干挂石材幕墙计算书

干挂石材幕墙设计计算书基本参数:XX地区基本风压0.650kN/m2抗震设防烈度7度设计基本地震加速度0.10gⅠ.设计依据:《建筑结构可靠度设计统一标准》GB 50068-2001《建筑结构荷载规范》GB 50009-2001(2006版)《建筑抗震设计规范》GB 50011-2001《混凝土结构设计规范》GB 50010-2002《钢结构设计规范》GB 50017-2003《混凝土结构后锚固技术规程》JGJ 145-2004《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ 102-2003《建筑幕墙》JG 3035-1996《玻璃幕墙工程质量检验标准》JGJ/T 139-2001《铝合金建筑型材基材》GB/T 5237.1-2004《铝合金建筑型材阳极氧化、着色型材》GB/T 5237.2-2004《紧固件机械性能螺栓、螺钉和螺柱》GB/T 3098.1-2000《紧固件机械性能螺母粗牙螺纹》GB/T 3098.2-2000《紧固件机械性能自攻螺钉》GB/T 3098.5-2000《紧固件机械性能不锈钢螺栓、螺钉和螺柱》GB/T 3098.6-2000《紧固件机械性能不锈钢螺母》GB/T 3098.15-2000《浮法玻璃》GB 11614-1999《钢化玻璃》GB/T 9963-1998《幕墙用钢化玻璃与半钢化玻璃》GB 17841-1999《建筑结构静力计算手册(第二版) 》《BKCADPM集成系统(BKCADPM2006版)》Ⅱ.基本计算公式:(1).场地类别划分:地面粗糙度可分为A、B、C、D四类：--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。

本工程按B类地区计算风荷载。

(2).风荷载计算:幕墙属于薄壁外围护构件，根据《建筑结构荷载规范》GB50009-2001(2006版)规定采用风荷载计算公式: W k=βgz×μs×μz×W0（7.1.1-2）其中: W k---垂直作用在幕墙表面上的风荷载标准值(kN/m2)；βgz---高度Z处的阵风系数,按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001(2006版)第7.5.1条取定。

根据不同场地类型,按以下公式计算:βgz=K(1+2μf)其中K为地区粗糙度调整系数，μf为脉动系数。

经化简，得：A类场地: βgz=0.92×[1+35-0.072×(Z/10)-0.12]B类场地: βgz=0.89×[1+(Z/10)-0.16]C类场地: βgz=0.85×[1+350.108×(Z/10)-0.22]D类场地: βgz=0.80×[1+350.252×(Z/10)-0.30]μz---风压高度变化系数,按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001(2006版)第7.2.1条取定。

根据不同场地类型,按以下公式计算:A类场地: μz=1.379×(Z/10)0.24B类场地: μz=1.000×(Z/10)0.32C类场地: μz=0.616×(Z/10)0.44D类场地: μz=0.318×(Z/10)0.60本工程属于B类地区,故μz=1.000×(Z/10)0.32μs---风荷载体型系数,按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001(2006版)第7.3.3条取为：-1.2W0---基本风压,按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001(2006版)附表D.4给出的50年一遇的风压采用，但不得小于0.3kN/m2，大连地区取为0.650kN/m2(3).地震作用计算:q EAk=βE×αmax×G AK其中: q EAk---水平地震作用标准值βE---动力放大系数,按5.0 取定αmax---水平地震影响系数最大值，按相应抗震设防烈度和设计基本地震加速度取定: αmax选择可按JGJ102-2003中的表5.3.4进行。

表5.3.4 水平地震影响系数最大值α设计基本地震加速度为0.05g，抗震设防烈度6度：αmax=0.04设计基本地震加速度为0.10g，抗震设防烈度7度：αmax=0.08设计基本地震加速度为0.15g，抗震设防烈度7度：αmax=0.12设计基本地震加速度为0.20g，抗震设防烈度8度：αmax=0.16设计基本地震加速度为0.30g，抗震设防烈度8度：αmax=0.24设计基本地震加速度为0.40g，抗震设防烈度9度：αmax=0.32 大连设计基本地震加速度为0.10g，抗震设防烈度为7度，故取αmax=0.08G AK---幕墙构件的自重(N/m2)(4).作用效应组合:一般规定，幕墙结构构件应按下列规定验算承载力和挠度：a.无地震作用效应组合时，承载力应符合下式要求：γ0S ≤Rb.有地震作用效应组合时，承载力应符合下式要求：S E≤R/γRE式中S---荷载效应按基本组合的设计值；S E---地震作用效应和其他荷载效应按基本组合的设计值；R---构件抗力设计值；γ0----结构构件重要性系数，应取不小于1.0；γRE----结构构件承载力抗震调整系数，应取1.0；c.挠度应符合下式要求：d f≤d f,limd f---构件在风荷载标准值或永久荷载标准值作用下产生的挠度值；d f,lim---构件挠度限值；d.双向受弯的杆件，两个方向的挠度应分别符合d f≤d f,lim的规定。

