室内干挂石材幕墙设计计算书.docx
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室内干挂石材幕墙设计计算书
3-7号楼大堂干挂石材幕墙设计计算书
基本参数:
地区基本风压0.65kN/m2
抗震设防烈度7度设计基本地震加速度0.15g
幕墙立柱高度按5.6m，立柱中间设置一个支点，立柱间距取1.60m。
立柱采用5号槽钢，横梁采用L50x5角钢。
Ⅰ.设计依据:
《建筑结构可靠度设计统一标准》GB50068-2001
《建筑结构荷载规》GB50009-2045
《建筑抗震设计规》GB50011-2011
《混凝土结构设计规》GB50010-2010
《钢结构设计规》GB50017-2003
《混凝土结构后锚固技术规程》JGJ145-2004
《玻璃幕墙工程技术规》JGJ102-2003
《金属与石材幕墙工程技术规》JGJ133-2001
《建筑幕墙》JG3035-1996
《玻璃幕墙工程质量检验标准》JGJ/T139-2001
《铝合金建筑型材基材》GB/T5237.1-2004
《铝合金建筑型材阳极氧化、着色型材》GB5237.2-2004
《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
《紧固件机械性能自攻螺钉》GB3098.5-2000
《紧固件机械性能不锈钢螺栓、螺钉和螺柱》GB3098.6-2000
《紧固件机械性能不锈钢螺母》GB3098.15-2000
《浮法玻璃》GB11614-1999
《建筑用安全玻璃第2部分：
钢化玻璃》GB15763.2-2001
《幕墙用钢化玻璃与半钢化玻璃》GB17841-1999
《建筑结构静力计算手册（第二版）》
《BKCADPM集成系统（BKCADPM2006版）》
Ⅱ.基本计算公式:
（1）.场地类别划分:
地面粗糙度可分为A、B、C、D四类：
--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。
本工程为：
江百科园一期工程，按C类地区计算风荷载。
（2）.风荷载计算:
幕墙属于薄壁外围护构件，根据《建筑结构荷载规》GB50009-2012规定采用
风荷载计算公式:
Wk=βgz×μs×μz×W0（7.1.1-2）
其中:
Wk---垂直作用在幕墙表面上的风荷载标准值（kN/m2）；
βgz---高度Z处的阵风系数,按《建筑结构荷载规》GB50009-2001第7.5.1条取定。
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。
经化简，得：
A类场地:
βgz=0.92×[1+35-0.072×（Z/10）-0.12]
B类场地:
βgz=0.89×[1+（Z/10）-0.16]
C类场地:
βgz=0.85×[1+350.108×（Z/10）-0.22]
D类场地:
βgz=0.80×[1+350.252×（Z/10）-0.30]
μz---风压高度变化系数,按《建筑结构荷载规》GB50009-2001第7.2.1条取定。
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
B类场地:
μz=1.000×（Z/10）0.32
C类场地:
μz=0.616×（Z/10）0.44
D类场地:
μz=0.318×（Z/10）0.60
本工程属于C类地区,故μz=0.616×（Z/10）0.44
μs---风荷载体型系数,按《建筑结构荷载规》GB50009-2001第7.3.3条取为：
-2.0
W0---基本风压,按《建筑结构荷载规》GB50009-2001附表D.4给出的50年一遇的风压采用，但不得小于0.3kN/m2，江地区取为0.400kN/m2
（3）.地震作用计算:
qEAk=βE×αmax×GAK
其中:
qEAk---水平地震作用标准值
βE---动力放大系数,按5.0取定
αmax---水平地震影响系数最大值，按相应抗震设防烈度和设计基本地震加速度取定:
αmax选择可按JGJ102-2003中的表5.3.4进行。
表5.3.4水平地震影响系数最大值αmax
抗震设防烈度
6度
7度
8度
αmax
0.04
