一套用CADPM计算的完整的的结构计算书.docx

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一套用CADPM计算的完整的的结构计算书

哈尔滨市电信传输维护中心主楼

桁架点式幕墙设计计算书

基本参数:

哈尔滨地区

抗震7度设防

Ⅰ.设计依据:

《建筑结构荷载规范》GBJ9-87

《钢结构设计规范》GBJ17-88

《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-96

《金属与石材幕墙工程技术规范》JGJ133-2001

《建筑玻璃应用技术规程》JGJ113-97

《建筑幕墙》JG3035-96

《建筑结构静力计算手册》（第二版）

《建筑幕墙物理性能分级》GB/T15225-94

《铝及铝合金阳极氧化，阳极氧化膜的总规范》GB8013

《铝及铝合金加工产品的化学成份》GB/T3190

《碳素结构钢》GB700-88

《硅酮建筑密封胶》GB/T14683-93

《建筑幕墙风压变形性能检测方法》GB/T15227

《建筑幕墙雨水渗漏形性能检测方法》GB/T15228

《建筑幕墙空气渗透形性能检测方法》GB/T15226

《建筑结构抗震规范》GBJ11-89

《建筑设计防火规范》GBJ16-87（修订本）

《高层民用建筑设计防火规范》GB50045

《建筑物防雷设计规范》GB50057-94

《铝合金建筑型材》GB/T5237-93

《民用建筑隔声设计规范》GBJ118-88

《民用建筑热工设计规范》GB50176-93

《采暖通风与空气调节设计规范》GBJ19-87

《优质碳素结构钢技术条件》GB699-88

《低合金高强度结构钢》GB1579

《不锈钢棒》GB1220

《不锈钢冷加工钢棒》GB4226

《聚硫建筑密封胶》JC483-92

《铝及铝合金板材》GB3380-97

《不锈钢冷轧钢板》GB3280-92

《不锈钢热轧钢板》GB4237-92

《建筑幕墙窗用弹性密封剂》JC485-92

Ⅱ.基本计算公式:

（1）.场地类别划分:

根据地面粗糙度,场地可划分为以下类别:

A类近海面,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中小城镇和大城市郊区;

C类指有密集建筑群的大城市市区;

哈尔滨市电信传输维护中心按C类地区计算风压

（2）.风荷载计算:

风荷载计算公式:

Wk=βz×μz×μs×W0

其中:

Wk---作用在幕墙上的风荷载标准值（kN/m^2）

βz---瞬时风压的阵风系数取为2.25

μz---风压高度变化系数,按《建筑结构荷载规范》GBJ9-87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=（Z/10）^0.32

C类场地:

μz=0.713×（Z/10）^0.40

本工程属于C类地区,故μz=0.713×（Z/10）^0.40

μs---风荷载体型系数,按1.5取用

W0---基本风压,按全国基本风压图,哈尔滨地区取为0.450KN/m^2,

考虑结构重要性,按50年一遇的最大风力考虑,乘1.1系数

（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3.0取定

αmax---水平地震影响系数最大值,按相应设防烈度取定:

6度:

αmax=0.04

7度:

αmax=0.08

8度:

αmax=0.16

9度:

αmax=0.32

哈尔滨设防烈度为7度,故取αmax=0.080

GAK---幕墙构件的自重（N/m^2）

（4）.荷载组合:

水平荷载标准值:

qk=Wk+0.6qEAk

水平荷载设计值:

q=1.4Wk+0.6×1.3qEAk

荷载和作用效应组合的分项系数,按以下规定采用:

A、承载力计算时:

重力荷载:

1.2

风荷载:

1.4

地震作用:

1.3

B、挠度和变形计算时:

重力荷载:

1.0

风荷载:

1.0

地震作用:

1.0

荷载和作用效应组合的组合系数,按以下规定采用:

第一个可变荷载按1.0取用

第二个可变荷载按0.6取用

一、风荷载计算

1、标高为15.000处风荷载计算

（1）.风荷载标准值计算:

Wk:

作用在幕墙上的风荷载标准值（kN/m^2）

μz:

15.000m高处风压高度变化系数（按C类区计算）:

（GBJ9-876.2.1）

μz=0.713×（Z/10）^0.40=0.840

Wk=βz×μz×μs×1.1×W0（JGJ102-965.2.2）

=2.25×0.840×1.5×1.1×0.450

=1.400kN/m^2

（2）.风荷载设计值:

W:

风荷载设计值:

kN/m^2

rw:

