石材幕墙计算书托板石材.docx
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石材幕墙计算书托板石材
xx工程
石材幕墙
设计计算书
设计：
校对：
审核：
批准：
XX有限公司
2010年11月25日
目录
一、计算引用的规范、标准及资料4
1.幕墙设计规范：
4
2.建筑设计规范：
4
3.铝材规范：
5
4.金属板及石材规范：
5
5.石材规范：
5
6.钢材规范：
5
7.胶类及密封材料规范：
6
8.门窗及五金件规范：
6
9.《建筑结构静力计算手册》（第二版）7
10.土建图纸：
7
二、基本参数7
1.幕墙所在地区：
7
2.地区粗糙度分类等级：
7
3.抗震烈度：
7
三、幕墙承受荷载计算7
1.风荷载标准值计算：
7
2.垂直于幕墙平面的分布水平地震作用标准值：
8
3.作用效应组合：
8
四、幕墙立柱计算9
1.立柱型材选材计算：
9
2.确定材料的截面参数：
10
3.选用立柱型材的截面特性：
11
4.立柱的抗弯强度计算：
11
5.立柱的挠度计算：
12
6.立柱的抗剪计算：
12
五、幕墙横梁计算13
1.横梁型材选材计算：
13
2.确定材料的截面参数：
15
3.选用横梁型材的截面特性：
16
4.幕墙横梁的抗弯强度计算：
16
5.横梁的挠度计算：
16
6.横梁的抗剪计算：
（三角荷载作用下）17
六、幕墙石材的选用与校核18
1.石材板块荷载计算：
18
2.石材的强度计算：
20
3.石材最大挠度校核：
21
七、连接件计算22
1.横梁与角码间连接：
22
2.角码与立柱连接：
23
3.立柱与主结构连接24
八、幕墙埋件计算（土建预埋）26
1.荷载标准值计算：
26
2.埋件计算：
27
3.锚板总面积校核：
27
4.锚筋长度计算：
28
九、幕墙焊缝计算28
1.受力分析：
28
2.焊缝特性参数计算：
28
3.焊缝校核计算：
29
十、隐框石材幕墙胶类及伸缩缝计算29
1.抗震设计下结构硅酮密封胶的宽度计算：
29
2.结构硅酮密封胶粘接厚度的计算：
30
3.结构胶设计总结：
31
4.立柱连接伸缩缝计算：
31
5.耐侯胶胶缝计算：
31
十一、幕墙板块压板计算31
1.压板的弯矩设计值计算：
32
2.压板的应力计算：
32
3.螺栓抗拉强度验算：
32
石材幕墙设计计算书
一、计算引用的规范、标准及资料
1.幕墙设计规范：
《建筑幕墙》JG3035-1996
《石材幕墙工程技术规范》JGJ102-2003
《金属与石材幕墙工程技术规范》JGJ133-2001
《点支式石材幕墙工程技术规程》CECS127-2001
《全石材幕墙工程技术规程》DBJ/CT014-2001
《石材幕墙光学性能》GB/T18091-2000
《建筑幕墙物理性能分级》GB/T15225-94
《建筑幕墙空气渗透性能测试方法》GB/T15226-94
《建筑幕墙风压变形性能测试方法》GB/T15227-94
《建筑幕墙雨水渗透性能测试方法》GB/T15228-94
《建筑幕墙平面内变形性能检测方法》GB/T18250-2000
《建筑幕墙抗震性能振动台试验方法》GB/T18575-2001
《点支式石材幕墙支承装置》JG138-2001
《吊挂式石材幕墙支承装置》JG139-2001
2.建筑设计规范：
《建筑结构荷载规范》GB50009-2001
《钢结构设计规范》GB50017-2003
《冷弯薄壁型钢结构设计规范》GB50018-2002
《高层民用钢结构技术规程》JGJ99-98
《建筑设计防火规范》GBJ16-87（2001版）
《高层民用建筑设计防火规范》GB50045-2001
《建筑物防雷设计规范》GB50057-2000
《工程抗震术语标准》JGJ/T97-95
《中国地震烈度表》GB/T17742-1999
《建筑抗震设计规范》GB50011-2001
《建筑抗震设防分类标准》GB50223-2004
《中国地震动参数区划图》GB18306-2000
《采暖通风与空气调节设计规范》GB50019-2003
《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2002
《混凝土结构设计规范》GB50010-2002
《民用建筑热工设计规范》GB50176-93
《民用建筑隔声设计规范》GBJ118-88
《建筑结构可靠度设计统一标准》GB50068-2001
《建筑装饰工程施工质量验收规范》GB50210-2001
《建筑钢结构焊接技术规程》JGJ81-2002
《钢结构防火涂料》GB14907-2002
《碳钢焊条》GB/T5117-1995
《低合金钢焊条》GB/T5118-1995
《铝型材截面几何参数算法及计算机程序要求》YS/T437-2000
3.铝材规范：
《铝幕墙板板基》YS/T429.1-2000
《铝幕墙板氟碳喷漆铝单板》YS/T429.2-2000
《铝及铝合金彩色涂层板、带材》YS/T431-2000
《铝塑复合板用铝带》YS/T432-2000
《铝合金建筑型材》GB/T5237-2000
《建筑铝型材基材》GB/T5237.1-2004
《建筑铝型材阳极氧化、着色型材》GB/T5237.2-2004
