石材总体方案设计论述.doc

总体方案设计论述与计算
一、工程概况
工程名称：天鹅湾幕墙装饰石材
建设地点：北京市青年路
结构类型：框架结构
抗震设防烈度：八级
装饰工程内容：石材幕墙
二、设计依据
北京地区基本风压值：0.45KN/㎡
北京地区基本雪压值：0.4KN/㎡
抗震烈度：8度
幕墙最大温度变化按：80℃
地区粗糙度：D类
耐火等级：二级
三、本工程设计引用标准及规范
1．建筑设计规范：
《高层民用建筑防火规范》GB50045-95
《建筑设计防火规范》GBJ16-87
《建筑物防雷设计规范》GB50057
《建筑设计抗震规范》GBJ11-89
《建筑幕墙物理性能分级》GB/T75225-94
《钢结构设计规范》GBJ17-88
《建筑结构抗震规范》GBJ11-89
《钢结构工程施工及验收规范》GB50205
《钢结构焊接技术规程》JGJ81
《建筑结构荷载规范》GB50009-2001
2.材料标准:
《建筑幕墙用弹性密封剂》JC485-92
《连续镀锌薄板和钢带》GB2518-88
《碳素结构钢》GB700
《干挂天然花岗岩》JC830.1-830.2-1998
《天然花岗岩建筑板材》JC204
《天然石材产品放射防护分类控制标准》JC518-93
《天然石材统一编号》GB/T17670-1999
《禁固件机械性能螺栓、螺钉、螺母和螺柱》GB/T3098.6-86
《螺固件机构性能螺栓、螺钉、螺柱》GB3098.1
3.检测方法：
《建筑幕墙空气渗透性能检测方法》GB/T15226
《建筑外墙保温性能分级及其检测方法》GB8484
《建筑外墙空气隔声性能分级及其检测方法》GB/8485
《建筑幕墙风压变形性能检测方法》GB7106
《建筑幕墙雨水渗透性能检测方法》GB/T15228-94
《天然饰面石材实验方法、干燥、水饱和、冻融循环后压缩强度试验方法》GB9966.1
《天然饰面石材实验方法、弯曲强度试验方法、体积、密度、真密度、真气孔率、吸水率的试验方法》GB9966.3
《天然饰面石材实验方法、耐磨性实验方法》GB9966.5
《天然饰面石材实验方法、耐酸性实验方法》GB9966.6
4.幕墙工程技术规范：
《金属与石材幕墙工程技术规范》JGJ102-96
《建筑幕墙》JGJ3035-1996
四、石材幕墙主要材料
1.大理石：大部分选用(锈石)。
2.钢材：选用唐山或天津钢材公司的优质钢材。钢材全部采用镀锌处理，焊接部位刷防锈漆。其性能符合GB700规定。
3.结构胶：选用国产优质结构胶，用于干挂件与石材之间的固定。
上述牌号胶化学成分稳定，变位能力强，粘接性能好，在工程施工过程中我公司将出具本工程结构和材料相符的胶各项性能实验测试报告。
4.五金件：采用国产优质镀锌产品，干挂件选用不锈钢产品，均符合国标规定。
五、幕墙性能设计说明：
1.建筑幕墙物理性能方面的说明:
根据建筑高度、体形、基本风压等因素计算，选择合理型材系列。保证幕墙符合风压变形性能。
建筑幕墙在风荷载作用下，其主要受力杆件扰度限值：
钢型材：相对扰度≤L/300（L为受力杆件水平长度），绝对扰度≤15㎜；
风压变形性：符合JG3035-96第Ⅱ级。
2.气密性、水密性设计
⑴空气渗透性能
