石材幕墙设计计算书.docx

1、石材幕墙设计计算书包头医学院图书馆石材幕墙设计计算书 基本参数: 包头地区基本风压0.500kN/m2 抗震设防烈度8度 设计基本地震加速度0.2g .设计依据: 建筑结构可靠度设计统一标准 GB 50068-2001 建筑结构荷载规范 GB 50009-2001 建筑抗震设计规范 GB 50011-2001 混凝土结构设计规范 GB 50010-2002 钢结构设计规范 GB 50017-2003 混凝土结构后锚固技术规程JGJ 145-2004 金属与石材幕墙工程技术规范 JGJ 133-2001 建筑幕墙 JG 3035-1996 紧固件机械性能 螺栓、螺钉和螺柱 GB/T 3098.1

2、-2000 建筑结构静力计算手册 (第二版) BKCADPM集成系统(BKCADPM2006版).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。 本工程为：包头东河区烈士陵园北侧，按C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规定采用 风荷载计算公式: Wk=gzszW0 （7.1.1-2） 其中: Wk-垂直

3、作用在幕墙表面上的风荷载标准值(kN/m2)； gz-高度Z处的阵风系数,按建筑结构荷载规范GB50009-2001第7.5.1条取定。 根据不同场地类型,按以下公式计算:gz=K(1+2f) 其中K为地区粗糙度调整系数，f为脉动系数。经化简，得： A类场地: gz=0.921+35-0.072(Z/10)-0.12 B类场地: gz=0.891+(Z/10)-0.16 C类场地: gz=0.851+350.108(Z/10)-0.22 D类场地: gz=0.801+35(0.252)(Z/10)-0.30 z-风压高度变化系数,按建筑结构荷载规范GB50009-2001第7.2.1条取定。

4、根据不同场地类型,按以下公式计算: A类场地: z=1.379(Z/10)0.24 B类场地: z=1.000(Z/10)0.32 C类场地: z=0.616(Z/10)0.44 D类场地: z=0.318(Z/10)0.60 本工程属于C类地区,故z=0.616(Z/10)0.44 s-风荷载体型系数,按建筑结构荷载规范GB50009-2001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附表D.4给出的50年一遇的风压采用，但不得小于0.3kN/m2，包头地区取为0.500kN/m2(3).地震作用计算: qEAk=EmaxGAK 其中: qEAk

5、-水平地震作用标准值 E-动力放大系数,按 5.0 取定 max-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: max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max抗震设防烈度6度7度8度max0.040.08(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： max=0.04 设计基本地震加速度为0.10g，抗震设防烈度7度： max=0.08 设计基本地震加速度为0.15g，抗震设防烈度7度： max=0.

6、12 设计基本地震加速度为0.20g，抗震设防烈度8度： max=0.16 设计基本地震加速度为0.30g，抗震设防烈度8度： max=0.24 设计基本地震加速度为0.40g，抗震设防烈度9度： max=0.32 临河设计基本地震加速度为0.15g，抗震设防烈度为7度，故取max=0.12 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： 0S R b.有地震作用效应组合时，承载力应符合下式要求： SE R/RE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

7、按基本组合的设计值； R-构件抗力设计值； 0-结构构件重要性系数，应取不小于1.0； RE-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dfdf,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=GSGK+wwSWK+EESEK 2 .无地震作用效应组合时，应按下式进行： S=GSGK+wwSWK S-作用效应组合的设计值； SGk-永久荷

8、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； G-永久荷载分项系数； W-风荷载分项系数； E-地震作用分项系数； W-风荷载的组合值系数； E-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： 一般情况下，永久荷载、风荷载和地震作用的分项系数G、W、E应分别取1.2、1.4和1.3； 当永久荷载的效应起控制作用时，其分项系数G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； 当永久荷载的效应对构件利时，其分项系数G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： 一般情况下，风荷载的组合系数W应取1.0，