《建筑铝型材电泳涂漆型材》GB/T5237.3-2004
《建筑铝型材粉末喷涂型材》GB/T5237.4-2004
《建筑铝型材氟碳漆喷涂型材》GB/T5237.5-2004
《变形铝及铝合金化学成份》GB/T3190-1996
《铝及铝合金轧制板材》GB/T3880-1997
《建筑用铝型材、铝板氟碳涂层》JG/T133-2000
4.金属板及石材规范：
《天然花岗石荒料》JC/T204-2001
《天然大理石荒料》JC/T202-2001
《天然板石》GB/T18600-2001
《天然花岗石建筑板材》GB/T18601-2001
《天然大理石建筑板材》JC/T79-2001
《干挂石材幕墙用环氧胶粘剂》JC/T887-2001
《天然饰面石材术语》GB/T13890-92
《建筑材料放射性核素限量》GB6566-2001
《铝塑复合板》GB/T17748-1999
《建筑瓷板装饰工程技术规范》CECS101：
98
《建筑装饰用微晶石材》JC/T872-2000
5.石材规范：
《建筑石材应用技术规程》JGJ113-2003
《普通平板石材》GB4871-1995
《浮法石材》GB11614－1999
《钢化石材》GB/T9963-1998
《幕墙用钢化石材与半钢化石材》GB/T17841-1999
《建筑用安全石材防火石材》GB15763.1-2001
《中空石材》GB/T11944-2002
《夹层石材》GB9962-1999
《镀膜石材第一部分阳光控制镀膜石材》GB/T18915.1-2002
《镀膜石材第二部分低辐射镀膜石材》GB/T18915.2-2002
《热反射石材》JC693-1998
《热弯石材》JC/T915-2003
6.钢材规范：
《不锈钢棒》GB/T1220-1992
《不锈钢冷加工钢棒》GB/T4226-1984
《不锈钢冷扎钢板》GB/T3280-1992
《不锈钢热扎钢板》GB/T4237-1992
《不锈钢热扎钢带》GB/T5090
《冷拔异形钢管》GB/T3094-2000
《碳素结构钢》GB/T700-1988
《优质碳素结构钢》GB/T699-1999
《合金结构钢》GB/T3077-1999
《不锈钢和耐热钢冷扎带钢》GB/T4239-1991
《高耐候结构钢》GB/T4171-2000
《焊接结构用耐候钢》GB/T4172-2000
《低合金高强度结构钢》GB/T1591-1994
《碳素结构和低合金结构钢热轧薄钢板及钢带》GB/T912-1989
《碳素结构和低合金结构钢热轧厚钢板及钢带》GB/T3274-1988
《结构用无缝钢管》JBJ102
《金属覆盖层钢铁制品热镀锌层技术要求》GB/T13912-1992
7.胶类及密封材料规范：
《混凝土接缝用密封胶》JC/T881-2001
《硅酮建筑密封胶》GB/14683-2003
《建筑用硅酮结构密封胶》GB16776-2003
《聚硫建筑密封胶》JC483-1992
《中空石材用弹性密封剂》JC486-2001
《幕墙石材接缝用密封胶》JC/T882-2001
《石材幕墙接缝用密封胶》JC/T883-2001
《中空石材用丁基热熔密封胶》JC/T914-2003
《彩色钢板用建筑密封胶》JC/T884-2001
《工业用橡胶板》GB/T5574-1994
《绝热用岩棉、矿棉及其制品》GB/T11835-98
《建筑用防霉密封胶》JC/T885-2001
《建筑表面用有机硅防水剂》JC/T902-2002
《聚氨酯建筑密封胶》JC/T482-2003
8.门窗及五金件规范：
《铝合金门》GB/T8478-2003
《铝合金窗》GB/T8479-2003
《建筑外窗抗风压性能分级及检测方法》GB/T7106-2002
《建筑外窗气密性能分级及检测方法》GB/T7107-2002
《建筑外窗水密性能分级及检测方法》GB/T7108-2002
《建筑外窗空气隔声性能分级及检测方法》GB/T8485-2002
《铝合金门窗工程设计、施工及验收规范》DBJ15-30-2002
《建筑外窗采光性能分级及检测方法》GB/T11976-2002
《地弹簧》GB/T9296-1988
《平开铝合金窗执手》GB/T9298-1988
《铝合金窗不锈钢滑撑》GB/T9300-1988
《铝合金门插销》GB/T9297-1988
《铝合金窗撑挡》GB/T9299-1988
《铝合金门窗拉手》GB/T9301-1988
《铝合金窗锁》GB/T9302-1988
《铝合金门锁》GB/T9303-1988
《闭门器》GB/T9305-1988
《推拉铝合金门窗用滑轮》GB/T9304-1988
《紧固件螺栓和螺钉》GB/T5277
《十字槽盘头螺钉》GB/T818-2000
《紧固件机械性能螺栓、螺钉和螺柱》GB3098.1-2000
《紧固件机械性能螺母粗牙螺纹》GB3098.2-2000
《紧固件机械性能螺母细牙螺纹》GB3098.4-2000
《紧固件机械性能自攻螺钉》GB3098.5-2000
《紧固件机械性能不锈钢螺栓、螺钉、螺柱》GB3098.6-2000
《紧固件机械性能不锈钢螺母》GB3098.15-2000
《螺纹紧固件应力截面积和承载面积》GB/T16823.1-1997
