天津中远广场外檐工程结构计算书大学毕设论文.docx

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天津中远广场外檐工程结构计算书大学毕设论文

天津中远广场外檐工程

结

构

计

算

书

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目录

目录1

第一章框架式玻璃幕墙结构计算3

一、计算说明3

二、荷载计算3

1、玻璃幕墙的自重荷载计算3

2、玻璃幕墙承受的水平风荷载计算3

3、玻璃幕墙承受的水平地震荷载计算4

4、荷载组合4

三、玻璃面板计算5

1、计算说明5

2、外片玻璃面板强度校核5

3、玻璃面板挠度校核7

四、立柱计算8

1、计算说明8

2、力学模型8

3、荷载计算9

4、立柱抗弯强度校核9

5、立柱抗剪强度校核9

6、立柱挠度校核10

五、幕墙埋件计算10

1、荷载计算10

2、抗拉承载力计算10

3、抗剪承载力计算11

第二章石材幕墙结构计算12

一、荷载计算12

1、自重荷载标准值计算12

2、风荷载计算12

3、石材承受的水平地震荷载计算12

5、荷载组合12

三、石材面板计算13

1、计算说明13

2、石材面板强度校核13

四、立柱计算16

1、计算说明16

2、加载19

3、立柱强度校核21

4、立柱挠度校核24

5、支座反力25

五、立柱与主体结构的连接26

1、计算说明26

2、M12螺栓验算26

3、转接件校核26

4、焊缝计算27

六、后置埋件校核28

1、荷载计算28

2、抗拉承载力计算28

3、抗剪承载力计算29

第一章框架式玻璃幕墙结构计算

一、计算说明

本章计算的是框架式玻璃幕墙系统，面板采用6+12A+6钢化中空LOW-E玻璃，计算标高为17.35m,计算分格取最大的位置左右分格为920/920mm,立柱的计算跨度为4150mm。

幕墙系统详见大样图。

二、荷载计算

1、玻璃幕墙的自重荷载计算

（1）幕墙自重荷载标准值计算

GAK：

面板自重面荷载标准值

面板采用6+12A+6夹胶中空玻璃

GAK=（6+6）×10-3×25.6=0.307KN/m2

GGK：

考虑龙骨和各种零部件等后的幕墙重力荷载标准值

GGK=0.5kN/m2

（2）幕墙自重荷载设计值计算

rG：

永久荷载分项系数，取rG=1.2

按《玻璃幕墙幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第5.4.2条

GG：

考虑龙骨和各种零部件等后的玻璃幕墙重力荷载设计值

GG=rG·GGK=1.2×0.5=0.6kN/m2

2、玻璃幕墙承受的水平风荷载计算

计算标高17.35m，天津地区基本风压W0=0.50kN/m2，地面粗糙度为C类。

（1）水平风荷载标准值计算

βgz：

阵风系数，取βgz=2.018

按《建筑结构荷载规范》GB50009-2012表8.6.1

μS：

风荷载体型系数，取μS=1.2

按《建筑结构荷载规范》GB50009-2012第8.3.3条

μZ：

风压高度变化系数，取μZ=0.693

按《建筑结构荷载规范》GB50009-2012表8.2.1

W0：

作用在幕墙上的风荷载基本值0.50kN/m2

按《建筑结构荷载规范》GB50009-2012附表E.5（按50年一遇）

WK：

作用在幕墙上的风荷载标准值

WK=βgz·μS·μZ·W0=2.018×1.2×0.693×0.50=0.839KN/m2

|WK|=0.839kN/m2<1.0kN/m2

按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第5.3.2条

取WK=1.0kN/m2

（2）水平风荷载设计值计算

rW：

风荷载分项系数，取rW=1.4

按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第5.4.2条

W：

作用在幕墙上的风荷载设计值

W=rW·WK=1.4×1.0=1.4kN/m2

3、玻璃幕墙承受的水平地震荷载计算

（1）玻璃幕墙承受的水平地震荷载标准值计算

αmax：

水平地震影响系数最大值，取αmax=0.12

按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第5.3.4条，7度（0.15g）抗震设计时αmax可取0.12。

