干挂石材幕墙设计计算书.docx
《干挂石材幕墙设计计算书.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《干挂石材幕墙设计计算书.docx（43页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
干挂石材幕墙设计计算书
承德平泉亮达国际酒店综合项目
一期酒店裙楼幕墙装饰工程
干挂石材幕墙－结构设计计算书
设计：
校对：
审核：
批准：
深圳蓝波幕墙及光伏工程有限公司
2013年4月
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：
《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003
《点支式玻璃幕墙工程技术规程》CECS127-2001
《玻璃幕墙点支承装置》JG138-2010
《吊挂式玻璃幕墙支承装置》JG139-2001
《建筑幕墙》GB/T21086-2007
《金属与石材幕墙工程技术规范》JGJ133-2001
《小单元建筑幕墙》JG/T216-2008
2.建筑设计规范：
《钢结构防火涂料》GB14907-2002
《钢结构设计规范》GB50017-2003
《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2002
《高层民用建筑设计防火规范》GB50045-95（2005年版）
《高处作业吊蓝》GB19155-2003
《工程抗震术语标准》JGJ/T97-2010
《混凝土结构后锚固技术规程》JGJ145-2004
《混凝土结构设计规范》GB50010-2010
《混凝土用膨胀型、扩孔型建筑锚栓》JG160-2004
《建筑表面用有机硅防水剂》JC/T902-2002
《建筑材料放射性核素限量》GB6566-2010
《建筑防火封堵应用技术规程》CECS154：
2003
《建筑钢结构焊接技术规程》JGJ81-2002
《建筑工程抗震设防分类标准》GB50223-2008
《建筑工程预应力施工规程》CECS180：
2005
《建筑结构荷载规范》GB50009-2012
《建筑结构可靠度设计统一标准》GB50068-2012
《建筑抗震设计规范》GB50011-2010
《建筑设计防火规范》GB50016-2006
《建筑物防雷设计规范》GB50057-2010
《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB50018-2002
《民用建筑设计通则》GB50352-2005
《预应力筋用锚具、夹具和连接器应用技术规程》JGJ85-2010
3.铝材规范：
《变形铝及铝合金化学成份》GB/T3190-2008
《建筑用隔热铝合金型材》JG175-2011
《建筑用铝型材、铝板氟碳涂层》JG/T133-2000
《铝合金建筑型材第1部分基材》GB5237.1-2008
《铝合金建筑型材第2部分阳极氧化、着色型材》GB5237.2-2008
《铝合金建筑型材第3部分电泳涂漆型材》GB5237.3-2008
《铝合金建筑型材第4部分粉末喷涂型材》GB5237.4-2008
《铝合金建筑型材第5部分氟碳漆喷涂型材》GB5237.5-2008
《铝合金建筑型材第6部分隔热型材》GB5237.6-2004
《铝及铝合金彩色涂层板、带材》YS/T431-2000
《一般工业用铝及铝合金板、带材》GB/T3880.1～3-2006
《铝型材截面几何参数算法及计算机程序要求》YS/T437-2009
《有色电泳涂漆铝合金建筑型材》YS/T459-2003
4.金属板及石材规范：
《干挂饰面石材及其金属挂件》JC830.1、2-2005
《建筑装饰用微晶玻璃》JC/T872-2000
《建筑幕墙用瓷板》JG/T217-2007
《建筑装饰用搪瓷钢板》JG/T234-2008
《微晶玻璃陶瓷复合砖》JC/T994-2006
《超薄天然石材复合板》JC/T1049-2007
《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
《建筑幕墙用铝塑复合板》GB/T17748-2008
《铝塑复合板用铝带》YS/T432-2000
《天然板石》GB/T18600-2009
《天然大理石荒料》JC/T202-2001
《天然大理石建筑板材》GB/T19766-2005
《天然花岗石荒料》JC/T204-2001
《天然花岗石建筑板材》GB/T18601-2009
《天然石材统一编号》GB/T17670-2008
《天然饰面石材术语》GB/T13890-2008
5.玻璃规范：
《镀膜玻璃第1部分：
阳光控制镀膜玻璃》GB/T18915.1-2002
《镀膜玻璃第2部分：
低辐射镀膜玻璃》GB/T18915.2-2002