9.《建筑结构静力计算手册》（第二版）
10.土建图纸：
二、基本参数
1.幕墙所在地区：
北京地区；
2.地区粗糙度分类等级：
幕墙属于外围护构件，按《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）
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类地区考虑。
3.抗震烈度：
按照国家规范《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）、《中国地震动参数区划图》（GB18306-2000）规定，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。
三、幕墙承受荷载计算
1.风荷载标准值计算：
幕墙属于外围护构件，按建筑结构荷载规范（GB50009-2001）计算：
wk=βgzμzμsw0……7.1.1-2[GB50009-2001]
上式中：
wk：
作用在幕墙上的风荷载标准值（MPa）；
Z：
计算点标高：
88m；
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:
βgz=K（1+2μf）
其中K为地区粗糙度调整系数，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类地区，88m高度处瞬时风压的阵风系数：
βgz=0.85×（1+2×（0.734（Z/10）-0.22））=1.623
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类地区，88m高度处风压高度变化系数：
μz=0.616×（Z/10）0.44=1.604
μs：
风荷载体型系数，根据计算点体型位置取1.2；
w0：
基本风压值（MPa），根据现行<<建筑结构荷载规范>>GB50009-2001附表D.4（全国基本风压分布图）中数值采用，按重现期50年，北京地区取0.00045MPa；
wk=βgzμzμsw0
=1.623×1.604×1.2×0.00045
=0.001406MPa
2.垂直于幕墙平面的分布水平地震作用标准值：
qEAk=βEαmaxGk/A……5.3.4[JGJ102-2003]
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：
幕墙构件的重力荷载标准值（N）；
A：
幕墙构件的面积（mm2）；
3.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[JGJ102-2003]
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[JGJ102-2003]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：
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；
四、幕墙立柱计算
基本参数：
1：
计算点标高：
88m；
2：
力学模型：
单跨简支梁；
3：
立柱跨度：
L=3000mm；
4：
立柱左分格宽：
1100mm；立柱右分格宽：
1300mm；
5：
立柱计算间距（指立柱左右分格平均宽度）：
B=1200mm；
6：
板块配置：
中空石材6+6mm；
7：
立柱材质：
6063-T5；
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：
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
=0.001406×1200
=1.687N/mm
qw：
风荷载线分布最大荷载集度设计值（N/mm）；
qw=1.4qwk
=1.4×1.687
=2.362N/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）；
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：
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=βEαmaxGk/A……5.3.4[JGJ102-2003]
=5.0×0.16×0.0005
=0.0004MPa
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
=0.0004×1200
=0.48N/mm
qE：
水平地震作用线荷载集度设计值（N/mm）；
qE=1.3qEk
=1.3×0.48
=0.624N/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：
……5.4.1[JGJ102-2003]
q=qw+0.5qE
=2.362+0.5×0.624
=2.674N/mm
用于挠度计算时，采用Sw标准值：
……5.4.1[JGJ102-2003]
