建筑外装修石材幕墙设计计算书范本.doc

建筑外装修石材幕墙设计计算书范本482020年4月19日文档仅供参考石材幕墙设计计算书设计: 校对: 审核: 批准: 装饰有限公司二一年二月目录1 计算引用的规范、标准及资料11.1 幕墙设计规范:11.2 建筑设计规范:11.3 金属板及石材规范:11.4 钢材规范:11.5 胶类及密封材料规范:11.6 相关物理性能等级测试方法:21.7 (第二版)21.8 土建图纸:22 基本参数22.1 幕墙所在地区22.2 地面粗糙度分类等级22.3 抗震设防23 幕墙承受荷载计算33.1 风荷载标准值的计算方法33.2 计算支撑结构时的风荷载标准值43.3 计算面板材料时的风荷载标准值43.4 垂直于幕墙平面的分布水平地震作用标准值53.5 作用效应组合54 幕墙立柱计算54.1 立柱型材选材计算64.2 确定材料的截面参数74.3 选用立柱型材的截面特性84.4 立柱的抗弯强度计算84.5 立柱的挠度计算94.6 立柱的抗剪计算95 幕墙横梁计算105.1 横梁型材选材计算105.2 确定材料的截面参数125.3 选用横梁型材的截面特性135.4 幕墙横梁的抗弯强度计算135.5 横梁的挠度计算145.6 横梁的抗剪计算146 短槽式(托板)连接石材的选用与校核156.1 石材板块荷载计算166.2 石材的抗弯设计166.3 短槽托板在石材中产生的剪应力校核176.4 短槽托板剪应力校核177 连接件计算187.1 横梁与立柱间焊接强度计算187.2 立柱与主结构连接198 幕墙埋件计算(土建预埋)218.1 荷载标准值计算218.2 埋件计算228.3 锚板总面积校核228.4 锚筋长度计算:239 幕墙焊缝计算239.1 受力分析239.2 焊缝特性参数计算239.3 焊缝校核计算2410 石材幕墙幕墙胶类及伸缩缝计算2410.1 立柱连接伸缩缝计算2510.2 耐侯胶胶缝计算25石材幕墙设计计算书1 计算引用的规范、标准及资料1.1 幕墙设计规范: JGJ113- GB/T21086- JGJ133- 1.2 建筑设计规范: GB50017- JGJ3- GB50045-95( ) JGJ145- JGJ81- GB50009- ( 、局部修订) GB50011- ( ) GB50057-94( ) GB50018- GB50352- 1.3 金属板及石材规范: JC830.1、2- GB/T18600- GB/T19766- GB/T18601- 1.4 钢材规范: JG/T178- GB/T3077-1999 GB/T13912- GB/T5117-1999 GB/T700- GB/T3274- GB/T699-19991.5 胶类及密封材料规范: JC/T942- JC887- JC/T881- GB16776- GB/T19686- JC/T973- GB/T11835- JC/T883- 1.6 相关物理性能等级测试方法: JGJ132- GB50205- GB50204- GB/T15227- GB/T18575- GB/T18250- GB/T8484- GB/T11976- GB/T8485- GB50210- 1.7 (第二版)1.8 土建图纸:2 基本参数2.1 幕墙所在地区 ;2.2 地面粗糙度分类等级 幕墙属于外围护构件,按(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 抗震设防 按,建筑工程应分为以下四个抗震设防类别: 1.特殊设防类:指使用上有特殊设施,涉及国家公共安全的重大建筑工程和地震时可能发生严重次生灾害等特别重大灾害后果,需要进行特殊设防的建筑,简称甲类; 2.重点设防类:指地震时使用功能不能中断或需尽快恢复的生命线相关建筑,以及地震时可能导致大量人员伤亡等重大灾害后果,需要提高设防标准的建筑,简称乙类; 3.标准设防类:指大量的除1、2、4款以外按标准要求进行设防的建筑,简称丙类; 4.