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施工方案计算书

塘沽区五星广场石材干挂工程

二次深化设计计算书

一、本方案设计适用于塘沽区五星广场石材干挂工程

二、工程概况

工程名称

塘沽区五星广场石材干挂工程

建设地点

天津市塘沽区

建设单位

天津市塘沽区烈士陵园

施工单位

福建豪太装饰设计工程有限公司天津分公司

建筑层数

地上3层

建筑层高

层高2.9m

石材面积

约1300m2

花岗岩石材干挂设计说明

设计依据

根据本次设计按照上海茂洋建筑设计事务所以及天津中建建筑设计研究院有限公司设计的该建筑外墙面的立面图编制。

。

1、磨光板为600×1000×25mm。

2、石材拼缝,5mm缝填泡沫条加密封胶。

3、石材的颜色及花色,由甲方和设计根据样品共同确定。

4、石材的物理力学性质应符合下列要求:

体积密度≥2.25g/cm3,吸水率≤0.8%,干燥压缩强度≥60Mpa,弯曲强度≥8.0Mpa。

三、设计依据

1、塘沽区五星广场石材干挂工程石材干挂工程设计图纸

2、石材幕墙工程技术规范（JGJ102-96）（参考）

3、建筑结构荷载规范（GBJ9-87）

4、钢结构设计规范（GBJ17-88）（参考）

5、民用建筑设计防火规范（GB50045-95）

6、建筑防雷设计规范（GB50057-94）

7、负结构设计手册

8、金属与石材幕墙工程技术规范

9、甲方要求

四、设计荷载

1、大面石材幕墙自重荷载设计值

自重荷载（包括石材和龙骨）:

1080N/M2

2、风荷载当地基本风压:

0.35KN/M2

3、地震

4、荷载抗震设防考虑8度设防水平地震作用系数最大值amax=0.16,地震作用放大系数βE=5.0

石材幕墙设计计算书

基本参数:

天津地区

抗震8度设防

amax=0.16,地震作用放大系数βE=5.0

一、风荷载计算

1、标高为8.900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/m2）

βgz:

8.900m高处阵风系数（按B类区计算）:

μf=0.5×（Z/10）^（-0.16）=0.445

βgz=0.89×（1+2μf）=1.683

μz:

8.900m高处风压高度变化系数（按B类区计算）（GB50009-2001）

μz=（Z/10）^0.32=1.260

风荷载体型系数μs=1.20

Wk=βgz×μz×μs×W0（GB50009-2001）

=1.683×1.260×1.2×0.500

=1.272kN/m2

⑵.风荷载设计值:

风荷载设计值:

Kn/m2

Rw:

风荷载作用效应的分项系数:

1.4

按《建筑结构荷载规范》GB50009-20013.2.5规定采用

W=rw×Wk=1.4×1.272=1.781Kn/m2

二、板强度校核:

石材校核:

（第一处）

1.石材强度校核

校核依据:

σ≤[σ]=3.700N/mm^2

Ao:

石板短边长:

0.600m

Bo:

石板长边长:

1.200m

计算石板抗弯所用短边长度:

0.600m

计算石板抗弯所用长边长度:

1.200m

石材厚度:

25.0mm

ml:

四角支承板弯矩系数,按短边与长边的边长比（a/b=0.500）

查表得:

0.0763

Wk:

风荷载标准值:

1.272Kn/m^2

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/m^2）

qEAk=5×αmax×GAK

=5×0.160×1200.000/1000

=0.960kN/m^2

荷载组合设计值为:

Sz=1.4×Wk+1.3×0.5×qEAk

=2.405kN/m^2

应力设计值为:

σ=6×m1×Sz×b^2×10^3/t^2

=6×0.0763×2.405×0.500^2×10^3/25.0^2

=0.4398kN/m^2

0.43984kN/m^2≤3.700N/mm^2强度可以满足要求

2.石材剪应力校核

校核依据:

γmax≤[γ]

γ.石板中产生的剪应力设计值（N/mm^2）

一个连接边上的挂钩数量:

石板厚度:

25.0mm

槽宽:

7.0mm

槽底总长度:

60.0mm

β:

系数,取1.25

对边开槽

γ=Sz×Ao×Bo×β×1000/[n×（t-d）×s]

=0.261N/mm^2

0.261N/mm^2≤1.800N/mm^2

石材抗剪强度可以满足

3.挂钩剪应力校核xz

校核依据:

γmax≤[γ]

γ:

挂钩剪应力设计值（N/mm^2）

Ap:

挂钩截面面积:

19.600mm^2

一个连接边上的挂钩数量:

挂板抗剪强度可以满足

三、幕墙立柱计算:

幕墙立柱计算:

（第1处）

幕墙立柱按双跨梁力学模型进行设计计算:

1.选料:

⑴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（矩形分布）

rw:

风荷载作用效应的分项系数：

１.４

Wk:

风荷载标准值：

1.272kN/m^2

幕墙分格宽：

1.200m

qw=1.4×Wk×B

=1.4×1.272×1.200

=2.137kN/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:

2.137（kN/m）

Hsjcg:

立柱计算跨度:

3.900m

Mw=（L1^3+L2^3）/8/（L1+L2）×qw

=（2.250^3+1.650^3）/8/（2.250+1.650）×2.137

=1.088kN·m

qEA:

地震作用设计值（KN·m^2）:

Gak:

幕墙构件（石材包括石材挂件）的平均自重:

1200N/M^2

垂直于幕墙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·m^2）

qEAk=5×amax×GAK

=5×0.160×1200.000/1000

=0.960KN·m^2

γE:

幕墙地震作用分项系数:

1.3

qEA=1.3×qEAk

=1.3×0.960

=1.248KN/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

=1.248×1.200

=1.498KN/m

ME:

地震作用下立柱弯矩（KN·m）:

ME=（L1^3+L2^3）/8/（L1+L2）×qE

=（2.250^3+1.650^3）/8/（2.250+1.650）×1.498

=0.762KN·m

幕墙立柱在风荷载和地震作用下产生弯矩（KN·m）

采用Sw+0.5SE组合

M=Mw+0.5×ME

=1.088+0.5×0.762

=1.469KN·m

（3）W:

立柱抗弯矩预选值（cm^3）

W=M×10^3/1.05/215.0

=1.469×10^3/1.05/215.0

=16.616cm^3

qwk:

风载荷线分布最大荷载集度标准值（kn/m）

qwk=wk*b

=1.272*1.200

=1.562kn/m

qek:

水平地震作用线分布最大荷载集度标准值（kn/m）

qek=qeak*b

=0.960*1.200

=1.152kn/m

2.选用立柱型材的截面特性：

　型材强度设计值：

215.00N/mm^2

型材弹性模量：

Ｅ＝2.1*10^5Ｎ／mm^2

X轴惯性矩：

Ｉx=94.250cm^4

Y轴惯性矩：

Ｉy=59.600cm^4

X轴抵抗矩：

Wx1=23.560cm^3

Y轴抵抗矩：

Wy1=23.560cm^3

型材截面积：

Ａ＝10.560cm^2

型材计算校核处壁厚：

t=4.000mm

型材截面面积矩：

Ｓs=10.600cm^3

塑性发展系数：

ǐ＝1.05

3.幕墙立柱的强度计算：

校核依据：

Ｎ／Ａ+Ｍ／ǐ／Ｗ≦fa=215.0N/mm^2（拉弯构件）

Ｂ：

幕墙分割宽：

1.200m

GAK:

幕墙自重：

1200N/m^2

幕墙自重线荷载：

ＧＫ＝1200*WFG/1000

=1200*1.200/1000

=1.440KN/m

nk:

立柱受力：

nk=gk*Hsjcg

=1.44*3.900

=5.616KN

立柱受力设计值：

Rg：

结构自重分项系数：

１.２

Ｎ＝１.２*ＮＫ

　＝１.２*５.６１６

　＝６.７３９ＫＮ

∝：

立柱计算强度（Ｎ／mm^2）（立柱为拉弯构件）

Ｎ：

立柱受力设计值：

6.739ＫＮ

Ａ：

立柱型材截面积：

10.560cm^2

Ｍ：

立柱弯矩：

1.469KN.m

Wx2:

立柱截面抗弯矩：

23.560cm^3

ǐ:

塑性发展系数：

1.05

∝=N*10/A+M*10^3/1.05/W*2

=6.739*10/10.560+1.469*10^3/1.05/23.560

=65.765N/mm^2

65.765N/mm^2≦fa=215.0N/mm^2

故得出：

立柱强度可以满足

４.幕墙立柱的刚度计算：

校核依据：

Ｕmax≦[U]=15mm且　Ｕmax≦L/300（JGJ133-20014.2.3）

Umax:

立柱最大挠度

Ｕmax=1000*[1.4355*RO-0.409*（qwk+0.5*qek）*L1]*L1^3/（24*2.1*Ix）

立柱最大挠度Ｕmax为：

1.865mm≦15mm

Du:

立柱挠度与立柱计算跨度比值：

Ｈsjcg:

立柱计算跨度：

3.900m

Du=U/Hsjcg/1000

=1.865/3.900/1000

=0.000≦1/300

挠度可以满足要求

５.立柱抗剪计算：

校核依据：

rmax≦[r]=125.0N/mm^2

（1）Qwk:

风载荷作用下剪力标准值（KN）

RO:

双跨梁长跨端支坐反力为：

1.372KN

Ra:

双跨梁中间支坐反力为：

3.793KN

Rb:

双跨梁短跨端支坐反力为：

0.788KN

Rc:

中间支承处梁受到的最大剪力:

2.063KN

QWK=2.063KN

（2）QW：

风载荷作用下剪力设计值（KN）

QW=1.4*QWK

=1.4*2.063

=2.888KN

（3）Qek:

地震作用下剪力标准值（KN）

RO:

双跨梁长跨端支坐反力为：

1.035KN

Ra:

双跨梁中间支坐反力为：

2.862KN

Rb:

双跨梁短跨端支坐反力为：

0.595KN

Rc:

中间支承处梁受到的最大剪力:

1.557KN

Qek=1.557KN

（4）QE:

地震作用下剪力设计值（KN）

QE=1.3×QEK

=1.3×1.557

=2.024kn

⑸Q：

立柱所受剪力：

采用QW+0.5QE组合

Q=QW+0.5×QE

=2.888+0.5×2.024

=3.899KN

⑹立柱剪应力：

γ.立柱剪应力：

Ss:

立柱型材截面面积矩：

10.600cm^3

Ix:

立柱型材截面惯性矩：

94.250cm^4

立柱壁厚：

4.000mm

γ=Q×Ss×100/lx/t

=3.899×10.600×100/94.250/4.000

=10.964N/mm^2

10.964N/mm^2≤125.0N/mm^2

立柱抗剪强度可以满足

四、立梃与主结构连接

立梃与主结构连接：

（第一处）

Lct2:

连接处钢角码壁厚：

4.000mm

D2：

连接螺栓直径：

12.000mm

D0:

连接螺栓直径：

10.360mm

采用SG+SW+0.5SE组合

N1wk:

连接处风荷载总值（N）

N1wk=Wk×B×Hsjcg×1000

=1.272×1.200×3.900×1000

=5952.960N

连接处风荷载设计值（N）：

N1w=1.4×N1wk

=1.4×5952.960

=8334.144N

N1EK:

连接处地震作用（N）：

N1EK=QEAK×B×Hsjcg×1000

=0.960×1.200×3.900×1000

=4492.800N

N1E:

连接处地震作用设计值（N）；

N1E=1.3×N1Ek

=1.3×4492.800

=5840.640N

N1:

连接处水平总力（N）：

N1=N1w+0.5×N1E

=8334.144+0.5×5840.640

=11254.464N

N2:

连接处自重总值设计值（N）：

N2k=1200×B×Hsjcg

=1200×1.200×3.900

=5616.000N

N2:

连接处自重总值设计值（N）：

N2=1.2×N2k

=1.2×5616.000

=6739.200N

连接处总合力（N）：

N=（N1^2+N2^2）^0.5

=（11254.464^2+6739.200^2）^0.5

=13117.918N

Nvb:

螺栓的承载能力：

Nv:

连接自剪切面数：

Nvb=2×3.14×D0^2×130/4（GBJ17-887.2.1-1）

=2-3.14×10.360^2×130/4

=21905.971N

Num1:

立梃与建筑物主结构连接的螺栓个数：

Num1=N/Nvb

=13117.918/21905.971

=0.599个

取2个

Ncb1:

立梃理材壁抗承压能力（N）：

D2:

连接螺栓直径：

12.000mm

Nv:

连接处剪切面数：

立梃壁厚：

4.000mm

Ncb1=D2×2×120×t×Num1（GBJ17-887.2.1）

=12.000×2×120×4.000×2.000

=23040.000N

23040.000N≥13117.918N

强度可以满足

Ncbg:

钢角码型材壁抗承压能力（N）：

Ncbg=D2×2×267×Lct2×Numl（GBJ17-887.2.1）

=12.000×2×267×6.000×2.000

=76896.000N

76896.000N≥13117.918N

强度可以满足

五、幕墙埋件计算:

（第1处）

基本参数：

1：

计算点标高：

1.5m;

埋板厚度：

6.00mm;

3：

立柱计算间距（指立柱左右分格平均宽度）：

B=1200mm；

1.荷载标准值计算：

（1）垂直于幕墙平面的分布水平地震作用：

qEk=βEαmaxGk/A

=5.0×0.12×0.0005

=0.0003MPa

（2）连接处水平总力计算：

对双跨梁，中支座反力R1，即为立柱连接处最大水平总力。

qw：

风荷载线荷载设计值（N/mm）；

qw=1.4wkB

=1.4×0.001093×1200

=1.836N/mm

qE：

地震作用线荷载设计值（N/mm）；

qE=1.3qEkB

=1.3×0.0003×1200

=0.468N/mm

采用Sw+0.5SE组合：

……5.4.1[JGJ133-2001]

q=qw+0.5qE

=1.836+0.5×0.468

=2.07N/mm

N：

连接处水平总力（N）；

R1：

中支座反力（N）；

N=R1=qL（L12+3L1L2+L22）/8L1L2

=2.07×4200×（6002+3×600×3600+36002）/8/600/3600

=9911.56N

（3）立柱单元自重荷载标准值：

Gk=0.0005×BL

=0.0005×1200×4200

=2520N

（4）校核处埋件受力分析：

V：

剪力（N）；

N：

轴向拉力（N），等于中支座反力R1；

e0：

剪力作用点到埋件距离，即立柱螺栓连接处到埋件面距离（mm）；

V=1.2Gk=1.2×2520

=3024N

N=R1=11990.077N

M=e0×V

=60×3024

=181440N·mm

2.拉拔实验拉拔力计算：

计算公式：

N拔=2β·（N/2+M/Z）/n

其中：

N拔：

单个锚固件的拉拔实验值（N）;β：

承载力调整系数;

N：

拉力设计值（N）；M：

弯矩设计值（N·mm）；

n：

每排锚固件个数；Z：

上下两排螺栓间距（mm）；

N拔=2β·（N/2+M/Z）/n

=2×1.25×（9911.56/2+181440/130）/2

=7938.365N

在做拉拔实验时，单个锚栓的实验值应不小于8kN拔。

六、幕墙横梁计算

幕墙横梁计算：

（第一处）

1.选用横梁型材的截面特性：

型材强度设计值：

215.000N/mm^2

型材弹性模量：

E=2.1×10^5N/mm^2

X轴惯性矩：

Ix=9.290cm^4

Y轴惯性矩:

Iy=9.290cm^4

X轴惯性矩:

Wxl=2.560cm^3

X轴惯性矩:

Wx2=2.560cm^3

Y轴惯性矩:

Wy1=2.560cm^3

Y轴惯性矩:

Wy1=2.560cm^3

型材截面积：

A=3.9000cm^3

型材计算校核处壁厚：

t=4.000mm

型材截面面积矩：

Ss=4.000cm^3

型材发展系数：

γ=1.05

2.幕墙横梁的强度计算：

校核依据：

Mx/γWx+My/γWy≤fα=215.0

⑴横梁在自重作用下的弯矩（kN·m）

玻璃面板高度：

0.400m

Gak:

横梁自重：

1200N/m^2

Gk:

横梁自重荷载线分布均布荷载集度标准值（kN/m）：

Gk=1200×H/1000

=1200×0.400/1000

=0.480kN/m

横梁自重荷载线分布均布荷载集度设计值（kN/m）

G=1.2×Gk

=1.2×0.480

=0.576kN/m

Mx:

横梁载自重荷载作用下的弯矩（kN·m）

Mx=G×B^2/8

=0.576×0.600^2/8

=0.026kN·m

⑵横梁在风荷载作用下的弯矩（kN·m）

风荷载线分布最大荷载集度标准值（梯形分布）

qwk=Wk×H

=1.272×0.4000

=0.509KN/m

风荷载线分布最大荷载集度设计值

qw=1.4×qwk

=1.4×0.509

=0.712kN/m

Myw:

横梁在风荷载作用下的弯矩（kN·m）

Myw=qw×B^2×（3-H^2/B^2）/24

=0.712×0.600^2×（3-0.400^2/0.600^2）/24

=0.027kN·m

⑶地震作用下横梁弯矩

qWAk:

横梁平面外地震荷载：

βE：

动力放大系数：

αmax:

地震影响系数最大值：

0.160

Gk:

幕墙构件自重：

1200N/m^2

qEAk=5×αmax×1200/1000

=5×0.160×1200/1000

=0.960kN/m^2

qex:

水平地震作用线分布最大荷载集度标准值

B：

幕墙分格宽：

0.600m

水平地震作用线分布最大荷载集度标准值（梯形分布）

qex=qEAk×H

=0.960×0.400

=0.384KN/m

qE:

水平地震作用线分布最大荷载集度设计值

γE:

地震作用分项系数：

1.3

qE=1.3×qex

=1.3×0.384

=0.499kN/m

MyE:

地震作用下横梁弯矩：

MyE=qE×B^2×（3-H^2/B^2）24

=0.499×0.600^2×（3-0.400^2/0.600^2）/24

=0.019kN·m

⑷横梁强度

σ：

横梁计算强度（N/mm^2）:

采用SG+SW+0.5SE组合

Wx1:

X轴抵抗矩：

2.560cm^3

Wy2:

y轴抵抗矩：

2.560cm^3

γ：

塑性发展系数：

1.05

σ=（Mx/Wx1+Myw/Wy2+0.5×MyE/Wy2）×10^3/1.05

=23.361N/mm^2

23.361N/mm^2≤fa=215.0N/mm^2

横梁正应力强度可以满足

3.幕墙横梁的抗剪强度计算：

校核依据：

1.5γmax≤[γ]=125.0N/mm^2

⑴Qwk:

风荷载作用下横梁剪力标准值（k/N）

Wk:

风荷载标准值：

1.272kN/m^2

幕墙分格宽：

0.600m

风荷载线分布呈梯形分布时：

Qwk=Wk×B^2×（1-H/B/2）/2

=1.272×0.600^2×（1-0.400/0.600/2）2

=0.153kN

⑵Qw:

风荷载作用下横梁剪力设计值（kN）

Qw=1.4×Qwk

=1.4×0.153

=0.214Kn

⑶QEk：

地震作用下横梁剪力标准值（kN）

地震作用线分布呈梯形分布时：

QEk=qEAk×B^2×（1-H/B/2）/2

=0.960×0.600^2×（1-0.400/0.600/2）/2

=0.115Kn

⑷QE:

地震作用下横梁剪力设计值（kN）

γE:

地震作用分项系数：

1.3

QE=1.3×QEk

=1.3×0.115

=0.150kN

⑸Q:

横梁所受剪力：

采用Qw+0.5QE组合

Q=Qw+0.5×QE

=0.214+0.5×0.150

=0.289kN

⑹γ.横梁剪应力

Ss:

横梁型材截面面积矩：

4.000cm^3

Iy：

横梁型材截面惯性矩：

9.290cm^4

横梁壁厚：

4.000mm

1.5γ=1.5×Q×Ss×100/ly/t

=1.5×0.289×4.000×100/9.290/4.000

=4.659N/mm^2

4.659N/mm^2≤125.0N/mm^2

横梁抗剪强度可以满足

4.幕墙横梁的刚度计算

校核依据：

Umax≤[U]=15mm且Umax≤L/300

横梁承受呈梯形分布线荷载作用时的最大荷载集度：

qwk:

风荷载线分布最大荷载集度标准值（KN/m）

qwk=Wk×H

=1.272×0.400

=0.509KN/m

qex:

水平地震作用线分布最大荷载集度标准值（KN/m）

qex=qEAk×H

=0.960×0.400

=0.384KN/m

水平方向由风荷载核地震作用产生的弯曲：

U1=（qwk+0.5×qex）×Wfg^4×1000×（25/8-5×（Hfg/2/Wfg）^2+2×（Hfg/2/Wfg）^4）/2.1/Iy/120

=0.050mm

自重作用产生的弯曲：

U2=5×GK×Wfg^4×1000/384/2.1/Ix

=0.042mm

综合产生的弯曲为：

U=（U1^2+U2^2）^0.5

=0.065mm<=15mm

Du=U/Wfg/1000

=0.065/0.600/1000

=0.000≤1/300

挠度可以满足要求

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