有空调和采暖要求时，建筑幕墙的空气渗透性能应在10Pa的内外压力差下，其固定部分的空气渗透量不应大于0.1m³/m.h,不应大于2.5m³/m.h。有效地保证了幕墙的气密性固定部分符合JG3035-96第Ⅱ级,开启部分符合JG3035-96第Ⅱ级。
⑵雨水渗透性能
通过密封及雨幕原理，建筑幕墙在风荷载标准值除以2.25的风荷载作用下不应发生雨水渗透。在任何情况下，建筑幕墙开启部分的雨水渗透压力应≥350Pa，小于500Pa。
雨水渗透性：固定部分符合JG3035-96第Ⅱ级, 开启部分符合JG3035-96第Ⅱ级。
3.保温性能设计：
在幕墙设计中针对不同材质采取不同的保温措施其保温隔热性能达到工程要求。设计K=2.9Kcal/h㎡℃.
4.震及温差变形设计
⑴本工程的设计及安装按建筑抗震设计规范DB50045要求和按温差80度考虑。
⑵温差变化和地震影响，是幕墙设计中心必须考虑的因素；连接件不仅具有足够的刚性和弹性，而且还可以调节以满足施工的要求；幕墙处采用预埋件，清除平面地震力影响。
⑶在有变化要求之处，设有弹性的伸缩或活动接头，以满足温差作用下的材料伸缩及地震作用下平面内的位移。
⑷本工程幕墙按抗震裂度8度设计。
大面石材幕墙用上下立柱间留有1㎜伸缩缝，能消除垂直地震作用以及主体结构的变形等。
5.音降噪设计：
通过结构设计，采用合理措施减低因金属构件热胀冷缩及因结构件挠曲而产生的爆裂和摩擦等噪音。
建筑幕墙隔声性能：采用25㎜厚花岗岩，隔声量大于等于30Db;隔声性能为Ⅱ级-Ⅲ级。
6.耐腐蚀性设计：
在材料选择上，槽钢、角钢、预埋板、角码均进行了防锈处理。所用的连接件除具有一定强度外，所有钢制零部 件均进行了与其功能和位置相宜的防护处理，也具有足够的耐气候性。如：螺丝、螺母等附件选用国标件，所有连接钢角码均采用表面镀锌防腐处理，所有的密封件为耐腐蚀的金属材料。为防止电化腐蚀，所有干挂石材的挂件采用不锈钢挂件，具有优良的防腐性能。
7.防火隔热设计：
幕墙作为建筑物的外围护结构，是建筑物的重要组成部分，因此防火设计是非常重要的；防火性能设计和防火等级大小，是衡量幕墙功能优良与否的一个重要指标。本工程设计按照《高层建筑防火规范》的规定进行设计，耐火等级Ⅰ级。
建筑幕墙的防火设计符合《高层建筑防火规范》。
耐火极限要求大于等于1.5小时。
8.强度设计：
我们完全依据国家现行标准《建筑幕墙工程技术规范》中的要求，考虑了幕墙自重效应、风荷载作用、地震效应、温差效应等多项荷载组合，钢龙骨、石材等材料的强度和刚度验算详见计算。
六、幕墙具体性能指标
（一）.本工程载荷压力要求：按国标GB50009-2001规范取下列数据：
⑴采用地面粗糙度D类，Mz=1.3 H=19.5（本工程计算高度可按H=20m取值）
⑵北京地区基础风压Wo=0.45KM/㎡
⑶μs=1.5 -μ=-2-1.8 取1.8
正风压Wκ=1.64×1.5×1.54×0.45=1.70KN/㎡
负风压Wκ=1.64×2×1.54×0.45=2.24KN/㎡
本工程设计风压W设=1.4Wκ=-1.4×2.27=-3.18KN/㎡
（二）.空气风荷载（风压）按GB-5009新规范风压分层计算，见下表：
表一 本工程随高度分层风压计算表（α=0.32）D类地区
序号
HM
βE
ME
μs﹢
μs﹣
Wo
Wk﹢
Wk﹣
W设计
1
1.0
2.1
0.74
1.5
-1.5
0.45
1.05
-1.05