风荷载作用效应的分项系数：

1.4

按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-965.1.6条规定采用

W=rw×Wk=1.4×1.400=1.965kN/m^2

二、玻璃的选用与校核

玻璃的选用与校核:

（第1处）

本处选用玻璃种类为:

中空钢化玻璃（12mm+12A+12mm）

由于荷载作用在中空玻璃上故可按下式折算

wk1：

为分配到第一片玻璃上的荷载标准值

wk2：

为分配到第一片玻璃上的荷载标准值

因两片玻璃厚度相同故荷载相同取一片计算即可

wk1=1.2Wkt1^2/（t1^2+t2^2）

=0.6Wk

Ek1=1.2Ekt1^2/（t1^2+t2^2）

=0.6Wk

wk2=1.2Wkt2^2/（t1^2+t2^2）

=0.6Wk

Ek2=1.2Ekt2^2/（t1^2+t2^2）

=0.6Wk

1.玻璃面积:

B:

该处玻璃幕墙分格宽:

2.200m

H:

该处玻璃幕墙分格高:

2.700m

A:

该处玻璃板块面积:

A=B×H

=2.200×2.700

=5.940m^2

3.该处玻璃板块自重:

GAK:

玻璃板块平均自重（不包括铝框）:

t:

玻璃板块厚度:

（12mm+12A+12mm）按单片计算取12mm

玻璃的体积密度为:

25.6（KN/M^3）（JGJ102-965.2.1）

BT_L中空玻璃内侧玻璃厚度为:

12.000（mm）

BT_w中空玻璃外侧玻璃厚度为:

12.000（mm）

GAK=25.6×（Bt_L+Bt_w）/1000

=25.6×（12.000+12.000）/1000

=0.614KN/m^2

4.该处垂直于玻璃平面的分布水平地震作用:

αmax:

水平地震影响系数最大值:

0.080

qEAk:

垂直于玻璃平面的分布水平地震作用（kN/m^2）

qEAk=3×αmax×GAK（JGJ102-965.2.4）

=3×0.080×0.614

=0.147kN/m^2

rE:

地震作用分项系数:

1.3

qEA:

垂直于玻璃平面的分布水平地震作用设计值（kN/m^2）

qEA=rE×qEAk

=1.3×qEAK

=1.3×0.147

=0.192kN/m^2

5.玻璃的强度计算:

校核依据:

σ≤ｆg=84.000（JGJ102-965.3.1）

q:

玻璃所受组合荷载:

b:

玻璃短边边长:

1.95m

a:

玻璃长边边长:

2.45m

t:

玻璃厚度:

12.0mm

E:

玻璃的弹性模量:

0.72×10^5N/mm^2

m:

玻璃板面跨中弯曲系数,按边长比a/b=0.45查表

1得:

0.1295

η考虑大挠度折减系数与有θ关，

θ=wkb^4/Et^4=1.4×1.95^4/0.72×10^8×12^4=13.56

按θ查表2得:

η=0.940

σwk:

玻璃应力标准值

σwk=【6mwka^2/（t^2*10^3）η

=【6×0.129×1.4×2450^2/12^2×10^3】×0.940

=42.623

σEk=【6mEka^2/（t^2*10^3）η

=【6×0.129×0147×2450^2/12^2×10^3】×0.940

=4.475

σ:

为组合应力

σ=【1.4wk+（0.6×1.3）Ek】×0.6

=1.4×42.623+（0.6×1.3）×4.475×0.6

=37.898N/mm^2≤ｆg=84.000N/mm^2

玻璃的强度满足

6.玻璃刚度较核

（1）玻璃刚度D

E：

玻璃的弹性模量:

0.72×10^5N/mm^2

t:

玻璃厚度:

12.000mm

te=0.95（t13+t23）-3=14.363mm

V：

泊松比，玻璃γ取0.2

单片玻璃的刚度D

D=Ete^3/12（1-γ^2）

=0.72×10^5×14.363^3/12（1-0.2^2）

=1.85×10^7

（2）玻璃挠度u

a:

玻璃长边边长:

2.45m

0.6wk:

：

单片片玻璃风荷载标准值:

0.6×1.4×10-3N/mm^2

η考虑到挠度影响的折减系数，可按表3取值；

μ：

玻璃的挠度系数，可按表3取值：

a/b=0.45η:

0.0135

u=0.6×wka4η/D

=0.6×1.4×10-3×24504×0.0135/1.85×10^7

=22.086mm

玻璃的挠度可以满足

σw:

玻璃所受应力:

采用SW+0.6SE组合:

q=W+0.6×qEA

=1.965+0.6×0.192

=4.850kN/m^2

σwk=6×m×q×a^2×1000/（1.2×t）^2（JGJ102-965.4.1）

=6×0.086×4.850×1.102^2×1000/（1.2×6.0）^2

=58.279N/mm^2

58.279N/mm^2≤ｆg=84.000N/mm^2

玻璃的强度满足

6.玻璃温度应力计算:

校核依据:

σmax≤[σ]=58.800N/mm^2（JGJ102-965.3.1）

（1）在年温差变化下,玻璃边缘与边框间挤压在玻璃中产生的

挤压温度应力为:

E:

玻璃的弹性模量:

0.72×10^5N/mm^2

α^t:

玻璃的线膨胀系数:

1.0×10^-5

△Ｔ:

年温度变化差:

80.000℃

c:

玻璃边缘至边框距离,取5mm

dc:

施工偏差,可取:

3mm,按5.4.3选用

b:

玻璃长边边长:

1.800m

在年温差变化下,玻璃边缘与边框间挤压在玻璃中产生的

温度应力为:

σt1=E（a^t×△Ｔ-（2c-dc）/b/1000）（JGJ102-965.4.3）

=0.72×△Ｔ-72×（2×5-3）/b

=0.72×80.000-72×（2×5-3）/1.800

=-222.400N/mm^2

计算值为负,挤压应力取为零.

0.000N/mm^2＜58.800N/mm^2

玻璃边缘与边框间挤压温度应力可以满足要求

（2）玻璃中央与边缘温度差产生的温度应力:

μ1:

阴影系数:

按《玻璃幕墙工程技术规范》

JGJ102-96表5.4.4-1得1.000

μ2:

窗帘系数:

按《玻璃幕墙工程技术规范》

JGJ102-96表5.4.4-2得1.000

μ3:

玻璃面积系数:

按《玻璃幕墙工程技术规范》

JGJ102-96表5.4.4-3得1.064

μ4:

边缘温度系数:

按《玻璃幕墙工程技术规范》

JGJ102-96表5.4.4-4得0.400

a:

玻璃线胀系数:

1.0×10^-5

I0:

日照量:

3027.600（KJ/M^2h）

t0:

室外温度-10.000℃

t1:

室内温度40.000℃

Ｔc0:

室外侧玻璃中部温度（依据JGJ113-97附录B计算）;

Ｔc1:

室内侧玻璃中部温度（依据JGJ113-97附录B计算）;

A0:

室外侧玻璃总吸收率;

A1:

室内侧玻璃总吸收率;

α0:

室外侧玻璃的吸收率为0.142

α1:

室内侧玻璃的吸收率为0.142

τ0:

室外侧玻璃的透过率为0.075

τ1:

室内侧玻璃的透过率为0.075

γ0:

室外侧玻璃反射率为0.783

γ1:

室内侧玻璃反射率为0.783

A0=α0×［1+τ0×γ1/（1-γ0×γ1）］（JGJ113-97B.0.3-7）

=0.164

A1=α1×τ0/（1-γ0×γ1）（JGJ113-97B.0.3-8）

=0.028

当中空玻璃空气层厚为:

9mm时

Ｔc0=I0×（0.0147×A0+0.00679×A1）+0.801×t0+0.199×t1（JGJ113-97B.0.3-3）

=7.795℃

Ｔc1=I0×（0.00679×A0+0.0215×A1）+0.370×t0+0.630×t1（JGJ113-97B.0.3-4）

=26.654℃

因此，中空玻璃中部温度最大值为max（Ｔc0,Ｔc1）=26.654℃

Ｔs:

玻璃边缘部分温度（依据JGJ113-97附录B计算）:

Ｔs=（0.65×t0+0.35×t1）（JGJ113-97B.0.4）

=（0.65×-10.000+0.35×40.000）

=7.500℃

△t:

玻璃中央部分与边缘部分温度差:

△t=Ｔc-Ｔs

=19.154℃

玻璃中央与边缘温度差产生的温度应力:

σt2=0.74×E×a×μ1×μ2×μ3×μ4×（Ｔc-Ｔs）（JGJ102-965.4.4）

=0.74×0.72×10^5×1.0×10^-5×μ1×μ2×μ3×μ4×△t

=4.343N/mm^2

玻璃中央与边缘温度差产生的温度应力可以满足要求

7.玻璃最大面积校核:

Azd:

玻璃的允许最大面积（m^2）

Wk:

风荷载标准值:

3.423kN/m^2

t1:

中空玻璃中较薄玻璃的厚度:

6.0mm

t2:

中空玻璃中较厚玻璃的厚度:

6.0mm

α2:

玻璃种类调整系数:

0.660

A:

计算校核处玻璃板块面积:

1.984m^2

Azd=α2×（t2+t2^2/4）×（1+（t1/t2）^3）/Wk=5.784m^2（JGJ102-966.2.7-2）

A=1.984m^2≤Azd=5.784m^2

可以满足使用要求

三、幕墙玻璃板块结构胶计算:

幕墙玻璃板块结构胶计算:

（第1处）

该处选用结构胶类型为:

DC995

1.按风荷载和自重效应,计算结构硅酮密封胶的宽度:

（1）风载荷作用下结构胶粘结宽度的计算:

Cs1:

风载荷作用下结构胶粘结宽度（mm）

Wk:

风荷载标准值:

3.423kN/m^2

a:

矩形分格短边长度:

1.102m

f1:

结构胶的短期强度允许值:

0.14N/mm^2

按5.6.3条规定采用

Cs1=Wk×a/2/0.14（JGJ102-965.6.4-1）

=3.423×1.102/2/0.14

=13.47mm取14mm

（2）自重效应胶缝宽度的计算:

Cs2:

自重效应胶缝宽度（mm）

B:

幕墙分格宽:

1.102m

H:

幕墙分格高:

1.800m

t:

玻璃厚度:

6.0mm

f2:

结构胶的长期强度允许值:

0.007N/mm^2

按5.6.3条规定采用

Cs2=H×B×（Bt_l+Bt_w）×25.6/（H+B）/2/7（JGJ102-965.6.4-2）

=15.00mm取15mm

（3）结构硅酮密封胶的最大计算宽度:

15mm

2.结构硅酮密封胶粘接厚度的计算:

（1）温度变化效应胶缝厚度的计算:

Ts3:

温度变化效应结构胶的粘结厚度:

mm

δ1:

结构硅酮密封胶的温差变位承受能力:

12.5%

△Ｔ:

年温差:

80.0℃

Us:

玻璃板块在年温差作用下玻璃与铝型材相对位移量:

mm

铝型材线膨胀系数:

a1=2.35×10^-5

玻璃线膨胀系数:

a2=1×10^-5

Us=b×△Ｔ×（2.35-1）/100

=1.800×80.000×（2.35-1）/100

=1.944mm

Ts3=Us/（δ1×（2+δ1））^0.5（JGJ102-965.6.5）

=1.944/（0.125×（2+0.125））^0.5

=3.8mm

（2）地震作用下胶缝厚度的计算:

Ts4:

地震作用下结构胶的粘结厚度:

mm

H:

幕墙分格高:

1.800m

θ:

幕墙层间变位设计变位角0.0077

ψ:

胶缝变位折减系数0.600

δ2:

结构硅酮密封胶的地震变位承受能力:

100.0%

Ts4=θ×H×ψ×1000/（δ2×（2+δ2））^0.5

=0.0077×1.800×0.600×1000/（1.000×（2+1.000））^0.5

=4.8mm

3.胶缝推荐宽度为:

15mm

4.胶缝推荐厚度为:

8mm

5.胶缝强度验算

胶缝选定宽度为:

15mm

胶缝选定厚度为:

6mm

（1）短期荷载和作用在结构胶中产生的拉应力:

Wk:

风荷载标准值:

3.423kN/m^2

a:

矩形分格短边长度:

1.102m

Cs:

结构胶粘结宽度:

15.000mm

σ1=Wk×a×0.5/Cs

=3.423×1.102×0.5/15.000

=0.126N/mm^2

（2）短期荷载和作用在结构胶中产生的剪应力:

H:

幕墙分格高:

1.800m

t:

玻璃厚度:

6.0mm

σ2=12.8×H×B×t/Cs/（B+H）/1000

=0.004N/mm^2

（3）短期荷载和作用在结构胶中产生的总应力:

σ=（σ1^2+σ2^2）^0.5

=（0.126^2+0.004^2）^0.5

=0.126N/mm^2≤0.14N/mm^2

结构胶强度可以满足要求

四、固定片（压板）计算:

固定片（压板）计算:

（第1处）

Wfg_x:

计算单元总宽为1102.0mm

Hfg_y:

计算单元总高为1800.0mm

Hyb1:

压板上部分高为350.0mm

Hyb2:

压板下部分高为350.0mm

Wyb:

压板长为50.0mm

Hyb:

压板宽为50.0mm

Byb:

压板厚为7.0mm

Dyb:

压板孔直径为6.0mm

Wk:

作用在玻璃幕墙上的风荷载标准值为3.423（kN/m^2）

qEAk:

垂直于玻璃幕墙平面的分布水平地震作用为0.120（kN/m^2）

A:

每个压板承受作用面积（m^2）

A=（Wfg_x/1000/2）×（Hyb1+Hyb2）/1000/2

=（1.1020/2）×（0.3500+0.3500）/2

=0.1929（m^2）

Pwk:

每个压板承受风荷载标准值（KN）

Pwk=Wk×A=3.423×0.1929=0.660（KN）

Pw:

每个压板承受风荷载设计值（KN）

Pw=1.4×Pwk=1.4×0.660=0.924（KN）

Mw:

每个压板承受风荷载产生的最大弯矩（KN.M）

Mw=1.5×Pw×（Wyb/2）=1.5×0.924×（0.0500/2）=0.035（KN.M）

Pek:

每个压板承受地震作用标准值（KN）

Pek=qEAK×A=0.120×0.1929=0.023（KN）

Pe:

每个压板承受地震作用设计值（KN）

Pe=1.3×Pek=1.3×0.023=0.030（KN）

Me:

每个压板承受地震作用产生的最大弯矩（KN.M）

Me=1.5×Pe×（Wyb/2）=1.5×0.030×（0.0500/2）=0.001（KN.M）

采用Sw+0.6Se组合

M:

每个压板承受的最大弯矩（KN.M）

M=Mw+0.6×Me=0.035+0.6×0.001=0.035（KN.M）

W:

压板截面抵抗矩（MM^3）

W=（（Hyh-Dyb）×Byb^2）/6

=（（50.0-6.0）×7.0^2）/6

=359.3（MM^3）

I:

压板截面惯性矩（MM^4）

I=（（Hyh-Dyb）×Byb^3）/12

=（（50.0-6.0）×7.0^3）/12

=1257.7（MM^4）

σ=10^6×M/W=10^6×0.035/359.3=98.3（N/mm^2）

σ=98.3（N/mm^2）＞84.2（N/mm^2）强度不满足要求

U:

压板变形（MM）

U=1.5×1000×2×（Pwk+0.6×Pek）×Wyb^3/（48×E×I）

=1.5×1000×（0.660+0.6×0.023）×50.0^3）/（24×0.7×10^5×1257.7）

=0.030MM

Du:

压板相对变形（MM）

Du=U/L=U/（Wyb/2）=0.030/25.0=0.0012

Du=0.0012≤1/150符合要求

Nvbh:

压板螺栓（受拉）承载能力计算（N）:

D:

压板螺栓有效直径为5.060（MM）

Nvbh=（π×D^2×170）/4=（3.1416×5.060^2×170）/4（GBJ17-887.2.1-5）

=3418.5（N）

Nvbh=3418.5≥2×（Pw+0.6×Pe）=1884.5（N）满足要求

五、幕墙立柱计算:

幕墙立柱计算:

（第1处）

幕墙立柱按简支梁力学模型进行设计计算：

1.选料:

（1）风荷载线分布最大荷载集度设计值（矩形分布）

qw:

风荷载线分布最大荷载集度设计值（kN/m）

rw:

风荷载作用效应的分项系数：

1.4

Wk:

风荷载标准值:

3.423kN/m^2

B:

幕墙分格宽:

1.102m

qw=1.4×Wk×B

=1.4×3.423×1.102

=5.281kN/m

（2）立柱弯矩:

Mw:

风荷载作用下立柱弯矩（kN.m）

qw:

风荷载线分布最大荷载集度设计值:

5.281（kN/m）

Hsjcg:

立柱计算跨度:

1.800m

Mw=qw×Hsjcg^2/8

=5.281×1.800^2/8

=2.139kN·m

qEA:

地震作用设计值（KN/M^2）:

GAk:

玻璃幕墙构件（包括玻璃和框）的平均自重:

500N/m^2

垂直于玻璃幕墙平面的分布水平地震作用:

qEAk:

垂直于玻璃幕墙平面的分布水平地震作用（kN/m^2）

qEAk=3×αmax×GAk（JGJ102-965.2.4）

=3×0.080×500.000/1000

=0.120kN/m^2

γE:

幕墙地震作用分项系数:

1.3

qEA=1.3×qEAk

=1.3×0.120

=0.156kN/m^2

qE：

水平地震作用线分布最大荷载集度设计值（矩形分布）

qE=qEA×B

=0.156×1