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结构钢梁计算书范文

原长运集团地块商住区建设工程

石材幕墙工程

结构钢梁计算书

计算：

校对：

审核：

2013.07

第一章设计依据及原理2

一、设计数据2

二、结构设计原理及设计方法7

第二章增加结构钢梁计算10

一、钢梁说明10

二、荷载说明10

三、第一处钢梁计算11

四、第二处钢梁计算16

五、埋件计算20

第一章设计依据及原理

一、设计数据

1、基本资料

（1）、

建筑结构施工图。

（2）、规范及资料：

《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003

《金属与石材幕墙工程技术规范》JGJ133-2001

《建筑幕墙》GB/T21086-2007

《建筑玻璃应用技术规程》JGJ113-2003

《建筑结构荷载规范》GB50009-2012

《钢结构设计规范》GB50017-2003

《建筑抗震设计规范》GB50011-2010

《建筑工程抗震设防分类标准》GB50223-2008

《混凝土结构设计规范》GB50010-2002

《建筑结构静力计算手册》（第二版）

（3）、工程基本条件：

工程地点：

浙江省温州市；

地区类别：

C类

地震烈度：

6度（0.05g），水平地震影响系数αmax=0.04；

基本风压：

W0=0.5kN/m2（50年一遇）

年最大温差：

80oC；

建筑结构层间位移：

框架剪力墙结构，1/800

（4）、风荷载

风荷载按照《建筑结构荷载规范》GB50009-2012进行计算。

2、材料特性

（1）、材料的重力密度γg（KN/m3）

材料

γg

材料

γg

普通玻璃、夹层玻璃

钢化、半钢化玻璃

25．6

矿棉

1.2~1.5

玻璃棉

0.5~1.0

钢材

78．5

岩棉

0.5~2.5

铝合金

28．0

（2）、材料的弹性模量E（N/mm2）

材料

玻璃

0.72×105

花岗石板

0.8×105

铝合金、单层铝板

0.70×105

铝塑复合板4mm

0.2×105

钢、不锈钢

2.06×105

铝塑复合板6mm

0.3×105

蜂窝铝板10mm

0.35×105

蜂窝铝板15mm

0.27×105

蜂窝铝板20mm

0.21×105

（3）、材料的泊松比υ

材料

玻璃

0.2

钢、不锈钢

0.3

铝合金

0.33

蜂窝铝板

0.25

铝塑复合板

0.25

花岗岩

0.125

（4）、材料的膨胀系数α（1/℃）

材料

玻璃

0.8×10-5~1.0×10-5

不锈钢板

1.80×10-5

铝合金、单层铝板

2.35×10-5

混凝土

1.00×10-5

钢材

1.20×10-5

砖砌体

0.50×10-5

铝塑复合板

≤4.0×10-5

蜂窝铝板

2.4×10-5

花岗岩

0.8×10-5

（5）、材料的强度设计值按下表采用:

（N/mm2）

合金状态

抗拉抗压强度f

抗剪强度fv

局部承压fc

6063-T5

85.5

49.6

120.0

6063-T6

140.0

81.2

161.0

6063A-T5（t≤10mm）

124.4

72.2

150.0

6063A-T5（t>10mm）

116.6

67.6

141.5

6063A-T6（t≤10mm）

147.7

85.7

172.0

6063A-T6（t>10mm）

140.0

81.2

163.0

6061-T6

190.5

110.5

199

Q235B钢（d≤16mm）（热轧）

215

125

325

Q235B钢（16mm

205

120

325

Q235B钢（40mm

200

115

325

Q345钢（d≤16mm）（热轧）

310

180

400

Q345钢（16mm

295

170

400

Q345钢（35mm

265

155

400

Q235B钢（冷弯）

205

120

310

Q345钢（冷弯）

300

175

400

不锈钢（304、316）

180

104

246

（6）、热轧钢材焊缝强度设计值按下表采用:

（N/mm2）

焊接方法和焊条型号

构件钢材

对接焊缝

角焊缝

牌号

厚度或直径

d（mm）

抗压

fcw

抗拉和抗弯受拉ftw

抗剪

fvw

抗拉、抗压和抗剪ffw

一级、二级

三级

自动焊、半自动

焊和E43型焊条

的手工焊

Q235B钢

d≤16

215

185

125

160

16＜d≤40

205

175

120

160

40＜d≤60

200

170

115

160

自动焊、半自动

焊和E50型焊条

的手工焊

Q345钢

d≤16

310

265

180

200

16＜d≤35

295

250

170

200

35＜d≤50

265

225

155

200

自动焊、半自动

焊和E55型焊条

的手工焊

Q390钢

d≤16

350

300

205

220

16＜d≤35

335

285

190

220

35＜d≤50

315

270

180

220

自动焊、半自动

焊和E55型焊条

的手工焊

Q420钢

d≤16

380

320

220

16＜d≤35

360

305

210

220

35＜d≤50

240

290

195

220

（7）、冷弯钢材焊缝强度设计值按下表采用:

（N/mm2）

构件钢材

对接焊缝

角焊缝

抗压

抗拉（弯）

抗剪

抗拉（弯、剪）

Q235B钢

205

175

120

140

Q345钢

300

255

175

195

（8）、热轧钢材普通螺栓连接强度设计值按下表采用:

（N/mm2）

螺栓的性能等级

普通螺栓

锚栓

承压型连接高强度螺栓

C级螺栓

A、B级螺栓

锚栓和构件钢材的牌号

抗拉

抗剪

承压

抗拉

抗剪

承压

抗拉

抗剪

承压

ftb

fvb

fcb

ftb

fvb

fcb

ftb

fvb

fcb

普通螺栓

4.6、4.8级

170

140

5.6级

210

190

8.8级

400

320

锚栓

Q235B钢

140

Q345钢

180

承压型连接高强度螺栓

8.8级

400

250

10.9级

500

310

构件

Q235B钢

305

405

470

Q345钢

385

510

590

Q390钢

400

530

615

（9）、冷弯钢材普通螺栓连接强度设计值按下表采用:

（N/mm2）

性能等级

C级螺栓

普通螺栓

4.6级、4.8级

抗拉ftb

抗剪fvb

承压fcb

165

125

—

5.6级

—

8.8级

—

构件

Q235B

—

290

Q345

—

370

（10）、不锈钢螺栓连接的强度设计值（N/mm2）

类别

组别

性能等级

σb

抗拉

抗剪

A（奥氏体）

A1、A2

500

230

175

A3、A4

700

320

245

800

370

280

C（马氏体）

500

230

175

700

320

245

100

1000

460

350

800

370

280

500

230

175

700

320

245

F（铁素体）

450

210

160

600

275

210

（11）、短期荷载下玻璃强度设计值：

（N/mm2）

类型

厚度（mm）

中部强度

边缘强度

端面强度

钢化玻璃

5－12

84.0

15－19

72.0

≥20

59.0

半钢化玻璃

5－12

56.0

15－19

48.0

≥20

40.0

（12）、长期荷载下玻璃强度设计值：

（N/mm2）

类型

厚度（mm）

中部强度

边缘强度

端面强度

钢化玻璃

5－12

15－19

≥20

半钢化玻璃

5－12

15－19

（13）、单层铝板的强度设计值

牌号

合金状态

σ0.2

抗拉强度ftαl

抗剪强度fναl

1060

H14、H24、H44

1050

H14、H24、H44

H48

120

1100

H14、H24、H44

3003

H16、H26

145

113

H14、H24、H44

115

3、材料允许挠度

垂直于幕墙及板面系统方向的挠度限值（根据《建筑幕墙》GB/T21086-2007）

幕墙支承结构、面板相对挠度和绝对挠度要求

支承结构类型

相对挠度（L跨度）

绝对挠度/mm

构件式玻璃幕墙

单元式幕墙

铝合金型材

L/180

20（30）a

钢型材

L/250

20（30）a

玻璃面板

短边距/60

—

石材幕墙

金属板幕墙

人造板材幕墙

铝合金型材

L/180

—

钢型材

L/250

—

点支承玻璃幕墙

钢结构

L/250

—

索杆结构

L/200

—

玻璃面板

长边孔距/60

—

全玻幕墙

玻璃肋

L/200

—

玻璃面板

跨距/60

—

a括号内数据用于跨距超过4500mm的建筑幕墙产品。

二、结构设计原理及设计方法

1、设计原理及方法

（1）、有关内力和变形的计算均采用弹性方法进行，对部分变形较大的场合，如索结构，考虑几何非线性的影响。

（2）、进行构件的设计计算时，对于静定结构，采用材料力学、弹性力学的相关假设、公式、原理及方法进行计算；对超静定结构，一般利用结构设计软件进行计算。

（3）、进行面板的设计计算时，一般是基于挠度不大于厚度条件下的弹性小变形理论，采用弹性小挠度计算公式，并考虑与大挠度分析方法计算结果的差异，将应力与挠度计算值进行折减；对支撑条件比较特殊的面板，一般采用有限元方法进行计算。

（4）、除按上述原理及方法进行结构设计计算外，还需遵守现行相关规范的规定。

2、设计荷载分析与组合原则

在作用于幕墙上的各种荷载中，主要有风荷载、地震作用、幕墙结构自重和由环境温度变化引起的作用效应等等。

其中，风荷载、地震作用为作用在幕墙上的动荷载；结构自重和由环境温度变化引起的作用效应为作用在幕墙上的静荷载。

在幕墙的节点设计中通过预留一定的间隙，消除了由各种构件和饰面材料热胀冷缩引起的作用效应。

所以，作用于垂直立面幕墙的荷载主要是风荷载、地震作用，幕墙平面内主要是幕墙结构自重，其中风荷载引起的效应最大。

在进行幕墙构件、连接件和预埋件承载力计算时，采用荷载设计值；进行位移和挠度计算时，采用荷载标准值。

（1）、风荷载

按规范要求，风荷载分项系数应取w=1.4，即风荷载设计值为：

W=wWk····················（2.1）

（2）、地震作用

幕墙平面外水平地震作用标准值计算公式如下：

qEK=

···················（2.2）

式中,

qEK为垂直幕墙平面的分布水平地震作用（KN/m2）；

E=γηζ1ζ2≈5.0（按《建筑抗震设计规范》GB50011-2010），其中，γ=1.4，η=0.9；ζ1=2.0；ζ2=2.0；

max为水平地震影响系数最大值；

为单位面积的幕墙结构自重（KN/m2）。

按规范要求，地震作用的分项系数取E=1.3，即地震作用设计值为：

qE=EqEK=1.3qEK··················（2.3）

（3）、幕墙结构自重

按规范要求，幕墙结构自重的分项系数取G=1.2（自重起主要控制作用时为1.35）。

（4）、雪荷载

按规范要求，雪荷载的分项系数取G=1.4。

（5）、施工荷载、清洗荷载等：

按规范取值。

（6）、荷载组合

按规范要求对作用于幕墙同一方向上的各种荷载应作最不利组合。

对垂直立面上的幕墙，其平面外的荷载最不利荷载组合为：

W合=1.0W+0.5qE·················（2.4）

其中,W合为组合荷载的设计值（KN/m2）。

第二章增加结构钢梁计算

一、钢梁说明

本工程部分石材装饰梁位置无建筑结构圈梁，因此需增设结构钢梁作为石材结构固定支撑。

受力最不利位置结构梁跨度为L=5900mm，石材梁尺寸为700×400mm，钢梁为两根截面为150×100×4mm镀锌方钢通，钢通之间采用L50X4mm角钢连接。