适度设防类:指使用上人员稀少且震损不致产生次生灾害,允许在一定条件下适度降低要求的建筑,简称丁类; 在维护结构抗震设计计算中: 1.特殊设防类,应按高于本地区抗震设防烈度提高一度的要求加强其抗震措施,同时,应按批准的地震安全性评价的结果且高于本地区抗震设防烈度的要求确定其地震作用; 2.重点设防类,应按高于本地区抗震设防烈度一度的要求加强其抗震措施,同时,应按本地区抗震设防烈度确定其地震作用; 3.标准设防类,应按本地区抗震设防烈度确定其抗震措施和地震作用; 4.适度设防类,应按本地区抗震设防烈度确定其抗震措施和地震作用; 根据国家规范(GB50011- ),唐山地区地震基本烈度为:8度,地震动峰值加速度为0.2g,由于本工程是标准设防类,因此实际抗震计算中的水平地震影响系数最大值应按本地区抗震设防烈度选取,也就是取:max=0.16;3 幕墙承受荷载计算3.1 风荷载标准值的计算方法 幕墙属于外围护构件,按建筑结构荷载规范(GB50009- )计算: wk=gzzs1w0 7.1.1-2GB50009- 上式中: wk:作用在幕墙上的风荷载标准值(MPa); Z:计算点标高:25m; gz: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): gz=K(1+2f) 其中K为地面粗糙度调整系数,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对于C类地形,25m高度处瞬时风压的阵风系数: gz=0.85(1+2(0.734(Z/10)-0.22)=1.87 z: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: z=1.379(Z/10)0.24 当Z300m时,取Z=300m,当Z350m时,取Z=350m,当Z400m时,取Z=400m,当Z450m时,取Z=450m,当Z30m时,取Z=30m;对于C类地形,25m高度处风压高度变化系数: z=0.616(Z/10)0.44=0.9219 s1:局部风压体型系数; 按GB50009- ( )第7.3.3条:验算围护构件及其连接的强度时,可按下列规定采用局部风压体型系数s1: 一、外表面 1. 正压区 按表7.3.1采用; 2. 负压区 -对墙面, 取-1.0 -对墙角边, 取-1.8 二、内表面 对封闭式建筑物,按表面风压的正负情况取-0.2或0.2。 本计算点为大面位置。 按JGJ102- 第5.3.2条文说明:风荷载在建筑物表面分布是不均匀的,在檐口附近、边角部位较大。根据风洞试验结果和国外的有关资料,在上述区域风吸力系数可取-1.8,其余墙面可考虑-1.0,由于维护结构有开启的可能,因此还应考虑室内压-0.2。对无开启的结构,条文说明第7.3.3条指出”对封闭建筑物,考虑到建筑物内实际存在的个别洞口和缝隙,以及机械通风等因素,室内可能存在正负不同的气压,参照国外规范,大多取(0.2-0.25)的压力系数,现取0.2”。即不论有无开启扇,均要考虑内表面的局部体型系数。 另注:上述的局部体型系数s1(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s1(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s1(A)可按面积的对数线性插值,即: s1A)=s1(1)+s1(10)-s1(1)logA 在上式中:当A10m2时取A=10m2;当A1m2时取A=1m2; w0:基本风压值(MPa),根据现行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,唐山地区取0.0004MPa;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=1.25.1=6.12m2 LogA=0.787 s1(A)=s1(1)+s1(10)-s1(1)logA =0.843 s1=0.843+0.2 =1.043 wk=gzzs1w0 =1.870.92191.0430.0004 =0000719MPa 因为wk0.001MPa,因此按JGJ102- ,取wk=0.001MPa.