βE：

动力放大系数，取βE=5.0

按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第5.3.4条

qEK：

作用在幕墙上的地震荷载标准值计算

qEK=αmax·βE·GGK=0.12×5.0×0.5=0.3kN/m2

（2）玻璃幕墙承受的水平地震荷载设计值计算

rE：

地震作用分项系数，取rE=1.3

按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第5.4.2条

qE：

作用在幕墙上的地震荷载设计值

qE=rE·qEK=1.3×0.3=0.39kN/m2

4、荷载组合

（1）风荷载和水平地震作用组合标准值计算

ψW：

风荷载的组合值系数，取ψW=1.0

ψE：

地震作用的组合值系数，取ψE=0.5

qK=ψW·WK+ψE·qEK=1.0×1.0+0.5×0.3=1.15kN/m2

（2）风荷载和水平地震作用组合设计值计算

q=ψW·W+ψE·qE=1.0×1.4+0.5×0.39=1.595kN/m2

三、玻璃面板计算

1、计算说明

玻璃面板选用6+12A+6钢化中空LOW-E玻璃。

框架玻璃幕墙的分格尺寸为，a=920mm，b=2200mm。

该玻璃幕墙的玻璃属于框支承体系，面板四边固定，可将其简化为四边简支的面板计算模型。

2、外片玻璃面板强度校核

校核依据：

≤fg

按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第6.1.2条

（1）、计算说明

根据《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第6.1.4条和第6.1.5条的规定，夹胶中空玻璃的内外片玻璃承受的荷载分别为

、、

。

因为每片玻璃厚度一样，且外片玻璃承受的荷载最大，所以，只需计算外片玻璃的强度和挠度。

（2）、外片玻璃承受的水平风荷载

t1、t2、t3：

中空玻璃内外片玻璃的厚度，取t1=t2=6mm

WK1：

外片玻璃承受的水平风荷载标准值

=0.55KN/m2

W1：

外片玻璃承受的水平风荷载设计值

=0.77KN/m2

（3）、外片玻璃承受的水平地震荷载

t1、t2、t3：

中空玻璃内外片玻璃的厚度，取t1=6mm

GAK’：

玻璃面板自重面荷载标准值

GAK’=6×10-3×25.6=0.154KN/m2

αmax：

水平地震影响系数最大值，取αmax=0.12

按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第5.3.4条

βE：

动力放大系数，取βE=5.0

按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第5.3.4条

qEK’：

作用在夹胶玻璃上的地震荷载标准值

qEK’=αmax·βE·GGK’=0.12×5.0×0.154=0.093KN/m2

qEK1：

作用在外片玻璃上的地震荷载标准值

rE：

地震作用分项系数，取rE=1.3

按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第5.4.2条

qE1：

作用在外片玻璃上的地震荷载设计值

qE1=rE·qEK1=1.3×0.093=0.1209KN/m2

（4）、外片玻璃风荷载和水平地震作用组合计算

ψW：

风荷载的组合值系数，取ψW=1.0

按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第5.4.3条

ψE：

地震作用的组合值系数，取ψE=0.5

按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第5.4.3条

qK1：

外片玻璃风荷载和水平地震作用组合标准值

qK1=ψW·WK1+ψE·qEK1=1.0×0.55+0.5×0.093=0.597KN/m2

q1：

外片玻璃风荷载和水平地震作用组合设计值

q1=ψW·W1+ψE·qE1=1.0×0.77+0.5×0.1209=0.830KN/m2

（5）、外片玻璃的强度折减系数

θ：

参数

t：

外片玻璃厚度，取t=6mm

=4.576

η：

折减系数，取η=1.0

查《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003表6.1.2-2得

（6）、外片玻璃强度校核

m：

弯矩系数，取m=0.1094

由

=

=0.418，查《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003表6.1.2-1得

σ：

外片玻璃产生的最大应力

=

=12.81N/mm2＜fg=84N/mm2

玻璃面板强度符合规范要求。

3、玻璃面板挠度校核

校核依据：

df=

≤df,lim=

按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第6.1.4条

（1）、计算说明

根据《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第5.4.4条的规定，玻璃幕墙的玻璃面板的挠度，可不考虑组合效应，所以我们只需验算玻璃面板在风荷载作用下的挠度即可。

