大连某续建工程干挂石材幕墙设计计算书.doc

第三部分干挂花岗岩石材幕墙计算书目 录一、计算引用的规范、标准及资料351.幕墙设计规范：372.建筑设计规范：373.铝材规范：384.金属板及石材规范：385.玻璃规范：386.钢材规范：387.胶类及密封材料规范：398.门窗及五金件规范：399.建筑结构静力计算手册 (第二版)4010.土建图纸：40二、基本参数401.幕墙所在地区：402.地区粗糙度分类等级：403.抗震烈度：40三、幕墙承受荷载计算401.风荷载标准值计算：402.垂直于幕墙平面的分布水平地震作用标准值：413.作用效应组合：41四、幕墙立柱计算421.立柱型材选材计算：422.确定材料的截面参数：433.选用立柱型材的截面特性：434.立柱的抗弯强度计算：435.立柱的挠度计算：446.立柱的抗剪计算：44五、幕墙横梁计算451.横梁型材选材计算：452.确定材料的截面参数：463.选用横梁型材的截面特性：494.幕墙横梁的抗弯强度计算：495.横梁的挠度计算：506.横梁的抗剪计算：(梯形荷载作用下)50六、短槽式(托板)连接石材的选用与校核511.石材板块荷载计算：512.石材的抗弯设计：523.短槽托板在石材中产生的剪应力校核：524.短槽托板剪应力校核：53七、连接件计算531.横梁与角码间连结：532.角码与立柱连接：543.立柱与主结构连接56八、幕墙后置埋件计算571.荷载标准值计算：582.后埋件计算：583.锚板总面积校核：594.化学锚栓设计计算：59九、幕墙焊缝计算601.受力分析：612.焊缝特性参数计算：603.焊缝校核计算：61十、石材幕墙幕墙胶类及伸缩缝计算611.立柱连接伸缩缝计算：612.耐侯胶胶缝计算：6162 / 29石材幕墙设计计算书一、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玻璃幕墙工程技术规范 JGJ102-2003金属与石材幕墙工程技术规范 JGJ133-2001点支式玻璃幕墙工程技术规程 CECS127-2001全玻璃幕墙工程技术规程 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试验方法 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 JG139-20012.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工程抗震术语标准 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建筑装饰工程施工质量验收规范 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/T437-20003.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/T133-20004.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/T18606-2001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建筑瓷板装饰工程技术规范 CECS101：98建筑装饰用微晶玻璃 JC/T872-20005.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 GB116141999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/T915-20036.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锈钢热扎钢带 GB/T5090冷拔异形钢管 GB/T3094-2000碳素结构钢 GB/T1079-1988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/T13912-19927.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/T482-20038.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铝合金门窗工程设计、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/T16823.1-19979.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： 大庆地区；2.