2
20
1.92
0.84
1.5
-1.5
0.45
1.09
-1.09

3
30
1.83
1
1.5
-1.5
0.45
1.24
-1.24

4
40
1.77
1.13
1.5
-1.5
0.45
1.35
-1.35

5
50
1.73
1.25
1.5
-1.5
0.45
1.46
-1.46

6
60
1.69
1.35
1.5
-1.8
0.45
1.54
-1.85

7
70
1.66
1.45
1.5
-1.8
0.45
1.624
-1.95

8
80
1.64
1.54
1.5
-2.0
0.45
1.7
-2.24
-3.18KN/㎡
此表数据为等刚度，等强度风载荷计算的依据。
（三）抗风变形性能、雨水渗透性、空气渗透性、平面框架变形、隔声性能、隔热性能、撞击性能
1.风压变形性能
由于本工程外形为多拐角立面及上部三个标高位置上进行变截面，从空气动力学规律可知，这种外形，风压以负风压控制为主。按GB50009-2001《建筑结构荷载规范》要求，本工程风压则为分层计算后的风压乘以-1.8，其他仍为正风压为主，但在边角处负风压系数仍取-1.8的绝对值为标准载荷。
⑴风压变形系指建筑幕墙在其相垂直的风压作用下，保持正常性能不发生任何损坏的能力
⑵建筑幕墙性能分级值
计量单位
分级
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
Ⅴ
Kpa
≥5
＜5≥4
＜4≥3
＜3≥2
＜2≥1
⑶GB50009-2001，本工程幕墙风荷载按高度分层计算，具体分层值详见上表一。钢龙骨绝对挠度f≤15㎜，按其计算值将幕墙风压变形性能确定在Ⅲ-Ⅳ级，对所有幕墙中的受力构件进行了详细分析计算，以保证本工程在阵风袭击下不受损坏，保证安全。
2.雨水渗漏性能
⑴雨水渗漏性能系指在风雨同时作用下，幕墙透过雨水的能力。
⑵雨水渗漏性能分级值。
计量单位
分级
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
Ⅴ
pa
可开部分
≥500
≥350
＜500
≥250
＜350
≥150
≥250
≥100
≥150
固定部分
≥2500
≥1600
＜2500
≥1000
＜1600
≥700
＜1000
≥500
＜700
幕墙在风雨共同作用下，内表面应无渗漏现象。即幕墙在水以4L/min·㎡平均喷淋下且同时固定部分在风压大于等于2.5Kpa、开启部分大于等于720pa时内表面无渗漏现象。全部设计达国家Ⅰ-Ⅱ级标准。
计量单位
分级
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
Ⅴ
m³/m.h
（10pa）
可开部分
0.5
＞0.5
≤1.5
＞1.5
≤2.5
＞2.5
≤4.0
＞4.0
≤6.0
固定部分
≤0.01
＞0.01
≤0.05
＞0.05
≤0.10
＞0.10
≤0.20
＞0.20
≤0.50
3.空气渗透性能
本工程空气渗透性应在10pa的内外压力差下空气渗透量不应大于0.01m³/m.h，对活动部分则不应大于0.4m³/m.h，设计达到Ⅰ级标准。
4.幕墙框架内平面变形性能
以建筑物层间相对位移γ表示。要求幕墙在该向对位移范围内不受损坏，其分类指标应符合下表：
分级指标
分级
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
Ⅴ
γ
γ≥1/100
1/100＞γ≥1/150
1/200＞γ≥1/250
1/200＞γ≥1/300
1/200＞γ≥1/300
5.隔声性能
⑴隔声性能是指通过空气传到幕墙外表面的噪声经过幕墙反射，吸收和其他能量转化后的减少量，称为幕墙的有效隔声量。
⑵幕墙隔声性能分级以声音平均透过损失表示，其分级值如下表：

性能
计量单位
分级
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
隔音带
dB
≥40
≥35, ＜40
≥30, ＜35
≥25, ＜30
6.耐撞击性能
计量单位
分级
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
N·M/S
F≥40
210≤F＜280
149≤F＜210
70≤F＜140
对石材幕墙部分：210N·M/sec, Ⅲ级。
七、本工程幕墙石材立面主、次龙骨计算：
1.图纸（详见本工程钢架分格图）
工程最大数据，主龙骨最大间距1.25m,次龙骨最大间距0.95m，石材厚度25㎜-30㎜。
2.荷载计算
⑴花岗岩石材：
0.03×28×1.2=0.84×1.2=1KN/㎡
⑵风荷载：
Wκ=β20μ2μ3W0=2.25×1×0.8×0.35=0.63KN/㎡
分项：W=YwWk=1.4×0.63=0.88 KN/㎡
⑶龙骨及连接件：0.2KN/㎡
⑷地震：Ge=βEªmaxQk=3×0.16×Qk=0.48Qk
qE==YEQE=1.3×0.48Qk=0.62Qk
3.固定件校核：采用ф12膨胀螺栓，校核强度。
⑴校核剪力：
τ=P/2×3.14×12²=66.80N/㎜²＞［τ］=130N/㎜²
⑵校核拉拔力
① 风载1.4KN,槽钢间距1.25m，每一层固定4个膨胀螺栓，因而每一个固定点受力为1.2×3×1.25=4.5KN，每一个膨胀螺栓受拉力为4.5KN÷4=1.125KN。
② 地震，取宽1.25m，高1.2m（石材最大值）为计算单元，垂于石材面的分布力：
qE=βEªmax·G/A
其中：β为动力系数取3.0，αmax为水平影响最大的值，北京地区取0.16，G为石材构件重量为177.5
A=1.2×1.25=1.5㎡
qE=3×0.16×177.5/1.5=56.8N/㎡=0.57KN/㎡
每一个螺栓受地震拉拔力为0.57×5×1.25÷4=0.89KN

中建一局集团装饰工程有限公司

2008年08月29日