玻璃护栏设计计算书样本.doc

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北京XX中心
玻璃护栏
设计计算书

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沈阳YY幕墙装饰工程有限公司
二〇〇九年五月十二日
目录

1 计算引用的规范、 标准及资料 1
1.1 幕墙设计规范: 1
1.2 建筑设计规范: 1
1.3 铝材规范: 2
1.4 金属板及石材规范: 2
1.5 玻璃规范: 2
1.6 钢材规范: 3
1.7 胶类及密封材料规范: 3
1.8 门窗及五金件规范: 4
1.9 相关物理性能等级测试方法: 5
1.10 《建筑结构静力计算手册》(第二版) 5
1.11 土建图纸: 5
2 基本参数 6
2.1 栏杆所在地区: 6
2.2 地面粗糙度分类等级: 6
2.3 抗震烈度: 6
3 栏杆承受荷载计算 6
3.1 风荷载标准值的计算方法: 6
3.2 计算支撑结构时的风荷载标准值: 7
3.3 计算面板材料时的风荷载标准值: 7
3.4 垂直于栏杆平面的分布水平地震作用标准值: 7
3.5 作用效应组合: 8
4 护栏横杆计算 8
4.1 护栏横杆荷载计算: 9
4.2 护栏横杆强度计算: 9
4.3 护栏横杆挠度计算: 10
5 护栏立杆计算 10
5.1 护栏立杆荷载计算: 11
5.2 护栏立杆抗弯强度校核: 12
5.3 护栏立杆挠度计算: 12
6 栏杆玻璃的计算 14
6.1 玻璃板块荷载计算: 14
6.2 玻璃的强度计算: 15
6.3 玻璃最大挠度校核: 15
7 附录 常见材料的力学及其它物理性能 17

玻璃护栏设计计算书
1 计算引用的规范、 标准及资料
1.1 幕墙设计规范:
《铝合金结构设计规范》 GB50429-
《玻璃幕墙工程技术规范》 JGJ102-
《点支式玻璃幕墙工程技术规程》 CECS127-
《点支式玻璃幕墙支承装置》 JG138-
《吊挂式玻璃幕墙支承装置》 JG139-
《建筑玻璃应用技术规程》 JGJ113-
《建筑瓷板装饰工程技术规范》 CECS101: 98
《建筑幕墙》 GB/T21086-
《金属与石材幕墙工程技术规范》 JGJ133-
《小单元建筑幕墙》 JG/T216-
1.2 建筑设计规范:
《地震震级的规定》 GB/T17740-1999
《钢结构防火涂料》 GB14907-
《钢结构设计规范》 GB50017-
《高层建筑混凝土结构技术规程》 JGJ3-
《高层民用建筑设计防火规范》 GB50045-95( )
《高处作业吊蓝》 GB19155-
《工程抗震术语标准》 JGJ/T97-95
《工程网络计划技术规程》 JGJ/T121-99
《混凝土结构后锚固技术规程》 JGJ145-
《混凝土结构设计规范》 GB50010-
《混凝土用膨胀型、 扩孔型建筑锚栓》 JG160-
《建筑表面用有机硅防水剂》 JC/T902-
《建筑材料放射性核素限量》 GB6566-
《建筑防火封堵应用技术规程》 CECS154:
《建筑钢结构焊接技术规程》 JGJ81-
《建筑工程抗震设防分类标准》 GB50223-
《建筑工程预应力施工规程》 CECS180:
《建筑结构荷载规范》 GB50009- ( 、 局部修订)
《建筑结构可靠度设计统一标准》 GB50068-
《建筑抗震设计规范》 GB50011- ( )
《建筑设计防火规范》 GB50016-
《建筑物防雷设计规范》 GB50057-94( )
《冷弯薄壁型钢结构设计规范》 GB50018-
《民用建筑设计通则》 GB50352-
《预应力筋用锚具、 夹具和连接器应用技术规程》JGJ85-
1.3 铝材规范:
