天津中远广场外檐工程结构计算书大学毕设论文.doc

天津中远广场外檐工程

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目录 1
第一章 框架式玻璃幕墙结构计算 3
一、计算说明 3
二、荷载计算 3
1、玻璃幕墙的自重荷载计算 3
2、玻璃幕墙承受的水平风荷载计算 3
3、玻璃幕墙承受的水平地震荷载计算 4
4、荷载组合 4
三、玻璃面板计算 5
1、计算说明 5
2、外片玻璃面板强度校核 5
3、玻璃面板挠度校核 7
四、立柱计算 8
1、计算说明 8
2、力学模型 8
3、荷载计算 9
4、立柱抗弯强度校核 9
5、立柱抗剪强度校核 9
6、立柱挠度校核 10
五、幕墙埋件计算 10
1、荷载计算 10
2、抗拉承载力计算 10
3、抗剪承载力计算 11
第二章 石材幕墙结构计算 12
一、荷载计算 12
1、自重荷载标准值计算 12
2、风荷载计算 12
3、石材承受的水平地震荷载计算 12
5、荷载组合 12
三、石材面板计算 13
1、计算说明 13
2、石材面板强度校核 13
四、立柱计算 16
1、计算说明 16
2、加载 19
3、立柱强度校核 21
4、立柱挠度校核 24
5、支座反力 25
五、立柱与主体结构的连接 26
1、计算说明 26
2、M12螺栓验算 26
3、转接件校核 26
4、焊缝计算 27
六、后置埋件校核 28
1、荷载计算 28
2、抗拉承载力计算 28
3、抗剪承载力计算 29

第一章 框架式玻璃幕墙结构计算
一、计算说明
本章计算的是框架式玻璃幕墙系统，面板采用6+12A+6钢化中空LOW-E玻璃，计算标高为17.35m,计算分格取最大的位置左右分格为920/920mm,立柱的计算跨度为4150mm。幕墙系统详见大样图。
二、荷载计算
1、玻璃幕墙的自重荷载计算
(1) 幕墙自重荷载标准值计算
GAK：面板自重面荷载标准值
面板采用6+12A+6夹胶中空玻璃
GAK=（6+6）×10-3×25.6=0.307 KN/m2
GGK：考虑龙骨和各种零部件等后的幕墙重力荷载标准值
GGK=0.5 kN/m2
(2) 幕墙自重荷载设计值计算
rG：永久荷载分项系数，取rG=1.2
按《玻璃幕墙幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第5.4.2条
GG：考虑龙骨和各种零部件等后的玻璃幕墙重力荷载设计值
GG=rG·GGK=1.2×0.5=0.6 kN/m2
2、玻璃幕墙承受的水平风荷载计算
计算标高17.35m，天津地区基本风压W0=0.50 kN/m2，地面粗糙度为C类。
(1) 水平风荷载标准值计算
βgz：阵风系数，取βgz=2.018
按《建筑结构荷载规范》GB50009-2012表8.6.1
μS：风荷载体型系数，取μS=1.2
按《建筑结构荷载规范》GB50009-2012第8.3.3条
μZ：风压高度变化系数， 取μZ=0.693
按《建筑结构荷载规范》GB50009-2012表8.2.1
W0：作用在幕墙上的风荷载基本值 0.50 kN/m2
按《建筑结构荷载规范》GB50009-2012附表E.5（按50年一遇）
WK：作用在幕墙上的风荷载标准值
WK=βgz·μS·μZ·W0=2.018×1.2×0.693×0.50 =0.839 KN/m2
|WK|=0.839 kN/m2<1.0 kN/m2
按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第5.3.2条
取WK=1.0 kN/m2
(2) 水平风荷载设计值计算
rW：风荷载分项系数，取rW=1.4
按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第5.4.2条
W：作用在幕墙上的风荷载设计值
W=rW·WK=1.4×1.0=1.4 kN/m2
3、玻璃幕墙承受的水平地震荷载计算
(1) 玻璃幕墙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=0.12
按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第5.3.4条，7度(0.15g)抗震设计时αmax可取0.12。
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
qEK：作用在幕墙上的地震荷载标准值计算
qEK=αmax·βE·GGK =0.12×5.0×0.5=0.3 kN/m2
(2) 玻璃幕墙承受的水平地震荷载设计值计算
rE：地震作用分项系数，取rE=1.3
按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第5.4.2条
qE：作用在幕墙上的地震荷载设计值
qE=rE·qEK=1.3×0.3=0.39 kN/m2
4、荷载组合
(1) 风荷载和水平地震作用组合标准值计算
ψW：风荷载的组合值系数，取ψW=1.0
ψE：地震作用的组合值系数，取ψE=0.5
qK=ψW·WK+ψE·qEK=1.0×1.0+0.5×0.3=1.15 kN/m2
(2) 风荷载和水平地震作用组合设计值计算
q=ψW·W+ψE·qE=1.0×1.4+0.5×0.39=1.595 kN/m2
三、玻璃面板计算
1、计算说明
玻璃面板选用6+12A+6钢化中空LOW-E玻璃。框架玻璃幕墙的分格尺寸为，a=920mm，b=2200mm。该玻璃幕墙的玻璃属于框支承体系，面板四边固定，可将其简化为四边简支的面板计算模型。