幕墙构件承载力极限状态设计时，其作用效应的组合应符合下列规定：1 有地震作用效应组合时，应按下式进行：S=γG S GK+γwψw S WK+γEψE S EK2 无地震作用效应组合时，应按下式进行：S=γG S GK+ψwγw S WKS---作用效应组合的设计值；S Gk---永久荷载效应标准值；S Wk---风荷载效应标准值；S Ek---地震作用效应标准值；γG---永久荷载分项系数；γW---风荷载分项系数；γE---地震作用分项系数；ψW---风荷载的组合值系数；ψE---地震作用的组合值系数；进行幕墙构件的承载力设计时，作用分项系数，按下列规定取值：①一般情况下，永久荷载、风荷载和地震作用的分项系数γG、γW、γE应分别取1.2、1.4和1.3；②当永久荷载的效应起控制作用时，其分项系数γG应取1.35；此时，参与组合的可变荷载效应仅限于竖向荷载效应；③当永久荷载的效应对构件利时，其分项系数γG的取值不应大于1.0。

可变作用的组合系数应按下列规定采用：①一般情况下，风荷载的组合系数ψW应取1.0，地震作用于的组合系数ψE应取0.5。

②对水平倒挂玻璃及框架，可不考虑地震作用效应的组合，风荷载的组合系数ψW应取1.0（永久荷载的效应不起控制作用时）或0.6(永久荷载的效应起控制作用时)。

幕墙构件的挠度验算时，风荷载分项系数γW和永久荷载分项系数均应取1.0，且可不考虑作用效应的组合。

Ⅲ.材料力学性能:材料力学性能，主要参考JGJ 102-2003 《玻璃幕墙工程技术规范》。

(1).玻璃的强度设计值应按表5.2.1的规定采用。

表5.2.1 玻璃的强度设计值f(N/mm2)(2).铝合金型材的强度设计值应按表5.2.2的规定采用。

表5.2.2 铝合金型材的强度设计值f a （N/mm 2）(3).钢材的强度设计值应按现行国家标准《钢结构设计规范》GB50017-2003的规定采用，也可按表5.2.3采用。

