外墙石材结构计算书.docx

外墙干挂石材计算

外墙石材施工分为干挂法和湿贴法。
石材干挂的优点：石材返碱情况少，石材平整度能得到较好的控制。石材干挂的缺点：造价高，占有空间大，减少部分地面使用面积。石材湿贴的优点：造价低，占有空间小，相对于干挂工艺，地面使用面积较大。石材湿贴的缺点：石材返碱机会和情况相对于石材干挂会大些，石材的平整度的调整相对于石材干挂工艺会差一些。
湿贴时水泥中含有的铁、锰以及施工中一些水性污染物其他对石材有害的物质由背面、反面随石材的毛细孔浸入。这些污染清理起来非常困难，并且浪费大量人力、金钱，甚至造成重换石材的损失。干挂能防止石板变形，施工后期很少出现质量问题。并可防止水泥的腐蚀。但占空间大工序复杂，干挂最小施工空间为70mm，湿挂最大空间为50mm。
干挂式石材幕墙有以下几种典型的的结构：
1．钢销式结构。钢销式干挂法又称为插针法，是石材干挂技术的第一代产品，最早从日本传入我国，是干挂石材工艺中最早的做法，也是最简洁的做法。它是在石材的端面钻孔，用钢销与托板固定石材，可分为两侧和四侧连接下来，其结构特点是相邻两块石材面板固定在同一支钢销上，钢销固定在托板上，托板与骨架固定，此结构简单，但石材板面局部受力，易产生挤压应力(应力集中)，板块抗变形能力不好，板块破损后不宜更换，适用于高度20m以下的低层建筑上应用。
2．半圆槽结构。此结构属于干挂技术第二代产品它是在石板的上下端面铣或半圆槽口，将相邻两块石材、面材共同固定在T型型材上，T型型材可以是铝合金，也可以是不锈钢，此结构受力较销钉合理，较易吸收变形。T型型材再与骨架固定，但板块破损后不宜更换。
3．通长槽结构。此结构与半圆槽结构相近，是在石材上下端面开放通长槽口，采用通长铝合金卡条固定，其特点是受力合理，可靠性高，板块抗变形能力强，板块破损后可实现更换，适用于高层建筑，尤其在单元式石材幕墙中，多采用这种做法。
4．背栓式结构。背栓式干挂法是在石材面板的背面采用专用钻孔设备在石材上钻孔，然后安装无应力螺栓固定在石材背面，再通过铝合金挂钩与骨架相连。此结构属于石材干挂技术第三代产品，是目前世界上较先进技术，其特点是实现石材的无应力加工，石材连接强度高，节省强度值30%左右(与短槽式相比)，板块可单独拆装，维护方便。
用于石材幕墙的石板，厚度不应小于25mm。
外墙面干挂石材尺寸要综合考虑作业人员的体力、整体分格情况和石材大板本身的尺寸，一般情况下每块不宜超过1.5平米。
外墙石材板块的大小一定要与外墙设计的分格尺寸相协调。墙面的分格设计要符合：
板材规格尽量减少的原则。
要充分考虑门窗洞口的造型问题。
(石材板块的选择一般按照模数来确定，比如300*300,1100*600等)

由于目前尺寸未定，假设住宅底下三层采用干挂石材，即计算最大标高为9m,石材幕墙最大水平分格a=600 mm，竖向分格为b=1200 mm，标准层层高为H=3.0 m，石材幕墙采用25mm厚花岗岩石材，不锈钢挂件连接形式。
一、基本参数
工程所在地：无锡市
幕墙计算标高：9m
计算层高：3.0 m
石材分格：a×b=1.2×0.6 m2
a：石材宽度：1200 mm
b：石材高度：600 mm
t：石材厚度：25 mm
设计地震烈度：6度
地面粗糙度类别：B类
二、荷载计算
1、风荷载标准值
WK: 作用在幕墙上的风荷载标准值 (KN/m2)
βgz: 瞬时风压的阵风系数: 取1.7951
按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001表7.5.1
μs: 风荷载体型系数: 1.0
按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001第7.3.3条
μz: 风荷载高度变化系数: 1.0
按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001表7.2.1
查《建筑结构荷载规范》GB50009-2001附表D.4得（按50年一遇）
无锡市基本风压W0=0.45 KN/m2
WK =βgzμsμz W0
=1.7951×1.0×1.0×0.45
=0.81 KN/m2 < 1.0 KN/m2
取WK=1.0 KN/m2
2、风荷载设计值
W: 风荷载设计值 (KN/m2)
rw: 风荷载作用效应的分项系数：1.4