2、外片玻璃面板强度校核
校核依据：≤fg
按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第6.1.2条
(1)、计算说明
根据《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第6.1.4条和第6.1.5条的规定，夹胶中空玻璃的内外片玻璃承受的荷载分别为、、。因为每片玻璃厚度一样，且外片玻璃承受的荷载最大，所以，只需计算外片玻璃的强度和挠度。
(2)、外片玻璃承受的水平风荷载
t1、t2、t3：中空玻璃内外片玻璃的厚度，取t1=t2=6 mm
WK1：外片玻璃承受的水平风荷载标准值
=0.55 KN/m2
W1：外片玻璃承受的水平风荷载设计值
=0.77 KN/m2
(3)、外片玻璃承受的水平地震荷载
t1、t2、t3：中空玻璃内外片玻璃的厚度，取t1=6 mm
GAK’：玻璃面板自重面荷载标准值
GAK’=6×10-3×25.6=0.154 KN/m2
αmax：水平地震影响系数最大值，取αmax=0.12
按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第5.3.4条
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
qEK’：作用在夹胶玻璃上的地震荷载标准值
qEK’=αmax·βE·GGK’=0.12×50×0.154=0.093 KN/m2
qEK1：作用在外片玻璃上的地震荷载标准值
rE：地震作用分项系数，取rE=1.3
按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第5.4.2条
qE1：作用在外片玻璃上的地震荷载设计值
qE1=rE·qEK1=1.3×0.093 =0.1209 KN/m2
(4)、外片玻璃风荷载和水平地震作用组合计算
ψW：风荷载的组合值系数，取ψW=1.0
按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第5.4.3条
ψE：地震作用的组合值系数，取ψE=0.5
按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第5.4.3条
qK1：外片玻璃风荷载和水平地震作用组合标准值
qK1=ψW·WK1+ψE·qEK1=1.0×0.55+0.5×0.093=0.597 KN/m2
q1：外片玻璃风荷载和水平地震作用组合设计值
q1=ψW·W1+ψE·qE1=1.0×0.77+0.5×0.1209=0.830 KN/m2
(5)、外片玻璃的强度折减系数
θ：参数
t：外片玻璃厚度，取t=6 mm
=4.576
η：折减系数，取η=1.0
查《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003表6.1.2-2得
(6)、外片玻璃强度校核
m：弯矩系数，取m=0.1094
由==0.418，查《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003表6.1.2-1得
σ：外片玻璃产生的最大应力

=
=12.81 N/mm2＜fg=84 N/mm2
玻璃面板强度符合规范要求。
3、玻璃面板挠度校核
校核依据：df=≤df,lim=
按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第6.1.4条
(1)、计算说明
根据《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第5.4.4条的规定，玻璃幕墙的玻璃面板的挠度，可不考虑组合效应，所以我们只需验算玻璃面板在风荷载作用下的挠度即可。
(2)、玻璃刚度计算
t：夹胶中空玻璃的两片玻璃的等效厚度
按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第6.1.5条
t=0.95=0.95×=7.18 mm
D：玻璃刚度
D===2.31×106 N·mm
(3)、玻璃的挠度折减系数
θ：参数
t：玻璃厚度，取t=7.18 mm
=3.74
η：折减系数，取η=1.0
查《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003表6.1.2-2得
(4)、玻璃挠度校核
μ：挠度系数，取μ=0.01114
由==0.418，查《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003表6.1.2-3得
df：玻璃产生的最大挠度
df===3.45 mm
df=3.45mm＜df,lim===15.33 mm
玻璃面板挠度符合规范要求。
四、立柱计算
1、计算说明
幕墙立柱选用SMG02-120B，根据建筑结构特点，每根幕墙立柱简支在主体结构上，并处于受拉状态。立柱高度H=4150 mm,幕墙横向计算分格宽度B=920 mm。
2、力学模型
幕墙的荷载由横梁和立柱承担。玻璃面板将受到的水平方向的荷载，按45度角分别传递到横梁和立柱上。横梁又将承受的荷载传递给立柱，最后由立柱将所有荷载通过预埋件传递到主体结构上，立柱按单跨简支梁力学模型进行设计计算，受力模型如下：