《平板玻璃》GB11614-2009
《建筑用安全玻璃第3部分：
夹层玻璃》GB15763.3-2009
《建筑用安全玻璃第2部分：
钢化玻璃》GB15763.2-2005
《建筑用安全玻璃防火玻璃》GB15763.1-2009
《幕墙用钢化玻璃与半钢化玻璃》GB17841-2008
《热弯玻璃》JC/T915-2003
《压花玻璃》JC/T511-2002
《中空玻璃》GB/T11944-2002
6.钢材规范：
《建筑结构用冷弯矩形钢管》JG/T178-2005
《不锈钢棒》GB/T1220-2007
《不锈钢冷加工钢棒》GB/T4226-2009
《不锈钢冷轧钢板及钢带》GB/T3280-2007
《不锈钢热轧钢板及钢带》GB/T4237-2007
《不锈钢小直径无缝钢管》GB/T3090-2000
《擦窗机》GB19154-2003
《彩色涂层钢板和钢带》GB/T12754-2006
《低合金高强度结构钢》GB/T1591-2008
《建筑幕墙用钢索压管接头》JG/T201-2007
《耐候结构钢》GB/T4171-2008
《高碳铬不锈钢丝》YB/T096—1997
《合金结构钢》GB/T3077-1999
《金属覆盖层钢铁制品热镀锌层技术要求》GB/T13912-2002
《碳素结构钢》GB/T700-2006
《碳素结构钢和低合金结构钢热轧薄钢板及钢带》GB/T912-2008
《碳素结构钢和低合金结构钢热轧厚钢板及钢带》GB/T3274-2007
7.胶类及密封材料规范：
《丙烯酸酯建筑密封膏》JC484-2006
《幕墙玻璃接缝用密封胶》JC/T882-2001
《彩色涂层钢板用建筑密封胶》JC/T884-2001
《丁基橡胶防水密封胶粘带》JC/T942-2004
《干挂石材幕墙用环氧胶粘剂》JC887-2001
《混凝土建筑接缝用密封胶》JC/T881-2001
《建筑窗用弹性密封剂》JC485-2007
《建筑密封材料试验方法》GB/T13477.1～20-2002
《建筑用防霉密封胶》JC/T885-2001
《建筑用硅酮结构密封胶》GB16776-2005
《建筑用岩棉、矿渣棉绝热制品》GB/T19686-2005
《建筑用硬质塑料隔热条》JG/T174-2005
《建筑装饰用天然石材防护剂》JC/T973-2005
《聚氨酯建筑密封胶》JC/T482-2003
《聚硫建筑密封胶》JC/T483-2006
《绝热用岩棉、矿棉及其制品》GB/T11835-2007
《石材用建筑密封胶》JC/T883-2001
《修补用天然橡胶胶粘剂》HG/T3318-2002
《中空玻璃用弹性密封胶》JC/T486-2001
《中空玻璃用丁基热熔密封胶》JC/T914-2003
8.门窗及五金件规范：
《封闭型沉头抽芯铆钉》GB/T12616-2004
《封闭型平圆头抽芯铆钉》GB/T12615-2004
《紧固件公差螺栓、螺钉、螺柱和螺母》GB/T3103.1-2002
《紧固件机械性能不锈钢螺母》GB/T3098.15-2000
《紧固件机械性能不锈钢螺栓、螺钉、螺柱》GB/T3098.6-2000
《紧固件机械性能抽芯铆钉》GB/T3098.19-2004
《紧固件机械性能螺母、粗牙螺纹》GB/T3098.2-2000
《紧固件机械性能螺母、细牙螺纹》GB/T3098.4-2000
《紧固件机械性能螺栓、螺钉和螺柱》GB/T3098.1-2010
《紧固件机械性能自攻螺钉》GB/T3098.5-2000
《紧固件术语盲铆钉》GB/T3099-2004
《十字槽盘头螺钉》GB/T818-2000
《铝合金压铸件》GB/T15114-2009
9.相关物理性能等级测试方法：
《玻璃幕墙工程质量检验标准》JGJ/T139-2001
《玻璃幕墙光学性能》GB/T18091-2000
《彩色涂层钢板和钢带试验方法》GB/T13448-2006
《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205-2001
《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB50204-2002
《建筑防水材料老化试验方法》GB/T18244-2000
《建筑幕墙气密、水密、抗风压性能检测方法》GB/T15227-2007
《建筑幕墙抗震性能振动台试验方法》GB/T18575-2001
《建筑幕墙平面内变形性能检测方法》GB/T18250-2000
《建筑装饰装修工程质量验收规范》GB50210-2001
《金属材料室温拉伸试验方法》GB/T228-2002
10.《建筑结构静力计算手册》（第二版）
11.土建图纸：
二、基本参数
1.幕墙所在地区：
承德市地区；
2.地区粗糙度分类等级：
幕墙属于薄壁外围护构件，按《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）