表5.2.3 钢材的强度设计值f s （N/mm 2）(4).玻璃幕墙材料的弹性模量可按表5.2.8的规定采用。

表5.2.8 材料的弹性模量 E （N/mm 2）(5).玻璃幕墙材料的泊松比可按表5.2.9的规定采用。

表5.2.9 材料的泊松比υ(6).玻璃幕墙材料的线膨胀系数可按表5.2.10的规定采用。

表5.2.10 材料的线膨胀系数α(1/℃)(7).玻璃幕墙材料的重力密度标准值可按表5.3.1的规定采用。

表5.3.1 材料的重力密度γ（kN/m3)一、风荷载计算标高为37.9m处风荷载计算(1). 风荷载标准值计算:W0:基本风压W0=0.65 kN/m2βgz: 37.9m高处阵风系数(按B类区计算)βgz=0.89×[1+(Z/10)-0.16]=1.609μz: 37.9m高处风压高度变化系数(按B类区计算): (GB50009-2001(2006版)) μz=1.000×(Z/10)0.32=1.000×(37.9/10)0.32=1.532μs:风荷载体型系数μs=-1.20W k=βgz×μz×μs×W0(GB50009-2001(2006版))=1.609×1.532×1.2×0.650=1.923 kN/m2(2). 风荷载设计值:W: 风荷载设计值(kN/m2)γw: 风荷载作用效应的分项系数：1.4按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001 3.2.5 规定采用W=γw×W k=1.4×1.923=2.692kN/m2二、板强度校核:1.石材强度校核用级石材，其抗弯强度标准值为：8.0N/mm2石材抗弯强度设计值：3.70N/mm2石材抗剪强度设计值：1.90N/mm2校核依据：σ≤[σ]=3.700N/mm2A o: 石板短边长：0.600mB o: 石板长边长：1.100ma: 计算石板抗弯所用短边长度: 0.600mb: 计算石板抗弯所用长边长度: 0.900mt: 石材厚度: 25.0mmG AK:石板自重=700.00N/mm2m1: 四角支承板弯矩系数, 按短边与长边的边长比(a/b=0.667)查表得: 0.1383W k: 风荷载标准值: 1.923kN/m2垂直于平面的分布水平地震作用:q EAk: 垂直于幕墙平面的分布水平地震作用(kN/m2) q EAk=5×αmax×G AK=5×0.080×700.000/1000=0.280kN/m2荷载组合设计值为：S z=1.4×W k+1.3×0.5×q EAk=2.874kN/m2应力设计值为：σ=6×m1×S z×b2×103/t2=6×0.1383×2.874×0.9002×103/25.02=3.091N/mm23.091N/mm2≤3.700N/mm2强度可以满足要求2.石材剪应力校核校核依据: τmax≤[τ]τ:石板中产生的剪应力设计值(N/mm2)n:一个连接边上的挂钩数量: 2t:石板厚度: 25.0mmd:槽宽: 7.0mms:槽底总长度: 60.0mmβ:系数,取1.25对边开槽τ=S z×A o×B o×β×1000/[n×(t-d)×s]=1.098N/mm21.098N/mm2≤1.900N/mm2石材抗剪强度可以满足3.挂钩剪应力校核校核依据: τmax≤[τ]τ:挂钩剪应力设计值(N/mm2)A p:挂钩截面面积: 19.600mm2n:一个连接边上的挂钩数量: 2对边开槽τ=S z×A o×B o×β×1000/(2×n×A p)=30.245N/mm230.245N/mm2≤125.000N/mm2挂板抗剪强度可以满足三、幕墙立柱计算:1. 荷载计算:(1)风荷载均布线荷载设计值(矩形分布)q w: 风荷载均布线荷载设计值(kN/m)W: 风荷载设计值: 2.692kN/m2B: 幕墙分格宽: 1.000mq w=W×B=2.692×1.000=2.692 kN/m(2)立柱弯矩:M w: 风荷载作用下立柱弯矩(kN.m)q w: 风荷载均布线荷载设计值: 2.692(kN/m)H sjcg: 立柱计算跨度: 3.300mM w=q w×H sjcg2/8=2.692×3.3002/8=3.664 kN·mq EA: 地震作用设计值(KN/m2):垂直于幕墙平面的均布水平地震作用标准值:q EAk: 垂直于幕墙平面的均布水平地震作用标准值(kN/m2) q EAk=5×αmax×G Ak=5×0.080×700.000/1000=0.280 kN/m2γE: 幕墙地震作用分项系数: 1.3q EA=1.3×q EAk=1.3×0.280=0.364 kN/m2q E：水平地震作用均布线作用设计值(矩形分布)q E=q EA×B=0.364 kN/mM E: 地震作用下立柱弯矩(kN·m):M E=q E×H sjcg2/8=0.364×3.3002/8=0.495kN·mM: 幕墙立柱在风荷载和地震作用下产生弯矩(kN·m)采用S W+0.5S E组合M=M w+0.5×M E=3.664+0.5×0.495=3.912kN·m2. 选用立柱型材的截面特性:立柱型材号: XC1\HHH选用的立柱材料牌号:Q235 d<=16型材强度设计值: 抗拉、抗压215.000N/mm2抗剪125.0N/mm2型材弹性模量: E=2.10×105N/mm2X轴惯性矩: I x=101.000cm4Y轴惯性矩: I y=16.600cm4立柱型材在弯矩作用方向净截面抵抗矩: W n=25.300cm3立柱型材净截面积: A n=10.250cm2立柱型材截面垂直于X轴腹板的截面总宽度: LT_x=6.000mm立柱型材计算剪应力处以上(或下)截面对中和轴的面积矩: S s=37.400cm3塑性发展系数: γ=1.053. 