济南某操场玻璃幕墙工程计算书.doc

济南xxxx大学xxxx校区玻璃幕墙工程设计计算书基本参数: 济南地区 抗震6度设防 .设计依据: 建筑结构荷载规范 GB50009-2001 钢结构设计规范 GBJ17-88 玻璃幕墙工程技术规范 JGJ102-2003 建筑玻璃应用技术规程 JGJ113-97 建筑幕墙 JG3035-96 建筑结构静力计算手册 （第二版） 建筑幕墙物理性能分级 GB/T15225-94 铝及铝合金阳极氧化，阳极氧化膜的总规范 GB8013 铝及铝合金加工产品的化学成份 GB/T3190 碳素结构钢 GB700-88 硅酮建筑密封胶 GB/T14683-93 建筑幕墙风压变形性能检测方法 GB/T15227 建筑幕墙雨水渗漏形性能检测方法 GB/T15228 建筑幕墙空气渗透形性能检测方法 GB/T15226 建筑结构抗震规范 GBJ11-89 建筑设计防火规范 GBJ16-87（修订本） 高层民用建筑设计防火规范 GB50045 建筑物防雷设计规范 GB50057-94 铝合金建筑型材 GB/T5237-93 民用建筑隔声设计规范 GBJ118-88 民用建筑热工设计规范 GB50176-93 采暖通风与空气调节设计规范 GBJ19-87 优质碳素结构钢技术条件 GB699-88 低合金高强度结构钢 GB1579 不锈钢棒 GB1220 不锈钢冷加工钢棒 GB4226 聚硫建筑密封胶 JC483-92 铝及铝合金板材 GB3380-97 不锈钢冷轧钢板 GB3280-92 不锈钢热轧钢板 GB4237-92 建筑幕墙窗用弹性密封剂 JC485-92.基本计算公式: (1).场地类别划分: 根据地面粗糙度,场地可划分为以下类别: A类近海面,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; 济南xxxxxx大学xxxxxxx校区玻璃幕墙工程按C类地区计算风压(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 7.1.1 采用 风荷载计算公式: Wk=gzzsW0 其中: 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,按建筑结构荷载规范GB50009-2001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 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) z-风压高度变化系数,按建筑结构荷载规范GB50009-2001取定, 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=(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取为：1.0 W0-基本风压,按全国基本风压图,济南地区取为0.450kN/m2,(3).地震作用计算: qEAk=EmaxGAK 其中: qEAk-水平地震作用标准值 E-动力放大系数,按 3.0 取定 max-水平地震影响系数最大值,按相应设防烈度取定: 6度: max=0.04 7度: max=0.08 8度: max=0.16 9度: max=0.32 济南设防烈度为6度,故取max=0.040 GAK-幕墙构件的自重(N/m2)(4).荷载组合: 结构设计时，根据构件受力特点，荷载或作用的情况和产生的应力(内力)作用方向，选用最不利的组合，荷载和效应组合设计值按下式采用： GSG+wwSw+EESE+TTST 各项分别为永久荷载：重力；可变荷载：风荷载、温度变化；偶然荷载：地震 水平荷载标准值: qk=Wk+0.6qEAk 水平荷载设计值: q=1.4Wk+0.61.3qEAk 荷载和作用效应组合的分项系数,按以下规定采用: 对永久荷载采用标准值作为代表值，其分项系数满足： a.当其效应对结构不利时：对由可变荷载效应控制的组合，取1.2；对有永久荷载效应控制的组合，取1.35 b.