玻璃护栏设计计算报告书.doc

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 计算引用规范、原则及资料 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 有关物理性能级别测试办法： 5
1.10 《建筑构造静力计算手册》(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 地面粗糙度分类级别： 6
2.3 抗震烈度： 6
3 栏杆承受荷载计算 6
3.1 风荷载原则值计算办法： 6
3.2 计算支撑构造时风荷载原则值： 7
3.3 计算面板材料时风荷载原则值： 7
3.4 垂直于栏杆平面分布水平地震作用原则值： 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 栏杆玻璃计算 14
6.1 玻璃板块荷载计算： 14
6.2 玻璃强度计算： 15
6.3 玻璃最大挠度校核： 15
7 附录 惯用材料力学及其他物理性能 17

玻璃护栏设计计算书
1 计算引用规范、原则及资料
1.1 幕墙设计规范：
《铝合金构造设计规范》 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：
《地震震级规定》 GB/T17740-1999
《钢构造防火涂料》 GB14907-
《钢构造设计规范》 GB50017-
《高层建筑混凝土构造技术规程》 JGJ3-
《高层民用建筑设计防火规范》 GB50045-95()
《高处作业吊蓝》 GB19155-
《工程抗震术语原则》 JGJ/T97-95
《工程网络筹划技术规程》 JGJ/T121-99
《混凝土构造后锚固技术规程》 JGJ145-
《混凝土构造设计规范》 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：
《建筑钢构造焊接技术规程》 JGJ81-
《建筑工程抗震设防分类原则》 GB50223-
《建筑工程预应力施工规程》 CECS180：
《建筑构造荷载规范》 GB50009-(、局部修订)
《建筑构造可靠度设计统一原则》 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()
《冷弯薄壁型钢构造设计规范》 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分》 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某些基材》 GB5237.1-
《铝合金建筑型材第2某些阳极氧化、着色型材》 GB5237.2-
《铝合金建筑型材第3某些电泳涂漆型材》 GB5237.3-
《铝合金建筑型材第4某些粉末喷涂型材》 GB5237.4-
《铝合金建筑型材第5某些氟碳漆喷涂型材》 GB5237.5-
《铝合金建筑型材第6某些隔热型材》 GB5237.6-
《铝及铝合金彩色涂层板、带材》 YS/T431-
《普通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规定》 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某些：阳光控制镀膜玻璃》 GB/T18915.1-
《镀膜玻璃 第2某些：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某些：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：
《建筑构造用冷弯矩形钢管》 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
《低合金高强度构造钢》 GB/T1591-
《建筑幕墙用钢索压管接头》 JG/T201-
《耐候构造钢》 GB/T4171-
《高碳铬不锈钢丝》 YB/T096—1997
《合金构造钢》 GB/T3077-1999
《金属覆盖层钢铁制品热镀锌层技术规定》 GB/T13912-
《冷拔异形钢管》 GB/T3094-
《碳钢焊条》 GB/T5117-1999
《碳素构造钢》 GB/T700-
《碳素构造钢和低合金构造钢热轧薄钢板及钢带》GB/T912-
《碳素构造钢和低合金构造钢热轧厚钢板及钢带》GB/T3274-
《优质碳素构造钢》 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-
《建筑密封材料实验办法》 GB/T13477.1～20-
《建筑用防霉密封胶》 JC/T885-
《建筑用硅酮构造密封胶》 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扯破强度测定》 GB/T529-1999
《石材用建筑密封胶》 JC/T883-
《橡胶袖珍硬度计压入硬度实验办法》 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 通用规定》 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 有关物理性能级别测试办法：
《玻璃幕墙工程质量检查原则》 JGJ/T139-
《玻璃幕墙光学性能》 GB/T18091-
《采暖居住建筑节能检查原则》 JGJ132-
《彩色涂层钢板和钢带实验办法》 GB/T13448-
《钢构造工程施工质量验收规范》 GB50205-
《混凝土构造工程施工质量验收规范》 GB50204-
《建筑防水材料老化实验办法》 GB/T18244-
《建筑幕墙气密、水密、抗风压性能检测办法》 GB/T15227-
《建筑幕墙抗震性能振动台实验办法》 GB/T18575-
《建筑幕墙平面内变形性能检测办法》 GB/T18250-
《建筑外门窗保温性能分级及检测办法》 GB/T8484-
《建筑外窗采光性能分级及检测办法》 GB/T11976-
《建筑门窗空气隔声性能分级及检测办法》 GB/T8485-
《建筑外门窗气密、水密、抗风压性能分级及检测办法》GB/T7106-
《建筑装饰装修工程施工质量验收规范》 GB50210-
《金属材料室温拉伸实验办法》 GB/T228-
1.10 《建筑构造静力计算手册》(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 地面粗糙度分类级别：
栏杆属于外围护构件，按《建筑构造荷载规范》(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乡镇和都市郊区；
C类：指有密集建筑群都市市区；
D类：指有密集建筑群且房屋较高都市市区；
依照上面分类原则，本工程按C类地形考虑。
2.3 抗震烈度：
依照国家规范《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 风荷载原则值计算办法：
栏杆属于外围护构件，按建筑构造荷载规范(GB50009- )计算：
wk=βgzμzμs1w0 ……7.1.1-2[GB50009- ]
上式中：
wk：作用在栏杆上风荷载原则值(MPa)；
Z：计算点标高：60m；
βgz：瞬时风压阵风系数；
依照不同场地类型,按如下公式计算(高度局限性5m按5m计算)：
βgz=K(1+2μf)
其中K为地面粗糙度调节系数，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；
依照不同场地类型,按如下公式计算：
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《建筑构造荷载规范》GB50009-()，本处护栏构造体型系数μs1(1)为1.3。
另注：上述局部体型系数μs1(1)是合用于围护构件从属面积A不大于或等于1m2状况，当围护构件从属面积A不不大于或等于10m2时，局部风压体型系数μs1(10)可乘以折减系数0.8，当构件从属面积不大于10m2而不不大于1m2时，局部风压体型系数μs1(A)可按面积对数线性插值，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)，依照现行<<建筑构造荷载规范>>GB50009-附表D.4(全国基本风压分布图)中数值采用，但不不大于0.3KN/m2，按重现期50年，北京地区取0.00045MPa；
3.2 计算支撑构造时风荷载原则值：
计算支撑构造时构件从属面积：
A=1×1.51.5m2
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 计算面板材料时风荷载原则值：
计算面板材料时构件从属面积：
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 垂直于栏杆平面分布水平地震作用原则值：
qEAk=βEαmaxGk/A ……5.3.4[JGJ102-]
qEAk：垂直于栏杆平面分布水平地震作用原则值(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：栏杆构件重力荷载原则值(N)；
A：栏杆构件面积(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：作用效应组合设计值；
SGk：重力荷载作为永久荷载产生效应原则值；
Swk、SEk：分别为风荷载，地震作用作为可变荷载产生效应原则值；
γG、γw、γE：各效应分项系数；
ψw、ψE：分别为风荷载，地震作用效应组合系数。
上面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，风荷载组合系数ψw为1.0；
地震作用组合系数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，实际栏杆构造示意图如下：