（2）、玻璃刚度计算

t：

夹胶中空玻璃的两片玻璃的等效厚度

按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第6.1.5条

t=0.95

=0.95×

=7.18mm

D：

玻璃刚度

D=

=

=2.31×106N·mm

（3）、玻璃的挠度折减系数

θ：

参数

t：

玻璃厚度，取t=7.18mm

=3.74

η：

折减系数，取η=1.0

查《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003表6.1.2-2得

（4）、玻璃挠度校核

μ：

挠度系数，取μ=0.01114

由

=

=0.418，查《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003表6.1.2-3得

df：

玻璃产生的最大挠度

df=

=

=3.45mm

df=3.45mm＜df,lim=

=

=15.33mm

玻璃面板挠度符合规范要求。

四、立柱计算

1、计算说明

幕墙立柱选用SMG02-120B，根据建筑结构特点，每根幕墙立柱简支在主体结构上，并处于受拉状态。

立柱高度H=4150mm,幕墙横向计算分格宽度B=920mm。

2、力学模型

幕墙的荷载由横梁和立柱承担。

玻璃面板将受到的水平方向的荷载，按45度角分别传递到横梁和立柱上。

横梁又将承受的荷载传递给立柱，最后由立柱将所有荷载通过预埋件传递到主体结构上，立柱按单跨简支梁力学模型进行设计计算，受力模型如下：

3、荷载计算

（1）立柱承受的竖直方向面荷载

标准值GGK=0.5KN/m2

设计值GG=0.6KN/m2

（2）立柱承受的水平方向面荷载

标准值qK=1.0KN/m2

设计值q=1.4KN/m2

（3）立柱承受的轴力值设计值

N=GG·H·B=0.6×4.15×0.92=2.291KN

（4）立柱承受的水平线荷载

标准值qK线=qK·B=1.0×0.92=0.92KN/m

设计值q线=q·B=1.4×0.92=1.288KN/m

（5）立柱所受的弯矩

M=q线·H2/8=1.288×4.152÷8=2.773KN·m

（6）立柱承受的剪力

V=q线·H=1.288×4.15=5.345KN

4、立柱抗弯强度校核

立柱校核依据：

≤fa=215N/mm2

=2.291×1000/1094.57+2.773×1000000/1.00/52646

=54.77N/mm2＜fa=90N/mm2

强度符合规范要求。

5、立柱抗剪强度校核

校核依据：

≤τa

按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第6.2.5条

t：

型材截面垂直于X轴腹板的截面总宽度（mm）

τX：

立柱承受的水平荷载产生的剪应力

τX=

=

=9.45N/mm2＜τa=55N/mm2

立柱抗剪强度符合规范要求。

6、立柱挠度校核

（1）由水平风荷载下引起的挠度

风荷载标准值

WK=1.0KN/m2

水平方向线荷载标准值

WK线=WK·B=1.0×0.92=0.92KN/m

（2）水平方向的挠度计算

df，X：

水平方向的挠度

df，X=

=

=11.31mm

df，X=17.61mm＜df,lim=min（L/180,30）=23.06mm

立柱刚度符合规范要求。

根据以上计算，立柱的各个构件均符合规范要求，满足设计要求。

五、幕墙埋件计算

工程选用的是后置埋件，埋件固定在主体结构上，承受立柱传递来的荷载。

埋件布置图如下，采用200x120x8埋板，锚筋采用2颗M12化学锚筋。

1、荷载计算

V=5.345KN（剪力）

N=2.291KN（拉力）

考虑25mm前后偏差，弯矩为：

M=5345×（225+25）=1336250N·mm

2、抗拉承载力计算

在轴心拉力和弯矩共同作用下，进行弹性分析时，受力最大锚栓的拉力设计值应按下列规定计算：

　　1：

当N/n-My1/Σyi2≥0时：

　　　　Nsdh=N/n+My1/Σyi2

　　2：

当N/n-My1/Σyi2<0时：

　　　　Nsdh=（NL+M）y1//Σyi/2

在上面公式中：

　　M：

弯矩设计值；

　　Nsdh：

群锚中受拉力最大锚栓的拉力设计值；

　　y1，yi：

锚栓1及i至群锚形心轴的垂直距离；

　　y1/，yi/：

锚栓1及i至受压一侧最外排锚栓的垂直距离；

　　L：

轴力N作用点至受压一侧最外排锚栓的垂直距离；