0.08（0.12）
0.16（0.24）
注:
7、8度时括号数值分别用于设计基本地震速度为0.15g和0.30g的地区。
设计基本地震加速度为0.05g，抗震设防烈度6度：
αmax=0.04
设计基本地震加速度为0.10g，抗震设防烈度7度：
αmax=0.08
设计基本地震加速度为0.15g，抗震设防烈度7度：
αmax=0.12
设计基本地震加速度为0.20g，抗震设防烈度8度：
αmax=0.16
设计基本地震加速度为0.30g，抗震设防烈度8度：
αmax=0.24
设计基本地震加速度为0.40g，抗震设防烈度9度：
αmax=0.32
江设计基本地震加速度为0.05g，抗震设防烈度为6度，故取αmax=0.04
GAK---幕墙构件的自重（N/m2）
（4）.作用效应组合:
一般规定，幕墙结构构件应按下列规定验算承载力和挠度：
a.无地震作用效应组合时，承载力应符合下式要求：
γ0S≤R
b.有地震作用效应组合时，承载力应符合下式要求：
SE≤R/γRE
式中S---荷载效应按基本组合的设计值；
SE---地震作用效应和其他荷载效应按基本组合的设计值；
R---构件抗力设计值；
γ0----结构构件重要性系数，应取不小于1.0；
γRE----结构构件承载力抗震调整系数，应取1.0；
c.挠度应符合下式要求：
df≤df,lim
df---构件在风荷载标准值或永久荷载标准值作用下产生的挠度值；
df,lim---构件挠度限值；
d.双向受弯的杆件，两个方向的挠度应分别符合df≤df,lim的规定。
幕墙构件承载力极限状态设计时，其作用效应的组合应符合下列规定：
1有地震作用效应组合时，应按下式进行：
S=γGSGK+γwψwSWK+γEψESEK
2无地震作用效应组合时，应按下式进行：
S=γGSGK+ψwγwSWK
S---作用效应组合的设计值；
SGk---永久荷载效应标准值；
SWk---风荷载效应标准值；
SEk---地震作用效应标准值；
γG---永久荷载分项系数；
γW---风荷载分项系数；
γE---地震作用分项系数；
ψW---风荷载的组合值系数；
ψE---地震作用的组合值系数；
进行幕墙构件的承载力设计时，作用分项系数，按下列规定取值：
①一般情况下，永久荷载、风荷载和地震作用的分项系数γG、γW、γE应分别取1.2、1.4和1.3；
②当永久荷载的效应起控制作用时，其分项系数γG应取1.35；此时，参与组合的可变荷载效应仅限于竖向荷载效应；
③当永久荷载的效应对构件利时，其分项系数γG的取值不应大于1.0。
可变作用的组合系数应按下列规定采用：
①一般情况下，风荷载的组合系数ψW应取1.0，地震作用于的组合系数ψE应取0.5。
②对水平倒挂玻璃及框架，可不考虑地震作用效应的组合，风荷载的组合系数ψW应取1.0（永久荷载的效应不起控制作用时）或0.6（永久荷载的效应起控制作用时）。
幕墙构件的挠度验算时，风荷载分项系数γW和永久荷载分项系数均应取1.0，且可不考虑作用效应的组合。
一、风荷载计算
标高为5.6m处风荷载计算
（1）.风荷载标准值计算:
W0:
基本风压
W0=0.65kN/m2
βgz:
5.6m高处阵风系数（按A类区计算）：
1.65
βgz=1.65
μz:
5.6m高处风压高度变化系数（按C类区计算）:
μz=1.09
μs:
风荷载体型系数
μs=0.2
Wk=βgz×μz×μs×W0（GB50009-2001）
=1.65×1.09×0.2×0.65
=0.234kN/m2
（2）.风荷载设计值:
W:
风荷载设计值（kN/m2）
γw:
风荷载作用效应的分项系数：
1.4
按《建筑结构荷载规》GB50009-20013.2.5规定采用
W=γw×Wk=1.4×0.234=0.328kN/m2
二、板强度校核:
1.石材强度校核
用级石材，其抗弯强度标准值为：
9.0N/mm2
石材抗弯强度设计值：
4.20N/mm2
石材抗剪强度设计值：
2.10N/mm2
校核依据：
σ≤[σ]=4.200N/mm2
a:
短边长度:
0.800m
b:
长边长度:
1.10m
t:
石材厚度:
25.0mm
GAK:
石板自重=700.00N/m2
m1:
四角支承板弯矩系数,按短边与长边的边长比（a/b=0.727）
