广场石材幕墙设计计算书.docx

石材幕墙的设计计算第一章、石材面板计算一、基本参数幕墙计算标高：84.0 m幕墙计算轴线：A-A立面轴计算层高：3.9 m石材分格：BH=1.70.95 mB：石材宽度H：石材高度设计地震烈度：8度地面粗糙度类别：C类二、荷载计算1、风荷载标准值WK: 作用在幕墙上的风荷载标准值 (KN/m2)gz: 瞬时风压的阵风系数: 取1.63按建筑结构荷载规范GB50009-2001第7.5.1条s: 风荷载体型系数: 1.5按金属与石材幕墙工程技术规范JGJ133-2001第5.2.3条z: 风荷载高度变化系数: 1.58按建筑结构荷载规范GB50009-2001表7.2.1查建筑结构荷载规范GB50009-2001附表D.4得（按50年一遇）北京地区基本风压W0=0.45 KN/m2WK =gzsz W0=1.631.51.580.45=1.749 KN/m2 1.0 KN/m2取WK=1.749 KN/m22、风荷载设计值W: 风荷载设计值 (KN/m2)rw: 风荷载作用效应的分项系数：1.4按金属与石材幕墙工程技术规范JGJ 133-2001规定采用W =rWWK=1.41.749=2.449 KN/m23、石材幕墙构件重量荷载按金属与石材幕墙工程技术规范JGJ 133-2001规定采用GAK: 石材幕墙构件自重标准值GA : 石材幕墙构件自重设计值25mm厚石材板单位面积重力标准值2528.0=700 N/m2立柱120605 mm钢方通的面荷载标准值 =62.3 N/m2横梁505角钢 =38.5 N/m2考虑各种零部件面荷载标准值 20 N/m2GAK=700+62.3+38.5+20=820.8 N/m2取 GAK=0.85 KN/m2GA=1.20.85=1.02 KN/m2GK: 每个石材幕墙构件(包括石材和钢材支架)的重量标准值G : 每个石材幕墙构件(包括石材和钢材支架)的重量设计值GK = GAKBH=0.851.70.95=1.37 KNG =1.2GK=1.21.37=1.64 KN4、地震作用qEK: 垂直于石材幕墙平面的分布水平地震作用标准值qE : 垂直于石材幕墙平面的分布水平地震作用设计值E: 动力放大系数， 可取5.0max: 水平地震影响系数最大值: 0.16按金属与石材幕墙工程技术规范JGJ133-2001第5.2.5条GK: 石材幕墙构件（包括石材和龙骨）的重量标准值: 1.37 KNqEK = =0.68 KN/m2qE =EqEK=1.30.68=0.88 KN/m25、荷载组合风荷载和水平地震作用组合标准值qK =W WK+E qEK=1.01.749+0.60.68=2.16 KN/ m2风荷载和水平地震作用组合设计值q =WWWK+EE qEK=1.01.41.749+0.61.30.68=2.98 KN/m2三、石材的选用与校核选用25 mm厚石材,石材宽度较大，每边采用4点支撑，根据力学计算理论，4点支撑近似等于2边简支，石材面板按2边简支板计算，取B=500 mm宽为1个计算单元，具体如下图。1、石材面积A: 石材板块面积:A =BH=1.700.95=1.615 m22、石材板块的弯曲强度计算:校核依据: =3.7 N/mm2q: 石材所受荷载组合值一个计算单元承受的线荷载q线= qB=2.980.5=1.49 KN/m石材计算跨度L=0.95 m石材弹性模量 E=0.8105 N/mm2石材承受的弯矩M=0.125q线L2=0.1251.490.952=0.168 KNm25mm厚石材抵抗矩W=52083 mm3=3.2 N/mm2 =3.7 N/mm2石材抗弯强度满足设计要求。3、石材槽口抗剪强度校核 (63mm长槽口)石板有效厚度： 25 mm抗剪设计强度： 1.9 N/mm2n:每边铝挂钩数量 4b2:铝挂勾宽度 50 mm:应力调整系数 1.25s:单个槽底总长度 85 mmc:槽口宽度 8 mm连接处的剪应力设计值:=0.84 N/mm2 as=1.9 N/mm2石材抗剪强度满足设计要求。4、挂件在重力作用下的抗剪强度校核自重荷载： G=1.64 KN连接处断面尺寸为504mm连接处的剪应力设计值:=2.05 N/mm2 =125 N/mm2 挂件抗剪强度满足要求。第二章、石材幕墙立柱计算选用立柱为120604mm方通，根据建筑结构特点，幕墙立柱简支在主体结构上，综合考虑幕墙标高、幕墙横向分格宽度、楼层高度以及对立柱的固定方式，下列情况为最不利，须对立柱进行强度和挠度校核。一、部位要素 该处玻璃幕墙，最大计算标高按84.0 m计，幕墙结构自重按GAK=0.85 KN/m2，幕墙横向分格宽度B=1.226 m，计算宽度为B1=0.8m。