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=1.20.8=0.96m2 LogA=0 s1(A)=s1(1)+s1(10)-s1(1)logA =1 s1=1+0.2 =1.2 wk=gzzs1w0 =1.870.92191.20.0004 =0.000827MPa 因为wk0.001MPa,因此按JGJ102- ,取wk=0.001MPa.3.4 垂直于幕墙平面的分布水平地震作用标准值 qEAk=EmaxGk/A 5.3.4JGJ102- qEAk:垂直于幕墙平面的分布水平地震作用标准值(MPa); E:动力放大系数,取5.0; max:水平地震影响系数最大值,取0.16; Gk:幕墙构件的重力荷载标准值(N); A:幕墙构件的面积(mm2);3.5 作用效应组合荷载和作用效应按下式进行组合: S=GSGk+wwSwk+EESEk 5.4.1JGJ102- 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; G、w、E:各效应的分项系数; w、E:分别为风荷载,地震作用效应的组合系数。上面的G、w、E为分项系数,按5.4.2、5.4.3、5.4.4JGJ102- 规定如下:进行幕墙构件强度、连接件和预埋件承载力计算时: 重力荷载:G:1.2; 风 荷 载:w:1.4; 地震作用:E:1.3;进行挠度计算时; 重力荷载:G:1.0; 风 荷 载:w:1.0; 地震作用:可不做组合考虑;上式中,风荷载的组合系数w为1.0; 地震作用的组合系数E为0.5;4 幕墙立柱计算基本参数: 1:计算点标高:25m; 2:力学模型:单跨简支梁; 3:立柱跨度:L=5100mm; 4:立柱左分格宽:1200mm;立柱右分格宽:1200mm; 5:立柱计算间距:B=1200mm; 6:板块配置:石材; 7:立柱材质:Q235; 8:安装方式:偏心受拉;本处幕墙立柱按单跨简支梁力学模型进行设计计算,受力模型如下:4.1 立柱型材选材计算(1)风荷载作用的线荷载集度(按矩形分布): qwk:风荷载线分布最大荷载集度标准值(N/mm); wk:风荷载标准值(MPa); B:幕墙立柱计算间距(mm); qwk=wkB =0.0011200 =1.2N/mm qw:风荷载线分布最大荷载集度设计值(N/mm); qw=1.4qwk =1.41.2 =1.68N/mm(2)水平地震作用线荷载集度(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); E:动力放大系数,取5.0; max:水平地震影响系数最大值,取0.16; Gk:幕墙构件的重力荷载标准值(N),(含面板和框架); A:幕墙构件的面积(mm2); qEAk=EmaxGk/A 5.3.4JGJ102- =5.00.160.0011 =0.00088MPa qEk:水平地震作用线荷载集度标准值(N/mm); B:幕墙立柱计算间距(mm); qEk=qEAkB =0.000881200 =1.056N/mm qE:水平地震作用线荷载集度设计值(N/mm); qE=1.3qEk =1.31.056 =1.373N/mm(3)幕墙受荷载集度组合:用于强度计算时,采用Sw+0.5SE设计值组合: 5.4.1JGJ102- q=qw+0.5qE =1.68+0.51.373 2.366N/mm用于挠度计算时,采用Sw标准值: 5.4.1JGJ102- qk=qwk =1.2N/mm(4)立柱在组合荷载作用下的弯矩设计值: Mx:弯矩组合设计值(Nmm); Mw:风荷载作用下立柱产生的弯矩设计值(Nmm); ME:地震作用下立柱产生的弯矩设计值(Nmm); L:立柱跨度(mm);采用Sw+0.5SE组合: Mw=qwL2/8 ME=qEL2/8 Mx=Mw+0.5ME =qL2/8 =2.36651002/8 =7692457.5Nmm4.2 确定材料的截面参数(1)立柱抵抗矩预选值计算: Wnx:立柱净截面抵抗矩预选值(mm3); Mx:弯矩组合设计值(Nmm) :塑性发展系数: 对于钢材龙骨,按JGJ133或JGJ102规范,取1.05; 对于铝合金龙骨,按最新GB 50429- ,取1.00; fs:型材抗弯强度设计值(MPa),对Q235取215MPa; Wnx=Mx/fs =7692457.5/1.05/215 =34075.116mm3(2)立柱惯性矩预选值计算: qk:风荷载线荷载集度标准值(N/mm); E:型材的弹性模量(MPa),对Q235取206000MPa; Ixmin:材料需满足的绕X轴最小惯性矩(mm4); L:计算跨度(mm); df,lim:按规范要求,立柱的挠度限值(mm); df,lim=5qkL4/384EIxmin L/250=5100/250=20.4mm 按5.1.1.2GB/T21086- 的规定,对于构件式玻璃幕墙或单元幕墙(其它形式幕墙或外维护结构无绝对挠度限制): 当跨距4500mm时,绝对挠度不应该大于20mm; 当跨距4500mm时,绝对挠度不应该大于30mm;对本例取: df,lim=20.4mm Ixmin=5qkL4/384Edf,lim =51.251004/384/206000/20.4 =2515378.489mm44.3 选用立柱型材的截面特性 按上一项计算结果选用型材号:矩形钢管120604 材料也是L5*4 型材的抗弯强度设计值:fs=215MPa 型材的抗剪强度设计值:s=125MPa 型材弹性模量:E=206000MPa 绕X轴惯性矩:Ix=255 mm4 绕Y轴惯性矩:Iy=847700mm4 绕X轴净截面抵抗矩:Wnx1=42530mm3 绕X轴净截面抵抗矩:Wnx2=42530mm3 型材净截面面积:An=1376mm2 型材线密度:g=0.108016N/mm 型材截面垂直于X轴腹板的截面总宽度:t=8mm 型材受力面对中性轴的面积矩:Sx=26460mm3 塑性发展系数:=1.054.4 立柱的抗弯强度计算(1)立柱轴向拉力设计值: Nk:立柱轴向拉力标准值(N); qGAk:幕墙单位面积的自重标准值(MPa); A:立柱单元的面积(mm2); B:幕墙立柱计算间距(mm); L:立柱跨度(mm); Nk=qGAkA =qGAkBL =0.001112005100 =6732N N:立柱轴向拉力设计值(N); N=1.2Nk =1.26732 =8078.4N(2)抗弯强度校核:按单跨简支梁(受拉)立柱抗弯强度公式,应满足: N/An+Mx/Wnxfs 6.3.7JGJ102- 上式中: N:立柱轴力设计值(N); Mx:立柱弯矩设计值(Nmm); An:立柱净截面面积(mm2); Wnx:在弯矩作用方向的净截面抵抗矩(mm3); x:塑性发展系数: 对于钢材龙骨,按JGJ133或JGJ102规范,取1.05; 对于铝合金龙骨,按最新GB 50429- ,取1.00; fs:型材的抗弯强度设计值,取215MPa;则: N/An+Mx/Wnx=8078.4/1376+7692457.5/1.05/42530 =178.129MPa215MPa立柱抗弯强度满足要求。4.5 立柱的挠度计算 因为惯性矩预选是根据挠度限值计算的,因此只要选择的立柱惯性矩大于预选值,挠度就满足要求: 实际选用的型材惯性矩为:Ix=255 mm4 预选值为:Ixmin=2515378.489mm4 实际挠度计算值为: df=5qkL4/384EIx =51.251004/384/206000/255 =20.107mm 而df,lim=20.4mm因此,立柱挠度满足规范要求。