干挂石材幕墙计算书.docx
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干挂石材幕墙计算书
干挂石材幕墙设计计算书
基本参数：
XX地区基本风压0.650kN/m2
抗震设防烈度7度设计基本地震加速度0。
10g
Ⅰ。
设计依据:
《建筑结构可靠度设计统一标准》GB50068—2001
《建筑结构荷载规范》GB50009—2001（2006版）
《建筑抗震设计规范》GB50011—2001
《混凝土结构设计规范》GB50010-2002
《钢结构设计规范》GB50017-2003
《混凝土结构后锚固技术规程》JGJ145—2004
《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102—2003
《建筑幕墙》JG3035-1996
《玻璃幕墙工程质量检验标准》JGJ/T139-2001
《铝合金建筑型材基材》GB/T5237。
1-2004
《铝合金建筑型材阳极氧化、着色型材》GB/T5237.2-2004
《紧固件机械性能螺栓、螺钉和螺柱》GB/T3098。
1-2000
《紧固件机械性能螺母粗牙螺纹》GB/T3098.2—2000
《紧固件机械性能自攻螺钉》GB/T3098.5-2000
《紧固件机械性能不锈钢螺栓、螺钉和螺柱》GB/T3098.6-2000
《紧固件机械性能不锈钢螺母》GB/T3098.15-2000
《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》GB17841-1999
《建筑结构静力计算手册（第二版）》
《BKCADPM集成系统（BKCADPM2006版）》
Ⅱ.基本计算公式：
（1）.场地类别划分：
地面粗糙度可分为A、B、C、D四类：
-—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。
本工程按B类地区计算风荷载。
（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》GB50009-2001（2006版）规定采用
风荷载计算公式:
Wk=βgz×μs×μz×W0（7。
1。
1—2）
其中:
Wk——-垂直作用在幕墙表面上的风荷载标准值（kN/m2）；
βgz—-—高度Z处的阵风系数，按《建筑结构荷载规范》GB50009—2001（2006版）第7.5。
1条取定。
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.经化简，得：
A类场地：
βgz=0.92×［1+35—0。
072×（Z/10）-0.12]
B类场地:
βgz=0。
89×［1+（Z/10）—0.16］
C类场地:
βgz=0.85×［1+350。
108×（Z/10）-0。
22]
D类场地：
βgz=0。
80×[1+350.252×（Z/10）-0。
30］
μz--—风压高度变化系数，按《建筑结构荷载规范》GB50009—2001（2006版）第7.2。
1条取定.
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=1.000×（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B类地区,故μz=1。
000×（Z/10）0.32
μs—--风荷载体型系数，按《建筑结构荷载规范》GB50009—2001（2006版）第7。
3.3条取为:
-1.2
W0—-—基本风压,按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001（2006版）附表D。
4给出的50年一遇的风压采用，但不得小于0。
3kN/m2,大连地区取为0。
650kN/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，按相应抗震设防烈度和设计基本地震加速度取定：
αmax选择可按JGJ102-2003中的表5.3。
4进行.