当其效应对结构有利时：一般情况取1.0；对结构倾覆、滑移或是漂浮验算，取0.9 可变荷载根据设计要求选代表值，其分项系数一般情况取1.4一、风荷载计算 1、标高为16.600处风荷载计算(1). 风荷载标准值计算: Wk: 作用在幕墙上的风荷载标准值(kN/m2) gz: 16.600m高处阵风系数(按C类区计算): f=0.734(Z/10)(-0.22)0.657 gz=0.85(1+2f)=1.966 z: 16.600m高处风压高度变化系数(按C类区计算): (GB50009-2001) z=0.616(Z/10)0.44=0.770 风荷载体型系数s=1.00 Wk=gzzsW0 (GB50009-2001) =1.9660.7701.00.450 =0.681 kN/m2 因为Wk=1.0KN/M2,取Wk=1.000 kN/m2 按 JGJ102-2003 采用(2). 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 按建筑结构荷载规范GB50009-2001 3.2.5 规定采用 W=rwWk=1.41.000=1.400kN/m2二、幕墙立柱计算: 幕墙立柱计算: (第1处)幕墙立柱按简支梁力学模型进行设计计算：1. 选料:(1)风荷载线分布最大荷载集度设计值(矩形分布) qw: 风荷载线分布最大荷载集度设计值(kN/m) rw: 风荷载作用效应的分项系数：1.4 Wk: 风荷载标准值: 1.000kN/m2 B: 幕墙分格宽: 1.200m qw=1.4WkB =1.41.0001.200 =1.680kN/m(2)立柱弯矩: Mw: 风荷载作用下立柱弯矩(kN.m) qw: 风荷载线分布最大荷载集度设计值: 1.680(kN/m) Hsjcg: 立柱计算跨度: 3.900m Mw=qwHsjcg2/8 =1.6803.9002/8 =3.194kNm qEA: 地震作用设计值(KN/M2): GAk: 玻璃幕墙构件(包括玻璃和框)的平均自重: 400N/m2 垂直于玻璃幕墙平面的分布水平地震作用: qEAk: 垂直于玻璃幕墙平面的分布水平地震作用 (kN/m2) qEAk=3maxGAk (JGJ102-2003) =30.040400.000/1000 =0.048kN/m2 E: 幕墙地震作用分项系数: 1.3 qEA=1.3qEAk =1.30.048 =0.062kN/m2 qE：水平地震作用线分布最大荷载集度设计值(矩形分布) qE=qEAB =0.0621.200 =0.075kN/m ME: 地震作用下立柱弯矩(kNm): ME=qEHsjcg2/8 =0.0753.9002/8 =0.142kNm M: 幕墙立柱在风荷载和地震作用下产生弯矩(kNm) 采用SW+0.6SE组合 M=Mw+0.6ME =3.194+0.60.142 =3.280kNm(3)W: 立柱抗弯矩预选值(cm3) W=M103/1.05/84.2 =3.280103/1.05/84.2 =37.094cm3 qWk: 风荷载线分布最大荷载集度标准值(kN/m) qWk=WkB =1.0001.200 =1.200kN/m qEk: 水平地震作用线分布最大荷载集度标准值(kN/m) qEk=qEAkB =0.0481.200 =0.058kN/m(4)I1,I2: 立柱惯性矩预选值(cm4) I1=900(qWk+0.6qEk)Hsjcg3/384/0.7 =900(1.200+0.60.058)3.9003/384/0.7 =245.199cm4 I2=5000(qWk+0.6qEk)Hsjcg4/384/0.7/20 =5000(1.200+0.60.058)3.9004/384/0.7/20 =265.633cm4 选定立柱惯性矩应大于: 265.633cm42. 选用立柱型材的截面特性: 选用型材号: XC172161 型材强度设计值: 85.500N/mm2 型材弹性模量: E=0.7105N/mm2 X轴惯性矩: Ix=359.799cm4 Y轴惯性矩: Iy=121.852cm4 X轴抵抗矩: Wx1=58.897cm3 X轴抵抗矩: Wx2=52.212cm3 型材截面积: A=15.686cm2 型材计算校核处壁厚: t=3.000mm 型材截面面积矩: Ss=34.549cm3 塑性发展系数: =1.053. 