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郑州日产汽车有限公司第二工厂项目

点式钢管结构幕墙设计计算书

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深圳文业建筑装饰工程有限公司
二〇一〇年一月二十五日
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 铝材规范： 2
1.4 金属板及石材规范： 2
1.5 玻璃规范： 2
1.6 钢材规范： 3
1.7 胶类及密封材料规范： 3
1.8 门窗及五金件规范： 4
1.9 相关物理性能等级测试方法： 5
1.10 《建筑结构静力计算手册》(第二版) 5
1.11 土建图纸： 5
2 基本参数 6
2.1 幕墙所在地区： 6
2.2 地面粗糙度分类等级： 6
2.3 抗震烈度： 6
3 幕墙承受荷载计算 6
3.1 风荷载标准值的计算方法： 6
3.2 计算支撑结构时的风荷载标准值： 7
3.3 计算面板材料时的风荷载标准值： 7
3.4 垂直于幕墙平面的分布水平地震作用标准值： 8
3.5 作用效应组合： 8
4 点式幕墙大面玻璃的计算 9
4.1 玻璃板块荷载计算： 9
4.2 玻璃的强度计算： 10
4.3 玻璃最大挠度校核： 11
5 型钢结构计算 12
5.1 选用型钢的截面特性： 13
5.2 型钢型材受力分析： 13
5.3 弯矩和挠度分析与校核： 14
6 附录 常用材料的力学及其它物理性能 16

点式钢管结构幕墙设计计算书
1 计算引用的规范、标准及资料
1.1 幕墙设计规范：
《铝合金结构设计规范》 GB50429-2007
《玻璃幕墙工程技术规范》 JGJ102-2003
《点支式玻璃幕墙工程技术规程》 CECS127-2001
《点支式玻璃幕墙支承装置》 JG138-2001
《吊挂式玻璃幕墙支承装置》 JG139-2001
《建筑玻璃应用技术规程》 JGJ113-2003
《建筑瓷板装饰工程技术规范》 CECS101：98
《建筑幕墙》 GB/T21086-2007
《金属与石材幕墙工程技术规范》 JGJ133-2001
《小单元建筑幕墙》 JG/T216-2008
1.2 建筑设计规范：
《地震震级的规定》 GB/T17740-1999
《钢结构防火涂料》 GB14907-2002
《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)
《高处作业吊蓝》 GB19155-2003
《工程抗震术语标准》 JGJ/T97-95
《工程网络计划技术规程》 JGJ/T121-99
《混凝土结构后锚固技术规程》 JGJ145-2004
《混凝土结构设计规范》 GB50010-2002
《混凝土用膨胀型、扩孔型建筑锚栓》 JG160-2004
《建筑表面用有机硅防水剂》 JC/T902-2002
《建筑材料放射性核素限量》 GB6566-2001
《建筑防火封堵应用技术规程》 CECS154：2003
《建筑钢结构焊接技术规程》 JGJ81-2002
《建筑工程抗震设防分类标准》 GB50223-2008
《建筑工程预应力施工规程》 CECS180：2005
《建筑结构荷载规范》 GB50009-2001(2006年版、局部修订)
《建筑结构可靠度设计统一标准》 GB50068-2001
《建筑抗震设计规范》 GB50011-2001(2008年版)
《建筑设计防火规范》 GB50016-2006
《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
《预应力筋用锚具、夹具和连接器应用技术规程》JGJ85-2002
1.3 铝材规范：
《变形铝及铝合金化学成份》 GB/T3190-2008
《建筑用隔热铝合金型材-穿条式》 JG/T175-2005
《建筑用铝型材、铝板氟碳涂层》 JG/T133-2000
《铝合金建筑型材第1部分基材》 GB5237.1-2008
《铝合金建筑型材第2部分阳极氧化、着色型材》 GB5237.2-2008
《铝合金建筑型材第3部分电泳涂漆型材》 GB5237.3-2008
《铝合金建筑型材第4部分粉末喷涂型材》 GB5237.4-2008
《铝合金建筑型材第5部分氟碳漆喷涂型材》 GB5237.5-2008
《铝合金建筑型材第6部分隔热型材》 GB5237.6-2004
《铝及铝合金彩色涂层板、带材》 YS/T431-2000
《一般工业用铝及铝合金板、带材》 GB/T3880.1～3-2006
《铝型材截面几何参数算法及计算机程序要求》 YS/T437-2000
《有色电泳涂漆铝合金建筑型材》 YS/T459-2003
1.4 金属板及石材规范：
《干挂饰面石材及其金属挂件》 JC830.1、2-2005
《建筑装饰用微晶玻璃》 JC/T872-2000
《建筑幕墙用瓷板》 JG/T217-2007
《建筑装饰用搪瓷钢板》 JG/T234-2008
《微晶玻璃陶瓷复合砖》 JC/T994-2006
《超薄天然石材复合板》 JC/T1049-2007
《铝幕墙板、板基》 YS/T429.1-2000
《铝幕墙板、氟碳喷漆铝单板》 YS/T429.2-2000
《建筑幕墙用铝塑复合板》 GB/T17748-2008
《铝塑复合板用铝带》 YS/T432-2000
《天然板石》 GB/T18600-2001
《天然大理石荒料》 JC/T202-2001
《天然大理石建筑板材》 GB/T19766-2005
《天然花岗石荒料》 JC/T204-2001
《天然花岗石建筑板材》 GB/T18601-2001
《天然石材统一编号》 GB/T17670-2008
《天然饰面石材术语》 GB/T13890-2008
1.5 玻璃规范：
《镀膜玻璃 第1部分：阳光控制镀膜玻璃》 GB/T18915.1-2002
《镀膜玻璃 第2部分：低辐射镀膜玻璃》 GB/T18915.2-2002
《防弹玻璃》 GB17840-1999
《浮法玻璃》 GB11614-1999
《夹层玻璃》 GB/T9962-1999
《建筑用安全玻璃 第2部分：钢化玻璃》 GB15763.2-2005
《建筑用安全玻璃 防火玻璃》 GB15763.1-2001
《幕墙用钢化玻璃与半钢化玻璃》 GB17841-2008
《普通平板玻璃》 GB4871-1995
《热弯玻璃》 JC/T915-2003
《压花玻璃》 JC/T511-2002
《中空玻璃》 GB/T11944-2002
《着色玻璃》 GB/T18701-2002
1.6 钢材规范：
《建筑结构用冷弯矩形钢管》 JG/T178-2005
《不锈钢棒》 GB/T1220-2007
《不锈钢冷加工钢棒》 GB/T4226-1984
《不锈钢冷轧钢板及钢带》 GB/T3280-2007
《不锈钢热轧钢板及钢带》 GB/T4237-2007
《不锈钢丝》 GB/T4240-93
《建筑用不锈钢绞线》 JG/T200-2007
《不锈钢小直径无缝钢管》 GB/T3090-2000
《擦窗机》 GB19154-2003
《彩色涂层钢板和钢带》 GB/T12754-2006
《低合金钢焊条》 GB/T5118-1995
《低合金高强度结构钢》 GB/T1591-2008
《建筑幕墙用钢索压管接头》 JG/T201-2007
《耐候结构钢》 GB/T4171-2008
《高碳铬不锈钢丝》 YB/T096—1997
《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
《冷拔异形钢管》 GB/T3094-2000
《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薄钢板及钢带》GB/T912-2008
《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
《预应力筋用锚具、夹具和连接器》 GB/T14370-2000
1.7 胶类及密封材料规范：
《丙烯酸酯建筑密封膏》 JC484-2006
《幕墙玻璃接缝用密封胶》 JC/T882-2001
《彩色涂层钢板用建筑密封胶》 JC/T884-2001
《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
《工业用橡胶板》 GB/T5574-1994
《混凝土建筑接缝用密封胶》 JC/T881-2001
《建筑窗用弹性密封剂》 JC485-2007
《建筑密封材料试验方法》 GB/T13477.1～20-2002
《建筑用防霉密封胶》 JC/T885-2001
《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
《建筑用硬质塑料隔热条》 JG/T174-2005
《建筑装饰用天然石材防护剂》 JC/T973-2005
《聚氨酯建筑密封胶》 JC/T482-2003
《聚硫建筑密封胶》 JC/T483-2006
《绝热用岩棉、矿棉及其制品》 GB/T11835-2007
《硫化橡胶或热塑性橡胶撕裂强度的测定》 GB/T529-1999
《石材用建筑密封胶》 JC/T883-2001
《橡胶袖珍硬度计压入硬度试验方法》 GB/T531-1999
《修补用天然橡胶胶粘剂》 HG/T3318-2002
《中空玻璃用弹性密封胶》 JC/T486-2001
《中空玻璃用丁基热熔密封胶》 JC/T914-2003
1.8 门窗及五金件规范：
《封闭型沉头抽芯铆钉》 GB/T12616-2004
《封闭型平圆头抽芯铆钉》 GB/T12615-2004
《紧固件螺栓和螺钉》 GB/T5277-1985
《紧固件公差螺栓、螺钉、螺柱和螺母》 GB/T3103.1-2002
《紧固件机械性能不锈钢螺母》 GB/T3098.15-2000
《紧固件机械性能不锈钢螺栓、螺钉、螺柱》 GB/T3098.6-2000
《紧固件机械性能抽芯铆钉》 GB/T3098.19-2004
《紧固件机械性能螺母、粗牙螺纹》 GB/T3098.2-2000
《紧固件机械性能螺母、细牙螺纹》 GB/T3098.4-2000
《紧固件机械性能螺栓、螺钉和螺柱》 GB/T3098.1-2000
《紧固件机械性能自攻螺钉》 GB/T3098.5-2000
《紧固件术语盲铆钉》 GB/T3099-2004
《铝合金门窗》 GB/T8478-2008
《螺纹紧固件应力截面积和承载面积》 GB/T16823.1-1997
《十字槽盘头螺钉》 GB/T818-2000
《地弹簧》 QB/T2697-2005
《铝合金门插锁》 QB/T3885-1999
《平开铝合金窗把手》 QB/T3886-1999
《铝合金撑挡》 QB/T3887-1999
《铝合金窗不锈钢滑撑》 QB/T3888-1999
《铝合金门窗拉手》 QB/T3889-1999
《铝合金窗锁》 QB/T3900-1999
《铝合金门锁》 QB/T3901-1999
《推拉铝合金门用滑轮》 QB/T3902-1999
《闭合器》 QB/T3893-1999
《外装门锁》 QB/T2473-2000
《弹子插芯门锁》 GB/T2474-2000
《叶片门锁》 QB/T2475-2000
《球型门锁》 QB/T2476-2000
《铜合金铸件》 GB/T13819-1992
《锌合压铸件》 GB/T13821-1992
《铝合金压铸件》 GB/T15114-1994
《铸件尺寸公差与机械加工余量》 QB/T6414-1999
《建筑门窗五金件 插销》 JG214-2007
《建筑门窗五金件 传动机构用执手》 JG124-2007
《建筑门窗五金件 旋压执手》 JG213-2007
《建筑门窗五金件 合页（铰链）》 JG125-2007
《建筑门窗五金件 传动锁闭器》 JG126-2007
《建筑门窗五金件 滑撑》 JG127-2007
《建筑门窗五金件 滑轮》 JG129-2007
《建筑门窗五金件 多点锁闭器》 JG215-2007
《建筑门窗五金件 撑挡》 JG128-2007
《建筑门窗五金件 通用要求》 JG212-2007
《建筑门窗五金件 单点锁闭器》 JG130-2007
《建筑门窗内平开下悬五金系统》 JG168-2004
《钢塑共挤门窗》 JG207-2007
《电动采光排烟窗》 JG189-2006
1.9 相关物理性能等级测试方法：
《玻璃幕墙工程质量检验标准》 JGJ/T139-2001
《玻璃幕墙光学性能》 GB/T18091-2000
《采暖居住建筑节能检验标准》 JGJ132-2001
《彩色涂层钢板和钢带试验方法》 GB/T13448-2006
《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
《建筑防水材料老化试验方法》 GB/T18244-2000
《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
《建筑外门窗气密、水密、抗风压性能分级及检测方法》GB/T7106-2008
《建筑装饰装修工程施工质量验收规范》 GB50210-2001
《金属材料室温拉伸试验方法》 GB/T228-2002
1.10 《建筑结构静力计算手册》(第二版)
1.11 土建图纸：

2 基本参数
2.1 幕墙所在地区：
郑州地区；
2.2 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B类地形考虑。
2.3 抗震烈度：
根据国家规范《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001 2008版)，郑州地区地震基本烈度为7度，地震动峰值加速度为0.15g，水平地震影响系数最大值为：αmax=0.12。
3 幕墙承受荷载计算
3.1 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(GB50009-2001 2006年版)计算：
wk=βgzμzμs1w0 ……7.1.1-2[GB50009-2001 2006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：12.55m；
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B类地形，12.55m高度处瞬时风压的阵风系数：
βgz=0.85×(1+2×(0.734(Z/10)-0.22))=2.037
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B类地形，12.55m高度处风压高度变化系数：
μz=0.616×(Z/10)0.44=0.7363
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。
由于大部分幕墙都有开启，按[5.3.2]JGJ102-2003条文说明，幕墙结构一般的体型系数取1.2(大面区域)、2.0(转角区域)。
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，郑州地区取0.00045MPa；
3.2 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=1.5×4.945=7.4175m2
LogA=0.87
μs1(A)=μs1(1)+[μs1(10)-μs1(1)]logA
=0.826
μs1=0.826+0.2
=1.026
wk=βgzμzμs1w0
=2.037×0.7363×1.026×0.00045
=0.000692MPa 因为wk<0.001MPa,所以按JGJ102-2003，取wk=0.001MPa.
3.3 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=1.425×2.475=3.526875m2
LogA=0.547
μs1(A)=μs1(1)+[μs1(10)-μs1(1)]logA
=0.891
μs1=0.891+0.2
=1.091
wk=βgzμzμs1w0
=2.037×0.7363×1.091×0.00045
=0.000736MPa 因为wk<0.001MPa,所以按JGJ102-2003，取wk=0.001MPa.
3.4 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0.12；
Gk：幕墙构件的重力荷载标准值(N)；
A：幕墙构件的面积(mm2)；
3.5 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；

4 点式幕墙大面玻璃的计算
基本参数：
1：计算点标高：12.55m；
2：分格尺寸：宽×高=B×H=1425mm×2475mm；
3：支撑点间距：宽度方向×高度方向=B1×H1=1175mm×2225mm；
4：玻璃配置：中空玻璃，外片钢化玻璃10mm,内片钢化玻璃10mm；
5：驳接形式：四点驳接；；
模型简图为：

4.1 玻璃板块荷载计算：
(1)外片玻璃荷载计算：
t1：外片玻璃厚度(mm)；
t2：内片玻璃厚度(mm)；
wk：作用在幕墙上的风荷载标准值(MPa)；
GAk1：外片玻璃单位面积自重标准值(仅指玻璃)(MPa)；
qEAk1：外片玻璃地震作用标准值(MPa)；
γg1：外片玻璃的体积密度(N/mm3)；
wk1：分配到外片上的风荷载作用标准值(MPa)；
qk1：分配到外片玻璃上的荷载组合标准值(MPa)；
q1：分配到外片玻璃上的荷载组合设计值(MPa)；
GAk1=γg1t1
=0.0000256×10
=0.000256MPa
qEAk1=βEαmaxGAk1
=5×0.12×0.000256
=0.000154MPa
wk1=1.1wkt13/(t13+t23)
=1.1×0.001×103/(103+103)
=0.00055MPa
qk1=wk1+0.5qEAk1
=0.00055+0.5×0.000154
=0.000627MPa
q1=1.4wk1+0.5×1.3qEAk1
=1.4×0.00055+0.5×1.3×0.000154
=0.00087MPa
(2)内片玻璃荷载计算：
t1：外片玻璃厚度(mm)；
t2：内片玻璃厚度(mm)；
wk：作用在幕墙上的风荷载标准值(MPa)；
GAk2：内片玻璃单位面积自重标准值(仅指玻璃)(MPa)
qEAk2：内片玻璃地震作用标准值(MPa)
γg2：内片玻璃的体积密度(N/mm3)；
wk2：分配到内片上的风荷载作用标准值(MPa)；
qk2：分配到内片玻璃上的荷载组合标准值(MPa)；
q2：分配到内片玻璃上的荷载组合设计值(MPa)；
GAk2=γg2t2
=0.0000256×10
=0.000256MPa
qEAk2=βEαmaxGAk2
=5×0.12×0.000256
=0.000154MPa
wk2=wkt23/(t13+t23)
=0.001×103/(103+103)
=0.0005MPa
qk2=wk2+0.5qEAk2
=0.0005+0.5×0.000154
=0.000577MPa
q2=1.4wk2+0.5×1.3qEAk2
=1.4×0.0005+0.5×1.3×0.000154
=0.0008MPa
(3)玻璃板块整体荷载组合计算：
用于强度计算时，采用Sw+0.5SE设计值组合： ……5.4.1[JGJ102-2003]
q=1.4wk+0.5×1.3(qEAk1+qEAk1)
=1.4×0.001+0.5×1.3×(0.000154+0.000154)
=0.0016MPa
用于挠度计算时，采用Sw标准值： ……5.4.1[JGJ102-2003]
wk=0.001MPa
4.2 玻璃的强度计算：
校核依据：σ≤[fg]
(1)外片校核：
θ1：外片玻璃的计算参数；
η1：外片玻璃的折减系数；
qk1：作用在外片玻璃上的荷载组合标准值(MPa)；
b：支撑点间玻璃面板长边边长(mm)；
E：玻璃的弹性模量(MPa)；
t1：外片玻璃厚度(mm)；
θ1=qk1b4/Et14 ……8.1.5-4[JGJ102-2003]
=0.000627×22254/72000/104
=21.343
按系数θ1，查表6.1.2