按《金属与石材幕墙工程技术规范》JGJ133-2001第5.1.6条
W= rw·WK
=1.4×1.0
=1.4 KN/m2
3、石材幕墙构件重量荷载
按《金属与石材幕墙工程技术规范》JGJ 133-2001规定采用
二、石材幕墙的自重荷载计算
1、石材幕墙自重荷载标准值计算
GAK：石材板块自重面荷载标准值
石材采用25 mm厚花岗岩石材，石材密度取为28.0 KN/m3
25×28.0=700 N/m2
考虑钢龙骨及各种零部件面荷载标准值 150 N/m2
GAK=700+150=850 N/m2
取 GAK=0.85 KN/m2
2、石材幕墙自重荷载设计值计算
rG：重力荷载分项系数，取rG=1.2
按《金属与石材幕墙工程技术规范》JGJ133-2001第5.1.6条规定
GG：考虑板材和框架后的单位面积石材幕墙自重荷载设计值
GA=1.2×0.85=1.02 KN/m2
4、地震作用
qEK: 垂直于石材幕墙平面的分布水平地震作用标准值
qE : 垂直于石材幕墙平面的分布水平地震作用设计值
βE: 动力放大系数， 可取5.0
αmax: 水平地震影响系数最大值: 0.04
按《金属与石材幕墙工程技术规范》JGJ133-2001第5.2.5条
GK: 石材幕墙构件（包括石材和龙骨）的重量标准值:1.0 KN/m2
qEK
=5.0×0.04×0.85
=0.17 KN/m2
qE =γE·qEK
=1.3×0.17
=0.22 KN/m2
5、荷载组合
风荷载和水平地震作用组合标准值
qK =ψW WK+ψE qEK
=1.0×1.0 +0.5×0.17
=1.085 KN/m2
风荷载和水平地震作用组合设计值
q =ψWγWWK+ψEγE qEK
=1.0×1.4×1.0+0.5×1.3×0.17
=1.5105 KN/m2
三、石材的选用与校核
选用25 mm厚石材,采用对边4个挂件支撑。具体如下图。
1、石材面积
B: 石材幕墙最大分格宽: 1.2m
H: 石材幕墙最大分格高: 0.6 m
A: 石材板块面积:
A=B×H=1.2×0.6=0.72 m2
2、石材板块的弯曲强度计算:
校核依据: σ≤ｆg=3.7 N/mm2
q: 石材所受荷载组合值
a: 石材设计短边边长
a=0.600 m
b: 石材设计长边边长
b=1.2 m
t: 石材厚度
t=25 mm
ψ: 石材板面中的最大弯曲系数, 按边长比,查表得m=0.0987
σ: 石材产生的应力
σ=
=
=2.06 N/mm2≤ｆg=3.7 N/mm2
石材强度满足设计要求。
（三）石材槽口抗剪强度校核
本工程石材槽口按对边开槽设计，所以石材槽口剪应力计算按对边开槽计算。
1、 校核依据：≤fg2=1.860 N/mm2。
《金属与石材幕墙工程技术规范》JGJ133-2001第5.5.7条规定
2、石材槽口剪切强度
q：风荷载和水平地震作用组合面荷载设计值，q=1.51052
c:槽口宽度 c=8mm
s:单个槽底总长度（mm），矩形槽底总长度取为槽长加上槽深的两倍，弧型槽取为圆弧总长度。槽长为100m。
n:一个连接边上挂件数量。n=2
β:应力调整系数，查《金属与石材幕墙工程技术规范》JGJ133-2001表5.5.5，
得β=1.25

=0.47mm2＜fg2=1.860 N/mm2
石材槽口抗剪强度符合规范要求.