地区粗糙度分类等级： 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，本工程按B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，大庆地区地震基本烈度为6度，地震动峰值加速度为0.05g，水平地震影响系数最大值为：max=0.08。三、幕墙承受荷载计算1.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=gzzsw0 7.1.1-2GB50009-2001上式中： wk：作用在幕墙上的风荷载标准值(MPa)； Z：计算点标高：9.754m； gz：瞬时风压的阵风系数； 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 A类场地: gz=0.92*(1+2f) 其中：f=0.387*(Z/10)-0.12 B类场地: gz=0.89*(1+2f) 其中：f=0.5(Z/10)-0.16 C类场地: gz=0.85*(1+2f) 其中：f=0.734(Z/10)-0.22 D类场地: gz=0.80*(1+2f) 其中：f=1.2248(Z/10)-0.3对于B类地区，9.754m；高度处瞬时风压的阵风系数： gz=0.89*(1+2*(0.5(Z/10)-0.16)=1.7836 z：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: z=1.379*(Z/10)0.24 当Z>300m时，取Z=300m，当Z<5m时，取Z=5m； B类场地: z=(Z/10)0.32 当Z>350m时，取Z=350m，当Z<10m时，取Z=10m； C类场地: z=0.616*(Z/10)0.44 当Z>400m时，取Z=400m，当Z<15m时，取Z=15m； D类场地: z=0.318*(Z/10)0.60 当Z>450m时，取Z=450m，当Z<30m时，取Z=30m；对于B类地区，9.754m高度处风压高度变化系数： z= (Z/10)0.32=1.000 s：风荷载体型系数，根据计算点体型位置取2.0； 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，大庆地区取0.00065MPa； wk=gzzsw0 =1.7836*1.000*2.0*0.00065 =0.002319MPa 2.垂直于幕墙平面的分布水平地震作用标准值： qEAk=EmaxGk/A 5.3.4JGJ102-2003 qEAk：垂直于幕墙平面的分布水平地震作用标准值(MPa)； E：动力放大系数,取5.0； max：水平地震影响系数最大值，取0.08； Gk：幕墙构件的重力荷载标准值(N)； A：幕墙构件的面积(mm2)；3.作用效应组合：荷载和作用效应按下式进行组合： S=GSGk+wwSwk+EESEk 5.4.1JGJ102-2003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； G、w、E：各效应的分项系数； w、E：分别为风荷载，地震作用效应的组合系数。上面的G、w、E为分项系数，按5.4.2、5.4.3、5.4.4JGJ102-2003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：G：1.2； 风 荷 载：w：1.4； 地震作用：E：1.3；进行挠度计算时； 重力荷载：G：1.0； 风 荷 载：w：1.0； 地震作用：可不做组合考虑；上式中，风荷载的组合系数w为1.0； 地震作用的组合系数E为0.5；四、幕墙立柱计算基本参数： 1：计算点标高：9.754m； 2：力学模型：单跨简支梁； 3：立柱跨度：L=4200mm； 4：立柱左分格宽：1500mm；立柱右分格宽：1500mm； 5：立柱计算间距(指立柱左右分格平均宽度)：B=1500mm； 6：板块配置：石材； 7：立柱材质：Q235； 8：安装方式：偏心受拉；本处幕墙立柱按单跨简支梁力学模型进行设计计算，受力模型如下：1.