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》（GB50011-2011）、《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001）规定，承德市地区地震基本烈度为6度，地震动峰值加速度为0.05g，水平地震影响系数最大值为：
αmax=0.04。
三、幕墙承受荷载计算
1.风荷载标准值计算：
幕墙属于薄壁外围护构件，按建筑结构荷载规范（GB50009-2012）计算：
wk=βgzμzμsw0……7.1.1-2[GB50009-2012]
上式中：
wk：
作用在幕墙上的风荷载标准值（MPa）；
Z：
计算点标高：
16.3m；
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，16.3m高度处瞬时风压的阵风系数：
βgz=0.85×（1+2×（0.734（Z/10）-0.22））=1.971
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，16.3m高度处风压高度变化系数：
μz=0.616×（Z/10）0.44=0.764
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>>GB50009-2012附表D.4（全国基本风压分布图）中数值采用，按重现期50年，承德市地区取0.00045MPa；
wk=βgzμzμsw0
=1.971×0.764×1.2×0.00045
=0.000813MPa因为wk<0.001MPa,所以取wk=0.001MPa.
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0.04；
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；
进行位移及挠度计算时；
重力荷载：
γG：
1.0；
风荷载：
γw：
1.0；
地震作用：
γE：
1.0；
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：
16.3m；
2：
力学模型：
单跨简支梁；
3：
立柱跨度：
L=5100mm；
4：
立柱左分格宽：
450mm；立柱右分格宽：
450mm；
5：
立柱计算间距（指立柱左右分格平均宽度）：
B=450mm；
6：
板块配置：
石材；
7：
立柱材质：
Q235；
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
=0.001×450
=0.45N/mm
qw：
风荷载线分布最大荷载集度设计值（N/mm）；
qw=1.4qwk
=1.4×0.45
=0.63N/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0.04；
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]
=5.0×0.04×0.0011
=0.00022MPa
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
=0.00022×450
=0.099N/mm
qE：
水平地震作用线荷载集度设计值（N/mm）；
qE=1.3qEk
=1.3×0.099
=0.129N/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
=0.63+0.5×0.129
=0.694N/mm
用于挠度计算时，采用Sw+0.5SE标准值组合：
……5.4.1[JGJ102-2003]
qk=qwk+0.5qEk
=0.45+0.5×0.099
=0.5N/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
=0.694×51002/8
=2256367.5N·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；
fs：
型材抗弯强度设计值（MPa），对Q235取215MPa；
Wnx=Mx/γfs
=2256367.5/1.05/215
=9994.983mm3
（2）立柱惯性矩预选值计算：
qk：
风荷载与地震作用线荷载集度标准值组合（N/mm）；
E：
型材的弹性模量（MPa），对Q235取206000MPa；
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/250=5100/250=20.4mm
取：
df,lim=20.4mm
Ixmin=5qkL4/384Edf,lim