4.6 立柱的抗剪计算校核依据: maxs=125MPa (立柱的抗剪强度设计值)(1)Vwk:风荷载作用下剪力标准值(N): Vwk=wkBL/2 =0.00112005100/2 =3060N(2)Vw:风荷载作用下剪力设计值(N): Vw=1.4Vwk =1.43060 =4284N(3)VEk:地震作用下剪力标准值(N): VEk=qEAkBL/2 =0.0008812005100/2 =2692.8N(4)VE:地震作用下剪力设计值(N): VE=1.3VEk =1.32692.8 =3500.64N(5)V:立柱所受剪力设计值组合: 采用Vw+0.5VE组合: V=Vw+0.5VE =4284+0.53500.64 =6034.32N(6)立柱剪应力校核: max:立柱最大剪应力(MPa); V:立柱所受剪力(N); Sx:立柱型材受力面对中性轴的面积矩(mm3); Ix:立柱型材截面惯性矩(mm4); t:型材截面垂直于X轴腹板的截面总宽度(mm); max=VSx/Ixt =6034.3226460/255 /8 =7.821MPa 7.821MPa125MPa立柱抗剪强度满足要求!5 幕墙横梁计算基本参数: 1:计算点标高:25m; 2:横梁跨度:B=1200mm; 3:横梁上分格高:800mm;横梁下分格高:800mm; 4:横梁计算间距:H=800mm; 5:力学模型:梯形荷载简支梁; 6:板块配置:石材; 7:横梁材质:Q235;因为BH,因此本处幕墙横梁按梯形荷载简支梁力学模型进行设计计算,受力模型如下:5.1 横梁型材选材计算(1)横梁在风荷载作用下的线荷载集度(按梯形分布): qwk:风荷载线分布最大荷载集度标准值(N/mm); wk:风荷载标准值(MPa); H:幕墙横梁计算间距(mm); qwk=wkH =0.001800 =0.8N/mm qw:风荷载线分布最大荷载集度设计值(N/mm); qw=1.4qwk =1.40.8 =1.12N/mm(2)垂直于幕墙平面的分布水平地震作用的线荷载集度(按梯形分布): qEAk:垂直于幕墙平面的分布水平地震作用(MPa); E:动力放大系数,取5.0; max:水平地震影响系数最大值,取0.16; Gk:幕墙构件的重力荷载标准值(N),(主要指面板组件); A:幕墙平面面积(mm2); qEAk=EmaxGk/A 5.3.4JGJ102- =5.00.160.001 =0.0008MPa qEk:横梁受水平地震作用线荷载集度标准值(N/mm); H:幕墙横梁计算间距(mm); qEk=qEAkH =0.0008800 =0.64N/mm qE:横梁受水平地震作用线荷载集度设计值(N/mm); qE=1.3qEk =1.30.64 =0.832N/mm(3)幕墙横梁受荷载集度组合:用于强度计算时,采用Sw+0.5SE组合设计值: 5.4.1JGJ102- q=qw+0.5qE =1.12+0.50.832 =1.536N/mm用于挠度计算时,采用Sw标准值: 5.4.1JGJ102- qk=qwk =0.8N/mm(4)横梁在风荷载及地震组合作用下的弯矩值(按梯形分布): My:横梁受风荷载及地震作用弯矩组合设计值(Nmm); Mw:风荷载作用下横梁产生的弯矩(Nmm); ME:地震作用下横梁产生的弯矩(Nmm); B:横梁跨度(mm); H:幕墙横梁计算间距(mm);采用Sw+0.5SE组合: 5.4.1JGJ102- Mw=qwB2(3-H/B)2)/24 ME=qEB2(3-(H/B)2)/24 My=Mw+0.5ME =qB2(3-(H/B)2)/24 =1.5361 (3-(800/1200)2)/24 =235520Nmm(5)横梁在自重荷载作用下的弯矩值(按矩形分布): Gk:横梁自重线荷载标准值(N/mm); H1:横梁自重荷载作用高度(mm),对挂式结构取横梁下分格高,对非挂式结构取横梁上分格高; Gk=0.001H1 =0.001800 =0.8N/mm G:横梁自重线荷载设计值(N/mm); G=1.2Gk =1.20.8 =0.96N/mm Mx:横梁在自重荷载作用下的弯矩设计值(Nmm); B:横梁跨度mm); Mx=GB2/8 =0.961 /8 =172800Nmm5.2 确定材料的截面参数(1)横梁抵抗矩预选: Wnx:绕X方向横梁净截面抵抗矩预选值(mm3); Wny:绕Y方向横梁净截面抵抗矩预选值(mm3); Mx:横梁在自重荷载作用下的弯矩(Nmm); My:风荷载及地震作用弯矩组合值(Nmm); x,y:塑性发展系数: 对于钢材龙骨,按JGJ133或JGJ102规范,取1.05; 对于铝合金龙骨,按最新GB 50429- ,取1.00; fs:型材抗弯强度设计值(MPa),对Q235取215;按下面公式计算: Wnx=Mx/xfs =172800/1.05/215 =765.449mm3 Wny=My/yfs =235520/1.05/215 =1043.278mm3(2)横梁惯性矩预选: df1,lim:按规范要求,横梁在水平力标准值作用下的挠度限值(mm); df2,lim:按规范要求,横梁在自重力标准值作用下的挠度限值(mm); B:横梁跨度(mm); 按相关规范,钢材横梁的相对挠度不应大于L/250,铝材横梁的相对挠度不应大于L/180; GB/T21086- 还有如下规定: 按5.1.1.2,对于构件式玻璃幕墙或单元幕墙(其它形式幕墙或外维护结构无绝对挠度限制): 当跨距4500mm时,绝对挠度不应该大于20mm; 当跨距4500mm时,绝对挠度不应该大于30mm; 按5.1.9,b,自重标准值作用下挠度不应超过其跨度的1/500,而且不应大于3mm; B/250=1200/250=4.8mm B/500=1200/500=2.4mm对本例取: df1,lim=4.8mm df2,lim=2.4mm qk:风荷载作用线荷载集度标准值(N/mm); E:型材的弹性模量(MPa),对Q235取206000MPa; Iymin:绕Y轴最小惯性矩(mm4); B:横梁跨度(mm); df1,lim=qkB4(25/8-5(H/2B)2+2(H/2B)4)/240EIymin (受风荷载与地震作用的挠度计算) Iymin=qkB4(25/8-5(H/2B)2+2(H/2B)4)/240Edf1,lim =0.81 (25/8-5(800/2/1200)2+2(800/2/1200)4)/240/206000/4.8 =18133.765mm4 Gk:横梁自重线荷载标准值(N/mm); Ixmin:绕X轴最小惯性矩(mm4); df2,lim=5GkB4/384EIxmin (自重作用下产生的挠度计算) Ixmin=5GkB4/384Edf2,lim =50.81 /384/206000/2.4 =43689.32mm45.3 选用横梁型材的截面特性 按照上面的预选结果选取型材: 选用型材号:角钢L54 型材抗弯强度设计值:215MPa 型材抗剪强度设计值:125MPa 型材弹性模量:E=206000MPa 绕X轴惯性矩:Ix=92600mm4 绕Y轴惯性矩:Iy=92600mm4 绕X轴净截面抵抗矩:Wnx1=6700mm3 绕X轴净截面抵抗矩:Wnx2=2560mm3 绕Y轴净截面抵抗矩:Wny1=6700mm3 绕Y轴净截面抵抗矩:Wny2=2560mm3 型材净截面面积:An=389.7mm2 型材线密度:g=0.030591N/mm 横梁与立柱连接时角片与横梁连接处横梁壁厚:t=4mm 横梁截面垂直于X轴腹板的截面总宽度:tx=4mm 横梁截面垂直于Y轴腹板的截面总宽度:ty=4mm 型材受力面对中性轴的面积矩(绕X轴):Sx=2595mm3 型材受力面对中性轴的面积矩(绕Y轴):Sy=2595mm3 塑性发展系数:x=y=1.055.4 幕墙横梁的抗弯强度计算按横梁强度计算公式,应满足: Mx/xWnx+My/yWnyfs 6.2.4JGJ10