幕墙立柱的强度计算: 校核依据: N/A+M/wa=85.5N/mm2(拉弯构件) (JGJ102-2003) B: 幕墙分格宽: 1.200m GAk: 幕墙自重: 400N/m2 幕墙自重线荷载: Gk=400Wfg/1000 =4001.200/1000 =0.480kN/m NK: 立柱受力: Nk=GkHsjcg =0.4803.900 =1.872kN N: 立柱受力设计值: rG: 结构自重分项系数: 1.2 N=1.2Nk =1.21.872 =2.246kN : 立柱计算强度(N/mm2)(立柱为拉弯构件) N: 立柱受力设计值: 2.246kN A: 立柱型材截面积: 15.686cm2 M: 立柱弯矩: 3.280kNm Wx2: 立柱截面抗弯矩: 52.212cm3 : 塑性发展系数: 1.05 =N10/A+M103/1.05/Wx2 =2.24610/15.686+3.280103/1.05/52.212 =61.252N/mm2 61.252N/mm2a=85.5N/mm2 立柱强度可以满足4. 幕墙立柱的刚度计算: 校核依据: UmaxU=20mm 且 UmaxL/180 (JGJ102-2003) Umax: 立柱最大挠度 Umax=5(qWk+0.6qEk)Hsjcg41000/384/0.7/Ix 立柱最大挠度Umax为: 14.766mm20mm Du: 立柱挠度与立柱计算跨度比值: Hsjcg: 立柱计算跨度: 3.900m Du=U/Hsjcg/1000 =14.766/3.900/1000 =0.0041/180 挠度可以满足要求5. 立柱抗剪计算: 校核依据: max=49.6N/mm2(1)Qwk: 风荷载作用下剪力标准值(kN) Qwk=WkHsjcgB/2 =1.0003.9001.200/2 =2.340kN(2)Qw: 风荷载作用下剪力设计值(kN) Qw=1.4Qwk =1.42.340 =3.276kN(3)QEk: 地震作用下剪力标准值(kN) QEk=qEAkHsjcgB/2 =0.0483.9001.200/2 =0.112kN(4)QE: 地震作用下剪力设计值(kN) QE=1.3QEk =1.30.112 =0.146kN(5)Q: 立柱所受剪力: 采用Qw+0.6QE组合 Q=Qw+0.6QE =3.276+0.60.146 =3.364kN(6)立柱剪应力: : 立柱剪应力: Ss: 立柱型材截面面积矩: 34.549cm3 Ix: 立柱型材截面惯性矩: 359.799cm4 t: 立柱壁厚: 3.000mm =QSs100/Ix/t =3.36434.549100/359.799/3.000 =10.766N/mm2 10.766N/mm249.6N/mm2 立柱抗剪强度可以满足三、立梃与主结构连接 立梃与主结构连接: (第1处) Lct2: 连接处钢角码壁厚: 6.000mm D2: 连接螺栓直径: 12.000mm D0: 连接螺栓直径: 10.360mm 采用SG+SW+0.6SE组合 N1wk: 连接处风荷载总值(N): N1wk=WkBHsjcg1000 =1.0001.2003.9001000 =4680.000N 连接处风荷载设计值(N) : N1w=1.4N1wk =1.44680.000 =6552.000N N1Ek: 连接处地震作用(N): N1Ek=qEAkBHsjcg1000 =0.0481.2003.9001000 =224.640N N1E: 连接处地震作用设计值(N): N1E=1.3N1Ek =1.3224.640 =292.032N N1: 连接处水平总力(N): N1=N1w+0.6N1E =6552.000+0.6292.032 =6727.219N N2: 连接处自重总值设计值(N): N2k=400BHsjcg =4001.2003.900 =1872.000N N2: 连接处自重总值设计值(N): N2=1.2N2k =1.21872.000 =2246.400N N: 连接处总合力(N): N=(N12+N22)0.5 =(6727.2192+2246.4002)0.5 =7092.376N Nvb: 螺栓的承载能力: Nv: 连接处剪切面数: 2 Nvb=23.14D02130/4 (GBJ17-88 7.2.1-1) =23.1410.3602130/4 =21905.971N Num1: 立梃与建筑物主结构连接的螺栓个数: Num1=N/Nvb =7092.376/21905.971 =0.324个 取 2个 Ncbl: 立梃型材壁抗承压能力(N): D2: 连接螺栓直径: 12.000mm Nv: 连接处剪切面数: 4 t: 立梃壁厚: 3.000mm Ncbl=D22120tNum1 (GBJ17-88 7.2.1) =12.00021203.0002.000 =17280.000N 17280.000N 7092.376N 强度可以满足 Ncbg: 钢角码型材壁抗承压能力(N): Ncbg=D22267Lct2Num1 (GBJ17-88 7.2.1) =12.00022676.0002.000 =76896.000N 76896.000N7092.376N 强度可以满足四、幕墙预埋件总截面面积计算 幕墙预埋件计算: (第1处) 本工程预埋件受拉力和剪力 V: 剪力设计值: V=N2 =2246.400N N: 法向力设计值: N=N1 =6727.219N M: 弯矩设计值(Nmm): e2: 螺孔中心与锚板边缘距离: 50.000mm M=Ve2 =2246.40050.000 =112320.000Nm Num1: 锚筋根数: 4根 锚筋层数: 2层 Kr: 锚筋层数影响系数: 1.000 关于混凝土：混凝土标号C30 混凝土强度设计值:fc=15.000N/mm2 按现行国家标准混凝土结构设计规范 GBJ10采用。 选用一级锚筋 锚筋强度设计值:fy=210.000N/mm2 d: 钢筋直径: 12.000mm v: 钢筋受剪承载力系数: v=(4-0.08d)(fc/fy)0.5 (JGJ102-2003) =(4-0.0812.000)(15.000/210.000)0.5 =0.812 v取0.7 t: 锚板厚度: 8.000mm b: 锚板弯曲变形折减系数: b=0.6+0.25t/d (JGJ102-2003) =0.6+0.258.000/12.000 =0.767 Z: 外层钢筋中心线距离: 210.000mm As: 锚筋实际总截面积: As=Num13.14d2/4 =4.0003.14d2/4 =452.160mm2 锚筋总截面积计算值: As1=(V/Kv+N/0.8/Kb+M/1.3/Kr/Kb/Z)/fy (JGJ102-2003) =70.067mm2 As2=(N/0.8/Kb+M/0.4/Kr/Kb/Z)/fy (JGJ102-2003) =60.535mm2 70.067mm2452.160mm2 60.535mm2452.160mm2 4根12.000锚筋可以满足要求 A : 锚板面积: 60000.000 mm2 0.5fcA=450000.000 N N=6727.219N0.5fcA 锚板尺寸可以满足要求五、幕墙预埋件焊缝计算 幕墙预埋件焊缝计算: (第1处) Hf:焊缝厚度8.000 L :焊缝长度150.000 m:弯矩引起的应力 m=6M/(2helw21.22) (GBJ17-88 7.1.2) =2.516N/mm2 n:法向力引起的应力 n =N/(2heLw1.22) (GBJ17-88 7.1.2) =3.517N/mm2 :剪应力 =V/(2HfLw) (GBJ17-88 7.1.2) =1.003N/mm2 :总应力 =(m+n)2+2)0.5 (GBJ17-88 7.1.2-3) =6.116 6.116N/mm2160N/mm2 焊缝强度可以满足!六、幕墙横梁计算 幕墙横梁计算: (第1处)1. 选用横梁型材的截面特性: 选用型材号: XC172164 型材强度设计值: 85.500N/mm2 型材弹性模量: E=0.7105N/mm2 X轴惯性矩: Ix=60.210cm4 Y轴惯性矩: Iy=37.337cm4 X轴抵抗矩: Wx1=18.760cm3 X轴抵抗矩: Wx2=15.885cm3 Y轴抵抗矩: Wy1=9.993cm3 Y轴抵抗矩: Wy2=10.779cm3 型材截面积: A=8.234cm2 型材计算校核处壁厚: t=3.000mm 型材截面面积矩: Ss=10.667cm3 塑性发展系数: =1.052. 