qk=qwk
=1.687N/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（N·mm）；
Mw：
风荷载作用下立柱产生的弯矩设计值（N·mm）；
ME：
地震作用下立柱产生的弯矩设计值（N·mm）；
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
=2.674×30002/8
=3008250N·mm
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（N·mm）；
γ：
塑性发展系数：
取1.05；
fa：
型材抗弯强度设计值（MPa），对6063-T5取85.5MPa；
Wnx=Mx/γfa
=3008250/1.05/85.5
=33508.772mm3
（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6063-T5取70000MPa；
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/180=3000/180=16.667mm
取：
df,lim=16.667mm
Ixmin=5qkL4/384Edf,lim
=5×1.687×30004/384/70000/16.667
=1525047.624mm4
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：
60/125系列
型材的抗弯强度设计值：
fa=85.5MPa
型材的抗剪强度设计值：
τa=49.6MPa
型材弹性模量：
E=70000MPa
绕X轴惯性矩：
Ix=2656350mm4
绕Y轴惯性矩：
Iy=720390mm4
绕X轴净截面抵抗矩：
Wnx1=40905mm3
绕X轴净截面抵抗矩：
Wnx2=44216mm3
型材净截面面积：
An=1261.5mm2
型材线密度：
γg=0.035322N/mm
型材截面垂直于X轴腹板的截面总宽度：
t=6mm
型材受力面对中性轴的面积矩：
Sx=26247mm3
塑性发展系数：
γ=1.05
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（N）；
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
=0.0005×1200×3000
=1800N
N：
立柱轴向拉力设计值（N）；
N=1.2Nk
=1.2×1800
=2160N
（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/γWnx≤fa……6.3.7[JGJ102-2003]
上式中：
N：
立柱轴力设计值（N）；
Mx：
立柱弯矩设计值（N·mm）；
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）；
γ：
塑性发展系数，取1.05；
fa：
型材的抗弯强度设计值，取85.5MPa；
则：
N/An+Mx/γWnx=2160/1261.5+3008250/1.05/40905
=71.753MPa≤85.5MPa
立柱抗弯强度满足要求。
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，所以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=2656350mm4
预选值为：
Ixmin=1525047.624mm4
所以，立柱挠度满足规范要求。
6.立柱的抗剪计算：
校核依据：
τmax≤τa=49.6MPa（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
=0.001406×1200×3000/2
=2530.8N
（2）Vw：
风荷载作用下剪力设计值（N）：
Vw=1.4Vwk
=1.4×2530.8
=3543.12N
（3）VEk：
地震作用下剪力标准值（N）：
VEk=qEAkBL/2
=0.0004×1200×3000/2
=720N
（4）VE：
地震作用下剪力设计值（N）：
VE=1.3VEk
=1.3×720
=936N
（5）V：
立柱所受剪力设计值组合：
采用Vw+0.5VE组合：
V=Vw+0.5VE
=3543.12+0.5×936
=4011.12N
（6）立柱剪应力校核：
τmax：
立柱最大剪应力（N）；
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）；
τmax=VSx/Ixt
=4011.12×26247/2656350/6
=6.606MPa
6.606MPa≤49.6MPa
立柱抗剪强度满足要求!
五、幕墙横梁计算
基本参数：
1：
计算点标高：
88m；
2：
横梁跨度：
B=1300mm；
3：
横梁上分格高：
1380mm；
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