幕墙立柱的强度计算:校核依据: N/A n+M/(γ×W n)≤ｆa=215.0N/mm2(拉弯构件)B: 幕墙分格宽: 1.000m幕墙自重线荷载:G k=700×B/1000=700×1.000/1000=0.700kN/mN k: 立柱受力:N k=G k×L=2.310kNN: 立柱受力设计值:r G: 结构自重分项系数: 1.2N=1.2×N k=1.2×2.310=2.772kNσ: 立柱计算强度(N/mm2)(立柱为拉弯构件)N: 立柱受力设计值: 2.772kNA n: 立柱型材净截面面积: 10.250cm2M: 立柱弯矩: 3.912kN·mW n: 立柱在弯矩作用方向净截面抵抗矩: 25.300cm3γ: 塑性发展系数: 1.05σ=N×10/A n+M×103/(1.05×W n)=2.772×10/10.250+3.912×103/(1.05×25.300)=149.965N/mm2149.965N/mm2 < ｆa=215.0N/mm2立柱强度可以满足4. 幕墙立柱的刚度计算:校核依据: d f≤L/250d f: 立柱最大挠度d f=5×q Wk×H sjcg4×1000/(384×2.1×I x)=14.000mmD u: 立柱最大挠度与其所在支承跨度(支点间的距离)比值:L: 立柱计算跨度: 3.300mD u=U/(L×1000)=14.000/(3.300×1000)=1/2361/236 > 1/250挠度不满足要求！层间增加一支点，立柱计算跨度：1.65m 计算如下：校核依据: d f≤L/250d f=5×q Wk×H sjcg4×1000/(384×2.1×I x)=0.875mmD u: 立柱最大挠度与其所在支承跨度(支点间的距离)比值:L: 立柱计算跨度: 1.650mD u=U/(L×1000)=0.875/(1.650×1000)=1/1886 < 1/250挠度可以满足要求！5. 立柱抗剪计算:校核依据: τmax≤[τ]=125.0N/mm2(1)Q wk: 风荷载作用下剪力标准值(kN)Q wk=W k×H sjcg×B/2=1.923×3.300×1.000/2=3.173kN(2)Q w: 风荷载作用下剪力设计值(kN)Q w=1.4×Q wk=1.4×3.173=4.442kN(3)Q Ek: 地震作用下剪力标准值(kN)Q Ek=q EAk×H sjcg×B/2=0.280×3.300×1.000/2=0.462kN(4)Q E: 地震作用下剪力设计值(kN)Q E=1.3×Q Ek=1.3×0.462=0.601kN(5)Q: 立柱所受剪力:采用Q w+0.5Q E组合Q=Q w+0.5×Q E=4.442+0.5×0.601=4.743kN(6)立柱剪应力:τ: 立柱剪应力:S s: 立柱型材计算剪应力处以上(或下)截面对中和轴的面积矩: 37.400cm3立柱型材截面垂直于X轴腹板的截面总宽度: LT_x=6.000mmI x: 立柱型材截面惯性矩: 101.000cm4τ=Q×S s×100/(I x×LT_x)=4.743×37.400×100/(101.000×6.000)=29.270N/mm2τ=29.270N/mm2 < 125.0N/mm2立柱抗剪强度可以满足四、立柱与主结构连接采用S G+S W+0.5S E组合N1wk: 连接处风荷载总值(N):N1wk=W k×B×H sjcg×1000=1.923×1.000×3.300×1000=6345.9N连接处风荷载设计值(N) :N1w=1.4×N1wk=1.4×6345.9=8884.26NN1Ek: 连接处地震作用(N):N1Ek=q EAk×B×H sjcg×1000=0.280×1.000×3.300×1000=924.0NN1E: 连接处地震作用设计值(N):N1E=1.3×N1Ek=1.3×924.0=1201.2NN1: 连接处水平总力(N):N1=N1w+0.5×N1E=8884.26+0.5×1201.2=9484.86NN2: 连接处自重总值设计值(N):N2k=700×B×H sjcg=700×1.000×3.300=2310.0NN2: 连接处自重总值设计值(N):N2=1.2×N2k=1.2×2310.0=2772.0NN: 连接处总合力(N):N=(N12+N22)0.5=(9484.862+2772.0002)0.5=9881.63N根据《钢结构设计规范》GB50017-2003 公式7.1.1-1、7.1.1-2和7.1.1-3计算h f:角焊缝焊脚尺寸8.000mmL:角焊缝实际长度80.000mmh e:角焊缝的计算厚度=0.7h f=5.6mmL w:角焊缝的计算长度=L-2h f=64.0mmf hf:角焊缝的强度设计值:120N/mm2βf:角焊缝的强度设计值增大系数，取值为:1.22σm:弯矩引起的应力σm=6×M/(2×h e×l w2×βf)=35.88N/mm2σn:法向力引起的应力σn =N/(2×h e×L w×βf)=10.85N/mm2τ:剪应力τ=V/(2×H f×L w)=2.71N/mm2σ:总应力σ=((σm+σn)2+τ2)0.5=46.81σ=46.81N/mm2≤f hf=120N/mm2焊缝强度可以满足!五、幕墙预埋件总截面面积计算本工程预埋件受拉力和剪力V: 剪力设计值:V=N2=2772.0NN: 法向力设计值:N=N1=9484.86NM: 弯矩设计值(N·mm):e2: 螺孔中心与锚板边缘距离: 60.0mmM=V×e2=2772.0×60.0=166320.0N·mmN um1: 锚筋根数: 4根锚筋层数: 2层αr: 锚筋层数影响系数: 1.0关于混凝土：强度等级C30混凝土轴心抗压强度设计值:f c=14.300N/mm2按现行国家标准≤混凝土结构设计规范≥GB50010-2002 表4.1.4采用。