幕墙横梁的强度计算: 校核依据: Mx/Wx+My/Wya=85.5 (JGJ102-2003)(1)横梁在自重作用下的弯矩(kNm) H: 幕墙分格高: 1.650m GAk: 横梁自重: 300N/m2 Gk: 横梁自重荷载线分布均布荷载集度标准值(kN/m): Gk=300H/1000 =3001.650/1000 =0.495kN/m G: 横梁自重荷载线分布均布荷载集度设计值(kN/m) G=1.2Gk =1.20.495 =0.594kN/m Mx: 横梁在自重荷载作用下的弯矩(kNm) Mx=GB2/8 =0.5941.2002/8 =0.107kNm(2)横梁在风荷载作用下的弯矩(kNm) 风荷载线分布最大荷载集度标准值(三角形分布) qwk=WkB =1.0001.200 =1.200kN/m 风荷载线分布最大荷载集度设计值 qw=1.4qwk =1.41.200 =1.680kN/m Myw: 横梁在风荷载作用下的弯矩(kNm) Myw=qwB2/12 =1.6801.2002/12 =0.202kNm(3)地震作用下横梁弯矩 qEAk: 横梁平面外地震荷载: E: 动力放大系数: 3 max: 地震影响系数最大值: 0.040 Gk: 幕墙构件自重: 300 N/m2 qEAk=3max300/1000 (JGJ102-2003) =30.040300/1000 =0.036kN/m2 qex: 水平地震作用线分布最大荷载集度标准值 B: 幕墙分格宽: 1.200m 水平地震作用线分布最大荷载集度标准值(三角形分布) qex=qEAkB =0.0361.200 =0.043KN/m qE: 水平地震作用线分布最大荷载集度设计值 E: 地震作用分项系数: 1.3 qE=1.3qex =1.30.043 =0.056kN/m MyE: 地震作用下横梁弯矩: MyE=qEB2/12 =0.0561.2002/12 =0.007kNm(4)横梁强度: : 横梁计算强度(N/mm2): 采用SG+SW+0.6SE组合 Wx1: X轴抵抗矩: 18.760cm3 Wy2: y轴抵抗矩: 10.779cm3 : 塑性发展系数: 1.05 =(Mx/Wx1+Myw/Wy2+0.6MyE/Wy2)103/1.05 =23.597N/mm2 23.597N/mm2a=85.5N/mm2 横梁正应力强度可以满足3. 幕墙横梁的抗剪强度计算: 校核依据: max=49.6N/mm2(1)Qwk: 风荷载作用下横梁剪力标准值(kN) Wk: 风荷载标准值: 1.000kN/m2 B: 幕墙分格宽: 1.200m 风荷载线分布呈三角形分布时： Qwk=WkB2/4 =1.0001.2002/4 =0.360kN(2)Qw: 风荷载作用下横梁剪力设计值(kN) Qw=1.4Qwk =1.40.360 =0.504kN(3)QEk: 地震作用下横梁剪力标准值(kN) 地震作用线分布呈三角形分布时： QEk=qEAkB2/4 =0.0361.2002/4 =0.013kN(4)QE:地震作用下横梁剪力设计值(kN) E: 地震作用分项系数: 1.3 QE=1.3QEk =1.30.013 =0.017kN(5)Q: 横梁所受剪力: 采用Qw+0.6QE组合 Q=Qw+0.6QE =0.504+0.60.017 =0.514kN(6): 横梁剪应力 Ss: 横梁型材截面面积矩: 10.667cm3 Iy: 横梁型材截面惯性矩: 37.337cm4 t: 横梁壁厚: 3.000mm =QSs100/Iy/t =0.51410.667100/37.337/3.000 =4.896N/mm2 4.896N/mm249.6N/mm2 横梁抗剪强度可以满足4.