3、荷载计算
(1) 立柱承受的竖直方向面荷载
标准值 GGK=0.5 KN/m2
设计值 GG=0.6 KN/m2
(2) 立柱承受的水平方向面荷载
标准值 qK=1.0 KN/m2
设计值 q=1.4 KN/m2
(3) 立柱承受的轴力值设计值
N=GG·H·B=0.6×4.15×0.92=2.291 KN
(4) 立柱承受的水平线荷载
标准值 qK线=qK·B=1.0×0.92=0.92 KN/m
设计值 q线=q·B=1.4×0.92=1.288 KN/m
(5) 立柱所受的弯矩
M=q线·H2/8=1.288×4.152÷8=2.773 KN·m
(6) 立柱承受的剪力
V=q线·H=1.288×4.15=5.345 KN
4、立柱抗弯强度校核
立柱校核依据：≤fa=215 N/mm2

=2.291×1000/1094.57+2.773×1000000/1.00/52646
=54.77 N/mm2＜fa=90N/mm2
强度符合规范要求。
5、立柱抗剪强度校核
校核依据：≤τa
按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第6.2.5条
t：型材截面垂直于X轴腹板的截面总宽度(mm)
τX：立柱承受的水平荷载产生的剪应力
τX=
=
=9.45 N/mm2＜τa=55N/mm2
立柱抗剪强度符合规范要求。
6、立柱挠度校核
(1) 由水平风荷载下引起的挠度
风荷载标准值
WK=1.0 KN/m2
水平方向线荷载标准值
WK线=WK·B=1.0×0.92=0.92 KN/m
(2) 水平方向的挠度计算
df，X：水平方向的挠度
df，X===11.31 mm
df，X=17.61 mm＜df,lim=min(L/180,30)=23.06 mm
立柱刚度符合规范要求。
根据以上计算，立柱的各个构件均符合规范要求，满足设计要求。
五、幕墙埋件计算
工程选用的是后置埋件，埋件固定在主体结构上，承受立柱传递来的荷载。埋件布置图如下，采用200x120x8埋板，锚筋采用2颗M12化学锚筋。

1、荷载计算
V=5.345KN(剪力)
N=2.291KN（拉力）
考虑25mm前后偏差，弯矩为：
M=5345×（225+25）=1336250 N·mm
2、抗拉承载力计算
在轴心拉力和弯矩共同作用下，进行弹性分析时，受力最大锚栓的拉力设计值应按下列规定计算：
　　1：当N/n-My1/Σyi2≥0时：
　　　　Nsdh=N/n+My1/Σyi2
　　2：当N/n-My1/Σyi2<0时：
　　　　Nsdh=(NL+M)y1//Σyi/2
在上面公式中：
　　M：弯矩设计值；
　　Nsdh：群锚中受拉力最大锚栓的拉力设计值；
　　y1，yi：锚栓1及i至群锚形心轴的垂直距离；
　　y1/，yi/：锚栓1及i至受压一侧最外排锚栓的垂直距离；
　　L：轴力N作用点至受压一侧最外排锚栓的垂直距离；