二、力学模型采用简支梁力学模型，荷载按均布线荷载计算，立柱最大跨高H=3.9 m。三、荷载确定1、水平荷载组合标准值qK = 2.16 KN/m2水平荷载组合设计值q = 2.98 KN/m22、水平线荷载标准值q线K =q KB1=2.160.8=1.73 KN/m水平线荷载标准值q线 = qB1=2.980.8=2.38 KN/m3、构件重量荷载设计值GA =1.02 KN/m24、立柱所受的拉力设计值N=GA B1 L=1.020.83.9=3.182 KN5、立柱所受的弯矩M=0.125q线H2=0.1252.383.92=4.525 KNm四、立柱截面特性立柱规格 120604 mm立柱强度设计值 215 N/mm2钢的弹性模量 E=206103 N/mm2型钢截面积 A=1376 mm2型钢计算校核处壁厚 t=4 mmX轴惯性矩 Ix=2550398 mm4X轴抵抗矩 Wx=42507 mm3塑性发展系数 =1.05五、立柱的强度校核校核依据: =215 N/mm2(拉弯构件)=103.7 N/mm2 = 215 N/mm2立柱强度满足设计要求.六、幕墙立柱的刚度计算校核依据: U=15 mm ，且 H/300: 立柱最大挠度=9.9 mm 15 mmDu: 立柱挠度与立柱计算跨度比值:H: 立柱计算跨度: 3.9 mDu=/L=9.9/3900=1/3941/300挠度能满足设计要求。第三章、石材幕墙横梁计算综合考虑横梁所处位置的标高、幕墙的横向分格宽度,所选横梁为:50505 mm镀锌角钢，以下情况最不利，须作横梁强度和挠度校核。选用横梁为:50505 mm镀锌角钢，计算标高为84.0 m，横梁两端简支梁，跨度L=800 mm，集中力作用部位a=150 mm。一、部位基本参数 横梁计算标高为84.0 m，饰面材料为石材，所受重力GAK=0.85 KN/m2，横梁的计算长度取L=0.8 m，幕墙分格高度H=0.95 m。二、荷载计算1、在幕墙平面内弯矩计算横梁受到饰面材料重力作用，可看作是两个集中力传递到横梁上。GAK: 幕墙自重(石材): 850 N/m2qGK= GAKBH=0.850.80.95=0.65 KNqG=1.2 GGK=1.20.65=0.78 KN集中荷载标准值P1K=0.325 KN集中荷载设计值P1=0.39 KN横梁在自重荷载作用下的最大弯矩: MX（按两个集中荷载）= P10.15=0.390.15=0.059 KNm2、横梁在幕墙平面外的弯矩计算横梁受到风荷载、地震荷载的作用，可看作是两个集中力传递到横梁上。垂直于幕墙平面的荷载组合采用（Sw+0.6Se组合）荷载组合标准值q面K = 2.16 KN/m2荷载组合设计值q面 = 2.98 KN/m2荷载组合集中力标准值P2K = q面KBH=0.52.160.80.95=0.821 KN荷载组合集中力设计值P2 = q面BH=0.52.980.80.95=1.132 KN横梁在水平荷载作用下的最大弯矩: My （按集中荷载）= P20.15=1.1320.15=0.170 KNm三、横梁截面特性横梁强度设计值: 215 N/mm2弹性模量: E=2.06105 N/mm2x轴惯性矩: Ix=11.2104 mm4Y轴惯性矩: Iy=11.2104 mm4x轴抵抗矩: Wx=3041 mm3Y轴抵抗矩: Wy=3041 mm3型钢截面积: A=480 mm2塑性发展系数: =1.05四、横梁强度校核校核依据: =215 N/mm2式中：: 横梁计算强度: 塑性发展系数: 1.05=71.72 N/mm2 =215 N/mm2横梁强度满足设计要求.横梁的剪力校核校核依据: 1 = =125 N/mm2横梁承受水平方向剪应力设计值V1 = =2.265 KN1 = =14.2 N/mm2横梁承受竖直方向剪应力设计值V2 =0.78 KN2 = =4.9 N/mm2横梁承受剪应力设计值=15.0 N/mm2 =125 N/mm2横梁抗剪强度可以满足.五、横梁刚度校核1、由水平风荷载、地震作用产生的挠度（按集中荷载计算）=0.41 mm2、由自重荷载作用产生的挠度（按集中荷载计算）=0.16 mm3、横梁的挠度=0.44 mm 15 mmDu: 横梁挠度与横梁计算跨度比值:B: 横梁计算跨度: 800 mmDu=/L=0.44/800=1/1818 1/300横梁挠度能满足设计要求.第四章、石材幕墙连接件计算一、横梁与立柱连接件计算综合考虑幕墙所处的位置的标高、分格尺寸等因素，对下列最不利处进行计算，该处幕墙标高为86.85 m，石材幕墙自重按GAK =0.85KN/m2，设计荷载q=2.98 KN/m2，幕墙分格宽度B=1.7 m，横梁跨度B1=0.8m，横梁上下分格高度为H=0.95m。