=5×0.5×51004/384/206000/20.4
=1048074.37mm4
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：
8#槽钢
型材的抗弯强度设计值：
fs=215MPa
型材的抗剪强度设计值：
τs=125MPa
型材弹性模量：
E=206000MPa
绕X轴惯性矩：
Ix=1065000mm4
绕Y轴惯性矩：
Iy=166000mm4
绕X轴净截面抵抗矩：
Wnx1=25300mm3
绕X轴净截面抵抗矩：
Wnx2=25300mm3
型材净截面面积：
An=1020mm2
型材线密度：
γg=0.08007N/mm
型材截面垂直于X轴腹板的截面总宽度：
t=10mm
型材受力面对中性轴的静矩：
Sx=15100mm3
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
=0.0011×450×5100
=2524.5N
N：
立柱轴向拉力设计值（N）；
N=1.2Nk
=1.2×2524.5
=3029.4N
（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≤fs……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；
fs：
型材的抗弯强度设计值，取215MPa；
则：
N/An+Mx/γWnx=3029.4/1020+2256367.5/1.05/25300
=87.908MPa≤215MPa
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=1065000mm4
预选值为：
Ixmin=1048074.37mm4
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≤τs=125MPa（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
=0.001×450×5100/2
=1147.5N
（2）Vw：
风荷载作用下剪力设计值（N）：
Vw=1.4Vwk
=1.4×1147.5
=1606.5N
（3）VEk：
地震作用下剪力标准值（N）：
VEk=qEAkBL/2
=0.00022×450×5100/2
=252.45N
（4）VE：
地震作用下剪力设计值（N）：
VE=1.3VEk
=1.3×252.45
=328.185N
（5）V：
立柱所受剪力设计值组合：
采用Vw+0.5VE组合：
V=Vw+0.5VE
=1606.5+0.5×328.185
=1770.592N
（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静矩（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
=1770.592×15100/1065000/10
=2.51MPa
2.51MPa≤125MPa
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：
16.3m；
2：
横梁跨度：
B=450mm；
3：
横梁上分格高：
1200mm；横梁下分格高：
1200mm；
4：
横梁间距（指横梁上下分格平均高度）：
H=1200mm；
5：
力学模型：
三角荷载简支梁；
6：
板块配置：
石材；
7：
横梁材质：
Q235；
因为B≤H，所以本处幕墙横梁按三角形荷载简支梁力学模型进行设计计算，受力模型如下：
1.横梁型材选材计算：
（1）横梁在风荷载作用下的线荷载集度（按三角形分布）：
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：
横梁跨度（mm）；
qwk=wkB
=0.001×450
=0.45N/mm
qw：
风荷载线分布最大荷载集度设计值（N/mm）；
qw=1.4qwk
=1.4×0.45
=0.63N/mm
（2）垂直于幕墙平面的分布水平地震作用的线荷载集度（按三角形分布）：
qEAk：
垂直于幕墙平面的分布水平地震作用（MPa）；
βE：
动力放大系数,取5.0；
αmax：
水平地震影响系数最大值，取0.04；
Gk：
幕墙构件的重力荷载标准值（N），（主要指面板组件）；
A：
幕墙平面面积（mm2）；
qEAk=βEαmaxGk/A……5.3.4[JGJ102-2003]
=5.0×0.04×0.001
=0.0002MPa
qEk：
横梁受水平地震作用线荷载集度标准值（N/mm）；
B：
横梁跨度（mm）；
qEk=qEAkB
=0.0002×450
=0.09N/mm
qE：
横梁受水平地震作用线荷载集度设计值（N/mm）；
qE=1.3qE
升级会员 