栏杆结构设计.doc

栏杆结构设计计算书

一、 工程概况
1、 工程名称：
2、 工程地点：
3、 工程内容：
4、 建设单位：
5、 施工单位：

二、 计算参考规范、标准及资料
1、 建筑设计规范
《建筑结构荷载规范》 GB50009-2001 (2006年版)
《建筑装饰工程施工质量验收规范》 GB50210-2001
《建筑钢结构焊接规程》 GB/T8162
《碳钢焊条》 GB/T5117-1995
2、 锌钢规范
……
3、 玻璃规范
《建筑玻璃应用技术规程》 JGJ113-2003
《浮法玻璃》 GB11614-1999
《钢化玻璃》 GB/T9963-1998
《夹层玻璃》 GB9962-1999
4、 钢材规范
《碳素结构钢》 GB/T700-1988
《优质碳素结构钢》 GB/T699
《不锈钢和耐热钢冷轧带钢》 GB/T4239
《高耐候结构钢》 GB/T4171-2000
《焊接结构用耐候钢》 GB/T4172-2000
《金属覆盖层钢铁制品热镀锌层技术要求》 GB/T13912-1992
5、 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
《工业用橡胶板》 GB/T5574-1994
6、 五金件规范 GB/T9304
《紧固件 螺栓和螺钉》 GB/T5277
《十字槽盘头螺钉》 GB/T818
《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》 GB3098.6-2000
《紧固件机械性能 不锈钢螺栓、螺钉、螺柱》 GB3098.15-2000
《紧固件机械性能 不锈钢、螺母》 GB/T16823.1-1997
7、 《建筑结构静力计算手册》 第二版
8、 木工程建筑与结构施工图纸

三、 栏杆承受何种计算
1、 水平荷载值：
按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001 (2006年版)第4.5.2条规定
住宅阳台栏杆顶部水平荷载取q=0.5kN/m。
2、 栏杆顶部到阳台地坪面高度为1250mm，栏杆靠阳台踢脚线内表面安装，锌钢栏杆净高度为L=650mm，立杆分格间距l=650mm。
3、 栏杆选用立杆型材的截面特性
栏杆立杆采用锌钢栏杆 型材：
型材的抗弯强度设计值：fa=215N/mm2
型材的抗剪强度设计值：τa=125N/mm2
型材弹性模量：E=2.06×105 N/m2
惯性矩：Ix= 65510mm4，Iy= 172950mm4
净截面抵抗矩：Wx1= 3276mm3，Wx2= 4346mm3
型材净截面面积：A=244.3mm2
型材线密度：ρ=N/mm
塑性发展系数：γ=
4、 立杆顶部受水平力
F=q·l=0.5kN/m×0.65m=0.325kN
5、 立杆所受的弯矩为
Mmax=F·L=0.325kN×0.65m=0.21 kN·m
6、 锌钢立杆强度验算：
弯矩产生的应力：
σ1= Mmax/ Wx1=0.325×106/3.276×103=99.21 N/mm2
水平作用力产生的剪应力：
τ=F/A=325/244.3=1.33 N/mm2
应力组合：
σ=(2σ1+3τ)/2=(99.21×2+3×1.33)=101.21 N/mm2< fa=215N/mm2
锌钢立杆强度满足设计要求。

四、 玻璃承受荷载计算
1、 玻璃块规格：
分格尺寸为高700mm×宽740mm。玻璃采用6+0.76+6夹胶钢化玻璃。
2、 玻璃有效厚度：
te=(t13+t23)l/3
=(125+125)l/3
=6.30mm
3、 玻璃板块挠度值计算：
住宅阳台栏杆顶部水平荷载取q=0.5kN/m。
F=q·l=0.5kN/m×0.65m=0.325kN=325N
根据锌钢立杆挠度计算：
d=Fh3/3EI
=325×7003/(3×2.06×105×65510)
=2.8mm
4、 玻璃板块的弯曲刚度：
D=E te 3/(12(1-u2))
=2.06×105×6.303/(12×(1-0.22))
=4471327N·mm
5、 玻璃强度验算：
η玻璃折减系数：取η=0.7；
μ玻璃挠度系数：按边长比a/b查《玻璃幕墙工程技术规范》[JGJ102-2003]表6.1.3得μ=0.00449；
m玻璃弯矩系数：按边长比a/b查《玻璃幕墙工程技术规范》[JGJ102-2003]表6.1.2得m=0.0483；
由挠度公式：d=ημqa4/D
q=Dd/(ημqa4)
=4471327×2.8/(0.7×0.00449×7004)
=0.0165
玻璃由立杆挠度弯曲产生应力：
σ=6mqa2η/t2 ……6.1.2[JGJ102-2003]
=6×0.0483×0.0165×7002×0.7/6.32+
=41.32 N/mm2<fg=84.00 N/mm2(夹胶钢化玻璃强度设计值)
玻璃强度满足设计要求。