查表得:
0.141
Wk:
风荷载标准值:
0.234kN/m2
垂直于平面的分布水平地震作用:
qEAk:
垂直于幕墙平面的分布水平地震作用（kN/m2）
qEAk=5×αmax×GAK
=5×0.12×700.000/1000
=0.42kN/m2
荷载组合设计值为：
Sz=1.3qEAk×+1.4×0.6×Wk
=0.743kN/m2
一块板用四个背栓连接，按四角支承板计算，应力设计值为:
σ=6×m1×Sz×b2×103/t2
=6×0.141×0.743×1.102×103/25.02
=1.11N/mm2
1.11N/mm2≤4.200N/mm2强度可以满足要求
三、幕墙立柱计算:
幕墙立柱按双跨梁力学模型进行设计计算：
1.荷载计算:
（1）风荷载均布线荷载设计值（矩形分布）计算
qw:
风荷载均布线荷载设计值（kN/m）
W:
风荷载设计值:
0.328kN/m2
B:
幕墙立柱间距:
1.6m
qw=W×B
=0.328×1.6
=0.525kN/m
（2）地震荷载计算
qEA:
地震作用设计值（KN/m2）:
GAk:
幕墙构件（包括面板和框）的平均自重:
800N/m2
垂直于幕墙平面的均布水平地震作用标准值:
qEAk:
垂直于幕墙平面的均布水平地震作用标准值（kN/m2）
qEAk=5×αmax×GAk
=5×0.12×800.000/1000
=0.48kN/m2
γE:
幕墙地震作用分项系数:
1.3
qEA=1.3×qEAk
=1.3×0.48
=0.624kN/m2
qE：
水平地震作用均布线作用设计值（矩形分布）
qE=qEA×B
=0.624×1.6
=0.998kN/m
（3）立柱弯矩:
Mw:
风荷载作用下立柱弯矩（kN.m）
qw:
风荷载均布线荷载设计值:
0.525（kN/m）
Hsjcg:
立柱计算跨度:
3.500m
Mw=qw×（L13+L23）/8/（L1+L2）
=（2.8003+2.83）/8/（2.800+2.8）×0.525
=0.515kN·m
ME:
地震作用下立柱弯矩（kN·m）:
ME=qE×（L13+L23）/8/（L1+L2）
=（2.8003+2.8003）/8/（2.800+2.800）×0.998
=0.978kN·m
M:
幕墙立柱在风荷载和地震作用下产生弯矩（kN·m）
采用+1.3SE+0.6SW组合
M=0.6Mw+1.3×ME
=0.6×0.515+1.3×0.978
=1.580kN·m
2.选用立柱型材的截面特性:
立柱型材号:
5号槽钢
选用的立柱材料牌号:
Q235
型材强度设计值:
抗拉、抗压215N/mm2抗剪125N/mm2
型材弹性模量:
E=2.06×105N/mm2
X轴惯性矩:
Ix=26.00cm4
Y轴惯性矩:
Iy=8.3cm4
立柱型材在弯矩作用方向净截面抵抗矩:
Wn=8.1cm3
立柱型材净截面积:
An=6.92cm2
立柱型材截面垂直于X轴腹板的截面总宽度:
LT_x=4.5mm
立柱型材计算剪应力处以上（或下）截面对中和轴的面积矩:
Ss=6.298cm3
塑性发展系数:
γ=1.05
3.幕墙立柱的强度计算:
校核依据:
N/An+M/（γ×Wn）≤ｆa=215N/mm2（拉弯构件）
B:
幕墙分格宽:
1.950m
GAk:
幕墙自重:
800N/m2
幕墙自重线荷载:
Gk=800×B/1000
=800×1.6/1000
=1.28kN/m
Nk:
立柱受力:
Nk=Gk×L
=1.28×2.8
=3.584kN
N:
立柱受力设计值:
rG:
结构自重分项系数:
1.2
N=1.2×Nk
=1.2×3.584
=4.301kN
σ:
立柱计算强度（N/mm2）（立柱为拉弯构件）
N:
立柱受力设计值:
4.301kN
An:
立柱型材净截面面积:
6.92cm2
M:
立柱弯矩:
1.58kN·m
Wn:
立柱在弯矩作用方向净截面抵抗矩:
85.385cm3
γ:
塑性发展系数:
1.05
σ=N×10/An+M×103/（1.05×Wn）
=4.301×10/6.92+1.58×103/（1.05×8.1）
=191.99N/mm2
191.99N/mm2<ｆa=215N/mm2
立柱强度可以满足
4.幕墙立柱的刚度计算:
校核依据:
df≤L/180
df:
立柱最大挠度
Du:
立柱最大挠度与其所在支承跨度（支点间的距离）比值:
Lt1:
立柱最大挠度所在位置支承跨度（支点间的距离）2.800m
计算得挠度
6.2/2800<=1/451<1/300
挠度可以满足要求！
5.立柱抗剪计算:
校核依据:
τmax≤[τ]=125N/mm2
（1）Qwk:
风荷载作用下剪力标准值（kN）
R0:
双跨梁长跨端支座反力为:
R0=[L12/2-（L13+L23）/8/（L1+L2）]×qwk/L1
=0.393KN
Ra:
双跨梁中间支座反力为:
Ra=qwk×（（L13+L23）/（8×L1×L2）+（L1+L2）/2）
=1.310KN
Rc:
中间支承处梁受到的最大剪力（KN）
Rc=|qwk×L1-R0|
=0.655KN
（2）Qw:
风荷载作用下剪力设计值（kN）
Qw=1.4×Qwk
=1.4×0.655
=0.917kN
（3）QEk:
地震作用下剪力标准值（kN）
R0_e:
双跨梁长跨端支座反力为:
R0_e=[L12/2-（L13+L23）/8/（L1+L2）]×qek/L1
=0.806KN
Ra_e:
双跨梁中间支座反力为:
0.619KN
Ra_e=qek×（（L13+L23）/（8×L1×L2）+（L1+L2）/2）
=2.687KN
Rc:
中间支承处梁受到的最大剪力（KN）
Rc=|qek×L1-R0_e|
=1.343KN
（4）QE:
地震作用下剪力设计值（kN）
QE=1.3×QEk
=1.3×1.343
=1.746kN
（5）Q:
立柱所受剪力:
采用1.3QE+0.6Qw组合
Q=1.3QE+0.3×Qw
=1.764+0.6×0.917
=2.297kN
（6）立柱剪应力:
τ:
立柱剪应力:
Ss:
立柱型材计算剪应力处以上（或下）截面对中和轴的面积矩:
6.298cm3
立柱型材截面垂直于X轴腹板的截面总宽度:
LT_x=4.5mm
Ix:
立柱型材截面惯性矩:
26.000cm4
τ=Q×Ss×100/（Ix×LT_x）
=2.297×6.298×100/（26.000×4.500）
=12.36N/mm2
τ=12.36N/mm2<125N/mm2
立柱抗剪强度可以满足
四、立柱与主结构连接
Lct2:
连接处钢角码壁厚:
10.0mm
Jy:
连接处钢角码承压强度:
215N/mm2
D2:
连接螺栓公称直径:
12.0mm
D0:
连接螺栓有效直径:
10.1mm
选择的立柱与主体结构连接螺栓为:
不锈钢螺栓C1组50级
L_L:
连接螺栓抗拉强度:
230N/mm2
L_J:
连接螺栓抗剪强度:
175N/mm2
采用SG+1.3SE+0.6×SW组合
N1wk:
连接处风荷载总值（N）:
N1wk=Wk×B×Hsjcg×1000
=0.234×1.6×2.8×1000
=1048N
连接处风荷载设计值（N）:
N1w=1.4×N1wk
=1.4×1048
=1467N
N1Ek:
连接处地震作用（N）:
N1Ek=qEAk×B×Hsjcg×1000
=0.48×1.6×2.8×1000
=2150N
N1E:
连接处地震作用设计值（N）:
N1E=1.3×N1Ek
=1.3×2150
=2796N
N1:
连接处水平总力（N）:
N1=1.3N1E+0.6N1w
=2796+0.6×1467
=3676N
N2:
连接处自重总值设计值（N）:
N2k=800×B×Hsjcg
=800×1.6×2.800
=3584N
N2:
连接处自重总值设计值（N）:
N2=1.2×N2k
=1.2×3584
=4301N
N:
连接处总合力（N）:
N=（N12+N22）0.5
=（36762+43012）0.5
=5658N
Nvb:
螺栓的受剪承载能力:
Nv:
螺栓受剪面数目:
2
Nvb=2×π×D02×L_J/4
=2×3.14×10.12×175/4
=28027N
立柱型材种类:
Q235
Ncbl:
用一颗螺栓时，立柱型材壁抗承压能力（N）:
D2:
连接螺栓直径:
12mm
Nv:
连接处立柱承压面数目:
2
t:
立柱壁厚:
4.5mm
XC_y:
立柱局部承压强度:
320N/mm2
Ncbl=D2×t×2×XC_y