立柱型材选材计算：(1)风荷载作用的线荷载集度(按矩形分布)： qwk：风荷载线分布最大荷载集度标准值(N/mm)； wk：风荷载标准值(MPa)； B：幕墙立柱计算间距(mm)； qwk=wkB =0.002319*1500 =3.4785N/mm qw：风荷载线分布最大荷载集度设计值(N/mm)； qw=1.4qwk =1.4*3.4785 =4.8699N/mm(2)水平地震作用线荷载集度(按矩形分布)： qEAk：垂直于幕墙平面的分布水平地震作用标准值(MPa)； E：动力放大系数,取5.0； max：水平地震影响系数最大值，取0.08； 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=EmaxGk/A 5.3.4JGJ102-2003 =5.0*0.08*0.0011 =0.00044MPa qEk：水平地震作用线荷载集度标准值(N/mm)； B：幕墙立柱计算间距(mm)； qEk=qEAkB =0.00044*1500 =0.66N/mm qE：水平地震作用线荷载集度设计值(N/mm)； qE=1.3qEk =1.3*0.66 =0.858N/mm(3)幕墙受荷载集度组合：用于强度计算时，采用Sw+0.5SE设计值组合： 5.4.1JGJ102-2003 q=qw+0.5qE =4.8699+0.5*0.858 =5.2989N/mm用于挠度计算时，采用Sw标准值： 5.4.1JGJ102-2003 qk=qwk =3.4785N/mm(4)立柱在组合荷载作用下的弯矩设计值： Mx：弯矩组合设计值(N·mm)； Mw：风荷载作用下立柱产生的弯矩设计值(N·mm)； ME：地震作用下立柱产生的弯矩设计值(N·mm)； L：立柱跨度(mm)；采用Sw+0.5SE组合： Mw=qwL2/8 ME=qEL2/8 Mx=-qk(L13+ L23)/8L =-3.4785*(3003 *42003)/8 =-6143900.625N·mm2.确定材料的截面参数：(1)立柱抵抗矩预选值计算： Wnx：立柱净截面抵抗矩预选值(mm3)； Mx：弯矩组合设计值(N·mm)； ：塑性发展系数：取1.05； fs：型材抗弯强度设计值(MPa)，对Q235取215MPa； Wnx=Mx/fs =/1.05/215 =49321.41mm3(2)立柱惯性矩预选值计算： qk：风荷载线荷载集度标准值(N/mm)； E：型材的弹性模量(MPa)，对Q235取206000MPa； Ixmin：材料需满足的绕X轴最小惯性矩(mm4)； L：计算跨度(mm)； df,lim：按规范要求，立柱的挠度限值(mm)； df,lim=5qkL4/384EIxmin L/250=4100/250=16.4mm取： df,lim=16.4mm Ixmin=5qkL4/384Edf,lim =5*3.4785*41004/384/206000/16.4 =mm43.选用立柱型材的截面特性：按上一项计算结果选用型材号：63#型材的抗弯强度设计值：fs=215MPa型材的抗剪强度设计值：s=125MPa型材弹性模量：E=206000MPa绕X轴惯性矩：Ix=512270mm4绕Y轴惯性矩：Iy=118870mm4绕X轴净截面抵抗矩：Wnx=16263mm3绕X轴净截面抵抗矩：Wny=16263mm3型材净截面面积：An=844.6mm2型材线密度：g=0.066301N/mm型材截面垂直于X轴腹板的截面总宽度：t=5mm型材受力面对中性轴的面积矩：Sx=9824mm3塑性发展系数：=1.05截面面积:A=8.45x-x轴:=1.39 =51.2 =16.3 =9.8 =2.46y-y轴:=11.9 =8.5 =4.6 =1.19轴:=28.34.立柱的抗弯强度计算：(1)立柱轴向拉力设计值： Nk：立柱轴向拉力标准值(N)； qGAk：幕墙单位面积的自重标准值(N)； A：立柱单元的面积(mm2)； B：幕墙立柱计算间距(mm)； L：立柱跨度(mm)； Nk=qGAkA =qGAkBL =0.0011*1500*4100 =6765N N：立柱轴向拉力设计值(N)； N=1.2Nk =1.2*6765 =8118N(2)抗弯强度校核：按单跨简支梁(受拉)立柱抗弯强度公式,应满足： N/An+Mx/Wnxfs 6.3.7JGJ102-2003上式中： N：立柱轴力设计值(N)； Mx：立柱弯矩设计值(N·mm)； An：立柱净截面面积(mm2)； Wnx：在弯矩作用方向的净截面抵抗矩(mm3)； ：塑性发展系数，取1.05； fs：型材的抗弯强度设计值，取215MPa；则： N/An+Mx/Wnx=8118/844.6+/1.05/16263 =162.3869MPa215MPa立柱抗弯强度满足要求。5.立柱的挠度计算： 因为惯性矩预选是根据挠度限值计算的，所以只要选择的立柱惯性矩大于预选值，挠度就满足要求： 实际选用的型材惯性矩为：Ix=mm4 预选值为：Ixmin=mm4所以，立柱挠度满足规范要求。6.