钢梁承受石材重力及水平风荷载作用。

观光电梯部位钢梁为弧形钢通，截面为120×120×5mm镀锌方钢通，钢通两端固接。

钢梁部位如下图所示。

增设钢梁部位一

增设钢梁部位二

二、荷载说明

（1）、自重恒载

25mm厚花岗石材，再考虑龙骨及配件重量，钢梁所受自重为2.5kN/m。

观光电梯部位为玻璃幕墙，自重按500N/m2计算。

（2）、风荷载

根据GB50009-2012《建筑结构荷载规范》进行计算。

本工程所在地区为C类地区。

最大标高按H=63.35米计算。

详见以下各部分计算。

（3）、地震荷载：

水平地震荷载：

qEk=5αmaxGK/A=5×0.04GK/A，qE=1.3qEK。

三、第一处钢梁计算

1、说明

受力最不利位置结构梁跨度为L=5900mm，石材梁尺寸为700×400mm，钢梁为两根截面为150×100×4mm镀锌方钢通，钢通之间采用L50X4mm角钢连接。

钢梁两端与柱位相连接。

可看作为两端铰接。

2、荷载计算

对C类地区，该处风压高度变化系数取：

z=1.23；阵风系数取：

gz=1.77；考虑计算部位为边角区且不考虑内压，取s=1.4。

根据公式（2.1）~（2.4）可得：

WK=1.23×1.4×1.77×0.6=1.82（kN/m2）

W=1.4WK=2.55（kN/m2）

qEk=5×0.04×3000/1000=0.6（kN/m2）

qE=1.3qEK=0.78（kN/m2）

W合=1.0×2.55+0.5×0.78=2.94（kN/m2）

风梁水平风荷载：

qK=C×10-3×WK=700×10-3×1.82/2=0.64（N/mm）

q=C×10-3×W合=700×10-3×2.94/2=1.03（N/mm）

钢梁竖向重力荷载：

GK=2.5/2=1.25（N/mm）

G=1.2GK=3.0/2=1.5（N/mm）

4、钢梁为150×100×4mm镀锌方钢通，其截面特性由软件自动导入计算。

5、钢梁强度和刚度校核

将上述钢梁计算模型进行整体建模，将上述荷载作用到钢梁上，采用STAAD/CHINA进行计算，如下图，计算结果见下表。

模型及加载

应力分布图

钢架变形图

由计算结果可知，钢梁所受最大应力值为：

σmax=64.018N/mm2

由计算结果可知，角钢所受最大应力值为：

σmax=66.001N/mm2

在标准荷载作用下，钢梁的最大相对位移为：

dmax=8.001mm≤L/250=23.6mm。

其中，L=5900mm为梁单元的跨度。

可见，钢梁的强度和刚度均满足设计要求。

6、计算结果

节点

（mm）

0.000

5.9E3

0.000

380.000

0.000

5.9E3

380.000

0.000

491.667

380.000

0.000

983.333

380.000

0.000

1.48E3

380.000

0.000

1.97E3

380.000

0.000

2.46E3

380.000

0.000

2.95E3

380.000

0.000

3.44E3

380.000

0.000

3.93E3

380.000

0.000

4.43E3

380.000

0.000

4.92E3

380.000

0.000

5.41E3

380.000

0.000

491.667

0.000

983.333

0.000

1.48E3

0.000

1.97E3

0.000

2.46E3

0.000

2.95E3

0.000

3.44E3

0.000

3.93E3

0.000

4.43E3

0.000

4.92E3

0.000

5.41E3

0.000

梁单元

节点A

节点B

长度

（mm）

截面特性

（度）

491.667

491.666

491.667

491.666

491.667

621.399

621.398

621.399

621.398

621.399

621.398

621.399

截面特性

属性

截面

面积

（cm2）

Iyy

（cm4）

Izz

（cm4）

材料特性

TUBE

19.360

617.313

328.553

649.416

STEEL

L50X50X4

3.900

3.750

14.771

0.209

STEEL

材料特性

材料

名称

（kN/mm2）

密度

（kg/m3）

（1/癒）

STEEL

205.000

0.300

7.83E3

12E-6

ALUMINUM

68.948

0.330

2.71E3

23E-6

CONCRETE

21.718

0.170

2.4E3

10E-6

节点位移统计

节点

L/C

（mm）

合成

（mm）

（rad）

最大X

0.029

-0.500

5.703

5.725

0.000

-0.003

-0.000

最小X

-0.029

-0.500

5.703

5.725

0.000

0.003

0.000

最大Y

0.000

-0.000

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