表5。
3.4水平地震影响系数最大值αmax
抗震设防烈度
6度
7度
8度
αmax
0.04
0.08（0。
12）
0.16（0。
24）
注：
7、8度时括号内数值分别用于设计基本地震速度为0。
15g和0。
30g的地区。
设计基本地震加速度为0。
05g，抗震设防烈度6度:
αmax=0.04
设计基本地震加速度为0.10g，抗震设防烈度7度:
αmax=0.08
设计基本地震加速度为0。
15g，抗震设防烈度7度:
αmax=0。
12
设计基本地震加速度为0。
20g,抗震设防烈度8度：
αmax=0。
16
设计基本地震加速度为0。
30g，抗震设防烈度8度：
αmax=0.24
设计基本地震加速度为0。
40g，抗震设防烈度9度：
αmax=0。
32
大连设计基本地震加速度为0.10g,抗震设防烈度为7度,故取αmax=0.08
GAK—--幕墙构件的自重（N/m2）
（4）.作用效应组合：
一般规定，幕墙结构构件应按下列规定验算承载力和挠度:
a.无地震作用效应组合时，承载力应符合下式要求:
γ0S≤R
b.有地震作用效应组合时，承载力应符合下式要求：
SE≤R/γRE
式中S-—-荷载效应按基本组合的设计值；
SE-——地震作用效应和其他荷载效应按基本组合的设计值；
R--—构件抗力设计值;
γ0———-结构构件重要性系数，应取不小于1。
0;
γRE--——结构构件承载力抗震调整系数，应取1.0;
c。
挠度应符合下式要求：
df≤df,lim
df-—-构件在风荷载标准值或永久荷载标准值作用下产生的挠度值；
df,lim-——构件挠度限值;
d.双向受弯的杆件，两个方向的挠度应分别符合df≤df,lim的规定。
幕墙构件承载力极限状态设计时,其作用效应的组合应符合下列规定：
1有地震作用效应组合时，应按下式进行：
S=γGSGK+γwψwSWK+γEψESEK
2无地震作用效应组合时，应按下式进行：
S=γGSGK+ψwγwSWK
S-——作用效应组合的设计值；
SGk---永久荷载效应标准值；
SWk———风荷载效应标准值；
SEk—--地震作用效应标准值；
γG——-永久荷载分项系数；
γW-—-风荷载分项系数；
γE—--地震作用分项系数；
ψW—--风荷载的组合值系数;
ψE--—地震作用的组合值系数；
进行幕墙构件的承载力设计时，作用分项系数，按下列规定取值：
①一般情况下，永久荷载、风荷载和地震作用的分项系数γG、γW、γE应分别取1。
2、1。
4和1。
3；
②当永久荷载的效应起控制作用时，其分项系数γG应取1。
35；此时,参与组合的可变荷载效应仅限于竖向荷载效应；
③当永久荷载的效应对构件利时，其分项系数γG的取值不应大于1。
0。
可变作用的组合系数应按下列规定采用：
①一般情况下，风荷载的组合系数ψW应取1.0，地震作用于的组合系数ψE应取0。
5。
②对水平倒挂玻璃及框架，可不考虑地震作用效应的组合,风荷载的组合系数ψW应取1。
0（永久荷载的效应不起控制作用时）或0。
6（永久荷载的效应起控制作用时）。
幕墙构件的挠度验算时,风荷载分项系数γW和永久荷载分项系数均应取1。
0,且可不考虑作用效应的组合.
Ⅲ。
材料力学性能:
材料力学性能，主要参考JGJ102—2003《玻璃幕墙工程技术规范》。
（1）.玻璃的强度设计值应按表5.2。
1的规定采用。
表5.2.1玻璃的强度设计值fg（N/mm2）
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
注:
1.夹层玻璃和中空玻璃的强度设计值可按所采用的玻璃类型确定;
2.当钢化玻璃的强度标准达不到浮法玻璃强度标准值的3倍时，表中数值应根据实测结果予于调整；
3.半钢化玻璃强度设计值可取浮法玻璃强度设计值的2倍.当半钢化玻璃的强度标准值达不到浮法玻璃强度标准值的2倍时,其设计值应根据实测结果予于调整;
4.侧面玻璃切割后的断面，其宽度为玻璃厚度.
（2）.铝合金型材的强度设计值应按表5。
2。
2的规定采用。
表5。
2。
2铝合金型材的强度设计值fa（N/mm2）
铝合金牌号
状态
壁厚（mm）
强度设计值fa
抗拉、抗压
抗剪
局部承压
6061
T4
不区分
85.5
49。
6
133。
0
T6
不区分
190.5
110。
5
199.0
6063
T5
不区分
85.5
49。
6
120.0
T6
不区分
140。
0
81.2
161。
0
6063A
T5
≦10
124。
4
72。
2
150。
0
〉10
116。
6
67.6
141.5
T6
≦10
147.7
85.7
172.0
>10
140.0
81.2
163。
0
（3）.钢材的强度设计值应按现行国家标准《钢结构设计规范》GB50017-2003的规定采用，也可按表5。
2.3采用。
表5.2。
3钢材的强度设计值fs（N/mm2）
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
16＜d≤40
205
120
40＜d≤60
200
115
Q345
d≤16
310
180
400
16＜d≤35
295
170
35＜d≤50
265
155
注：
表中厚度是指计算点的钢材厚度；对轴心受力杆件是指截面中较厚钢板的厚度.
（4）。
玻璃幕墙材料的弹性模量可按表5。
2。
8的规定采用.
表5。
2。
8材料的弹性模量E（N/mm2）
材料
E
玻璃
0.72ｘ105
铝合金
0.70ｘ105
钢、不锈钢
2。
06ｘ105
消除应力的高强钢丝
2。
05ｘ105
不锈钢绞线
1。
20ｘ105~1。
50ｘ105
高强钢绞线
1。
95ｘ105
钢丝绳
0.80ｘ105～1.00ｘ105
注：
钢绞线弹性模量可按实测值采用。
（5）.玻璃幕墙材料的泊松比可按表5.2.9的规定采用。
表5.2.9材料的泊松比υ
材料
υ
材料
υ
玻璃
0.20
钢、不锈钢
0。
30
铝合金
0。
33
高强钢丝、钢绞线
0。
30
（6）。
玻璃幕墙材料的线膨胀系数可按表5。
2。
10的规定采用.
表5。
2.10材料的线膨胀系数α（1/℃）
材料
α
材料
α
玻璃
0。
80×10—5～1。
00×10—5
不锈钢板
1。
80×10—5
铝合金
2.35×10-5
混凝土
1。
00×10-5
铝材
1.20×10—5
砌砖体
0.50×10—5
（7）.玻璃幕墙材料的重力密度标准值可按表5。
3。
1的规定采用.
表5.3。
1材料的重力密度γg（kN/m3）
材料
γg
材料
γg
普通玻璃、夹层玻璃、
钢化玻璃、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
28。
0
一、风荷载计算
标高为37。
9m处风荷载计算
（1）。
风荷载标准值计算：
W0：
基本风压
W0=0。
65kN/m2
βgz:
37.9m高处阵风系数（按B类区计算）
βgz=0。
89×[1+（Z/10）-0。
16］=1.609
μz:
37。
9m高处风压高度变化系数（按B类区计算）：
（GB50009—2001（2006版））
μz=1。
000×（Z/10）0。
32
=1.000×（37。
9/10）0。
32=1.532
μs：
风荷载体型系数
μs=—1。
20
Wk=βgz×μz×μs×W0（GB50009-2001（2006版））
=1.609×1。
532×1.2×0。
650
=1。
923kN/m2
（2）。
风荷载设计值:
W：
风荷载设计值（kN/m2）
γw:
风荷载作用效应的分项系数：
1。
4
按《建筑结构荷载规范》GB50009-20013.2。
5规定采用
W=γw×Wk=1。
4×1.923=2.692kN/m2
二、板强度校核：
1。
石材强度校核
用级石材，其抗弯强度标准值为:
8。
0N/mm2
石材抗弯强度设计值：
3。
70N/mm2
石材抗剪强度设计值:
1.90N/mm2
校核依据:
σ≤［σ］=3.700N/mm2
Ao:
石板短边长：
0.600m
Bo：
石板长边长：
1。
100m
a:
计算石板抗弯所用短边长度:
0。
600m
b：
计算石板抗弯所用长边长度：
0.900m
t：
石材厚度:
25。
0mm
GAK：
石板自重=700。
00N/mm2
m1：
四角支承板弯矩系数,按短边与长边的边长比（a/b=0.667）
查表得:
0.1383
Wk:
风荷载标准值：
1.923kN/m2
垂直于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（kN/m2）
qEAk=5×αmax×GAK
=5×0。
080×700。
000/1000
=0。
280kN/m2
荷载组合设计值为:
Sz=1.4×Wk+1.3×0。
5×qEAk
=2.874kN/m2
应力设计值为：
σ=6×m1×Sz×b2×103/t2
=6×0。
1383×2。
874×0.9002×103/25.02
=3.091N/mm2
3。
091N/mm2≤3。
700N/mm2强度可以满足要求
2。
石材剪应力校核
校核依据：
τmax≤[τ]
τ:
石板中产生的剪应力设计值（N/mm2）
n:
一个连接边上的挂钩数量:
2
t:
石板厚度:
25。
0mm
d：
槽宽：