《变形铝及铝合金化学成份》 GB/T3190-
《建筑用隔热铝合金型材-穿条式》 JG/T175-
《建筑用铝型材、 铝板氟碳涂层》 JG/T133-
《铝合金建筑型材第1部分基材》 GB5237.1-
《铝合金建筑型材第2部分阳极氧化、 着色型材》 GB5237.2-
《铝合金建筑型材第3部分电泳涂漆型材》 GB5237.3-
《铝合金建筑型材第4部分粉末喷涂型材》 GB5237.4-
《铝合金建筑型材第5部分氟碳漆喷涂型材》 GB5237.5-
《铝合金建筑型材第6部分隔热型材》 GB5237.6-
《铝及铝合金彩色涂层板、 带材》 YS/T431-
《一般工业用铝及铝合金板、 带材》 GB/T3880.1～3-
《铝型材截面几何参数算法及计算机程序要求》 YS/T437-
《有色电泳涂漆铝合金建筑型材》 YS/T459-
1.4 金属板及石材规范:
《干挂饰面石材及其金属挂件》 JC830.1、 2-
《建筑装饰用微晶玻璃》 JC/T872-
《建筑幕墙用瓷板》 JG/T217-
《建筑装饰用搪瓷钢板》 JG/T234-
《微晶玻璃陶瓷复合砖》 JC/T994-
《超薄天然石材复合板》 JC/T1049-
《铝幕墙板、 板基》 YS/T429.1-
《铝幕墙板、 氟碳喷漆铝单板》 YS/T429.2-
《建筑幕墙用铝塑复合板》 GB/T17748-
《铝塑复合板用铝带》 YS/T432-
《天然板石》 GB/T18600-
《天然大理石荒料》 JC/T202-
《天然大理石建筑板材》 GB/T19766-
《天然花岗石荒料》 JC/T204-
《天然花岗石建筑板材》 GB/T18601-
《天然石材统一编号》 GB/T17670-
《天然饰面石材术语》 GB/T13890-
1.5 玻璃规范:
《镀膜玻璃 第1部分: 阳光控制镀膜玻璃》 GB/T18915.1-
《镀膜玻璃 第2部分: 低辐射镀膜玻璃》 GB/T18915.2-
《防弹玻璃》 GB17840-1999
《浮法玻璃》 GB11614-1999
《夹层玻璃》 GB/T9962-1999
《建筑用安全玻璃 第2部分: 钢化玻璃》 GB15763.2-
《建筑用安全玻璃 防火玻璃》 GB15763.1-
《幕墙用钢化玻璃与半钢化玻璃》 GB17841-
《普通平板玻璃》 GB4871-1995
《热弯玻璃》 JC/T915-
《压花玻璃》 JC/T511-
《中空玻璃》 GB/T11944-
《着色玻璃》 GB/T18701-
1.6 钢材规范:
《建筑结构用冷弯矩形钢管》 JG/T178-
《不锈钢棒》 GB/T1220-
《不锈钢冷加工钢棒》 GB/T4226-1984
《不锈钢冷轧钢板及钢带》 GB/T3280-
《不锈钢热轧钢板及钢带》 GB/T4237-
《不锈钢丝》 GB/T4240-93
《建筑用不锈钢绞线》 JG/T200-
《不锈钢小直径无缝钢管》 GB/T3090-
《擦窗机》 GB19154-
《彩色涂层钢板和钢带》 GB/T12754-
《低合金钢焊条》 GB/T5118-1995
《低合金高强度结构钢》 GB/T1591-
《建筑幕墙用钢索压管接头》 JG/T201-
《耐候结构钢》 GB/T4171-
《高碳铬不锈钢丝》 YB/T096—1997
《合金结构钢》 GB/T3077-1999
《金属覆盖层钢铁制品热镀锌层技术要求》 GB/T13912-
《冷拔异形钢管》 GB/T3094-
《碳钢焊条》 GB/T5117-1999
《碳素结构钢》 GB/T700-
《碳素结构钢和低合金结构钢热轧薄钢板及钢带》GB/T912-
《碳素结构钢和低合金结构钢热轧厚钢板及钢带》GB/T3274-
《优质碳素结构钢》 GB/T699-1999
《预应力筋用锚具、 夹具和连接器》 GB/T14370-