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均布荷载；
本工程中考虑qk1=0.5N/mm均布荷载原则值。
4.2 护栏横杆强度计算：
(1)横杆在荷载作用下弯矩计算值：
M：弯矩计算值(N·mm)；
q：横杆上作用均布荷载计算值(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《铝合金构造设计规范》GB 50429-，取1.00；
此处取：γ=1.05；
f：横杆抗弯强度计算值，取215MPa；
则：
M/γWn=196875/1.05/1600
=117.188MPa≤215MPa
横杆抗弯强度满足规定。
4.3 护栏横杆挠度计算：
I：横杆惯性矩：24000mm4
E：钢材弹性模量，为206000mm4
qk1：横杆上作用均布荷载(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
因此横杆挠度不满足设计规定！
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荷载(按矩形分布)：
qEAk：垂直于幕墙平面分布水平地震作用原则值(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：玻璃构件重力荷载原则值(N)，按0.0004MPa近似选用；
A：幕墙构件面积(mm2)；
qEAk=βEαmaxGk/A ……5.3.4[JGJ102-]
=5.0×0.16×0.0004
=0.00032MPa
qEk：水平地震作用荷载原则值(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： ……54.1[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原则值： ……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弯矩计算值：
M01：横杆力作用下在立杆根部产生弯矩计算值(N·mm)；
P：横杆传递作用力计算值(N)；
M01=P(C+D+E)
=1050×(100+600+150)
=892500N·mm
(6)节点2处力P1在立杆根部产生弯矩计算值：
M02：节点2处力P1在立杆根部产生弯矩计算值(N·mm)；
M02=P1(C+D-A)
=908.19×(100+600-100)
=544914N·mm
(7)节点1处力P1在立杆根部产生弯矩计算值：
M03：节点1处力P1在立杆根部产生弯矩计算值(N·mm)；
M03=P1(A+C)
=908.19×(100+100)
=181638N·mm
(8)根部总弯矩计算：
M0：悬臂立杆根部总弯矩计算值(N·mm)；
M0=M01+M02+M03
=892500+544914+181638
=1619052N·mm
5.2 护栏立杆抗弯强度校核：
按简支梁抗弯强度公式,应满足：
N/A+M/γWn≤f
上式中：
N：立杆轴力，N=1.2×0.0004DW=432N；
A：立杆截面面积(mm2)，A=537.2；
M：弯矩计算值(N·mm)；
W：在弯矩作用方向净截面抵抗矩(mm3)；