃幕墙项目技术规程》CECS127-2001
《全玻璃幕墙项目技术规程》DBJ/CT014-2001
《玻璃幕墙光学性能》GB/T18091-2000
《建筑幕墙物理性能分级》GB/T15225-94
《建筑幕墙空气渗透性能测试方法》GB/T15226-94
《建筑幕墙风压变形性能测试方法》GB/T15227-94
《建筑幕墙雨水渗透性能测试方法》GB/T15228-94
《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实验方法》GB/T18575-2001
《点支式玻璃幕墙支承装置》JG138-2001
《吊挂式玻璃幕墙支承装置》JG139-2001
2.建筑设计规范：
《建筑结构荷载规范》GB50009-2001
《钢结构设计规范》GB50017-2003
《冷弯薄壁型钢结构设计规范》GB50018-2002
《高层民用钢结构技术规程》JGJ99-98
《建筑设计防火规范》GBJ16-87（2001版>
《高层民用建筑设计防火规范》GB50045-2001
《建筑物防雷设计规范》GB50057-2000
《项目抗震术语标准》JGJ/T97-95
《中国地震烈度表》GB/T17742-1999
《建筑抗震设计规范》GB50011-2001
《建筑抗震设防分类标准》GB50223-2004
《中国地震动参数区划图》GB18306-2000
《采暖通风与空气调节设计规范》GB50019-2003
《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2002
《混凝土结构设计规范》GB50010-2002
《民用建筑热工设计规范》GB50176-93
《民用建筑隔声设计规范》GBJ118-88
《建筑结构可靠度设计统一标准》GB50068-2001
《建筑装饰项目施工质量验收规范》GB50210-2001
《建筑钢结构焊接技术规程》JGJ81-2002
《钢结构防火涂料》GB14907-2002
《碳钢焊条》GB/T5117-1995
《低合金钢焊条》GB/T5118-1995
《铝型材截面几何参数算法及计算机程序要求》YS/T437-2000
3.铝材规范：
《铝幕墙板板基》YS/T429.1-2000
《铝幕墙板氟碳喷漆铝单板》YS/T429.2-2000
《铝及铝合金彩色涂层板、带材》YS/T431-2000
《铝塑复合板用铝带》YS/T432-2000
《铝合金建筑型材》GB/T5237-2000
《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
《变形铝及铝合金化学成份》GB/T3190-1996
《铝及铝合金轧制板材》GB/T3880-1997
《建筑用铝型材、铝板氟碳涂层》JG/T133-2000
4.金属板及石材规范：
《天然花岗石荒料》JC/T204-2001
《天然大理石荒料》JC/T202-2001
《天然板石》GB/T18600-2001
《天然花岗石建筑板材》GB/T18601-2001
《天然大理石建筑板材》JC/T79-2001
《干挂石材幕墙用环氧胶粘剂》JC/T887-2001
《天然饰面石材术语》GB/T13890-92
《建筑材料放射性核素限量》GB6566-2001
《铝塑复合板》GB/T17748-1999
《建筑瓷板装饰项目技术规范》CECS101：
98
《建筑装饰用微晶玻璃》JC/T872-2000
5.玻璃规范：
《建筑玻璃应用技术规程》JGJ113-2003
《普通平板玻璃》GB4871-1995
《浮法玻璃》GB11614－1999
《钢化玻璃》GB/T9963-1998
《幕墙用钢化玻璃与半钢化玻璃》GB/T17841-1999
《建筑用安全玻璃防火玻璃》GB15763.1-2001
《中空玻璃》GB/T11944-2002
《夹层玻璃》GB9962-1999
《镀膜玻璃第一部分阳光控制镀膜玻璃》GB/T18915.1-2002
《镀膜玻璃第二部分低辐射镀膜玻璃》GB/T18915.2-2002
《热反射玻璃》JC693-1998
《热弯玻璃》JC/T915-2003
6.钢材规范：
《不锈钢棒》GB/T1220-1992
《不锈钢冷加工钢棒》GB/T4226-1984
《不锈钢冷扎钢板》GB/T3280-1992
《不锈钢热扎钢板》GB/T4237-1992
《不锈钢热扎钢带》GB/T5090
《冷拔异形钢管》GB/T3094-2000
《碳素结构钢》GB/T700-1988
《优质碳素结构钢》GB/T699-1999
《合金结构钢》GB/T3077-1999
《不锈钢和耐热钢冷扎带钢》GB/T4239-1991
《高耐候结构钢》GB/T4171-2000
《焊接结构用耐候钢》GB/T4172-2000
《低合金高强度结构钢》GB/T1591-1994
《碳素结构和低合金结构钢热轧薄钢板及钢带》GB/T912-1989
《碳素结构和低合金结构钢热轧厚钢板及钢带》GB/T3274-1988
《结构用无缝钢管》JBJ102
《金属覆盖层钢铁制品热镀锌层技术要求》GB/T13912-1992