9、地震作用于的组合系数E应取0.5。 幕墙构件的挠度验算时，风荷载分项系数W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。.材料力学性能:(1).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Q235d1621512532516d4020512040d60200115Q345d1631018040016d3529517035d50265155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.室内墙面

10、、圆柱不计算。设计材料验算：墙体连接螺栓12X110；后置件口200X100X8或200X100X6；牛腿8；立柱6.3；横龙骨L50X5；不锈钢挂件50X5X80或40X4X80；不锈钢连接螺栓10X35。一、风荷载计算 本工程最高标高为4.5m，石材按总高度4.5m以最不利因素计算。 (1). 风荷载标准值计算: W0:基本风压 W0=0.50 kN/m2 gz: 4.5m高处阵风系数(按C类地区计算） gz=0.851+(Z/10)-0.16=0.664 z:4.5m高处风压高度变化系数(按C类区计算): (GB50009-2001) z=(Z/10)0.32 =(4.5/10)0.32

11、=0.144 s:风荷载体型系数 s=-1.20 Wk=gzzsW0 (GB50009-2001) =0.6640.1441.20.500 =0.057 kN/m2(2). 风荷载设计值: W: 风荷载设计值(kN/m2) w: 风荷载作用效应的分项系数：1.4 按建筑结构荷载规范GB50009-2001 3.2.5 规定采用 W=wWk=1.40.057=0.079kN/m2二、板强度校核: 1.石材强度校核（按常规最大规格最不利因素计算） 设计石材，其抗弯强度标准值为：17.0N/mm2 石材抗弯强度设计值：8.00N/mm2 石材抗剪强度设计值：4.00N/mm2 校核依据：=8.000

12、N/mm2 Ao: 石板短边长：1.050m Bo: 石板长边长：1.100m a: 计算石板抗弯所用短边长度: 0.3m实际使用宽度 b: 计算石板抗弯所用长边长度: 0.6m实际使用长度 t: 石材厚度:60mm GAK:石板自重=1680.00N/mm2 m1: 四角支承板弯矩系数, 按短边与长边的边长比(a/b=0.950) 查表得: 0.1494 Wk: 风荷载标准值: 0.057kN/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=5maxGAK =50.0571680.000/1000 =0.478kN/m2 荷载组合

13、设计值为： Sz=1.4Wk+1.30.5qEAk =0.389kN/m2 应力设计值为： =6m1Szb2103/t2 =60.14940.3891.0002103/25.02 =0.558N/mm2 0.558N/mm28.000N/mm2 石材抗弯强度完全满足要求 2.石材剪应力校核 校核依据: max :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: 60.0mm d:槽宽: 7.0mm s:槽底总长度: 60.0mm :系数,取1.30 两边开槽 =Sz(2Bo-Ao)Ao1000/2n(t-d)s =0.002N/mm2 0.002N/mm

14、24.000N/mm2 石材抗剪强度完全可以满足 3.挂钩剪应力校核 校核依据: max :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 四边开槽 =Sz(2Bo-Ao)Ao1000/(4nAp) =23.743N/mm2 23.743N/mm2125.000N/mm2 不锈钢挂件抗剪强度完全可以满足 三、幕墙立柱计算: 幕墙立柱按双跨梁力学模型进行设计计算：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: 2.044kN/m2 B: 幕墙分格宽: 0.900

15、m qw=WB =2.0440.900 =1.839 kN/m(2)立柱弯矩:立柱的受力如图所示。 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: 1.839(kN/m) Hsjcg: 立柱计算跨度: 2.250m（按最不利上下圈梁固定连接计算） Mw=qw(L13+L23)/8/(L1+L2) =(1.8003+0.4503)/8/(1.800+0.450)1.839 =0.334kNm 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=5maxGAk