立柱的抗剪计算：校核依据： maxs=125MPa (立柱的抗剪强度设计值)(1)Vwk：风荷载作用下剪力标准值(N)： Vwk=wkBL/2 =0.002319*1150*4100/2 =5467.043N(2)Vw：风荷载作用下剪力设计值(N)： Vw=1.4Vwk =1.4*5467.043 =7653.86N(3)VEk：地震作用下剪力标准值(N)： VEk=qEAkBL/2 =0.00044*1150*4100/2 =1037.3N(4)VE：地震作用下剪力设计值(N)： VE=1.3VEk =1.3*1037.3 =1348.49N(5)V：立柱所受剪力设计值组合： 采用Vw+0.5VE组合： V=Vw+0.5VE =7653.86+0.5*1348.49 =8328.105N(6)立柱剪应力校核： max：立柱最大剪应力(N)； V：立柱所受剪力(N)； Sx：立柱型材受力面对中性轴的面积矩(mm3)； Ix：立柱型材截面惯性矩(mm4)； t：型材截面垂直于X轴腹板的截面总宽度(mm)； max=VSx/Ixt =8328.105*23424/8 =7.8904MPa 7.8904MPa125MPa立柱抗剪强度满足要求!五、幕墙横梁计算基本参数： 1：计算点标高：9.754m； 2：横梁跨度：B=1150mm； 3：横梁上分格高：536mm；横梁下分格高：536mm； 4：横梁计算间距(指横梁上下分格平均高度)：H=536mm； 5：力学模型：梯形荷载简支梁； 6：板块配置：25mm石材； 7：横梁材质：Q235；因为B>H，所以本处幕墙横梁按梯形荷载简支梁力学模型进行设计计算，受力模型如下：1.横梁型材选材计算：(1)横梁在风荷载作用下的线荷载集度(按梯形分布)： qwk：风荷载线分布最大荷载集度标准值(N/mm)； wk：风荷载标准值(MPa)； H：幕墙横梁计算间距(mm)； qwk=wkH =0.002319*536 =1.2430N/mm qw：风荷载线分布最大荷载集度设计值(N/mm)； qw=1.4qwk =1.4*1.2430 =1.7402N/mm(2)垂直于幕墙平面的分布水平地震作用的线荷载集度(按梯形分布)： qEAk：垂直于幕墙平面的分布水平地震作用(MPa)； E：动力放大系数,取5.0； max：水平地震影响系数最大值，取0.08； Gk：幕墙构件的重力荷载标准值(N)，(主要指面板组件)； A：幕墙平面面积(mm2)； qEAk=EmaxGk/A 5.3.4JGJ102-2003 =5.0*0.08*0.001 =0.0004MPa qEk：横梁受水平地震作用线荷载集度标准值(N/mm)； H：幕墙横梁计算间距(mm)； qEk=qEAkH =0.0004*536 =0.2144N/mm qE：横梁受水平地震作用线荷载集度设计值(N/mm)； qE=1.3qEk =1.3*0.2144 =0.27872N/mm(3)幕墙横梁受荷载集度组合：用于强度计算时，采用Sw+0.5SE组合设计值： 5.4.1JGJ102-2003 q=qw+0.5qE =1.7402+0.5*0.27872 =1.87956N/mm用于挠度计算时，采用Sw标准值： 5.4.1JGJ102-2003 qk=qwk =1.2430N/mm(4)横梁在风荷载及地震组合作用下的弯矩值(按梯形分布)： My：横梁受风荷载及地震作用弯矩组合设计值(N·mm)； Mw：风荷载作用下横梁产生的弯矩(N·mm)； ME：地震作用下横梁产生的弯矩(N·mm)； B：横梁跨度(mm)； H：幕墙横梁计算间距(mm)；采用Sw+0.5SE组合： 5.4.1JGJ102-2003 Mw=qwB2(3-(H/B)2)/24 ME=qEB2(3-(H/B)2)/24 My=Mw+0.5ME =qB2(3-(H/B)2)/24 =1.87956*11502*(3-(536/1150)2)/24 =288215.2N·mm(5)横梁在自重荷载作用下的弯矩值(按矩形分布)： Gk：横梁自重线荷载标准值(N)； H：横梁计算间距(mm)； Gk=0.002319*H =0.002319*536 =1.2430N/mm G：横梁自重线荷载设计值(N)； G=1.2Gk =1.2*1.2430 =1.4916N/mm Mx：横梁在自重荷载作用下的弯矩设计值(N·mm)； B：横梁跨度(mm)； Mx=GB2/8 =1.4916*11502/8 =246580.1N·mm2.确定材料的截面参数：(1)横梁抵抗矩预选： Wnx：绕X方向横梁净截面抵抗矩预选值(mm3)； Wny：绕Y方向横梁净截面抵抗矩预选值(mm3)； Mx：横梁在自重荷载作用下的弯矩(N·mm)； My：风荷载及地震作用弯矩组合值(N·mm)；