7.胶类及密封材料规范：
《混凝土接缝用密封胶》JC/T881-2001
《硅酮建筑密封胶》GB/14683-2003
《建筑用硅酮结构密封胶》GB16776-2003
《聚硫建筑密封胶》JC483-1992
《中空玻璃用弹性密封剂》JC486-2001
《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
《中空玻璃用丁基热熔密封胶》JC/T914-2003
《彩色钢板用建筑密封胶》JC/T884-2001
《工业用橡胶板》GB/T5574-1994
《绝热用岩棉、矿棉及其制品》GB/T11835-98
《建筑用防霉密封胶》JC/T885-2001
《建筑表面用有机硅防水剂》JC/T902-2002
《聚氨酯建筑密封胶》JC/T482-2003
8.门窗及五金件规范：
《铝合金门》GB/T8478-2003
《铝合金窗》GB/T8479-2003
《建筑外窗抗风压性能分级及检测方法》GB/T7106-2002
《建筑外窗气密性能分级及检测方法》GB/T7107-2002
《建筑外窗水密性能分级及检测方法》GB/T7108-2002
《建筑外窗空气隔声性能分级及检测方法》GB/T8485-2002
《铝合金门窗项目设计、施工及验收规范》DBJ15-30-2002
《建筑外窗采光性能分级及检测方法》GB/T11976-2002
《地弹簧》GB/T9296-1988
《平开铝合金窗执手》GB/T9298-1988
《铝合金窗不锈钢滑撑》GB/T9300-1988
《铝合金门插销》GB/T9297-1988
《铝合金窗撑挡》GB/T9299-1988
《铝合金门窗拉手》GB/T9301-1988
《铝合金窗锁》GB/T9302-1988
《铝合金门锁》GB/T9303-1988
《闭门器》GB/T9305-1988
《推拉铝合金门窗用滑轮》GB/T9304-1988
《紧固件螺栓和螺钉》GB/T5277
《十字槽盘头螺钉》GB/T818-2000
《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
9.《建筑结构静力计算手册》（第二版>
10.土建图纸：
二、基本参数1.幕墙所在地区：
北京地区；
2.地面粗糙度分类等级：
幕墙属于外围护构件，按《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001>
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，本项目按C类地区考虑。
3.抗震烈度：
按照国家规范《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001>、《中国地震动参数区划图》（GB18306-2000>规定，北京地区地震基本烈度为8度，地震动峰值加速度为0.2g，水平地震影响系数最大值为：
αmax=0.16。
三、幕墙承受荷载计算1.作用在玻璃上的风荷载标准值计算：
幕墙属于外围护构件，按建筑结构荷载规范（GB50009-2001>计算：
wk=βgzμzμsw0……7.1.1-2[GB50009-2001]
上式中：
wk：
作用在幕墙上的风荷载标准值（MPa>；
Z：
计算点标高：
100m；
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:
βgz=K（1+2μf>
其中K为地面粗糙度调整系数，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
对于C类地区，100m高度处瞬时风压的阵风系数：
βgz=0.85×（1+2×（0.734（Z/10>-0.22>>=1.6019
μz：
风压高度变化系数；
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
当Z>300m时，取Z=300m，当Z<5m时，取Z=5m；
B类场地:
μz=（Z/10>0.32
当Z>350m时，取Z=350m，当Z<10m时，取Z=10m；
C类场地:
μz=0.616×（Z/10>0.44
当Z>400m时，取Z=400m，当Z<15m时，取Z=15m；
D类场地:
μz=0.318×（Z/10>0.60
当Z>450m时，取Z=450m，当Z<30m时，取Z=30m；
对于C类地区，100m高度处风压高度变化系数：
μz=0.616×（Z/10>0.44=1.6966
μs：
风荷载体型系数，根据计算点体型位置取1.2；
w0：
基本风压值（MPa>，根据现行<<建筑结构荷载规范>>GB50009-2001附表D.4（全国基本风压分布图>中数值采用，按重现期50年，北京地区取0.00045MPa；
wk=βgzμzμsw0
=1.6019×1.6966×1.2×0.00045
=0.001468MPa
2.作用在支撑结构上的风荷载标准值计算：
幕墙属于外围护构件，按《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001>和《点支式玻璃幕墙项目技术规范》（CECS127:
2001>计算：
wK=1.1βzμzμsw0……5.3.6.2[CECS127:
2001]
上式中：
wK：
作用在支撑结构上的风荷载标准值（MPa>；
Z：
计算点标高：
100m；
βz：
风振系数，因为索、杆结构体系自重轻，自振频率低，在风荷载作用下容易产生较大的变形和振动，因此在这里用风振系数来计算。
根据不同高度，按以下原则考虑:
Z≤15m，βz=2
15m25mZ>40m，βz=2.7
对于本例，100m高度处风振系数取：
βz=2.7
μz：
风压高度变化系数；
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
当Z>300m时，取Z=300m，当Z<5m时，取Z=5m；
B类场地:
μz=（Z/10>0.32
当Z>350m时，取Z=350m，当Z<10m时，取Z=10m；
C类场地:
μz=0.616×（Z/10>0.44
当Z>400m时，取Z=400m，当Z<15m时，取Z=15m；
D类场地:
μz=0.318×（Z/10>0.60
当Z>450m时，取Z=450m，当Z<30m时，取Z=30m；
对于C类地区，100m高度处风压高度变化系数：
μz=0.616×（Z/10>0.44=1.6966
μs：
风荷载体型系数，根据计算点体型位置取1.2；
w0：
基本风压值（MPa>，根据现行<<建筑结构荷载规范>>GB50009-2001附表D.4（全国基本风压分布图>中数值采用，按重现期50年，北京地区取0.00045MPa；
wK=1.1βzμzμsw0
=1.1×2.7×1.6966×1.2×0.00045
=0.002721MPa
3.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0.16；
Gk：
幕墙构件的重力荷载标准值（N>；
A：
幕墙构件的面积（mm2>；
4.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；
进行位移及挠度计算时；
重力荷载：
γG：
1.0；
风荷载：
γw：
1.0；
地震作用：
可不考虑其组合；
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；
四、点式幕墙大面玻璃的计算基本参数：
1：
计算点标高：
100m；
2：
分格尺寸：
宽×高=B×H=1500mm×1800mm；
3：
支撑点间距：
宽度方向×高度方向=B1×H1=1250mm×1550mm；
4：
玻璃配置：
单片玻璃，钢化玻璃12mm；
5：
驳接形式：
四点驳接；
模型简图为：
1.玻璃板块荷载计算：
（1>玻璃板块自重：
GAk：
玻璃板块单位面积自重（仅指玻璃>（MPa>；
t：
玻璃板块厚度（mm>；
γg：
玻璃的体积密度（N/mm3>；
GAk=γgt
=0.0000256×12
=0.000307MPa
（2>垂直于幕墙平面的分布水平地震作用：
qEAk：
垂直于幕墙平面的分布水平地震作用（MPa>；
βE：
动力放大系数,取5.0；
αmax：
水平地震影响系数最大值，取0.16；
GAk：
玻璃单位面积自重（MPa>；
qEAk=βEαmaxGAk……5.2.5[JGJ133-2001]
=5.0×0.16×0.000307
=0.000246MPa
（3>作用在玻璃上的风荷载及地震作用荷载组合：
用于强度计算时，采用Sw+0.5SE设计值组合：
……5.4.1[JGJ102-2003]
q=1.4wk+0.5×1.3qEAk
=1.4×0.001468+0.5×1.3×0.000246
=0.002215MPa
Sw+0.5SE标准值组合：
qk=wk+0.5qEAk
=0.001468+0.5×0.000246
=0.001591MPa
用于挠度计算时，采用Sw标准值：
……5.4.1[JGJ102-2003]
wk=0.001468MPa
2.玻璃的强度计算：
校核依据：
σ≤[fg]
θ：
玻璃的计算参数；
η：
玻璃的折减系数；
qk：
作用在玻璃上的荷载组合标准值（MPa>；
b：
支撑点间玻璃面板长边边长（mm>；
E：
玻璃的弹性模量（MPa>；
t：
玻璃厚度（mm>；
θ=qkb4/Et4……6.1.2-3[JGJ102-2003]
=0.001591×15504/72000/124
=6.151
按系数θ，查表6.1.2-2[JGJ102-2003]，η=0.991；
σ：
玻璃在组合荷载作用下的板中最大应力设计值（MPa>；
q：
作用在幕墙玻璃上的荷载组合设计值（MPa>；
b：
支撑点间玻璃面板长边边长（mm>；
t：
玻璃厚度（mm>；
m：
玻璃弯矩系数,取m=0.1424；
σ=6mqb2η/t2……6.1.2[JGJ102-2003]
=6×0.1424×0.002215×15502×0.991/122
=31.29MPa
31.29MPa≤fg=84MPa（钢化玻璃>
玻璃的强度满足要求!