16、=50.120700.000/1000 =0.420 kN/m2 E: 幕墙地震作用分项系数: 1.3 qEA=1.3qEAk =1.30.420 =0.546 kN/m2 qE：水平地震作用均布线作用设计值(矩形分布) qE=qEAB =0.5460.800 =0.437 kN/m ME: 地震作用下立柱弯矩(kNm): ME=qE(L13+L23)/8/(L1+L2) =(1.8003+0.4503)/8/(1.800+0.450)0.437 =0.240kNm M: 幕墙立柱在风荷载和地震作用下产生弯矩(kNm) 采用SW+0.5SE组合 M=Mw+0.5ME =0.334+0.50.2

17、40 M: 幕墙立柱在风荷载作用下产生弯矩(kNm) =0.454kNm2. 选用立柱型材的截面特性: 立柱型材号: XC163#槽钢 选用的立柱材料牌号:Q235 d=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=2.10105N/mm2 X轴惯性矩: Ix=51.822cm4 Y轴惯性矩: Iy=11.890cm4 立柱型材在弯矩作用方向净截面抵抗矩: Wn=16.300cm3 立柱型材净截面积: An=9.263cm2 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

18、轴的面积矩: Ss=13.586cm3 塑性发展系数: =1.053. 幕墙立柱的强度计算: 校核依据: N/An+M/(Wn)a=215.0N/mm2(拉弯构件) B: 幕墙分格宽: 0.900m 幕墙自重线荷载: Gk=700B/1000 =7000.900/1000 =0.630kN/m Nk: 立柱受力: Nk=GkL =0.6301.800 =1.134kN N: 立柱受力设计值: rG: 结构自重分项系数: 1.2 N=1.2Nk =1.21.134 =1.360kN : 立柱计算强度(N/mm2)(立柱为拉弯构件) N: 立柱受力设计值: 1.360KN An: 立柱型材净截面面

19、积: 9.263cm2 M: 立柱弯矩: 0.454kNm Wn: 立柱在弯矩作用方向净截面抵抗矩: 16.300cm3 : 塑性发展系数: 1.05 =N10/An+M103/(1.05Wn) =1.36010/9.263+0.454103/(1.0516.300) =27.994N/mm2 27.994N/mm2 a=215.0N/mm2 立柱强度完全可以满足 4. 幕墙立柱的刚度计算: 校核依据: dfL/250 df: 立柱最大挠度 df=10001.43551.499-0.409qWkL1L13/(242.1Ix)=7.884mm Du: 立柱最大挠度与其所在支承跨度(支点间的距离)

20、比值: Lt1: 立柱最大挠度所在位置支承跨度(支点间的距离) 2.250m Du=U/(Lt11000) =7.884/(2.2501000) =1/350 1/350 1/250 挠度完全可以满足要求！ 5. 立柱抗剪计算: 校核依据: max=125.0N/mm2(1)Qwk: 风荷载作用下剪力标准值(kN) R0: 双跨梁长跨端支座反力为: 1.499KN Ra: 双跨梁中间支座反力为: 4.669KN Rb: 双跨梁短跨端支座反力为: -1.613KN Rc: 中间支承处梁受到的最大剪力(KN) =2.373 KN Qwk=2.373 KN(2)Qw: 风荷载作用下剪力设计值(kN)

21、 Qw=1.4Qwk =1.42.373 =3.322kN(3)QEk: 地震作用下剪力标准值(kN) R0_e: 双跨梁长跨端支座反力为: 0.431KN Ra_e: 双跨梁中间支座反力为: 1.343KN Rb_e: 双跨梁短跨端支座反力为: -0.464KN Rc: 中间支承处梁受到的最大剪力(KN) =4.262 KN QEk=4.262 KN(4)QE: 地震作用下剪力设计值(kN) QE=1.3QEk =1.34.262 =5.540kN(5)Q: 立柱所受剪力: 采用Qw+0.5QE组合 Q=Qw+0.5QE =3.322+0.55.540 =6.092kN(6)立柱剪应力: :