在本例中：
　　N/n-My1/Σyi2
　 =2291/2-1336250×45/（2×452）
　 =-13700<0
所以：
Nsdh=(NL+M)y1//Σyi/2
=(2291×45+1336250)×90/（2×902）
=7996 N
根据厂家资料M12的化学螺栓的抗拉承载力为N=25 KN>7.996 KN
埋件满足要求。
3、抗剪承载力计算
承受剪力最大锚栓所受剪力设计值为：Vsdh=V/2=2672.5 N
根据厂家资料M12的化学螺栓的抗剪承载力为V=20 KN>2.670KN
埋件满足要求。
第二章 石材幕墙结构计算
一、荷载计算
1、自重荷载标准值计算
石材自重荷载标准值计算
GAK：25 mm厚的石材
GAK=0.70KN/m2
GGK：考虑龙骨和各种零部件等后的石材幕墙重力荷载标准值
GGK=1.0KN/m2
2、风荷载计算
计算标高取17.35m 天津地区 C类
水平风荷载标准值计算
βgz：阵风系数，取βgz=2.018
μS：风荷载体型系数，取μS=1.2
μZ：风压高度变化系数，取μZ=0.693
W0：作用在幕墙上的风荷载基本值 0.50 KN/m2
WK：作用在幕墙上的风荷载标准值
WK=βgz·μS·μZ·W0=2.018×1.2×0.693×0.50 =0.839 KN/m2
|WK|=0.839 KN/m2<1.0 KN/m2
取WK=1.0 KN/m2
3、石材承受的水平地震荷载计算
天津地区 7度（0.15g）
αmax：水平地震影响系数最大值，取αmax=0.12
βE：动力放大系数，取βE=5.0
qEK：作用在幕墙上的地震荷载标准值计算
qEK=αmax·βE·GGK=0.12×5.0×1.0=0.6 KN/m2
5、荷载组合
S1: 1.2 GK+1.4 WK+ +0.65 qEK+
S2: 1.2 GK+1.4 WK- +0.65 qEK-
三、石材面板计算
1、计算说明
石材面板选用25mm厚的花岗岩石材。石材幕墙的分格尺寸为具体尺寸见CAD图，石材分格高度b=900mm。因石材面板采用2个钢挂件对支撑，所以石材面板的计算采用短槽支撑的石材面板计算模型。采用sap2000进行计算。

2、石材面板强度校核
（一）花岗石板的强度设计值
fg1=f gm/2.15=8/2.15=3.721
fg2=f gm/4.30=8/4.30=1.860
fg1：花岗石板抗弯强度设计值（Mpa）
fg2：花岗石板抗剪强度设计值（Mpa）
fgm：花岗石板弯曲强度平均值（Mpa）
《金属与石材幕墙工程技术规范》JGJ133-2001第3.2.2条规定花岗石板材的弯曲强度应经决定检测机构检测确定，弯曲强度不应小于8.0 Mpa。所以本工程按不小于8.0 Mpa取值。
（二）石材面板弯曲强度校核
校核依据：≤fg1=3.721 N/mm2

q=1.4 x1.0 +0.65 x0.6=1.79 KN/m2
1.752 N/mm2＜fg1=3.721 N/mm2
石材面板强度符合规范要求。
3、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=1.725 kN/m2
c:槽口宽度 c=7 mm
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。本工程采用矩形槽，槽长80mm，槽深7mm，槽总长s为94mm。
n:一个连接边上钢挂件对数量，n=1。
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

=0.437 N/mm2＜fg2=1.860 N/mm2
石材槽口抗剪强度符合规范要求。
四、立柱计算
1、计算说明
立柱采用8#槽钢龙骨，材质为Q235B,采用sap2000有限元软件进行计算(龙骨的自重由软件直接加载)，具体的尺寸详见CAD图。
计算模型

释放模型
上下层间断开为铰接

材质

2、加载
荷载

自重
GK=1.0x（0.55+0.25+0.1+0.1+0.1+0.47+0.1+0.5）=1.72 N/mm

风荷载标准值WK
WK=1.0x1.740/2=0.87 N/mm

地震荷载标准值qk
qK=0.6x1.740/2=0.522 N/mm

3、立柱强度校核

TABLE: Steel Design 1 - Summary Data - Chinese 2002
Frame
DesignSect
Ratio
Combo
Text
Text
Unitless
Text
1
GB-C8
0.389292
S1
2
GB-C8
0.139485
S1
3
GB-C8
0.139485
S1
4
GB-C8
0.139485
S1
14
GB-C8
0.449258
S1
15
GB-C8
0.449259
S1
16
GB-C8
0.172105
S1
17
GB-C8
0.263337
S1
18
GB-C8
0.372709
S1
19
GB-C8
0.379543
S1
20
GB-C8
0.448613
S1
21
GB-C8
0.448741
S1
23
GB-C8
0.15844
S1
24
GB-C8
0.16047
S1
25
GB-C8
0.139485
S1
26
GB-C8
0.185945
S1
27
GB-C8
0.184989
S1
28
GB-C8
0.139485
S1
29
GB-C8
0.184074
S1
30
GB-C8
0.183624
S1
31
GB-C8
0.139485
S1
32
GB-C8
0.139485
S1
33
GB-C8
0.139485
S1
34
GB-C8
0.139485
S1
35
GB-C8
0.139485
S1
36
GB-C8
0.139485
S1
37
GB-C8
0.183625
S1
38
GB-C8
0.184072
S1
39
GB-C8
0.139485
S1
40
GB-C8
0.184814
S1
41
GB-C8
0.185724
S1
42
GB-C8
0.139485
S1
43
GB-C8
0.139485
S1
44
GB-C8
0.139485
S1
56
GB-C8
0.139485
S1
58
GB-C8
0.139485
S1
则钢架的应力比最大的为0.449<0.95，则钢架的强度能满足要求。
4、立柱挠度校核

