人防指挥中心幕墙外装饰工程设计计算书.doc

人防指挥中心幕墙外装饰工程设计计算书计算:校核: 二七年五月十五日目 录玻璃幕墙部分一、计算依据及说明11.设计依据12.基本计算公式1二、风荷载计算21.风荷载标准值:22.风荷载设计值:2三、玻璃计算21.玻璃面积:22.玻璃板块自重:23.分布水平地震作用计算:24.玻璃强度计算:35.玻璃跨中挠度计算:3四、结构胶计算41.结构胶宽度计算:42.结构胶厚度计算:43.结构胶强度计算:4五、立柱计算51.立柱材料预选:52.选用立柱型材的截面特性:63.立柱的强度计算:64.立柱的刚度计算:75.立柱抗剪计算:8六、立梃与主结构连接计算81.立柱与主结构连接计算:8七、横梁计算81.选用横梁型材的截面特性:82.横梁的强度计算:93.横梁的刚度计算:104.横梁的抗剪强度计算:11石材幕墙部分一、计算依据及说明121.设计依据122.基本计算公式13二、风荷载计算131.风荷载标准值:132.风荷载设计值:14三、石材计算141.石材面板荷载计算:142.石材面板强度计算:143.石材剪应力计算:144.石材挂件剪应力计算:14四、立柱计算141.立柱荷载计算:152.选用立柱型材的截面特性:163.立柱的强度计算:164.立柱的刚度计算:175.立柱抗剪计算:17五、横梁计算171.选用横梁型材的截面特性:182.横梁的强度计算:193.横梁的刚度计算:204.横梁的抗剪强度计算:20铝塑板幕墙部分一、计算依据及说明211.设计依据212.基本计算公式22二、风荷载计算221.风荷载标准值:222.风荷载设计值:22三、复合铝板强度计算221.面板荷载计算:232.铝板强度计算:233.角码抗剪强度校核:234.铆钉抗拉强度计算:24四、立柱计算241.立柱荷载计算:252.选用立柱型材的截面特性:253.立柱的强度计算:254.立柱的刚度计算:265.立柱抗剪计算:26玻璃幕墙设计计算书一、 计算依据及说明1. 设计依据 建筑结构荷载规范 GB 50009-2001 建筑抗震设计规范 GB 50011-2001 建筑结构可靠度设计统一标准 GB 50068-2001 钢结构设计规范 GB 50017-2003 玻璃幕墙工程技术规范 JGJ 102-2003 玻璃幕墙工程质量检验标准 JGJ/T 139-2001 金属与石材幕墙工程技术规范 JGJ 133-2001 建筑制图标准 GB/T 50104-2001 建筑玻璃应用技术规程 JGJ 113-2003 全玻璃幕墙工程技术规程 DBJ/CT 014-2001 点支式玻璃幕墙工程技术规程 CECS 127:2001 点支式玻幕墙支承装置 JC 1369-2001 吊挂式玻幕墙支承装置 JC 1368-2001 建筑铝型材 基材 GB/T 5237.1-2004 建筑铝型材 阳极氧化、着色型材 GB/T 5237.2-2004 建筑铝型材 电泳涂漆型材 GB/T 5237.3-2004 建筑铝型材 粉末喷涂型材 GB/T 5237.4-2004 建筑铝型材 氟碳漆喷涂型材 GB/T 5237.5-2004 铝合金建筑型材 隔热型材 GB/T 5237.6-2004 玻璃幕墙力学性能 GB/T 18091-2000 建筑幕墙平面内变形性能检测方法 GB/T 18250-2000 建筑幕墙抗震性能振动台试验方法 GB/T 18575-2001 紧固件机械性能 螺栓、螺钉和螺柱 GB 3098.1-2000 紧固件机械性能 螺母 粗牙螺纹 GB 3098.2-2000 紧固件机械性能 螺母 细牙螺纹 GB 3098.4-2000 紧固件机械性能 自攻螺钉 GB 3098.5-2000 紧固件机械性能 不锈钢螺栓、螺钉、螺柱 GB 3098.6-2000 紧固件机械性能 不锈钢 螺母 GB 3098.15-2000 螺纹紧固件应力截面积和承载面积 GB/T 16823.1-1997 焊接结构用耐候钢 GB/T 4172-2000 浮法玻璃 GB 11614-1999 夹层玻璃 GB 9962-1999 钢化玻璃 GB/T 9963-1998 幕墙用钢化玻璃与半钢化玻璃 GB 17841-1999 铝及铝合金轧制板材 GB/T 3880-1997 铝塑复合板 GB/T 17748 干挂天然花山岗石，建筑板材及其不锈钢配件 JC 830.1,830.2-1998 建筑用铝型材、铝板氟碳涂层 JC 133-2000 建筑用安全玻璃 防火玻璃 GB 15763.1-2001 混凝土接缝用密封胶 JC/T 881-2001 幕墙玻璃接缝用密封胶 JC/T 882-2001 石材幕墙接缝用密封胶 JC/T 883-2001 中空玻璃用弹性密封胶 JC/T 486-2001 天然花岗石建筑板材 GB/T 18601-2001 铝合金窗 GB/T 8479-2003 铝合金门 GB/T 8478-2003 混凝土用膨胀型、扩孔型建筑锚栓 JG 160-2004 混凝土结构后锚固技术规程 JGJ 145-2004 公共建筑节能设计标准 GB 50189-2005 建筑用硬质塑料隔热条 JG/T 174-2005 建筑用隔热铝合金型材 穿条式 JG/T 175-20052. 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; 人防指挥中心按B类地区计算风压(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 7.1.1 采用 风荷载计算公式: Wk=gzzsW0 其中: Wk-作用在幕墙上的风荷载标准值(kN/m2) gz-瞬时风压的阵风系数,按建筑结构荷载规范GB50009-2001取定 根据不同场地类型,按以下公式计算:gz=K(1+2f) 其中K为地区粗糙度调整系数，f为脉动系数 A类场地: gz=0.92(1+2f) 其中：f=0.387()(-0.12) B类场地: gz=0.89(1+2f) 其中：f=0.5()(-0.16) C类场地: gz=0.85(1+2f) 其中：f=0.734()(-0.22) D类场地: gz=0.80(1+2f) 其中：f=1.2248()(-0.3) z-风压高度变化系数,按建筑结构荷载规范GB50009-2001取定, 根据不同场地类型,按以下公式计算: A类场地: z=1.379()0.24 B类场地: z=()0.32 C类场地: z=0.616()0.44 D类场地: z=0.318()0.60 本工程属于B类地区 s-风荷载体型系数,按建筑结构荷载规范GB50009-2001取为：1.2 W0-基本风压,按全国基本风压图,临沂地区取为0.4kN/m2(3).地震作用计算: qEAk=EmaxGAK 其中: qEAk-水平地震作用标准值 E-动力放大系数,按 5.0 取定 max-水平地震影响系数最大值,按相应设防烈度取定: 6度: max=0.04 7度: max=0.08 8度: max=0.16 9度: max=0.32 临沂地区设防烈度为8度,根据本地区的情况,故取max=0.16 GAK-幕墙构件的自重(N/m2)(4).荷载组合: 结构设计时，根据构件受力特点，荷载或作用的情况和产生的应力(内力)作用方向，选用最不利的组合，荷载和效应组合设计值按下式采用： GSG+wwSw+EESE+TTST 各项分别为永久荷载：重力；可变荷载：风荷载、温度变化；偶然荷载：地震 水平荷载标准值: qk=Wk+0.5qEAk 水平荷载设计值: q=1.4Wk+0.51.3qEAk 荷载和作用效应组合的分项系数,按以下规定采用: 对永久荷载采用标准值作为代表值，其分项系数满足： a.当其效应对结构不利时：对由可变荷载效应控制的组合，取1.2；对有永久荷载效应控制的组合，取1.35 b.当其效应对结构有利时：一般情况取1.0；对结构倾覆、滑移或是漂浮验算，取0.9 可变荷载根据设计要求选代表值，其分项系数一般情况取1.4二、 风荷载计算1. 风荷载标准值: Wk: 作用在玻璃幕墙上的风荷载标准值(kN/m2) z:10m高处风压高度变化系数(按B类区计算): (GB50009-2001 7.2.1) z=1()0.32=1 f:脉动系数: (GB50009-2001 7.4.2-8) f=0.535(1.8(0.16-0.16)()-0.16=0.5 gz:阵风系数: (GB50009-2001 7.5.1-1) gz=0.89(1+2f) = 1.78 Wk=gzzsW0 (JGJ102-2003 5.3.2) =1.7811.20.4 =0.8544 kN/m2 Wk1kN/m2,取Wk=1kN/m22. 风荷载设计值: W: 风荷载设计值: kN/m2 w : 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JGJ 102-2003 5.1.6条规定采用 W=wWk=1.41=1.4kN/m2 三、 玻璃计算1. 玻璃面积: B: 该处玻璃幕墙分格宽: 1.2m H: 该处玻璃幕墙分格高: 2m A: 该处玻璃板块面积: A=BH =1.22 =2.4m2 2. 玻璃板块自重: GAK: 玻璃板块平均自重(不包括铝框): 玻璃的体积密度为: 25.6(kN/m3) (JGJ102-2003 5.3.1) BT_L: 中空玻璃内侧玻璃厚度为: 6(mm) BT_w: 中空玻璃外侧玻璃厚度为: 6(mm) GAK= = =0.3072kN/m23. 分布水平地震作用计算: max: 水平地震影响系数最大值:0.16 qEAk: 垂直于玻璃平面的分布水平地震作用(kN/m2) qEAk=EmaxGAK (JGJ102-2003 5.3.4) =50.160.3072 =0.24576kN/m2 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/m2) qEA=rEqEAk =1.30.24576 =0.319488kN/m24. 玻璃强度计算: 选定面板材料为: 校核依据: g q: 玻璃所受组合荷载: a: 玻璃短边边长: 1.2m b: 玻璃长边边长: 2m ti:中空玻璃内侧玻璃厚度为: 6(mm) to:中空玻璃外侧玻璃厚度为: 6(mm) E: 玻璃弹性模量 : 72000N/mm2 m: 玻璃板面跨中弯曲系数,按边长比a/b查表6.1.2-1得 : 0.0868 : 折减系数,根据参数查表6.1.2-2 w: 玻璃所受应力: 采用风荷载与地震荷载组合: q=W+EqEA =1.4+0.50.319488 =1.55974kN/m2 荷载分配系数计算 ro=1.1 =1.1 =0.55 ri= = =0.5 参数计算: wo= (JGJ102-2003 6.1.2-3) = =12.2222 wi= = =11.1111 eo= (JGJ102-2003 6.1.2-3) = =3.00373 ei= = =2.73067 查表6.1.2-2 分别得到折减系数 wo = 0.951111 wi = 0.955556 eo = 1 ei = 1 玻璃应力标准值计算: wo=wo (JGJ102-2003 6.1.2-1) =0.951111 =10.8975N/mm2 wi=wi =0.955556 =9.95307N/mm2 eo=eo (JGJ102-2003 6.1.2-2) =1 =2.81582N/mm2 ei=ei =1 =2.55984N/mm2 玻璃应力设计值为: o=wwo+EEeo =1.410.8975+0.51.32.81582 =17.0867N/mm2g=84N/mm2 i=wwi+EEei =1.49.95307+0.51.32.55984 =15.5982N/mm2g=28N/mm2 玻璃的强度满足 5. 玻璃跨中挠度计算: 校核依据: dfdflim= 1000=20mm D: 玻璃刚度(Nmm) : 玻璃泊松比: 0.2 E: 玻璃弹性模量 : 72000N/mm2 te: 中空玻璃的等效厚度 te=0.95 =0.95 =7.18155mm D= = =2.31491e+006Nmm qk: 玻璃所受组合荷载: qk=Wk =1 =1kN/m2 : 挠度系数,按边长比a/b查 表6.1.3 得 : 0.00867 参数计算: = (JGJ102-2003 6.1.2-3) =109 =10.8273 : 折减系数,根据参数查表6.1.2-2 得 = 0.956691 df: 玻璃在风荷载和地震荷载作用下挠度最大值 df= (JGJ102-2003 6.1.3-2) =0.956691 =7.42987mm 7.42987mmdflim=20mm 玻璃的挠度满足四、 结构胶计算1. 结构胶宽度计算:(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) W: 风荷载设计值: 1.55974kN/m2 a: 矩形分格短边长度: 1.2m f1: 结构胶的短期强度允许值:0.2N/mm2 按5.6.2条规定采用 Cs1= (JGJ102-2003 5.6.3-1) = =4.67923mm 取5mm(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: 1.2m H: 幕墙分格高: 2m BT_L: 中空玻璃内侧玻璃厚度为: 6mm BT_w: 中空玻璃外侧玻璃厚度为: 6mm f2: 结构胶的长期强度允许值: 0.01N/mm2 按5.6.2条规定采用 Cs2= (JGJ102-2003 5.6.3-3) = =13.824mm 取14mm(3)结构硅酮密封胶的最大计算宽度: 14mm2. 结构胶厚度计算:(1)温度变化效应胶缝厚度的计算: Ts: 温度变化效应结构胶的粘结厚度: mm 1: 结构硅酮密封胶的温差变位承受能力: 0.125 : 年温差: 80 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: al=2.3510-5 玻璃线膨胀系数: aw=110-5 Us= = =2.16mm Ts= (JGJ102-2003 5.6.5) = =4.19102mm(2)地震作用下胶缝厚度的计算: Ts: 地震作用下结构胶的粘结厚度: mm H: 幕墙分格高: 2m :幕墙层间变位设计变位角1/550 :胶缝变位折减系数0.7 2: 结构硅酮密封胶的地震变位承受能力: 1 Ts= = =4.40885mm(3)结构硅酮密封胶的最大计算厚度: 5mm3. 结构胶强度计算:(1)设计选定胶缝宽度和厚度: 胶缝选定宽度为: 15 mm 胶缝选定厚度为: 8 mm (2)短期荷载和作用在结构胶中产生的拉应力: W: 风荷载以及地震荷载组合设计值: 1.55974kN/m2 a: 矩形分格短边长度: 1.2m Cs: 结构胶粘结宽度: 15 mm 1= = =0.0623898N/mm2(3)短期荷载和作用在结构胶中产生的剪应力: H: 幕墙分格高: 2m B: 幕墙分格宽: 1.2mm 2= = =0.009216N/mm20.01N/mm2 结构胶长期强度满足要求 (4)短期荷载和作用在结构胶中产生的总应力: = = =0.0630668N/mm20.2N/mm2 结构胶短期强度满足要求 五、 立柱计算1. 立柱材料预选:(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: 1kN/m2 Bl: 幕墙左分格宽: 1.2m Br: 幕墙右分格宽: 1.2m qwk=Wk =1 =1.2kN/m qw=1.4qwk =1.41.2 =1.68kN/m(2)分布水平地震作用设计值 GAkl: 立柱左边幕墙构件(包括面板和框)的平均自重: 0.45kN/m2 GAkr: 立柱右边幕墙构件(包括面板和框)的平均自重: 0.45kN/m2 qEAkl=5maxGAkl (JGJ102-2003 5.3.4) =50.160.45 =0.36kN/m2 qEAkr=5maxGAkr (JGJ102-2003 5.3.4) =50.160.45 =0.36kN/m2 qek= = =0.432kN/m qe=1.3qek =1.30.432 =0.5616kN/m(3)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: 1.68(kN/m) Hvcal: 立柱计算跨度: 2.1m Mw=qwHvcal2 =1.682.12 =0.9261kNm ME: 地震作用下立柱弯矩(kNm): ME=qeHvcal2 =0.56162.12 =0.309582kNm M: 幕墙立柱在风荷载和地震作用下产生弯矩(kNm) 采用SW+0.5SE组合 M=Mw+0.5ME =0.9261+0.50.309582 =1.08089kNm(4)W: 立柱抗弯矩预选值(cm3) W= = =12.04cm3(5)Ivcal: 立柱惯性矩预选值(cm4) Ivcal= = =37.2094cm4 选定立柱惯性矩应大于: 37.2094cm42. 选用立柱型材的截面特性: 选定立柱材料类别: 铝-6063-T5 选用立柱型材名称: 60 型材强度设计值: 85.5N/mm2 型材弹性模量: E=70000N/mm2 X轴惯性矩: Ix=43.4271cm4 Y轴惯性矩: Iy=40.0699cm4 X轴上部截面矩: Wx1=14.2586cm3 X轴下部截面矩: Wx2=14.6995cm3 Y轴左部截面矩: Wy1=13.3566cm3 Y轴右部截面矩: Wy2=13.3566cm3 型材截面积: A=8.67328cm2 型材计算校核处抗剪壁厚: t=3mm 型材截面面积矩: Ss=8.9291cm3 塑性发展系数: =1.05 3. 立柱的强度计算: 校核依据: + a (JGJ102-2003 6.3.7) Bl: 幕墙左分格宽: 1.2m Br: 幕墙右分格宽: 1.2m Hv: 立柱长度 GAkl: 幕墙左分格自重: 0.45kN/m2 GAKr: 幕墙右分格自重: 0.45kN/m2 幕墙自重线荷载: Gk=(GAklBl+GAkrBr) =(0.451.2+0.451.2) =0.54kN/m Nk: 立柱受力: Nk=GkHv =0.542.1 =1.134kN N: 立柱受力设计值: rG: 结构自重分项系数: 1.2 N=1.2Nk =1.21.134 =1.3608kN : 立柱计算强度(N/mm2) A: 立柱型材截面积: 8.67328cm2 M: 立柱弯矩: 1.08089kNm Wx2: 立柱截面抗弯矩: 14.2586cm3 : 塑性发展系数: 1.05 = + = + =73.7654N/mm2 73.7654N/mm2 a=85.5N/mm2 立柱强度满足要求4. 立柱的刚度计算: 校核依据: Umax Dfmax: 立柱最大允许挠度: Dfmax=1000 =1000 =11.6667mm Umax: 立柱最大挠度 qwk : 风荷载线荷载标准值 1.2kN/m2 Hvcal:立柱计算跨度 2.1m E : 立柱材料的弹性模量 70000N/mm2 Ix: 立柱截面的惯性矩 43.4271cm4 Umax= = =9.99628mm11.6667mm 立柱最大挠度Umax为: 9.99628mm 挠度满足要求5. 立柱抗剪计算: 校核依据: max=49.6N/mm2(1)Qw: 风荷载作用下剪力设计值(kN) w : 风荷载分项系数 1.4 qwv:风荷载线荷载设计值 1.68kN/m2 Qw=wqwvHvcal/2 =1.41.682.1/2 =1.764kN(2)QE: 地震作用下剪力设计值(kN) E : 地震荷载分项系数 1.3 qev:水平分布地震荷载线荷载设计值 0.5616kN/m2 QEk=EqevHvcal/2 =1.30.56162.1/2 =0.58968kN(3)Q: 立柱所受剪力: 采用Qw+0.5QE组合 Q=Qw+0.5QE =1.764+0.50.58968 =2.05884kN(4)立柱剪应力: : 立柱剪应力: Ss: 立柱型材截面面积矩: 8.9291cm3 Ix: 立柱型材截面惯性矩: 43.4271cm4 t: 立柱抗剪壁厚: 3mm = = =14.1107N/mm2 14.1107N/mm249.6N/mm2 立柱抗剪强度可以满足六、 立梃与主结构连接计算1. 立柱与主结构连接计算: 连接处角码材料 : 钢-Q235 Lct: 连接处角码壁厚: 6mm Dv: 连接螺栓直径: 12mm Dve: 连接螺栓直径: 10.36mm 采用SG+SW+0.5SE组合 Nh: 连接处水平总力(N): Nh=Q2 =2.058842 =4.11768kN Ng: 连接处自重总值设计值(N): Ng=GHv =1.22.1 =1.3608kN N: 连接处总合力(N): N= =1000 =4336.71N Nb: 螺栓的承载能力: Nv: 连接处剪切面数: 2 Nb=23.14140 (GB 50017-2003 7.2.1-1) =23.14140 =23603N Nnum: 立梃与建筑物主结构连接的螺栓个数: Nnum= = =0.183736个 取2个 Ncbl: 立梃型材壁抗承压能力(N): Nvl: 连接处剪切面数: 22 t: 立梃壁厚: 3mm Ncbl=Dv2120tNnum (GB 50017-2003 7.2.1-3) =12212032 =17280N 4336.71N 17280N 立梃型材壁抗承压能力满足 Ncbg: 角码型材壁抗承压能力(N): Ncbg=Dv2325LctNnum (GB 50017-2003 7.2.1-3) =12232562 =93600N 4336.71N 93600N 角码型材壁抗承压能力满足七、 横梁计算1. 选用横梁型材的截面特性: 选定横梁材料类别: 铝-6063-T5 选用横梁型材名称: 60横料(1099) 型材强度设计值: 85.5N/mm2 型材弹性模量: E=70000N/mm2 X轴惯性矩: Ix=120cm4 Y轴惯性矩: Iy=120cm4 X轴上部截面矩: Wx1=34cm3 X轴下部截面矩: Wx2=34cm3 Y轴左部截面矩: Wy1=34cm3 Y轴右部截面矩: Wy2=34cm3 型材截面积: A=10cm2 型材计算校核处抗剪壁厚: t=4mm 型材截面绕X轴面积矩: Ss=12cm3 型材截面绕Y轴面积矩: Ssy=12cm3 塑性发展系数: =1.05 2. 横梁的强度计算: 校核依据: + a=85.5 (JGJ102-2003 6.2.4) (1)横梁在自重作用下的弯矩(kNm) Hh: 幕墙分格高: 2m Bh: 幕墙分格宽: 1.2m GAkhu: 横梁上部面板自重: 0.45kN/m2 GAkhd: 横梁下部面板自重: 0.45kN/m2 Ghk: 横梁自重荷载线分布均布荷载集度标准值(kN/m): Ghk=0.45Hh =0.452 =0.9kN/m Gh: 横梁自重荷载线分布均布荷载集度设计值(kN/m) Gh=GGhk =1.20.9 =1.08kN/m Mhg: 横梁在自重荷载作用下的弯矩(kNm) Mhg=GhBh2 =1.081.22 =0.1944kNm(2)横梁在风荷载作用下的弯矩(kNm) 横梁上部风荷载线分布最大荷载集度标准值(三角形分布) 横梁下部风荷载线分布最大荷载集度标准值(三角形分布) 分横梁上下部分别计算 Hhu: 横梁上部面板高度 2m Hhd: 横梁下部面板高度 2m qwku=Wk =1 =0.6kN/m qwkd=Wk