立柱材料为120605mm方通，横梁为角钢，壁厚5 mm。角码材料为角钢，壁厚为5 mm，采用2个M6不锈钢螺栓与立柱连接。螺栓承受水平和竖直组合剪力作用。1、计算模型2、荷载计算横梁端部支点承受的水平荷载N2=q面BH/2=2.980.80.95/2=1.132 KN横梁端部支点承受的垂直荷载N1= 1.2qAKBH /2=1.20.850.80.95/2=0.388 KN组合荷载N=1.197 KN3、与立柱相连接的螺栓个数n2，立柱局部承压校核：与立柱相连接的螺栓个数n2M6不锈钢螺钉有效直径 4.9 mmM6不锈钢螺栓抗剪应力 245 N/mm2钢材承压应力 320 N/mm2每个螺栓的抗剪承载力=4620 Nn2=0.26 个根据构造要求，取螺栓n2=2 （个）立柱局部承压能力=264320=15360 N N=1197 N角码局部承压能力=265320=19200 N N=1197 N4、角码与横梁相连接的螺栓个数n1，横梁局部承压校核与立柱相连接的螺栓个数n2n1 = = =0.25 （个）取螺栓n1=2 （个）横梁局部承压能力=265320=19200 N N2=2078 N角码局部承压能力=185320=12800 N N2=2078 N立柱与横梁连接设计符合要求。二、立柱与钢角码连接计算计算宽度B=0.8 m，高度H=3.9 m。立柱材料为方通，局部承压强度为320 N/mm2，立柱壁厚=4 mm，钢角码局部承压强度为320 N/mm2，壁厚为=8 mm，立柱的固定方式为双系点，即两侧均有钢角码与埋件连接，钢角码尺寸1401408 mm（L=110mm）镀锌角钢，用2个M12不锈钢螺栓连接，螺栓有效直径D0=10.10 mm。1、荷载计算垂直荷载 =1.020.83.9=3.182 KN水平荷载 =2.980.83.9=9.298 KN组合荷载 N=9.827 KN2、螺栓个数计算每个螺栓的抗剪承载力剪切面 2=39.263 KNn1=0.25 个根据构造要求，取螺栓个数n1=2 （个）3、立柱孔壁局部承压能力=22124320=61440 N N=9287 N4、钢连接件局部承压能力=22128320=122880 N N=11339 N立柱与支座连接设计符合要求.三、钢角码与预埋件连接计算标高取84.0 m，自重荷载GAK=0.85 KN/m2，水平荷载为q=2.98 KN/m2，幕墙分格宽度1.7 m，受力有效宽度B1=800mm,高度为4.5 m，幕墙采用钢连接件1401408 mm(L=110mm)，端部截面积A=880 mm，抵抗矩W=16133 mm3，幕墙立柱连接螺栓的中心离支座端部横截面形心的水平距离d=100 mm，垂直距离为0。模型如下图所示：1、荷载计算单个钢连接件承受如下荷载水平荷载：N2=qB1H=2.980.83.9=4.649 KN垂直荷载：N1=0.51.20.850.83.9=1.591 KN荷载组合： N=4.914 KN支座横截面最大弯矩M=N20+N1d=0+1.53910010-3=0.154 KNm2、螺栓个数计算每个螺栓的抗剪承载力=19.629 Nn1=0.08 单个钢角码采用取螺栓个数n1=1 （个）3、钢连接件局部承压能力=1128320=30720 N N=4914 N4、支座校核正应力=17.3 N/mm2 =215 N/mm2立柱与预埋件连接设计符合要求。四、预埋件计算主体结构采用混凝土强度等级为C30，锚筋选用级钢筋，直径12 mm，共4根分2层，锚筋间距为Z=120 mm，锚板尺寸采用30018010 mm的Q235钢板。受力形式如下图：1、荷载计算水平荷载：N=24.914=9.828 KN垂直荷载：V=21.591=3.182 KN弯矩为： M=20.154=0.308 KNm2、锚筋最小截面积计算当有剪力、法向拉力、弯矩共同作用时，锚筋面积按下式计算，并应大于其最大值：其中：锚筋层数影响系数 =1锚板弯曲变形折系数=0.6+0.25=0.6+0.25=0.81锚板受剪承载力系数（0.7，取0.7）=（4.0-0.08d）=（4.0-0.0812）=0.8120.7取=0.7=105.5 mm2=109.9 mm2所需锚筋最小截面积为109.9 mm23、负风压法向压力校核法向压力N0.5，即9.828 KN 0.515300180=405 KN4、预埋件锚筋确定（选择412）锚筋总面积为=452.4 mm2 109.9 mm2预埋件锚筋截面积满足要求。预埋件设计满足要求。由以上计算可知，石材幕墙设计满足要求。