7。
0mm
s:
槽底总长度:
60.0mm
β：
系数,取1.25
对边开槽
τ=Sz×Ao×Bo×β×1000/[n×（t—d）×s］
=1。
098N/mm2
1.098N/mm2≤1.900N/mm2
石材抗剪强度可以满足
3。
挂钩剪应力校核
校核依据:
τmax≤[τ]
τ:
挂钩剪应力设计值（N/mm2）
Ap：
挂钩截面面积:
19。
600mm2
n：
一个连接边上的挂钩数量:
2
对边开槽
τ=Sz×Ao×Bo×β×1000/（2×n×Ap）
=30。
245N/mm2
30.245N/mm2≤125。
000N/mm2
挂板抗剪强度可以满足
三、幕墙立柱计算：
1.荷载计算：
（1）风荷载均布线荷载设计值（矩形分布）
qw：
风荷载均布线荷载设计值（kN/m）
W:
风荷载设计值：
2。
692kN/m2
B:
幕墙分格宽:
1.000m
qw=W×B
=2.692×1.000
=2.692kN/m
（2）立柱弯矩：
Mw：
风荷载作用下立柱弯矩（kN。
m）
qw：
风荷载均布线荷载设计值:
2。
692（kN/m）
Hsjcg:
立柱计算跨度:
3.300m
Mw=qw×Hsjcg2/8
=2.692×3.3002/8
=3.664kN·m
qEA:
地震作用设计值（KN/m2）：
垂直于幕墙平面的均布水平地震作用标准值:
qEAk：
垂直于幕墙平面的均布水平地震作用标准值（kN/m2）
qEAk=5×αmax×GAk
=5×0.080×700.000/1000
=0。
280kN/m2
γE:
幕墙地震作用分项系数：
1.3
qEA=1。
3×qEAk
=1.3×0。
280
=0。
364kN/m2
qE：
水平地震作用均布线作用设计值（矩形分布）
qE=qEA×B
=0.364×1.000
=0。
364kN/m
ME:
地震作用下立柱弯矩（kN·m）：
ME=qE×Hsjcg2/8
=0。
364×3。
3002/8
=0.495kN·m
M：
幕墙立柱在风荷载和地震作用下产生弯矩（kN·m）
采用SW+0。
5SE组合
M=Mw+0。
5×ME
=3.664+0.5×0.495
=3。
912kN·m
2。
选用立柱型材的截面特性：
立柱型材号：
XC1\HHH
选用的立柱材料牌号:
Q235d<=16
型材强度设计值：
抗拉、抗压215.000N/mm2抗剪125.0N/mm2
型材弹性模量:
E=2.10×105N/mm2
X轴惯性矩:
Ix=101。
000cm4
Y轴惯性矩：
Iy=16.600cm4
立柱型材在弯矩作用方向净截面抵抗矩：
Wn=25。
300cm3
立柱型材净截面积：
An=10.250cm2
立柱型材截面垂直于X轴腹板的截面总宽度：
LT_x=6.000mm
立柱型材计算剪应力处以上（或下）截面对中和轴的面积矩：
Ss=37.400cm3
塑性发展系数：
γ=1.05
3.幕墙立柱的强度计算:
校核依据:
N/An+M/（γ×Wn）≤ｆa=215。
0N/mm2（拉弯构件）
B：
幕墙分格宽：
1.000m
幕墙自重线荷载:
Gk=700×B/1000
=700×1.000/1000
=0。
700kN/m
Nk:
立柱受力：
Nk=Gk×L
=0。
700×3。
300
=2.310kN
N:
立柱受力设计值:
rG：
结构自重分项系数:
1.2
N=1。
2×Nk
=1。
2×2。
310
=2。
772kN
σ:
立柱计算强度（N/mm2）（立柱为拉弯构件）
N:
立柱受力设计值：
2.772kN
An：
立柱型材净截面面积：
10.250cm2
M:
立柱弯矩：
3。
912kN·m
Wn:
立柱在弯矩作用方向净截面抵抗矩:
25。
300cm3
γ:
塑性发展系数：
1。
05
σ=N×10/An+M×103/（1.05×Wn）
=2.772×10/10.250+3.912×103/（1.05×25。
300）
=149。
965N/mm2
149.965N/mm2〈ｆa=215。
0N/mm2