1.7 胶类及密封材料规范:
《丙烯酸酯建筑密封膏》 JC484-
《幕墙玻璃接缝用密封胶》 JC/T882-
《彩色涂层钢板用建筑密封胶》 JC/T884-
《丁基橡胶防水密封胶粘带》 JC/T942-
《干挂石材幕墙用环氧胶粘剂》 JC887-
《工业用橡胶板》 GB/T5574-1994
《混凝土建筑接缝用密封胶》 JC/T881-
《建筑窗用弹性密封剂》 JC485-
《建筑密封材料试验方法》 GB/T13477.1～20-
《建筑用防霉密封胶》 JC/T885-
《建筑用硅酮结构密封胶》 GB16776-
《建筑用岩棉、 矿渣棉绝热制品》 GB/T19686-
《建筑用硬质塑料隔热条》 JG/T174-
《建筑装饰用天然石材防护剂》 JC/T973-
《聚氨酯建筑密封胶》 JC/T482-
《聚硫建筑密封胶》 JC/T483-
《绝热用岩棉、 矿棉及其制品》 GB/T11835-
《硫化橡胶或热塑性橡胶撕裂强度的测定》 GB/T529-1999
《石材用建筑密封胶》 JC/T883-
《橡胶袖珍硬度计压入硬度试验方法》 GB/T531-1999
《修补用天然橡胶胶粘剂》 HG/T3318-
《中空玻璃用弹性密封胶》 JC/T486-
《中空玻璃用丁基热熔密封胶》 JC/T914-
1.8 门窗及五金件规范:
《封闭型沉头抽芯铆钉》 GB/T12616-
《封闭型平圆头抽芯铆钉》 GB/T12615-
《紧固件螺栓和螺钉》 GB/T5277-1985
《紧固件公差螺栓、 螺钉、 螺柱和螺母》 GB/T3103.1-
《紧固件机械性能不锈钢螺母》 GB/T3098.15-
《紧固件机械性能不锈钢螺栓、 螺钉、 螺柱》 GB/T3098.6-
《紧固件机械性能抽芯铆钉》 GB/T3098.19-
《紧固件机械性能螺母、 粗牙螺纹》 GB/T3098.2-
《紧固件机械性能螺母、 细牙螺纹》 GB/T3098.4-
《紧固件机械性能螺栓、 螺钉和螺柱》 GB/T3098.1-
《紧固件机械性能自攻螺钉》 GB/T3098.5-
《紧固件术语盲铆钉》 GB/T3099-
《铝合金门窗》 GB/T8478-
《螺纹紧固件应力截面积和承载面积》 GB/T16823.1-1997
《十字槽盘头螺钉》 GB/T818-
《地弹簧》 QB/T2697-
《铝合金门插锁》 QB/T3885-1999
《平开铝合金窗把手》 QB/T3886-1999
《铝合金撑挡》 QB/T3887-1999
《铝合金窗不锈钢滑撑》 QB/T3888-1999
《铝合金门窗拉手》 QB/T3889-1999
《铝合金窗锁》 QB/T3900-1999
《铝合金门锁》 QB/T3901-1999
《推拉铝合金门用滑轮》 QB/T3902-1999
《闭合器》 QB/T3893-1999
《外装门锁》 QB/T2473-
《弹子插芯门锁》 GB/T2474-
《叶片门锁》 QB/T2475-
《球型门锁》 QB/T2476-
《铜合金铸件》 GB/T13819-1992
《锌合压铸件》 GB/T13821-1992
《铝合金压铸件》 GB/T15114-1994
《铸件尺寸公差与机械加工余量》 QB/T6414-1999
《建筑门窗五金件 插销》 JG214-
《建筑门窗五金件 传动机构用执手》 JG124-
《建筑门窗五金件 旋压执手》 JG213-
《建筑门窗五金件 合页( 铰链) 》 JG125-
《建筑门窗五金件 传动锁闭器》 JG126-
《建筑门窗五金件 滑撑》 JG127-
《建筑门窗五金件 滑轮》 JG129-
《建筑门窗五金件 多点锁闭器》 JG215-
《建筑门窗五金件 撑挡》 JG128-
《建筑门窗五金件 通用要求》 JG212-
《建筑门窗五金件 单点锁闭器》 JG130-