横梁截面主要受力部位的厚度，应符合下列要求：
　　1、当横梁跨度不大于1.2m时，铝合金型材截面厚度不应小于2.0mm；当横梁跨度大于1.2m时，截面厚度不应小于2.5mm。型材孔壁与螺钉之间采用螺纹连接时，其局部截面厚度不应小于螺钉的公称直径；
　　2、钢型材截面厚度不应小于2.5mm。
立柱截面主要受力部位的厚度，应符合下列要求：
　　1、铝型材截面开口部位的厚度不应小于3.0mm，闭口部位的厚度不应小于2.5mm；型材孔壁与螺钉之间直接采用螺纹受力连接时，其局部厚度尚不应小于螺钉的公称直径；
　　2、钢型材截面厚度不应小于3.0mm。

第二章、石材幕墙横梁计算
一、计算说明
石材幕墙的横梁选用L50X5角钢，根据构造做法，每根幕墙横梁简支在角码上，双向受力，属于双弯构件，需对横梁进行强度和挠度校核，此处计算横梁抗扭剪切强度。横梁的计算长度B=1200 mm。横梁承受竖向的自重荷载和水平方向上的风荷载和地震荷载的组合荷载。

二、力学模型

幕墙的荷载由横梁和立柱承担。横梁采用简支梁力学模型，石材面板受到的水平方向的荷载和自重荷载，水平面荷载和竖向面荷载先传递到不锈钢挂件，然后通过不锈钢挂件以集中荷载方式传递到横梁。计算简图如上图：
计算公式如下：
支座反力：RA=RB=P
最大弯矩：MMAX=P×a

最大挠度：uMAX=
三、荷载计算
1、横梁承受的竖直方向面荷载
标准值 GGK=0.85KN/m2
设计值 GG=1.02 KN/m2
2、横梁承受的水平方向面荷载
标准值 qK=1.085 KN/m2
设计值 q=1.5105 KN/m2
3、横梁承受的竖直集中荷载
标准值： PK竖向===0.28KN
设计值 P竖向===0.34KN
4、横梁承受的水平集中荷载
标准值： PK水平==0.195 KN
设计值 P水平==0.272 KN
5、竖直荷载作用最大弯矩
MX=P竖向×c=0.34×0.15=0.051 KN·m
6横梁承受的水平线荷载产生的弯矩
MY=P水平×c=0.272×0.15=0.041 KN·m
四、横梁截面参数
横梁截面积 A=386.629mm2
中性轴惯性矩 IX=90449.7 mm4
中性轴到最外缘距离 YXmax=36.2912 mm
X轴抵抗矩 WX=2492.33 mm3
中性轴惯性矩 IY=90449.7 mm4
中性轴到最外缘距离 Ymax=36.2912 mm
Y轴抵抗矩 WY=2492.33 mm3
X轴面积矩 SX=256529332 mm3
Y轴面积矩 SY=2565.29332 mm3
扭矩常数 It =400170.0 mm3
塑性发展系数 υ=1.05
五、横梁强度校核
校核依据：≤=215 N/mm2
`
=
＜=215 N/mm2
横梁强度满足设计要求。
六、横梁抗剪强度校核
1、 校核依据：

Vh：横梁水平方向上的剪力设计值
τh：横梁承受的水平荷载产生的剪应力
Awh：横梁水平方向上腹板截面面积（mm2）
Vy：横梁竖直方向上的剪力设计值
τy：横梁承受的水竖向自重荷载产生的剪应力
Awy：横梁竖直方向上腹板截面面积（mm2）
fsv：Q235B钢抗剪强度设计值。
《金属与石材幕墙工程技术规范》JGJ133-2001第5.6.4条规定
2、水平方向产生的剪应力
=0.272 KN
τh=
=1.12 N/mm2＜=125 N/mm2
3、水平方向产生的剪应力
=0.34 KN
τY=
=1.394 N/mm2＜=125 N/mm2
横梁抗剪强度满足设计要求。
七、横梁挠度校核
经过以上计算得知，横梁的各项性能满足设计要求。
第三章、石材幕墙横立柱计算
过程同横梁计算，根据材料截面参数结果，可选用8#槽钢。 （80mm*43mm*5mm)
八、耐侯胶胶缝计算：
ws：胶缝宽度计算值(mm)；
α：板块材料的线膨胀系数，为0.8×10-5；
△ｔ：温度变化,取80℃；
b：板块的长边长度(mm)；
δ：耐候硅酮密封胶的变位承受能力：30%
dc：施工偏差，取3mm；
dE：考虑其它作用的预留量，取2mm；
ws=α△ｔb/δ+dc+dE ……附4.1[JGJ102-2003]
=0.000008×80×1200/0.3+3+2
=7.56mm
实际胶缝取8mm，满足设计要求。
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