22、 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: 13.586cm3 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: 51.822cm4 =QSs100/(IxLT_x) =6.09213.586100/(51.8226.000) =26.616N/mm2 =26.616N/mm2 125.0N/mm2 立柱抗剪强度完全可以满足 四、立柱与主结构连接 Lct2: 连接处钢角码壁厚: 6.0mm（后置埋件按最不利因素6.00mm厚计算） Jy: 连接处钢角码承压强度: 305.0N/mm2 D2: 连接螺栓公称直径:

23、 10.0mm D0: 连接螺栓有效直径: 8.6mm 选择的立柱与主体结构连接螺栓为:普通螺栓 4.6级 L_L:连接螺栓抗拉强度:170N/mm2 L_J:连接螺栓抗剪强度:140N/mm2 采用SG+SW+0.5SE组合 N1wk: 连接处风荷载总值(N): N1wk=WkBHsjcg1000 =0.0570.9002.2501000 =115.425N 因为N1wk=115.425N，小于在风荷载作用下中间支座反力Ra=4669.2N 连接处风荷载设计值(N) : N1w=1.4N1wk =1.44669.2 =6536.8N N1Ek: 连接处地震作用(N): N1Ek=qEAkBH

24、sjcg1000 =0.4200.9002.2501000 =850.500N 因为N1Ek=850.500N，小于在地震作用下中间支座反力Ra_e=1343.2N N1E: 连接处地震作用设计值(N): N1E=1.3N1Ek =1.31343.2 =1746.1N N1: 连接处水平总力(N): N1=N1w+0.5N1E =6536.8+0.51746.1 =7409.9N N2: 连接处自重总值设计值(N): N2k=700BHsjcg =7000.9002.250 =1417.500N N2: 连接处自重总值设计值(N): N2=1.2N2k =1.21417.500 =1701.0

25、00N N: 连接处总合力(N): N=(N12+N22)0.5 =(7409.92+1417.502)0.5 =2009.306N Nvb: 螺栓的受剪承载能力: Nv: 螺栓受剪面数目: 2（后置埋件使用螺栓12X110） Nvb=2D02L_J/4 =23.148.6002140/4 =16256.4N 立柱型材种类: Q235 d 2009.306N Ncbl=26000.0N 2009.306N 强度完全可以满足 五、幕墙预埋件总截面面积计算 本工程预埋件受拉力和剪力（按后置埋件最不利6mm计算） V: 剪力设计值: V=N2 =2620.8N N: 法向力设计值: N=N1 =74

26、09.9N M: 弯矩设计值(Nmm): e2: 螺孔中心与锚板边缘距离: 10.0mm M=Ve2 =2620.810.0 =26208.0Nmm Num1: 锚筋根数: 2根 锚筋层数: 2层 r: 锚筋层数影响系数: 1.0 关于混凝土：强度等级C30 混凝土轴心抗压强度设计值:fc=14.300N/mm2 按现行国家标准混凝土结构设计规范 GB50010-2002 表4.1.4采用。 选用HPB 235螺栓 螺栓强度设计值:fy=210.000N/mm2 d: 钢筋直径: 12.0mm v: 钢筋受剪承载力系数: v=(4.0-0.08d)(fc/fy)0.5 依据GB50010 10

27、.9.1-5式计算 =(4.0-0.0812.000)(14.300/210.000)0.5 =0.8 因为v大于0.7，所以取v=0.7 t: 锚板厚度: 6.0mm b: 锚板弯曲变形折减系数: b=0.6+0.25(t/d) 依据GB50010 10.9.1-6式计算 =0.6+0.25(6.0/12.000) =0.725 Z: 外层钢筋中心线距离: 180.0mm As: 锚筋实际总截面积: As=Num1d2/4 =2.0003.14d2/2 =452.16mm2 锚筋的总截面积计算值: 依据GB50010 10.9.1-1和10.9.1-2等公式计算 As1=V/(rvfy)+N/(0.8bfy)+M/(1.3rbfyZ) =82.3mm2 As2=N/(0.8bfy)+M/(0.4rbfyZ) =80.1mm2 82.3mm2 452.16mm2 80.1mm2 452.16mm2