3.玻璃最大挠度校核：
校核依据：
df=ημwkb4/D≤df,lim……6.1.3-2[JGJ102-2003]
上面公式中：
df：
玻璃板挠度计算值（mm>；
η：
玻璃的挠度折减系数，按照θ=wkb4/Et4查表，为0.995；
μ：
玻璃挠度系数，取μ=0.0186；
wk：
风荷载标准值（MPa>
b：
支撑点间玻璃面板长边边长（mm>；
D：
玻璃的弯曲刚度（N·mm>；
df,lim：
许用挠度，取支撑点间玻璃面板长边边长的1/60，为25.833mm；
其中：
D=Et3/（12（1-υ2>>……6.1.3-1[JGJ102-2003]
上式中：
E：
玻璃的弹性模量（MPa>；
t：
玻璃的厚度（mm>；
υ：
玻璃材料泊松比，为0.2；
D=Et3/（12（1-υ2>>
=72000×123/（12×（1-0.22>>
=10800000N·mm
df=ημwkb4/D
=0.995×0.0186×0.001468×15504/10800000
=14.52mm
14.52mm≤df,lim=25.833mm（钢化玻璃>
玻璃挠度能满足要求!
五、桁架受力分析：
基本参数：
1：
计算点标高：
100m；
2：
面板分格尺寸：
1800mm×1500mm；
3：
桁架跨度：
L=8000mm；
4：
初始状态矢高：
f0=1000mm；
5：
支撑体系：
拉索式结构，折线形；
1.荷载作用计算：
（1>水平作用面荷载组合计算：
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0.16；
Gk：
幕墙构件的重力荷载标准值（N>，（含面板和框架>；
A：
幕墙构件的面积（mm2>；
qEAk=βEαmaxGk/A……5.3.4[JGJ102-2003]
=5.0×0.16×0.0004
=0.00032MPa
qEA：
水平地震作用荷载设计值（MPa>；
qEA=1.3qEAk
=1.3×0.00032
=0.000416MPa
wK：
风荷载标准值（MPa>；
qAk：
水平作用面荷载标准值组合（MPa>；
qAk=wK+0.5×qEAK
=0.002721+0.5×0.00032
=0.002881MPa
w：
风荷载设计值（MPa>；
qA：
水平作用面荷载设计值组合（MPa>；
qA=w+0.5×qEA
=1.4×0.002721+0.5×0.000416
=0.004017MPa
（2>水平作用线荷载组合计算：
qk：
水平作用线荷载标准值组合（N/mm>；
B：
垂直于跨度方向板分格（mm>。
qk=B×qAk
=1800×0.002881
=5.186N/mm
q：
水平作用线荷载设计值组合（N/mm>；
q=B×qA
=1800×0.004017
=7.231N/mm
2.桁架内力分析：
采用“代梁”法对索杆体系桁架进行分析：
（1>反推力计算：
M0L/2：
“代梁”跨中弯矩（N·mm>；
L：
桁架跨度（mm>；
q：
水平作用线荷载设计值组合（N/mm>；
M0L/2=q×L2/8
=7.231×80002/8
=57848000N·mm
Hx：
水平作用产生的反
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