幕墙工程设计计算书.doc

XX城幕墙工程 设计计算书设计： 校对： 审核： XX建筑装饰设计有限公司二一三年一月四日一.石材幕墙计算书目录1 计算引用的规范、标准及资料11.1 幕墙设计规范：11.2 建筑设计规范：11.3 铝材规范：21.4 金属板及石材规范：21.5 玻璃规范：31.6 钢材规范：31.7 胶类及密封材料规范：31.8 五金件规范：41.9 相关物理性能等级测试方法：41.10 建筑结构静力计算手册(第二版)51.11 土建图纸：52 基本参数52.1 幕墙所在地区52.2 地面粗糙度分类等级52.3 抗震设防53 幕墙承受荷载计算63.1 风荷载标准值的计算方法63.2 计算支撑结构时的风荷载标准值83.3 计算面板材料时的风荷载标准值83.4 垂直于幕墙平面的分布水平地震作用标准值83.5 平行于幕墙平面的集中水平地震作用标准值83.6 作用效应组合84 幕墙立柱计算94.1 立柱型材选材计算94.2 确定材料的截面参数114.3 选用立柱型材的截面特性124.4 立柱的抗弯强度计算124.5 立柱的挠度计算134.6 立柱的抗剪计算135 幕墙横梁计算145.1 横梁型材选材计算145.2 确定材料的截面参数165.3 选用横梁型材的截面特性175.4 幕墙横梁的抗弯强度计算185.5 横梁的挠度计算185.6 横梁的抗剪计算186 短槽式(托板)连接石材的选用与校核196.1 石材板块荷载计算206.2 石材的抗弯设计206.3 短槽托板在石材中产生的剪应力校核216.4 短槽托板剪应力校核217 连接件计算227.1 横梁与角码间连接227.2 角码与立柱连接237.3 立柱与主结构连接248 幕墙埋件计算(土建预埋)268.1 荷载标准值计算268.2 埋件计算278.3 锚板总面积校核288.4 锚筋长度计算289 幕墙转接件强度计算289.1 受力分析299.2 转接件的强度计算2910 幕墙焊缝计算2910.1 受力分析2910.2 焊缝特性参数计算2910.3 焊缝校核计算3011 石材幕墙幕墙胶类及伸缩缝计算3111.1 立柱连接伸缩缝计算3111.2 耐候胶胶缝计算3112 附录 常用材料的力学及其它物理性能32石材幕墙设计计算书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建筑瓷板装饰工程技术规程 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/T216-2007建筑幕墙工程技术规范 DGJ08-56-20121.2 建筑设计规范：地震震级的规定 GB/T17740-1999钢结构设计规范 GB50017-2003高层建筑混凝土结构技术规程 JGJ3-2010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/T97-2011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混凝土结构加固设计规范 GB50367-2006混凝土结构设计规范 GB50010-2010混凝土用膨胀型、扩孔型建筑锚栓 JG160-2004建筑材料放射性核素限量 GB6566-2010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建筑结构荷载规范 GB50009-2012建筑结构可靠度设计统一标准 GB50068-2001建筑抗震设计规范 GB50011-2010建筑设计防火规范 GB50016-2006建筑物防雷设计规范 GB50057-2010冷弯薄壁型钢结构技术规范 GB50018-2002民用建筑设计通则 GB50352-2005擦窗机 GB19154-2003钢结构焊接规范 GB50661-2011钢结构工程施工规范 GB50755-20121.3 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 JG175-2011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 GB5237.6-2012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/T3880.13-2006铝型材截面几何参数算法及计算机程序要求 YS/T437-2009有色电泳涂漆铝合金建筑型材 YS/T459-2003变形铝和铝合金牌号表示方法 GB/T16474-20111.4 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建筑幕墙用陶板 JG/T324-2011建筑装饰用石材蜂窝复合板 JG/T328-2011建筑幕墙用氟碳铝单板制品 JG331-2011纤维增强水泥外墙装饰挂板 JC/T2085-2011建筑用泡沫铝板 JG/T359-2012金属装饰保温板 JG/T360-2012外墙保温用锚栓 JG/T366-2012聚碳酸酯（PC）中空板 JG/T116-2012聚碳酸酯（PC）实心板 JG/T347-2012铝塑复合板用铝带 YS/T432-2000天然板石 GB/T18600-2009天然大理石荒料 JC/T202-2011天然大理石建筑板材 GB/T19766-2005天然花岗石荒料 JC/T204-2011天然花岗石建筑板材 GB/T18601-2009天然石材统一编号 GB/T17670-2008 天然饰面石材术语 GB/T13890-20081.5 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平板玻璃 GB11614-2009建筑用安全玻璃 第3部分：夹层玻璃 GB15763.3-2009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 GB15763.1-2009半钢化玻璃 GB/T17841-2008热弯玻璃 JC/T915-2003压花玻璃 JC/T511-2002中空玻璃 GB/T11944-20021.6 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/T4226-2009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不锈钢小直径无缝钢管 