幕墙横梁的刚度计算 校核依据: UmaxU=20mm 且 UmaxL/180 (JGJ102-2003) 横梁承受呈三角形分布线荷载作用时的最大荷载集度： qwk：风荷载线分布最大荷载集度标准值(KN/m) qwk=Wk B =1.0001.200 =1.200KN/m qex: 水平地震作用线分布最大荷载集度标准值(KN/m) qex=qEAk B =0.0361.200 =0.043KN/m 水平方向由风荷载和地震作用产生的弯曲: U1=(qwk+0.6qex)Wfg41000/0.7/Iy/120 =0.811mm 自重作用产生的弯曲: U2=5GkWfg41000/384/0.7/Ix =0.317mm 综合产生的弯曲为: U=(U12+U22)0.5 =0.870mm=20mm Du=U/Wfg/1000 =0.870/1.200/1000 =0.0011/180 挠度可以满足要求七、横梁与立柱连接件计算 横梁与立柱连接件计算: (第1处)1. 横梁与立柱间连结(1)横向节点(横梁与角码) N1: 连接部位受总剪力: 采用Sw+0.6SE组合 N1=(Qw+0.6QE)1000 =(0.504+0.60.017)1000 =514.109N 普通螺栓连接的抗剪强度计算值: 130N/mm2 Nv: 剪切面数: 1 D1: 螺栓公称直径: 6.000mm D0: 螺栓有效直径: 5.060mm Nvbh: 螺栓受剪承载能力计算: Nvbh=13.14D02130/4 (GBJ17-88 7.2.1-1) =13.145.0602130/4 =2612.847N Num1: 螺栓个数: Num1=N1/Nvbh =514.109/2612.847 =0.197 取 2 个 Ncb: 连接部位幕墙横梁铝型材壁抗承压能力计算: t: 幕墙横梁壁厚:3.000mm Ncb=D1t120 num1 =6.0003.000120 2.000 =4320.000N 4320.000N514.109N 强度可以满足(2)竖向节点(角码与立柱) Gk: 横梁自重线荷载(N/m): Gk=300H =3001.650 =495.000N/m 横梁自重线荷载设计值(N/m) G=1.2Gk =1.2660.000 =792.000N/m N2: 自重荷载(N): N2=GB/2 =792.0001.200/2 =475.200N N: 连接处组合荷载: 采用SG+SW+0.6SE N=(N12+N22)0.5 N=(514.1092+475.2002)0.5 =700.088N Num2: 螺栓个数: Num2=N/Nvbh =0.268 取 2 个 Ncbj: 连接部位铝角码壁抗承压能力计算: Lct1: 铝角码壁厚:4.000mm Ncbj=D1Lct1120Num2 (GBJ17-88 7.2.1) =6.0004.000120 2.000 =5760.000N 5760.000N700.088N 强度可以满足八、玻璃的选用与校核 玻璃的选用与校核:(第1处) 本处选用玻璃种类为: 钢化玻璃1. 玻璃面积: B: 该处玻璃幕墙分格宽: 1.060m H: 该处玻璃幕墙分格高: 1.650m A: 该处玻璃板块面积: A=BH =1.0601.650 =1.749m22. 玻璃厚度选取: Wk: 风荷载标准值: 1.400kN/m2 A: 玻璃板块面积: 1.749m2 K3: 玻璃种类调整系数: 3.000 试算: C=WkA10/3/K3 =1.0001.74910/3/3.000 =1.943 T=2(1+C)0.5-2 =2(1+1.943)0.5-2 =1.431mm 玻璃选取厚度为: 6.0mm3. 该处玻璃板块自重: GAK: 玻璃板块平均自重(不包括铝框): t: 玻璃板块厚度: 6.0mm 玻璃的体积密度为: 25.6(KN/M3) (JGJ102-2003) GAK=25.6t/1000 =25.66.0/1000 =0.154kN/m24. 该处垂直于玻璃平面的分布水平地震作用: max: 水平地震影响系数最大值: 0.040 qEAk: 垂直于玻璃平面的分布水平地震作用(kN/m2) qEAk=3maxGAK (JGJ102-2003) =30.0400.154 =0.018kN/m2 rE: 地震作用分项系数: 1.3 qEA: 垂直于玻璃平面的