某建筑外装修石材幕墙设计计算书原.docx
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某建筑外装修石材幕墙设计计算书原
石材幕墙
设计计算书
设计：
校对：
审核：
批准：
装饰有限公司
二〇一〇年二月
目录
1计算引用的规范、标准及资料1
1.1幕墙设计规范：
1
1.2建筑设计规范：
1
1.3金属板及石材规范：
1
1.4钢材规范：
1
1.5胶类及密封材料规范：
1
1.6相关物理性能等级测试方法：
2
1.7《建筑结构静力计算手册》（第二版）2
1.8土建图纸：
2
2基本参数2
2.1幕墙所在地区2
2.2地面粗糙度分类等级2
2.3抗震设防2
3幕墙承受荷载计算3
3.1风荷载标准值的计算方法3
3.2计算支撑结构时的风荷载标准值4
3.3计算面板材料时的风荷载标准值4
3.4垂直于幕墙平面的分布水平地震作用标准值5
3.5作用效应组合5
4幕墙立柱计算5
4.1立柱型材选材计算6
4.2确定材料的截面参数7
4.3选用立柱型材的截面特性8
4.4立柱的抗弯强度计算8
4.5立柱的挠度计算9
4.6立柱的抗剪计算9
5幕墙横梁计算10
5.1横梁型材选材计算10
5.2确定材料的截面参数12
5.3选用横梁型材的截面特性13
5.4幕墙横梁的抗弯强度计算13
5.5横梁的挠度计算14
5.6横梁的抗剪计算14
6短槽式（托板）连接石材的选用与校核15
6.1石材板块荷载计算16
6.2石材的抗弯设计16
6.3短槽托板在石材中产生的剪应力校核17
6.4短槽托板剪应力校核17
7连接件计算18
7.1横梁与立柱间焊接强度计算18
7.2立柱与主结构连接19
8幕墙埋件计算（土建预埋）21
8.1荷载标准值计算21
8.2埋件计算22
8.3锚板总面积校核22
8.4锚筋长度计算：
23
9幕墙焊缝计算23
9.1受力分析23
9.2焊缝特性参数计算23
9.3焊缝校核计算24
10石材幕墙幕墙胶类及伸缩缝计算24
10.1立柱连接伸缩缝计算25
10.2耐侯胶胶缝计算25
石材幕墙设计计算书
11计算引用的规范、标准及资料
11.1幕墙设计规范：
《建筑玻璃应用技术规程》JGJ113-2009
《建筑幕墙》GB/T21086-2007
《金属与石材幕墙工程技术规范》JGJ133-2001
11.2建筑设计规范：
《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）
《混凝土结构后锚固技术规程》JGJ145-2004
《建筑钢结构焊接技术规程》JGJ81-2002
《建筑结构荷载规范》GB50009-2001（2006年版、局部修订）
《建筑抗震设计规范》GB50011-2001（2008年版）
《建筑物防雷设计规范》GB50057-94（2000年版）
《冷弯薄壁型钢结构设计规范》GB50018-2002
《民用建筑设计通则》GB50352-2005
11.3金属板及石材规范：
《干挂饰面石材及其金属挂件》JC830.1、2-2005
《天然板石》GB/T18600-2009
《天然大理石建筑板材》GB/T19766-2005
《天然花岗石建筑板材》GB/T18601-2009
11.4钢材规范：
《建筑结构用冷弯矩形钢管》JG/T178-2005
《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
《碳钢焊条》GB/T5117-1999
《碳素结构钢》GB/T700-2006
《碳素结构钢和低合金结构钢热轧厚钢板及钢带》GB/T3274-2007
《优质碳素结构钢》GB/T699-1999
11.5胶类及密封材料规范：
《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
《建筑装饰用天然石材防护剂》JC/T973-2005
《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
11.6相关物理性能等级测试方法：
《居住建筑节能检测标准》JGJ132-2009
《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
《建筑外门窗保温性能分级及检测方法》GB/T8484-2008
《建筑外窗采光性能分级及检测方法》GB/T11976-2002
《建筑门窗空气隔声性能分级及检测方法》GB/T8485-2008
《建筑装饰装修工程施工质量验收规范》GB50210-2001
11.7《建筑结构静力计算手册》（第二版）
11.8土建图纸：
12基本参数
12.1幕墙所在地区
；
12.2地面粗糙度分类等级
幕墙属于外围护构件，按《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）
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类地形考虑。
12.3抗震设防
按《建筑工程抗震设防分类标准》，建筑工程应分为以下四个抗震设防类别：
1.特殊设防类：
指使用上有特殊设施，涉及国家公共安全的重大建筑工程和地震时可能发生严重次生灾害等特别重大灾害后果，需要进行特殊设防的建筑，简称甲类；
2.重点设防类：
指地震时使用功能不能中断或需尽快恢复的生命线相关建筑，以及地震时可能导致大量人员伤亡等重大灾害后果，需要提高设防标准的建筑，简称乙类；
3.标准设防类：
指大量的除1、2、4款以外按标准要求进行设防的建筑，简称丙类；
4.适度设防类：
指使用上人员稀少且震损不致产生次生灾害，允许在一定条件下适度降低要求的建筑，简称丁类；
在维护结构抗震设计计算中：
1.特殊设防类，应按高于本地区抗震设防烈度提高一度的要求加强其抗震措施，同时，应按批准的地震安全性评价的结果且高于本地区抗震设防烈度的要求确定其地震作用；
2.重点设防类，应按高于本地区抗震设防烈度一度的要求加强其抗震措施，同时，应按本地区抗震设防烈度确定其地震作用；
3.标准设防类，应按本地区抗震设防烈度确定其抗震措施和地震作用；
4.适度设防类，应按本地区抗震设防烈度确定其抗震措施和地震作用；
根据国家规范《建筑抗震设计规范》（GB50011-20012008版），唐山地区地震基本烈度为：
8度，地震动峰值加速度为0.2g，由于本工程是标准设防类，因此实际抗震计算中的水平地震影响系数最大值应按本地区抗震设防烈度选取，也就是取：
αmax=0.16；
13幕墙承受荷载计算
13.1风荷载标准值的计算方法
幕墙属于外围护构件，按建筑结构荷载规范（GB50009-20012006年版）计算：
wk=βgzμzμs1w0……7.1.1-2[GB50009-20012006年版]
上式中：
wk：
作用在幕墙上的风荷载标准值（MPa）；
Z：
计算点标高：
25m；
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（高度不足5m按5m计算）：
βgz=K（1+2μf）
其中K为地面粗糙度调整系数，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类地形，25m高度处瞬时风压的阵风系数：
βgz=0.85×（1+2×（0.734（Z/10）-0.22））=1.87
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类地形，25m高度处风压高度变化系数：
μz=0.616×（Z/10）0.44=0.9219
μs1：
局部风压体型系数；
按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001（2006年版）第7.3.3条：
验算围护构件及其连接的强度时，可按下列规定采用局部风压体型系数μs1：
一、外表面
1.正压区按表7.3.1采用；
2.负压区
-对墙面，取-1.0
-对墙角边，取-1.8
二、内表面
对封闭式建筑物，按表面风压的正负情况取-0.2或0.2。
本计算点为大面位置。
按JGJ102-2003第5.3.2条文说明：
风荷载在建筑物表面分布是不均匀的，在檐口附近、边角部位较大。
根据风洞试验结果和国外的有关资料，在上述区域风吸力系数可取-1.8，其余墙面可考虑-1.0，由于维护结构有开启的可能，所以还应考虑室内压-0.2。
对无开启的结构，《建筑结构荷载规范》条文说明第7.3.3条指出“对封闭建筑物，考虑到建筑物内实际存在的个别洞口和缝隙，以及机械通风等因素，室内可能存在正负不同的气压，参照国外规范，大多取±（0.2-0.25）的压力系数，现取±0.2”。
即不论有无开启扇，均要考虑内表面的局部体型系数。
另注：
上述的局部体型系数μs1
（1）是适用于围护构件的从属面积A小于或等于1m2的情况，当围护构件的从属面积A大于或等于10m2时，局部风压体型系数μs1（10）可乘以折减系数0.8，当构件的从属面积小于10m2而大于1m2时，局部风压体型系数μs1（A）可按面积的对数线性插值，即：
μs1（A）=μs1
（1）+[μs1（10）-μs1
（1）]logA
在上式中：
当A≥10m2时取A=10m2；当A≤1m2时取A=1m2；
w0：
基本风压值（MPa），根据现行<<建筑结构荷载规范>>GB50009-2001附表D.4（全国基本风压分布图）中数值采用，但不小于0.3KN/m2，按重现期50年，唐山地区取0.0004MPa；
13.2计算支撑结构时的风荷载标准值
计算支撑结构时的构件从属面积：
A=1.2×5.1=6.12m2
LogA=0.787
μs1（A）=μs1
（1）+[μs1（10）-μs1
（1）]logA
=0.843
μs1=0.843+0.2
=1.043
wk=βgzμzμs1w0
=1.87×0.9219×1.043×0.0004
=0.000719MPa因为wk<0.001MPa,所以按JGJ102-2003，取wk=0.001MPa.
13.3计算面板材料时的风荷载标准值
计算面板材料时的构件从属面积：
A=1.2×0.8=0.96m2
LogA=0
μs1（A）=μs1
（1）+[μs1（10）-μs1
（1）]logA
=1
μs1=1+0.2
=1.2
wk=βgzμzμs1w0
=1.87×0.9219×1.2×0.0004
=0.000827MPa因为wk<0.001MPa,所以按JGJ102-2003，取wk=0.001MPa.
13.4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0.16；
Gk：
幕墙构件的重力荷载标准值（N）；
A：
幕墙构件的面积（mm2）；
13.5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；
进行挠度计算时；
重力荷载：
γG：
1.0；
风荷载：
γw：
1.0；
地震作用：
可不做组合考虑；
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；
14幕墙立柱计算
基本参数：
1：
计算点标高：
25m；
2：
力学模型：
单跨简支梁；
3：
立柱跨度：
L=5100mm；
4：
立柱左分格宽：
1200mm；立柱右分格宽：
1200mm；
5：
立柱计算间距：
B=1200mm；
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：
14.1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
=0.001×1200
=1.2N/mm
qw：
风荷载线分布最大荷载集度设计值（N/mm）；
qw=1.4qwk
=1.4×1.2
=1.68N/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0.16；
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]
=5.0×0.16×0.0011
=0.00088MPa
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
=0.00088×1200
=1.056N/mm
qE：
水平地震作用线荷载集度设计值（N/mm）；
qE=1.3qEk
=1.3×1.056
=1.373N/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
=1.68+0.5×1.373
=2.366N/mm
用于挠度计算时，采用Sw标准值：
……5.4.1[JGJ102-2003]
qk=qwk
=1.2N/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
=2.366×51002/8
=7692457.5N·mm
14.2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：
对于钢材龙骨，按JGJ133或JGJ102规范,取1.05；
对于铝合金龙骨，按最新《铝合金结构设计规范》GB50429-2007，取1.00；
fs：
型材抗弯强度设计值（MPa），对Q235取215MPa；
Wnx=Mx/γfs
=7692457.5/1.05/215
=34075.116mm3
（2）立柱惯性矩预选值计算：
qk：
风荷载线荷载集度标准值（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
按[5.1.1.2]《建筑幕墙》GB/T21086-2007的规定，对于构件式玻璃幕墙或单元幕墙（其它形式幕墙或外维护结构无绝对挠度限制）：
当跨距≤4500mm时，绝对挠度不应该大于20mm；
当跨距＞4500mm时，绝对挠度不应该大于30mm；
对本例取：
df,lim=20.4mm
Ixmin=5qkL4/384Edf,lim
=5×1.2×51004/384/206000/20.4
=2515378.489mm4
14.3选用立柱型材的截面特性
按上一项计算结果选用型材号：
矩形钢管120×60×4材料也是L5*4
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=2552000mm4
绕Y轴惯性矩：
Iy=847700mm4
绕X轴净截面抵抗矩：
Wnx1=42530mm3
绕X轴净截面抵抗矩：
Wnx2=42530mm3
型材净截面面积：
An=1376mm2
型材线密度：
γg=0.108016N/mm
型材截面垂直于X轴腹板的截面总宽度：
t=8mm
型材受力面对中性轴的面积矩：
Sx=26460mm3
塑性发展系数：
γ=1.05
14.4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（MPa）；
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
=0.0011×1200×5100
=6732N
N：
立柱轴向拉力设计值（N）；
N=1.2Nk
=1.2×6732
=8078.4N
（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）；
γx：
塑性发展系数：
对于钢材龙骨，按JGJ133或JGJ102规范,取1.05；
对于铝合金龙骨，按最新《铝合金结构设计规范》GB50429-2007，取1.00；
fs：
型材的抗弯强度设计值，取215MPa；
则：
N/An+Mx/γWnx=8078.4/1376+7692457.5/1.05/42530
=178.129MPa≤215MPa
立柱抗弯强度满足要求。
14.5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=2552000mm4
预选值为：
Ixmin=2515378.489mm4
实际挠度计算值为：
df=5qkL4/384EIx
=5×1.2×51004/384/206000/2552000
=20.107mm
而df,lim=20.4mm
所以，立柱挠度满足规范要求。
14.6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
=0.001×1200×5100/2
=3060N
（2）Vw：
风荷载作用下剪力设计值（N）：
Vw=1.4Vwk
=1.4×3060
=4284N
（3）VEk：
地震作用下剪力标准值（N）：
VEk=qEAkBL/2
=0.00088×1200×5100/2
=2692.8N
（4）VE：
地震作用下剪力设计值（N）：
VE=1.3VEk
=1.3×2692.8
=3500.64N
（5）V：
立柱所受剪力设计值组合：
采用Vw+0.5VE组合：
V=Vw+0.5VE
=4284+0.5×3500.64
=6034.32N
（6）立柱剪应力校核：
τmax：
立柱最大剪应力（MPa）；
V：
立柱所受剪力（N）；
Sx：
立柱型材受力面对中性轴的面积矩（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
=6034.32×26460/2552000/8
=7.821MPa
7.821MPa≤125MPa
立柱抗剪强度满足要求!
15幕墙横梁计算
基本参数：
1：
计算点标高：
25m；
2：
横梁跨度：
B=1200mm；
3：
横梁上分格高：
800mm；横梁下分格高：
800mm；
4：
横梁计算间距：
H=800mm；
5：
力学模型：
梯形荷载简支梁；
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梯形荷载简支梁力学模型进行设计计算，受力模型如下：
15.1横梁型材选材计算
（1）横梁在风荷载作用下的线荷载集度（按梯形分布）：
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）；
H：
幕墙横梁计算间距（mm）；
qwk=wkH
=0.001×800
=0.8N/mm
qw：
风荷载线分布最大荷载集度设计值（N/mm）；
qw=1.4qwk
=1.4×0.8
=1.12N/mm
（2）垂直于幕墙平面的分布水平地震作用的线荷载集度（按梯形分布）：
qEAk：
垂直
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