五、 栏杆立杆与建筑主体结构连接强度验算
锌钢立杆采用2个ST4.8×10不锈钢沉头螺钉与钢连接件固定连接，钢连接件采用4个M8×100不锈钢螺栓与建筑主体结构连接固定；钢连接件采用110×110×6mm镀锌钢板。
1、 连接处水平剪切力设计值：
N= F=q·l=0.5kN/m×0.65m=0.325kN=325N
2、 立杆型材壁抗承压能力计算：
Nc1：立柱型材壁抗承压能力（N）：
Nnum1：连接处螺钉个数；2个
d1：螺钉公称直接：4.8mm；
t1：连接部位立柱壁厚：1.2mm；
fc1：型材的局部承压强度设计值， 6063-T5取120 N/mm2；
Nc1= Nnum1×d1×t1×fc1
=2×4.8×1.2×120
=1383N>325N
立杆型材壁抗承压强度可以满足要求。
3、 螺钉承载力计算：
Nv2：螺钉受剪承载能力设计值（N）
nv2：剪切面数：取1；
d2：螺钉公称直径：4.8mm；（计算值取3.8mm）
fv2：螺钉连接的抗剪强度设计值，对奥氏体不锈钢（C50）取175 N/mm2；
Nv2= nv2×π×d22×fv2/4
=1×3.14×14.44×175/4
=1984N
Nnum2：螺钉个数：
Nnum2=N/ Nv2
=325/1984
=0.16个 实际取2个
4、 钢连接件6mm厚钢板抗承压能力计算：
Nc3：钢角码型材壁抗承压能力（N）：
Nnum3：连接处螺栓个数；4个
D3：连接螺栓公称直接：8mm；
t3：钢连接件钢板壁厚：6mm；
fc3：型材的局部承压强度设计值， 对Q235取215 N/mm2；
Nc3= Nnum3×d3×t3×fc3
=4×8×6×215
=41280N>325N
钢连接件强度满足要求。
5、 不锈钢螺栓抗剪承力计算：
Nv4：螺栓受剪承载能力设计值（N）
nv4：剪切面数：取1；
d4：螺栓公称直径：8mm；
fv4：螺栓连接的抗剪强度设计值，对Q235取125 N/mm2；
Nv4= nv4×π×d42×fv4/4
=1×3.14×64×125/4
=6280N
Nnum2：螺栓个数：
Nnum2=N/ Nv2
=325/6280
=0.05个 实际取4个
不锈钢螺栓抗剪强度满足要求。

六、 栏杆扶手与建筑主体结构连接强度验算
栏杆扶手与建筑主体结构连接强度验算主要考虑为侧向抗剪受力，其受力力臂长度简约计算为1000mm，其水平荷载取q=0.5kN/m。
扶手采用2个ST4.8×10不锈钢沉头螺钉与63×40×5镀锌角码固定连接，镀锌角码采用1个M8×100不锈钢螺栓与建筑主体结构连接固定。
1、 扶手水平力
F=q·l=0.5kN/m×1m=0.5kN
Mmax=F·L=0.5kN×1m=0.5 kN·m
连接处水平剪切力值：
N= F=q·l=0.5kN/m×1m=0.5kN=500N
2、 扶手型材壁抗承压能力计算：
Nc1：立柱型材壁抗承压能力（N）：
Nnum1：连接处螺钉个数；2个
d1：螺钉公称直接：4.8mm；
t1：连接部位立柱壁厚：1.2mm；
fc1：型材的局部承压强度设计值， 6063-T5取120 N/mm2；
Nc1= Nnum1×d1×t1×fc1
=2×4.8×1.2×120
=1383N>325N
扶手型材壁抗承压强度可以满足要求。
3、 螺钉承载力计算：
Nv2：螺钉受剪承载能力设计值（N）
nv2：剪切面数：取1；
d2：螺钉公称直径：4.8mm；（计算值取3.8mm）
fv2：螺钉连接的抗剪强度设计值，对奥氏体不锈钢（C50）取175 N/mm2；
Nv2= nv2×π×d22×fv2/4
=1×3.14×14.44×175/4
=1984N
Nnum2：螺钉个数：
Nnum2=N/ Nv2
=325/1984
=0.16个 实际取2个
4、 镀锌角码抗承压能力计算：
Nc3：镀锌角码型材壁抗承压能力（N）：
Nnum3：连接处螺栓个数；2个
D3：连接螺栓公称直接：8mm；
t3： 镀锌角码壁厚：5mm；
fc3：镀锌角码的局部承压强度设计值， 对Q235取215 N/mm2；
Nc3= Nnum3×d3×t3×fc3
=2×8×5×215
=17200N>325N
镀锌角码强度满足要求。
5、 扶手处不锈钢螺栓抗剪承载力计算：
Nv4：螺栓受剪承载能力设计值（N）
nv4：剪切面数：取1；
d4：螺栓公称直径：8mm；
fv4：螺栓连接的抗剪强度设计值，对Q235取125 N/mm2；
Nv4= nv4×π×d42×fv4/4
=1×3.14×64×125/4
=6280N
Nnum2：螺栓个数：
Nnum2=N/ Nv2
=325/6280
=0.05个 实际取1个
扶手处不锈钢螺栓抗剪强度满足要求。
6、 扶手处不锈钢螺栓抗拉承载力计算：
f：不锈钢螺栓受拉承载能力设计值（N）；
ft：混凝土轴心受拉强度设计值，按C25取1.27N/mm2;
la：不锈钢螺栓锚固长度：100mm；
β：不锈钢螺栓的外形系数：取0.14；
f= ft×la/β
=1.27×100/0.14
=907N
扶手受拉力F= q·l=0.5kN/m×1m=0.5kN=500N<907N
不锈钢螺栓抗拉强度满足要求。

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