=12×4.5×320
=17280N
Num1:
立柱与建筑物主结构连接的螺栓个数:
计算时应取螺栓受剪承载力和立柱型材承压承载力设计值中的较小者计算螺栓个数。
螺栓的受剪承载能力Nvb=28027N大于立柱型材承压承载力Ncbl=17280N
Num1=N/Ncbl
=5658/17280
=0.33个
取1个
根据选择的螺栓数目，计算螺栓的受剪承载能力Nvb=28027N
根据选择的螺栓数目，计算立柱型材承压承载能力Ncbl=17280N
Nvb=28027N>5658N
Ncbl=17280N>5658N
强度可以满足
角码抗承压能力计算:
角码材料牌号:
Q235钢（C级螺栓）
Lct2:
角码壁厚:
3mm
Jy:
角码承压强度:
320N/mm2
Ncbg:
钢角码型材壁抗承压能力（N）:
Ncbg=D2×Jy×Lct2×Num1
=12.000×320×3.0×2
=23040N
23040N>5658N
强度可以满足
五、幕墙预埋件总截面面积计算
本工程预埋件受拉力和剪力
V:
剪力设计值:
V=N2
=4301N
N:
法向力设计值:
N=N1
=3676N
M:
弯矩设计值（N·mm）:
e2:
螺孔中心与锚板边缘距离:
100mm
M=V×e2
=4301×100
=430100.0N·mm
Num1:
锚筋根数:
4根
锚筋层数:
2层
αr:
锚筋层数影响系数:
1.0
关于混凝土：
强度等级C30
混凝土轴心抗压强度设计值:
fc=14.300N/mm2
按现行国家标准≤混凝土结构设计规≥GB50010-2002表4.1.4采用。
选用HRB300锚筋
锚筋强度设计值:
fy=270.000N/mm2
d:
钢筋直径:
Φ10.0mm
αv:
钢筋受剪承载力系数:
αv=（4.0-0.08×d）×（fc/fy）0.5依据GB5001010.9.1-5式计算
=（4.0-0.08×10.000）×（14.30/270.000）0.5
=0.74
因为αv大于0.7，所以取αv=0.7
t:
锚板厚度:
8.0mm
αb:
锚板弯曲变形折减系数:
αb=0.6+0.25×（t/d）
=0.6+0.25×（8.0/10.000）
=0.8
Z:
外层钢筋中心线距离:
100.0mm
As:
锚筋实际总截面积:
As=Num1×π×d2/4
=4.000×3.14×d2/4
=314mm2
锚筋的总截面积计算值:
依据GB5001010.9.1-1和10.9.1-2等公式计算
As1=V/（αr×αv×fy）+N/（0.8×αb×fy）+M/（1.3×αr×αb×fy×Z）
=65mm2
As2=N/（0.8×αb×fy）+M/（0.4×αr×αb×fy×Z）
=32mm2
65mm2<314mm2
32mm2<314mm2
4根φ10锚筋可以满足要求!
锚板面积A=40000.0mm2
0.5fcA=286000N
N=3676N<0.5fcA
锚板尺寸可以满足要求!
六、幕墙预埋件焊缝计算
根据《钢结构设计规》GB50017-2003公式7.1.1-1、7.1.1-2和7.1.1-3计算
hf:
角焊缝焊脚尺寸4mm
L:
角焊缝实际长度50mm
he:
角焊缝的计算厚度=0.7hf=2.8mm
Lw:
角焊缝的计算长度=L-2hf=42mm
fhf:
角焊缝的强度设计值:
160N/mm2
βf:
角焊缝的强度设计值增大系数，取值为:
1.22
σm:
弯矩引起的应力
σm=6×M/（2×he×lw2×βf）
=25.484N/mm2
σn:
法向力引起的应力
σn=N/（2×he×Lw×βf）
=13.182N/mm2
τ:
剪应力
τ=V/（2×Hf×Lw）
=3.047N/mm2
σ:
总应力
σ=（（σm+σn）2+τ2）0.5
=38.786
σ=38.786N/mm2≤fhf=160N/mm2
焊缝强度可以满足!
七、幕墙横梁计算
1.选用横梁型材的截面特性:
选用型材号:
L50x5
选用的横梁材料牌号:
Q235
横梁型材抗剪强度设计值:
125N/mm2
横梁型材抗弯强度设计值:
215N/mm2
横梁型材弹性模量:
E=2.06
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