在本例中：

　　N/n-My1/Σyi2

　=2291/2-1336250×45/（2×452）

　=-13700<0

所以：

Nsdh=（NL+M）y1//Σyi/2

=（2291×45+1336250）×90/（2×902）

=7996N

根据厂家资料M12的化学螺栓的抗拉承载力为N=25KN>7.996KN

埋件满足要求。

3、抗剪承载力计算

承受剪力最大锚栓所受剪力设计值为：

Vsdh=V/2=2672.5N

根据厂家资料M12的化学螺栓的抗剪承载力为V=20KN>2.670KN

埋件满足要求。

第二章石材幕墙结构计算

一、荷载计算

1、自重荷载标准值计算

石材自重荷载标准值计算

GAK：

25mm厚的石材

GAK=0.70KN/m2

GGK：

考虑龙骨和各种零部件等后的石材幕墙重力荷载标准值

GGK=1.0KN/m2

2、风荷载计算

计算标高取17.35m天津地区C类

水平风荷载标准值计算

βgz：

阵风系数，取βgz=2.018

μS：

风荷载体型系数，取μS=1.2

μZ：

风压高度变化系数，取μZ=0.693

W0：

作用在幕墙上的风荷载基本值0.50KN/m2

WK：

作用在幕墙上的风荷载标准值

WK=βgz·μS·μZ·W0=2.018×1.2×0.693×0.50=0.839KN/m2

|WK|=0.839KN/m2<1.0KN/m2

取WK=1.0KN/m2

3、石材承受的水平地震荷载计算

天津地区7度（0.15g）

αmax：

水平地震影响系数最大值，取αmax=0.12

βE：

动力放大系数，取βE=5.0

qEK：

作用在幕墙上的地震荷载标准值计算

qEK=αmax·βE·GGK=0.12×5.0×1.0=0.6KN/m2

5、荷载组合

S1:

1.2GK+1.4WK++0.65qEK+

S2:

1.2GK+1.4WK-+0.65qEK-

三、石材面板计算

1、计算说明

石材面板选用25mm厚的花岗岩石材。

石材幕墙的分格尺寸为具体尺寸见CAD图，石材分格高度b=900mm。

因石材面板采用2个钢挂件对支撑，所以石材面板的计算采用短槽支撑的石材面板计算模型。

采用sap2000进行计算。

2、石材面板强度校核

（一）花岗石板的强度设计值

fg1=fgm/2.15=8/2.15=3.721

fg2=fgm/4.30=8/4.30=1.860

fg1：

花岗石板抗弯强度设计值（Mpa）

fg2：

花岗石板抗剪强度设计值（Mpa）

fgm：

花岗石板弯曲强度平均值（Mpa）

《金属与石材幕墙工程技术规范》JGJ133-2001第3.2.2条规定花岗石板材的弯曲强度应经决定检测机构检测确定，弯曲强度不应小于8.0Mpa。

所以本工程按不小于8.0Mpa取值。

（二）石材面板弯曲强度校核

校核依据：

≤fg1=3.721N/mm2

q=1.4x1.0+0.65x0.6=1.79KN/m2

1.752N/mm2＜fg1=3.721N/mm2

石材面板强度符合规范要求。

3、石材槽口抗剪强度校核

本工程石材槽口按对边开槽设计，所以石材槽口剪应力计算按对边开槽计算。

1、校核依据：

≤fg2=1.860N/mm2。

《金属与石材幕墙工程技术规范》JGJ133-2001第5.5.7条规定

2、石材槽口剪切强度

q：

风荷载和水平地震作用组合面荷载设计值，q=1.725kN/m2

c:

槽口宽度c=7mm

s:

单个槽底总长度（mm），矩形槽底总长度取为槽长加上槽深的两倍，弧型槽取为圆弧总长度。

本工程采用矩形槽，槽长80mm，槽深7mm，槽总长s为94mm。

n:

一个连接边上钢挂件对数量，n=1。

β:

应力调整系数，查《金属与石材幕墙工程技术规范》JGJ133-2001表5.5.5，

得β=1.25

=0.437N/mm2＜fg2=1.860N/mm2

石材槽口抗剪强度符合规范要求。

四、立柱计算

1、计算说明

立柱采用8#槽钢龙骨，材质为Q235B,采用sap2000有限元软件进行计算（龙骨的自重由软件直接加载），具体的尺寸详见CAD图。

计算模型

释放模型

上下层间断开为铰接

材质

2、加载

荷载

自重

GK=1.0x（0.55+0.25+0.1+0.1+0.1+0.47+0.1+0.5）=1.72N/mm

风荷载标准值WK

WK=1.0x1.740/2=0.87N/mm

地震荷载标准值qk

qK=0.6x1.740/2=0.522N/mm

3、立柱强度校核

TABLE:

SteelDesign1-SummaryData-Chinese2002

Frame

DesignSect

Ratio

Combo

Text

Text

Unitless

Text

1

GB-C8

0.389292

S1

2

GB-C8

0.139485

S1

3

GB-C8

0.139485

S1

4

GB-C8

0.139485

S1

14

GB-C8

0.449258

S1

15

GB-C8

0.449259

S1

16

GB-C8

0.172105

S1

17

GB-C8

0.263337

S1

18

GB-C8

0.372709

S1

19

GB-C8

0.379543

S1

20

GB-C8

0.448613

S1

21

GB-C8

0.448741

S1

23

GB-C8

0.15844

S1

24

GB-C8

0.16047

S1

25

GB-C8

0.139485

S1

26

GB-C8

0.185945

S1

27

GB-C8

0.184989

S1

28

GB-C8

0.139485

S1

29

GB-C8

0.184074

S1

30

GB-C8

0.183624

S1

31

GB-C8

0.139485

S1

32

GB-C8

0.139485

S1

33

GB-C8

0.139485

S1

34

GB-C8

0.139485

S1

35

GB-C8

0.139485

S1

36

GB-C8

0.139485

S1

37

GB-C8

0.183625

S1

38

GB-C8

0.184072

S1

39

GB-C8

0.139485

S1

40

GB-C8

0.184814

S1

41

GB-C8

0.185724

S1

42

GB-C8

0.139485

S1

43

GB-C8

0.139485

S1

44

GB-C8

0.139485

S1

56

GB-C8

0.139485

S1

58

GB-C8

0.139485

S1

则钢架的应力比最大的为0.449<0.95，则钢架的强度能满足要求。

4、立柱挠度校核

u=3.735mm＜H/250=2470/250=9.88mm

挠度满足要求。

5、支座反力

节点编号

S1组合

TABLE:

JointReactions

Joint

OutputCase

F1

F2

F3

M1

M2

M3

Text

Text

N

N

N

N-mm

N-mm

N-mm

2

S1

0

4050.14

668.02

-201986.38

-77.91

453310.67

4

S1

0

6363.64

540.38

-147217.18

-24.55

60939.71

6

S1

0

7589.34

629.35

-179683.4

-0.23

331.23

8

S1

0

7652.24

629.04

-180397.3

-0.002029

-5.81

9

S1

0

3537.11

10432.84

0

0

0

10

S1

0

3537.12

10432.83

0

0

0

15

S1

0

2353.75

4964.91

0

0

0

16

S1

0

2353.75

4964.91

0

0

0

155

S1

0

3915.9

10433.04

0

0

0

156

S1

0

3915.89

10432.33

0

0

0

161

S1

0

3674.64

8931.98

0

0

0

162

S1

0

3568.63

10281.21

0

0

0

最不利的支座反力

水平方向F1=3537N竖直方向F2=10433N

五、立柱与主体结构的连接

1、计算说明

立柱与预埋件用8#槽钢连接。

立柱与立柱间通过2个M10奥氏体不锈钢（A2-70）螺栓与转接件连接。

此时我们需要对连接部位的螺栓的承载能力、转接件的局部承压能力及焊缝强度进行验算。

连接形式见下图。

2、M12螺栓验算

M10螺栓承受的剪力

F1：

M10螺栓承受的水平方向剪力

F1=3537N

F：

M10螺栓承受的剪力

F=

=

=11017N

A0：

M10螺栓有效面积,取A0=57.99mm2

NVb：

M10螺栓的抗剪能力

NVb=nV·A0·fV=2×57.99×245=28415N＞F=11017N

M10不锈钢螺栓满足设计要求。

3、转接件校核

V=F2=10433N

N=F1=3537N

Mx=10433×352=3672416N·mm

截面参数

=148.62N/mm2＜215N/mm2

强度满足要求。

4、焊缝计算

V=F2=10433N

N=F1=3537N

Mx=10433×352=3672416N·mm

焊缝焊高5mm