石材结构计算书.doc

海德广场幕墙结构计算书
沈阳远大铝业工程有限公司
Shenyang Yuanda
Aluminium Engineering Co., Ltd.
第一部分、海德广场T型挂件四点支撑石材结构计算书
第一章、建筑工程概况及设计参数和依据
一、建筑概况
1、项目名称：海德广场一T型挂件四点支撑石材结构计算书
2、建设地点：东莞
二、设计采用规范及依据
● 《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003
● 《金属、石材幕墙工程技术规范》JGJ133-2001
● 《建筑结构静力计算手册》(第二版)
● 《钢结构设计规范》GB50017－2003
● 《建筑结构荷载规范》GB50009-2001(2006版)
● 《建筑结构抗震规范》GB50011-2010
●《点支式玻璃幕墙工程技术规程》 CECS127－2001
三、设计使用年限
按照《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003，此幕墙设计使用年限为：25年
第二章、计算说明
此部分位于塔楼立面，标高位于22.150-133.550m之间，为石材板块，后面支撑为钢结构支撑，石材板块大小为1.000×1.267m,石材厚度为30mm。
第三章、荷载计算
一、风载作用
最大计算高度133.550米，以133.550米计算风荷载标准值。
WK:作用在幕墙上的风荷载标准值 (kN/m2)
βgZ:瞬时风压阵风系数,βgZ=1.556
按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001（2006年版）表7.5.1
石材面板的大小为1.000×1.267=1.267m2，按照1.267m2计算。
μs1(A)=μs1(1)+[μs1(10)-μs1(1)]×logA-0.2
=-1.0-[1.0×0.8-1.0]×log1.267-0.2
=-1.179
μS1:局部风压体型系数,此处取-1.179
按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001（2006年版）表7.3.3
μZ:风荷载高度变化系数:1.927
按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001表7.2.1
W0:东莞地区基本风压,W0=0.650kN/m2
取50年一遇，C类地区计算
风荷载标准值
WK=βgzμZμS1W0
=1.556×1.927×1.179×0.650
 =2.298kN/m2
风荷载设计值
设计值W=1.4×2.298=3.217kN/m2.
二、石材面板自重荷载作用
1、单位面积石材幕墙自重荷载标准值计算
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
30mm厚石材板单位面积重力标准值
0.030×28.0=0.840KN/m2
考虑各种框架、零部件自重影响，幕墙自重面荷载标准
GAK=1.100N/m2
2、单位面积石材幕墙自重荷载设计值计算
rG：自重作用效应分项系数，取rG=1.2
按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第5.4.2.1条规定
GG：考虑龙骨和各种零部件后的幕墙面板自重面荷载设计值
GG=rG·GGK
=1.2×1.100
=1.320KN/m2
三、石材板块承受的水平地震荷载计算
1、幕墙石材面板承受的水平地震荷载标准值计算
αmax：水平地震影响系数最大值，取αmax=0.04
按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第5.3.4条规定
βE：动力放大系数，取βE=5.0
按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第5.3.4条规定
qEK：作用在幕墙上的地震荷载标准值计算
qEK=αmax·βE·GGK=0.04×5.0×1.320=0.264KN/m2
2、幕墙石材面板承受的水平地震荷载设计值计算
rE：地震荷载作用效应分项系数，取rE=1.3
按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第5.4.2.1条规定
qE：作用在幕墙上的地震荷载设计值
qE=rE·qEK=1.3×0.264=0.3432KN/m2
四、荷载组合
1、风荷载标准值计算
ψW:风荷载作用效应分项系数,取ψW=1.0
按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第5.4.3条规定
ψE:地震荷载作用效应分项系数，取ψE=0.5
按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第5.4.3条规定
qK=ψW×WK
=1.0×2.298
=2.298KN/m2
2、风荷载和水平地震作用组合设计值计算
q=ψW×W+ψE×qE
=1.0×3.217+0.5×0.3432
=3.389KN/m2
第四章、石材面板及连接件计算
一、计算说明
石材面板选用30mm厚的花岗岩，采用短槽形式的连接方式，石材幕墙的分格尺寸: 宽度1000mm,高度1267mm。
二、石材面板强度校核
校核石材时，计算强度时利用荷载设计值，脆性材料通常是张力破坏。这可以从材料的拉伸试验观察出来：其破坏情形通常是直接裂开。所以我们可以拿最大的主应力来和材料的抗张强度做比较，若则可以认定此点已破坏。这个准则叫做最大主应力准则（maximum principle stress criteria）。

石材强度计算模型

石材抗弯强度（单位：Mpa）

石材抗剪强度（单位：Mpa）
结论：根据《金属与石材幕墙工程技术规范》JGJ133-2001计算得，石材抗弯强度为3.721 Mpa，根据有限元软件ANSYS计算得，石材抗弯强度为为1.860Mpa，有限元计算小一些，这主要因为，根据规范计算时，附录B板弯矩系数并未考虑支撑点以外的有利作用，按照设计要求，此处花岗石板材的弯曲强度应经法定检测机构检测确定，其弯曲强度不应小于8.000Mpa，此处石材强度4.453Mpa>3.721Mpa，强度不满足规范要求！

第二部分、海德广场T型挂件六点支撑石材结构计算书
第一章、建筑工程概况及设计参数和依据
一、建筑概况
1、项目名称：海德广场一T型挂件六点支撑石材结构计算书
2、建设地点：东莞
二、设计采用规范及依据
● 《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003
● 《金属、石材幕墙工程技术规范》JGJ133-2001
● 《建筑结构静力计算手册》(第二版)
● 《钢结构设计规范》GB50017－2003
● 《建筑结构荷载规范》GB50009-2001(2006版)
● 《建筑结构抗震规范》GB50011-2010
●《点支式玻璃幕墙工程技术规程》 CECS127－2001
三、设计使用年限
按照《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003，此幕墙设计使用年限为：25年
第二章、计算说明
此部分位于塔楼立面，标高位于22.150-133.550m之间，为石材板块，后面支撑为钢结构支撑，石材板块大小为1.000×1.267m,石材厚度为30mm。
第三章、荷载计算
一、风载作用
最大计算高度133.550米，以133.550米计算风荷载标准值。
WK:作用在幕墙上的风荷载标准值 (kN/m2)
βgZ:瞬时风压阵风系数,βgZ=1.556
按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001（2006年版）表7.5.1
石材面板的大小为1.000×1.267=1.267m2，按照1.267m2计算。
μs1(A)=μs1(1)+[μs1(10)-μs1(1)]×logA-0.2
=-1.0-[1.0×0.8-1.0]×log1.267-0.2
=-1.179
μS1:局部风压体型系数,此处取-1.179
按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001（2006年版）表7.3.3
μZ:风荷载高度变化系数:1.927
按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001表7.2.1
W0:东莞地区基本风压,W0=0.650kN/m2
取50年一遇，C类地区计算
风荷载标准值
WK=βgzμZμS1W0
=1.556×1.927×1.179×0.650
 =2.298kN/m2
风荷载设计值
设计值W=1.4×2.298=3.217kN/m2.
二、石材面板自重荷载作用
1、单位面积石材幕墙自重荷载标准值计算
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
30mm厚石材板单位面积重力标准值
0.030×28.0=0.840KN/m2
考虑各种框架、零部件自重影响，幕墙自重面荷载标准
GAK=1.100N/m2
2、单位面积石材幕墙自重荷载设计值计算
rG：自重作用效应分项系数，取rG=1.2
按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第5.4.2.1条规定
GG：考虑龙骨和各种零部件后的幕墙面板自重面荷载设计值
GG=rG·GGK
=1.2×1.100
=1.320KN/m2
三、石材板块承受的水平地震荷载计算
1、幕墙石材面板承受的水平地震荷载标准值计算
αmax：水平地震影响系数最大值，取αmax=0.04
按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第5.3.4条规定
βE：动力放大系数，取βE=5.0
按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第5.3.4条规定
qEK：作用在幕墙上的地震荷载标准值计算
qEK=αmax·βE·GGK=0.04×5.0×1.320=0.264KN/m2
2、幕墙石材面板承受的水平地震荷载设计值计算
rE：地震荷载作用效应分项系数，取rE=1.3
按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第5.4.2.1条规定
qE：作用在幕墙上的地震荷载设计值
qE=rE·qEK=1.3×0.264=0.3432KN/m2
四、荷载组合
1、风荷载标准值计算
ψW:风荷载作用效应分项系数,取ψW=1.0
按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第5.4.3条规定
ψE:地震荷载作用效应分项系数，取ψE=0.5
按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第5.4.3条规定
qK=ψW×WK
=1.0×2.298
=2.298KN/m2
2、风荷载和水平地震作用组合设计值计算
q=ψW×W+ψE×qE
=1.0×3.217+0.5×0.3432
=3.389KN/m2
第四章、石材面板及连接件计算
一、计算说明
石材面板选用30mm厚的花岗岩，采用短槽形式的连接方式，石材幕墙的分格尺寸: 宽度1000mm,高度1267mm。
二、石材面板强度校核
校核石材时，计算强度时利用荷载设计值，脆性材料通常是张力破坏。这可以从材料的拉伸试验观察出来：其破坏情形通常是直接裂开。所以我们可以拿最大的主应力来和材料的抗张强度做比较，若则可以认定此点已破坏。这个准则叫做最大主应力准则（maximum principle stress criteria）。

石材强度计算模型

石材抗弯强度（单位：Mpa）

石材抗剪强度（单位：Mpa）
结论：根据《金属与石材幕墙工程技术规范》JGJ133-2001计算得，石材抗弯强度为3.721 Mpa，根据有限元软件ANSYS计算得，石材抗弯强度为为1.860Mpa，有限元计算小一些，这主要因为，根据规范计算时，附录B板弯矩系数并未考虑支撑点以外的有利作用，按照设计要求，此处花岗石板材的弯曲强度应经法定检测机构检测确定，其弯曲强度不应小于8.000Mpa，此处石材强度3.523Mpa<3.721Mpa，强度满足规范要求！
三、石材挂件及铝合金托板强度计算

根据上一节计算可知：
NODE
FX
FY
FZ
MX
MY
MZ
69
0
0
-1067

107
0
0
-1067

233
0
836
-540

983
0
836
-540

2139
0
0
-540

2169
0
0
-540

四、石材挂件的连接螺栓强度校核

节点一
按照此方式安装，M6螺栓仅仅承受水平方向的剪力，而并不承受石材自重产生螺栓拉应力，所以此处仅需要校核不锈钢螺栓的剪应力即可。
石材挂件的连接螺栓强度计算:
Nv:剪切面数:1
D:连接螺栓直径:6.00mm
A:连接螺栓公称截面面积:20.100mm
Nvbh:螺栓受剪承载能力计算:
Nvbh=245×Nv×A
=245×1×20.100
=4925N N:螺栓承受的总剪力
Num1:螺栓个数:
Num1=N/Nvbh
=1067/4925 =0.217<1.000
石材挂件的连接螺栓强度满足要求！

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