GB/T3090-2000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/T0961997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/T5117-1995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/T699-19991.7 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/T5574-2008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/T13477.120-2002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/T529-2008石材用建筑密封胶 GB/T23261-2009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建筑表面用有机硅防水剂 JC/T902-2002钢结构防火涂料 GB14907-20021.8 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紧固件螺栓和螺钉通孔 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/T3098.1-2010紧固件机械性能自攻螺钉 GB/T3098.5-2000紧固件术语盲铆钉 GB/T3099.2-2004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铜合金铸件 GB/T13819-1992锌合金压铸件 GB/T13821-2009铝合金压铸件 GB/T15114-2009铸件尺寸公差与机械加工余量 QB/T6414-1999电动采光排烟窗 JG189-20061.9 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(2011版)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建筑装饰装修工程质量验收规范 GB50210-2001金属材料室温拉伸试验方法 GB/T228-20021.10 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 合肥地区；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(GB50009-2012) 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； 在围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GB50011-2010，合肥地区地震基本烈度为：7度，地震动峰值加速度为0.1g，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：max=0.08；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(GB50009-2012)计算： wk=gzs1zw0 8.1.1-2GB50009-2012上式中： wk：作用在幕墙上的风荷载标准值(MPa)； z：计算点标高：11.5m； gz：高度z处的阵风系数； 根据不同场地类型,按以下公式计算： gz=1+2gI10(z/10)- 条文说明部分8.6.1GB50009-2012 其中A、B、C、D四类地貌类别截断高度分别为：5m、10m、15m、30m； A、B、C、D四类地貌类别梯度高度分别为：300m、350m、450m、550m； 也就是： 对A类场地：当z>300m时，取z=300m，当z<5m时，取z=5m； 对B类场地：当z>350m时，取z=350m，当z<10m时，取z=10m； 对C类场地：当z>450m时，取z=450m，当z<15m时，取z=15m； 对D类场地：当z>550m时，取z=550m，当z<30m时，取z=30m； g：峰值因子，取2.5； I10：10m高名义湍流度，对应A、B、C、D地面粗糙度，可分别取0.12、0.14、0.23和0.39； ：地面粗糙度指数，对应A、B、C、D地面粗糙度，可分别取0.12、0.15、0.22和0.30；对于B类地形，11.5m高度处的阵风系数为： gz=1+2×2.5×0.14×(11.5/10)-0.15=1.6855 z：风压高度变化系数； 根据不同场地类型,按建筑结构荷载规范条文说明部分8.2.1提供的公式计算： A类场地：zA=1.284×(z/10)0.24 B类场地：zB=1.000×(z/10)0.30 C类场地：zC=0.544×(z/10)0.44 D类场地：zD=0.262×(z/10)0.60 公式中的截断高度和梯度高度与计算阵风系数时相同，也就是： 对A类场地：当z>300m时，取z=300m，当z<5m时，取z=5m； 对B类场地：当z>350m时，取z=350m，当z<10m时，取z=10m； 对C类场地：当z>450m时，取z=450m，当z<15m时，取z=15m； 对D类场地：当z>550m时，取z=550m，当z<30m时，取z=30m；对于B类地形，11.5m高度处风压高度变化系数： z=1.000×(11.5/10)0.30=1.0428 s1：局部风压体型系数； 按建筑结构荷载规范GB50009-2012第8.3.3条：计算围护结构及其连接的风荷载时，可按下列规定采用局部体型系数s1： 1 封闭矩形平面房屋的墙面及屋面可按表8.3.3-1的规定采用； 2 檐口、雨篷、遮阳板、边棱处的装饰条等突出构件，取-2.0； 3 其它房屋和构筑物可按本规范第8.3.1条规定体型系数的1.25倍取值。 