u=3.735mm＜H/250=2470/250=9.88mm
挠度满足要求。
5、支座反力
节点编号

S1组合
TABLE: Joint Reactions
Joint
OutputCase
F1
F2
F3
M1
M2
M3
Text
Text
N
N
N
N-mm
N-mm
N-mm
2
S1
0
4050.14
668.02
-201986.38
-77.91
453310.67
4
S1
0
6363.64
540.38
-147217.18
-24.55
60939.71
6
S1
0
7589.34
629.35
-179683.4
-0.23
331.23
8
S1
0
7652.24
629.04
-180397.3
-0.002029
-5.81
9
S1
0
3537.11
10432.84
0
0
0
10
S1
0
3537.12
10432.83
0
0
0

15
S1
0
2353.75
4964.91
0
0
0
16
S1
0
2353.75
4964.91
0
0
0
155
S1
0
3915.9
10433.04
0
0
0
156
S1
0
3915.89
10432.33
0
0
0
161
S1
0
3674.64
8931.98
0
0
0
162
S1
0
3568.63
10281.21
0
0
0
最不利的支座反力
水平方向F1=3537N 竖直方向F2=10433N
五、立柱与主体结构的连接
1、计算说明
立柱与预埋件用8#槽钢连接。立柱与立柱间通过2个M10奥氏体不锈钢（A2-70）螺栓与转接件连接。此时我们需要对连接部位的螺栓的承载能力、转接件的局部承压能力及焊缝强度进行验算。连接形式见下图。

2、M12螺栓验算
M10螺栓承受的剪力
F1：M10螺栓承受的水平方向剪力
F1=3537N
F：M10螺栓承受的剪力
F===11017 N
A0：M10螺栓有效面积,取A0=57.99mm2
NVb：M10螺栓的抗剪能力
NVb=nV·A0·fV=2×57.99×245=28415 N＞F=11017 N
M10不锈钢螺栓满足设计要求。
3、转接件校核
V= F2=10433N
N=F1=3537N
Mx=10433×352=3672416N·mm
截面参数

=148.62N/mm2＜215N/mm2
强度满足要求。
4、焊缝计算
V= F2=10433N
N=F1=3537N
Mx=10433×352=3672416N·mm
焊缝焊高5mm

焊缝强度验算
=148N/mm2＜ffw=160 N/mm2
τ：由剪力产生的竖向焊缝剪应力
τ=V/A1=10433÷1122=9.30N/mm2
(N/mm2)
可见，该处焊缝的强度满足设计要求。
六、后置埋件校核
工程选用的是后置埋件，埋件固定在主体结构上，承受立柱传递来的荷载。埋件布置图如下，采用200x120x8埋板，锚筋采用2颗M12化学锚筋。
1、荷载计算
V= F2=10433N
N=F1=3537N
Mx=10433×352=3672416N·mm
2、抗拉承载力计算
在轴心拉力和弯矩共同作用下，进行弹性分析时，受力最大锚栓的拉力设计值应按下列规定计算：
　　1：当N/n-My1/Σyi2≥0时：
　　　　Nsdh=N/n+My1/Σyi2
　　2：当N/n-My1/Σyi2<0时：
　　　　Nsdh=(NL+M)y1//Σyi/2
在上面公式中：
　　M：弯矩设计值；
　　Nsdh：群锚中受拉力最大锚栓的拉力设计值；
　　y1，yi：锚栓1及i至群锚形心轴的垂直距离；
　　y1/，yi/：锚栓1及i至受压一侧最外排锚栓的垂直距离；
　　L：轴力N作用点至受压一侧最外排锚栓的垂直距离；

在本例中：
　　N/n-My1/Σyi2
　 =3537/2-3672416×45/（2×452）
　 =-19548<0
所以：
Nsdh=(NL+M)y1//Σyi/2
=(3537×45+3672419)×90/（2×1202）
=21286 N
根据厂家资料M12的化学螺栓的抗拉承载力为N=25 KN>21.3 KN
埋件满足要求。
3、抗剪承载力计算
承受剪力最大锚栓所受剪力设计值为：Vsdh=V/2=5216.5 N
根据厂家资料M12的化学螺栓的抗剪承载力为V=20KN>5.216KN
埋件满足要求。

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