立柱强度可以满足
4.幕墙立柱的刚度计算：
校核依据:
df≤L/250
df:
立柱最大挠度
df=5×qWk×Hsjcg4×1000/（384×2.1×Ix）=14。
000mm
Du:
立柱最大挠度与其所在支承跨度（支点间的距离）比值:
L：
立柱计算跨度：
3.300m
Du=U/（L×1000）
=14。
000/（3.300×1000）
=1/236
1/236〉1/250
挠度不满足要求！
层间增加一支点，立柱计算跨度：
1。
65m计算如下：
校核依据:
df≤L/250
df=5×qWk×Hsjcg4×1000/（384×2。
1×Ix）=0。
875mm
Du：
立柱最大挠度与其所在支承跨度（支点间的距离）比值：
L：
立柱计算跨度:
1。
650m
Du=U/（L×1000）
=0。
875/（1.650×1000）
=1/1886〈1/250
挠度可以满足要求！
5。
立柱抗剪计算:
校核依据:
τmax≤[τ]=125.0N/mm2
（1）Qwk:
风荷载作用下剪力标准值（kN）
Qwk=Wk×Hsjcg×B/2
=1。
923×3。
300×1.000/2
=3.173kN
（2）Qw:
风荷载作用下剪力设计值（kN）
Qw=1。
4×Qwk
=1。
4×3.173
=4.442kN
（3）QEk：
地震作用下剪力标准值（kN）
QEk=qEAk×Hsjcg×B/2
=0。
280×3。
300×1.000/2
=0.462kN
（4）QE：
地震作用下剪力设计值（kN）
QE=1.3×QEk
=1。
3×0.462
=0.601kN
（5）Q:
立柱所受剪力:
采用Qw+0.5QE组合
Q=Qw+0。
5×QE
=4.442+0。
5×0。
601
=4.743kN
（6）立柱剪应力:
τ:
立柱剪应力:
Ss:
立柱型材计算剪应力处以上（或下）截面对中和轴的面积矩：
37.400cm3
立柱型材截面垂直于X轴腹板的截面总宽度：
LT_x=6.000mm
Ix：
立柱型材截面惯性矩：
101。
000cm4
τ=Q×Ss×100/（Ix×LT_x）
=4.743×37。
400×100/（101.000×6.000）
=29.270N/mm2
τ=29.270N/mm2<125.0N/mm2
立柱抗剪强度可以满足
四、立柱与主结构连接
采用SG+SW+0.5SE组合
N1wk:
连接处风荷载总值（N）：
N1wk=Wk×B×Hsjcg×1000
=1。
923×1。
000×3.300×1000
=6345。
9N
连接处风荷载设计值（N）:
N1w=1。
4×N1wk
=1.4×6345.9
=8884.26N
N1Ek：
连接处地震作用（N）：
N1Ek=qEAk×B×Hsjcg×1000
=0.280×1。
000×3.300×1000
=924。
0N
N1E:
连接处地震作用设计值（N）:
N1E=1.3×N1Ek
=1.3×924。
0
=1201。
2N
N1:
连接处水平总力（N）:
N1=N1w+0。
5×N1E
=8884.26+0.5×1201。
2
=9484。
86N
N2：
连接处自重总值设计值（N）：
N2k=700×B×Hsjcg
=700×1。
000×3。
300
=2310。
0N
N2:
连接处自重总值设计值（N）：
N2=1。
2×N2k
=1.2×2310。
0
=2772。
0N
N：
连接处总合力（N）：
N=（N12+N22）0。
5
=（9484。
862+2772.0002）0。
5
=9881。
63N
根据《钢结构设计规范》GB50017-2003公式7。
1.1—1、7。
1。
1-2和7.1.1—3计算
hf：
角焊缝焊脚尺寸8.000mm
L：
角焊缝实际长度80。
000mm
he：
角焊缝的计算厚度=0。
7hf=5.6mm
Lw:
角焊缝的计算长度=L—2hf=64。
0mm
fhf
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