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铝板幕墙焊缝设计计算
钢角码与预埋件间采用三边围焊连接,每个水平焊缝长度为Lh=80mm, 竖向焊缝长度为Lv = 120mm, 焊脚尺寸hf=7mm, 钢角码厚度 t = 7mm。
焊缝所受的内力设计值如下:
竖框所受的水平线荷载设计值为:
q=(1.0×1.4×Wk+0.6×1.3×qEk)×B
=(1×1.4×1.515+0.6×1.3×.095)×1
=2.195KN/m
则每个钢角码焊缝所受的内力为:
剪力V=1.2·t·γ板·1.1·B·L/2
=1.2×4×27×1.1×1×3.3/2
=235.6N
轴力N=q×L/2
=2.195×3.3×103/2
=3621.8N
式中: γ板——板的密度,取27 KN/m3
t ——板的总厚度 mm;
焊缝计算
焊缝计算厚度为: he=0.7·hf
=0.7×7
=4.9mm
根据规范对围焊在计算时需在端点减去hf,则实际计算焊缝的宽度为:b0=b-hf=80-7=73,钢角码及焊缝所围成的区域如下图所示:
竖框与钢角码连接螺栓距焊缝形心点距离为:
e=200 mm
ef=b0-b02/(2·b0+h)+hf
=73-732/(2×73+120)+7
=59.966 mm
焊缝所围区域的几何特性为:
焊缝总面积 A=he×(h+2·b0)
=4.9×(120+2×73)
= 1303.4 mm2
对形心点的惯性矩和极惯性矩为:
Ix=h3·he/12+b0·h2·he/2
=1203×4.9/12+73×1202×4.9/2
= 3281040mm4
Iy=2·he·[(ef-hf)3+(b-ef)3]/3+h·he·(b-ef)2
=2×4.9×[(59.966-7)3+(80-59.966)3]/3+120×4.9×(80-59.966)2
= 747663.4mm4
Ip=Ix+Iy
=3281040+747663.4
= 4028704mm4
把与竖框连接螺栓点部位所受的反力移到形心点,则形心点所受内力为:
N=3621.8
V=235.6
形心点的弯距为:
Mx=V·e
=235.6×200
=47120N·mm
My=N·ef
=3621.8×59.966
=217184.9N·mm
Mz=V·ef
=235.6×59.966
=14127.99N·mm
根据分析认为焊缝最危险点为图中的A、B两点
A、B两点到形心点的距离分别为:
ra=[ef2+(h/2)2]0.5
=[59.9662+(120/2)2]0.5
=84.829mm
rb=[(b-ef)2+(h/2)2]0.5
=[(80-59.966)2+(120/2)2]0.5
=63.256mm
A点所受正应力和剪应力分别为:
σ=N/A+Mx·h/2/Ix+My·ef/Iy
=3621.8/1303.4+47120×120/2/3281040+217184.9×59.966/747663.4
=21.06N/mm2
τ=Mz·ra/Ip
=14127.99×84.829/4028704
=.297N/mm2
B点所受正应力和剪应力分别为:
σ=N/A+Mx·h/2/Ix+My·(b-ef)/Iy
=3621.8/1303.4+47120×120/2/3281040+217184.9×(80-59.966)/747663.4
=9.46N/mm2
τ={(Mz·rb/Ip)2+[V/(h·he)]2}0.5
={(14127.99×63.256/4028704)2+[235.6/(120×4.9)]2}0.5
=.458N/mm2
这里认为剪力主要由向焊缝承担
焊缝所采用的焊条为E43型手工焊条,则角焊缝的抗拉、抗压和抗剪许可强度为160MPa,因此由上计算结果可知,焊缝强度满足要求。
钢角码根部计算:
钢角码根部截面形状为矩形,矩形截面的宽度为钢角码的厚度t,长度为h。
则矩形截面的面积为:
A=h·t
=120×7
=840mm2
截面的抗弯模量为:
Wx=h·h·t/6
=120×120×7/6
=16800mm3
把与竖框连接螺栓点部位所受的反力移到根部,则钢角码根部所受内力为:
N=3621.8N
V=235.6N
弯距为:
M=V·e
=235.6×200
=47120N·mm
则截面所受的抗弯应力和剪应力分别为:
σ=N/A+M/Wx
=3621.8/840+47120/16800
=7.116N/mm2
τ=V/A
=235.6/840
=.28N/mm2
钢角码采用材质为Q235,其厚度小于16mm,根据规范其抗弯强度为215Mpa,抗剪强度为125Mpa,因此由上计算结果可知,截面强度满足要求。
铝板幕墙埋件设计计算
采用110米标高处的竖框上端埋件做计算。该处层间高L=3.3米,分格宽B=1米。
幕墙所在计算单元自重为
Gk=γ板·L·B·t·1.1·10-3
=27×3.3×1×4×1.1×10-3
=.392KN
幕墙所受的水平分布地震作用为
qEk=βe·αmax·Gk/(L·B)
=5×.16×.119
=.095KN/m2
竖框所受的水平线荷载设计值为
q=(1.0×1.4×Wk+0.6×1.3×qEk)×B
=(1×1.4×1.515+0.6×1.3×.095)×1
=2.195KN/m
一个埋件所受的内力为
剪力V=1.2×Gk=1.2×.392×103=470.4N
弯矩M=V×e0=470.4×200=94080N·mm
其中: e0——竖框螺栓到埋件间距 mm;
轴向拉力N=q×L
=2.195×3.3×103
=7243.5N
一个预埋件锚筋的总截面面积As应同时满足下式:
As≥V/aravfy+N/0.8abfy+M/arabfyZ
As≥N/0.8abfy+M/0.4arabfyZ
式中,ar——钢筋层数影响系数,本计算取1
z——最上排与最下排锚筋间距(mm)
av——钢筋受剪承载力系数,当av大于0.7时,取av等于0.7
ab——锚板弯曲变形折减系数
av=(4.0-0.08d)×(fc/fy)0.5
=(4.0-0.08×12)×(14.3/210)0.5
=.79
式中, fc——砼轴心受压强度设计值(N/mm2)
fy——锚筋抗拉强度设计值(N/mm2)
ab——锚板弯曲变形折减系数
ab=0.6+0.25t/d
=0.6+0.25×10/12
=.81
式中, t——预埋板厚度(mm)
d——锚筋直径(mm)
实际采用的锚筋总截面面积为
As =4×(0.25×π×12 2)
=452.4mm2
则: V / aravfy + N / 0.8abfy + M / 1.3arabfyZ
=470.4/(1×.7×210)+7243.5/(0.8×.81×210)+94080/(1.3×1×.81×210×100)
=62mm2≤As=452.4mm2
N/0.8abfy+M/0.4arabfyZ
=7243.5/(0.8×.81×210)+94080/(0.4×1×.81×210×100)
=67.1mm2≤As=452.4mm2
所以,预埋件锚筋总截面积满足承载力。
锚筋长度计算:
当计算中充分利用锚筋的抗拉强度时,其锚固长度应按下式计算:
la=1.1×a×(fy/ft)×d
=1.1×.16×(210/1.43)×12
=310.154mm
式中, la——受拉钢筋锚固长度 mm
ft——混凝土轴心抗拉强度设计值 N/mm2
d——锚筋公称直径 mm
a——锚筋外形系数,光圆钢筋取0.16,带肋钢筋取0.14
1.1——按《玻璃幕墙工程技术规范》c.0.5.2 采用
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