《建筑门窗内平开下悬五金系统》 JG168-
《钢塑共挤门窗》 JG207-
《电动采光排烟窗》 JG189-
1.9 相关物理性能等级测试方法:
《玻璃幕墙工程质量检验标准》 JGJ/T139-
《玻璃幕墙光学性能》 GB/T18091-
《采暖居住建筑节能检验标准》 JGJ132-
《彩色涂层钢板和钢带试验方法》 GB/T13448-
《钢结构工程施工质量验收规范》 GB50205-
《混凝土结构工程施工质量验收规范》 GB50204-
《建筑防水材料老化试验方法》 GB/T18244-
《建筑幕墙气密、 水密、 抗风压性能检测方法》 GB/T15227-
《建筑幕墙抗震性能振动台试验方法》 GB/T18575-
《建筑幕墙平面内变形性能检测方法》 GB/T18250-
《建筑外门窗保温性能分级及检测方法》 GB/T8484-
《建筑外窗采光性能分级及检测方法》 GB/T11976-
《建筑门窗空气隔声性能分级及检测方法》 GB/T8485-
《建筑外门窗气密、 水密、 抗风压性能分级及检测方法》GB/T7106-
《建筑装饰装修工程施工质量验收规范》 GB50210-
《金属材料室温拉伸试验方法》 GB/T228-
1.10 《建筑结构静力计算手册》(第二版)
1.11 土建图纸:

2 基本参数
2.1 栏杆所在地区:
北京地区;
2.2 地面粗糙度分类等级:
栏杆属于外围护构件, 按《建筑结构荷载规范》(GB50009- )
A类: 指近海海面和海岛、 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;
依照上面分类标准, 本工程按C类地形考虑。
2.3 抗震烈度:
根据国家规范《建筑抗震设计规范》(GB50011- ), 北京地区地震基本烈度为8度, 地震动峰值加速度为0.2g, 水平地震影响系数最大值为: αmax=0.16。
3 栏杆承受荷载计算
3.1 风荷载标准值的计算方法:
栏杆属于外围护构件, 按建筑结构荷载规范(GB50009- )计算:
wk=βgzμzμs1w0 ……7.1.1-2[GB50009- ]
上式中:
wk: 作用在栏杆上的风荷载标准值(MPa);
Z: 计算点标高: 60m;
βgz: 瞬时风压的阵风系数;
根据不同场地类型,按以下公式计算(高度不足5m按5m计算):
βgz=K(1+2μf)
其中K为地面粗糙度调整系数, μf为脉动系数
A类场地: βgz=0.92×(1+2μf) 其中: μf=0.387×(Z/10)-0.12
B类场地: βgz=0.89×(1+2μf) 其中: μf=0.5(Z/10)-0.16
C类场地: βgz=0.85×(1+2μf) 其中: μf=0.734(Z/10)-0.22
D类场地: βgz=0.80×(1+2μf) 其中: μf=1.2248(Z/10)-0.3
对于C类地形, 60m高度处瞬时风压的阵风系数:
βgz=0.85×(1+2×(0.734(Z/10)-0.22))=1.6913
μz: 风压高度变化系数;
根据不同场地类型,按以下公式计算:
A类场地: μz=1.379×(Z/10)0.24
当Z>300m时, 取Z=300m, 当Z<5m时, 取Z=5m;
B类场地: μz=(Z/10)0.32
当Z>350m时, 取Z=350m, 当Z<10m时, 取Z=10m;
C类场地: μz=0.616×(Z/10)0.44
当Z>400m时, 取Z=400m, 当Z<15m时, 取Z=15m;
D类场地: μz=0.318×(Z/10)0.60
当Z>450m时, 取Z=450m, 当Z<30m时, 取Z=30m;
对于C类地形, 60m高度处风压高度变化系数:
μz=0.616×(Z/10)0.44=1.3551