本计算点为墙面转角位置，按如上说明，查表得： s1(1)=1.4 按建筑结构荷载规范GB50009-2012第8.3.4条：计算非直接承受风荷载的围护构件风荷载时，局部体型系数可按构件的从属面积折减，折减系数按下列规定采用： 1 当从属面积不大于1m2时，折减系数取1.0； 2 当从属面积大于或等于25m2时，对墙面折减系数取0.8，对局部体型系数绝对值大于1.0的屋面区域折减系数取0.6，对其它屋面区域折减系数取1.0； 3 当从属面积大于1m2且小于25m2时，墙面和绝对值大于1.0的屋面局部体型系数可采用对数插值，即按下式计算局部体型系数： s1(A)=s1(1)+s1(25)-s1(1)logA/1.4 8.3.4GB50009-2012 其中： s1(25)=0.8s1(1) =0.8×1.4 =1.12 计算支撑结构时的构件从属面积： A=1.1×5.4 =5.94m2 当A>25时取a=25，当A小于1时取A=1； LogA=0.774 则： s1(A)=s1(1)+s1(25)-s1(1)logA/1.4 =1.4+1.12-1.4×0.774/1.4 =1.245 按建筑结构荷载规范GB50009-2012第8.3.5条：计算围护结构风荷载时，建筑物内部压力的局部体型系数可按下列规定采用： 1 封闭式建筑物，按其外表面风压的正负情况取-0.2或0.2； 2 仅一面墙有主导洞口的建筑物： -当开洞率大于0.02且小于或等于0.10时，取0.4s1； -当开洞率大于0.10且小于或等于0.30时，取0.6s1； -当开洞率大于0.30时，取0.8s1； 3 其它情况，应按开放式建筑物的s1取值； 注：1：主导洞口的开洞率是指单个主导洞口与该墙面全部面积之比； 2：s1应取主导洞口对应位置的值； 本计算中建筑物内部压力的局部体型系数为0.2(封闭式建筑内表面)； 因此，计算非直接承受风荷载的支撑结构时的局部风压体型系数为： s1=1.245+0.2 =1.445 而对直接承受风压的面板结构来说，其局部风压体型系数为： s1=1.4+0.2 =1.6 w0：基本风压值(MPa)，根据现行建筑结构荷载规范GB50009-2012附表E.5中数值采用，但不小于0.3KN/m2，按重现期50年，合肥地区取0.00035MPa；3.2 计算支撑结构时的风荷载标准值 wk=gzzs1w0 =1.6855×1.0428×1.445×0.00035 =0.000889MPa 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 wk=gzzs1w0 =1.6855×1.0428×1.6×0.00035 =0.000984MPa 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 qEk=EmaxGk/A 5.3.4JGJ102-2003 qEk：垂直于幕墙平面的分布水平地震作用标准值(MPa)； E：动力放大系数,取5.0； max：水平地震影响系数最大值，取0.08； 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 平行于幕墙平面的集中水平地震作用标准值 PEk=EmaxGk 5.3.5JGJ102-2003 PEk：平行于幕墙平面的集中水平地震作用标准值(N)； E：动力放大系数,取5.0； max：水平地震影响系数最大值，取0.08； Gk：幕墙构件的重力荷载标准值(N)； 按照JGJ102规范5.4节条文说明部分的规定，对于竖向幕墙和与水平面夹角大于75度、小于90度的斜玻璃幕墙，可不考虑竖向地震作用效应的计算和组合。3.6 作用效应组合荷载和作用效应按下式进行组合： S=GSGk+wwSwk+EESEk 5.4.1JGJ102-2003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； G、w、E：各效应的分项系数； w、E：分别为风荷载，地震作用效应的组合系数。上面的G、w、E为分项系数，按5.4.2、5.4.3、5.4.4JGJ102-2003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：G：1.2； 风 荷 载：w：1.4； 地震作用：E：1.3；进行挠度计算时； 重力荷载：G：1.0； 风 荷 载：w：1.0； 地震作用：可不做组合考虑；上式中，风荷载的组合系数w为1.0； 地震作用的组合系数E为0.5；4 幕墙立柱计算基本参数： 1：计算点标高：11.5m； 2：力学模型：双跨梁； 3：立柱跨度：L=5400mm； 其中短跨长L1=550mm； 长跨长L2=4850mm； 4：立柱左分格宽：1100mm； 立柱右分格宽：1100mm； 5：立柱计算间距：B=1100mm； 6：板块配置：石材； 7：立柱材质：Q235； 8：安装方式：偏心受拉；本处幕墙立柱按双跨梁力学模型进行设计计算，受力模型如下：4.1 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 =0.001×1100 =1.1N/mm qw：风荷载线分布最大荷载集度设计值(N/mm)； qw=1.4qwk =1.4×1.1 =1.54N/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)； E：动力放大系数，取5.0； max：水平地震影响系数最大值，取0.08； Gk：幕墙构件的重力荷载标准值(N)，(含面板和框架)； A：幕墙平面面积(mm2)； qEAk=EmaxG/A 5.3.4JGJ102-2003 =5×0.08×0.0011 =0.00044MPa 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 =0.00044×1100 =0.484N/mm qE：水平地震作用线荷载集度设计值(N/mm)； qE=1.3qEk =1.3×0.484 =0.629N/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： 5.4.1JGJ102-2003 q=qw+0.5qE =1.54+0.5×0.629 =1.854N/mm用于挠度计算时，采用Sw标准值： 5.4.1JGJ102-2003 qk=qwk =1.1N/mm(4)求支座反力R1及最大弯矩： 由双跨梁弯矩图可知，两支点0，2处弯矩为零，中支点弯矩最大为M1，而在均布荷载作用下，最大挠度在长跨内出现。 M1：中支座弯矩(N·mm)； R1：中支座反力(N)； M1=-q(L13+L23)/8L =-1.854×(5503+48503)/8/5400 =-49