μs1: 局部风压体型系数;
按《建筑结构荷载规范》GB50009- ( ), 本处护栏结构的体型系数μs1(1)为1.3。
另注: 上述的局部体型系数μs1(1)是适用于围护构件的从属面积A小于或等于1m2的情况, 当围护构件的从属面积A大于或等于10m2时, 局部风压体型系数μs1(10)可乘以折减系数0.8, 当构件的从属面积小于10m2而大于1m2时, 局部风压体型系数μs1(A)可按面积的对数线性插值, 即:
μs1(A)=μs1(1)+[μs1(10)-μs1(1)]logA
在上式中: 当A≥10m2时取A=10m2; 当A≤1m2时取A=1m2;
w0: 基本风压值(MPa), 根据现行<<建筑结构荷载规范>>GB50009- 附表D.4(全国基本风压分布图)中数值采用, 但不小于0.3KN/m2, 按重现期50年, 北京地区取0.00045MPa;
3.2 计算支撑结构时的风荷载标准值:
计算支撑结构时的构件从属面积:
A=1×1.5=1.5m2
LogA=0.176
μs1(A)=μs1(1)+[μs1(10)-μs1(1)]logA
=1.254
wk=βgzμzμs1w0
=1.6913×1.3551×1.254×0.00045
=0.001293MPa
3.3 计算面板材料时的风荷载标准值:
计算面板材料时的构件从属面积:
A=0.6×1.5=0.9m2
LogA=0
μs1(A)=μs1(1)+[μs1(10)-μs1(1)]logA
=1.3
wk=βgzμzμs1w0
=1.6913×1.3551×1.3×0.00045
=0.001341MPa
3.4 垂直于栏杆平面的分布水平地震作用标准值:
qEAk=βEαmaxGk/A ……5.3.4[JGJ102- ]
qEAk: 垂直于栏杆平面的分布水平地震作用标准值(MPa);
βE: 动力放大系数,取5.0;
αmax: 水平地震影响系数最大值, 取0.16;
Gk: 栏杆构件的重力荷载标准值(N);
A: 栏杆构件的面积(mm2);
3.5 作用效应组合:
荷载和作用效应按下式进行组合:
S=γGSGk+ψwγwSwk+ψEγESEk ……5.4.1[JGJ102- ]
上式中:
S: 作用效应组合的设计值;
SGk: 重力荷载作为永久荷载产生的效应标准值;
Swk、 SEk: 分别为风荷载, 地震作用作为可变荷载产生的效应标准值;
γG、 γw、 γE: 各效应的分项系数;
ψw、 ψE: 分别为风荷载, 地震作用效应的组合系数。
上面的γG、 γw、 γE为分项系数, 按5.4.2、 5.4.3、 5.4.4[JGJ102- ]规定如下:
进行栏杆构件强度、 连接件和预埋件承载力计算时:
重力荷载: γG: 1.2;
风 荷 载: γw: 1.4;
地震作用: γE: 1.3;
进行挠度计算时;
重力荷载: γG: 1.0;
风 荷 载: γw: 1.0;
地震作用: 可不做组合考虑;
上式中, 风荷载的组合系数ψw为1.0;
地震作用的组合系数ψE为0.5;

4 护栏横杆计算
基本参数:
1: 计算点标高: 60m;
2: 力学模型: 简支梁;
3: 横杆跨度: W=1500mm;
4: 护栏用途: 住宅、 宿舍、 办公楼、 旅馆、 医院、 托儿所、 幼儿园;
5: 横杆材料及特性:
杆件材料: Q235;
抗弯强度: 215MPa;
荷载方向(水平)惯性矩: 24000mm4;
荷载方向(水平)抵抗矩: 1600mm3;
横杆截面面积: 254.5mm2;
本处横杆按简支梁力学模型进行设计计算, 实际栏杆结构示意图如下:

上图参数:
A=100mm
B=150mm
C=100mm
D=600mm
E=150mm
L=1000mm
W=1500mm
4.1 护栏横杆荷载计算:
按规范GB50189- 第4.5.2条规定:
住宅、 宿舍、 办公楼、 旅馆、 医院、 托儿所、 幼儿园取0.5KN/m的均布荷载;
学校、 食堂、 剧场、 电影院、 车站、 礼堂、 展览馆、 体育场取1.0KN/m的均布荷载;
本工程中考虑qk1=0.5N/mm的均布荷载标准值。
4.2 护栏横杆强度计算:
(1)横杆在荷载作用下的弯矩计算值:
M: 弯矩计算值(N·mm);
q: 横杆上作用的均布荷载计算值(N/mm);
L: 横杆跨度(mm);
M=q1W2/8
=1.4×qk1W2/8
=1.4×0.5×15002/8
=196875N·mm
(2)抗弯强度校核:
按简支梁抗弯强度公式,应满足:
M/γWn≤f
上式中:
M: 弯矩计算值(N·mm);
Wn: 在弯矩作用方向的净截面抵抗矩(mm3);
γ: 塑性发展系数:
对于非铝合金龙骨, 参照JGJ133或JGJ102规范,取1.05;
对于铝合金龙骨, 参照最新《铝合金结构设计规范》GB 50429- , 取1.00;
此处取: γ=1.05;
f: 横杆的抗弯强度计算值, 取215MPa;
则:
M/γWn=196875/1.05/1600
=117.188MPa≤215MPa
横杆的抗弯强度满足要求。
4.3 护栏横杆挠度计算:
I: 横杆惯性矩: 24000mm4
E: 钢材的弹性模量, 为206000mm4
qk1: 横杆上作用的均布荷载(N/mm);
实际挠度计算值为:
df=5qk1W4/384EI
=5×0.5×15004/384/206000/24000
=6.666mm
而df,lim=1500/250
=6mm
因此横杆的挠度不满足设计要求!
5 护栏立杆计算
基本参数:
1: 计算点标高: 60m;
2: 力学模型: 悬臂梁;
3: 立杆跨度: L=1000mm;
4: 玻璃连接形式: 四点驳接;
5: 立杆材料及特性:
杆件材料: Q235
抗弯强度: 215MPa
荷载方向惯性矩: 218000mm4
荷载方向抵抗矩: 7300mm3
立杆截面面积: 537.2mm2
本处立杆按悬臂梁力学模型进行设计计算。
5.1 护栏立杆荷载计算:
(1)横杆传递的作用力:
P=q1W
=1.4×qk1W
=1.4×0.5×1500
=1050N
(2)玻璃板在风荷载作用下的荷载:
qwk=wkWD
=0.001293×1500×600
=1163.7N
qw=1.4qwk
=1.4×1163.7
=1629.18N
(3)玻璃板在地震作用下的荷载(按矩形分布):
qEAk: 垂直于幕墙平面的分布水平地震作用标准值(MPa);
βE: 动力放大系数,取5.0;
αmax: 水平地震影响系数最大值, 取0.16;
Gk: 玻璃构件的重力荷载标准值(N), 按0.0004MPa近似选取;
A: 幕墙构件的面积(mm2);
qEAk=βEαmaxGk/A ……5.3.4[JGJ102- ]
=5.0×0.16×0.0004
=0.00032MPa
qEk: 水平地震作用荷载标准值(N/mm);
W: 横杆跨度(mm);
qEk=qEAkWD
=0.00032×1500×600
=288N
qE: 水平地震作用荷载计算值(N/mm);
qE=1.3qEk
=1.3×288
=374.4N
(4)立杆受荷载计算:
用于强度计算时, 采用Sw+0.5SE设计值组合: ……5.4.1[JGJ102- ]
q=qw+0.5qE
=1629.18+0.5×374.4
=1816.38N
P1=q/2
=1816.38/2
=908.19N
用于挠度计算时, 采用Sw标准值: ……5.4.1[JGJ102- ]
qk=qwk
=1163.7N
Pk1=qk/2
=581.85N
(5)横杆力作用下在立杆根部产生的弯矩计算值: