单元体计算书.doc

北京庄胜广场外装修工程设计计算书（单元体幕墙）青岛流亭机场外装修工程结构计算书（单元体幕墙）送审次数：送审日期：批转日期：拟制： 日期：审核： 日期：批准： 日期：第四部分、D区单元体幕墙结构计算一、基本参数工程所在地: 青岛市幕墙计算标高：11.8 m幕墙计算轴线：轴单元体设计分格：BH=3.1272.227 m 玻璃宽度 a：2.977 m玻璃高度 b：2.077 m设计地震烈度：7度地面粗糙度类别：B类二、荷载计算1. 风荷载标准值 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: 取1.76 s: 风荷载体型系数: 1.2 z: 风荷载高度变化系数:1.05 青岛市基本风压按照50年一遇取值W0=0.60 KN/m2WK =gzszW0=1.761.21.050.60 =1.331 KN/m2 按 WK=1.331 kN/m2 选用2. 风荷载设计值 W: 风荷载设计值 (KN/m2) rw: 风荷载作用的分项系数：1.4 按玻璃幕墙工程技术规范JGJ 102-96(5效应.1.6)条规定采用 W = rw WK =1.41.331 =1.903 KN/m2 3. 玻璃幕墙构件重量荷载 按玻璃幕墙工程技术规范JGJ102-96规定采用 GAK: 玻璃幕墙构件自重标准值8+12A+8 mm厚钢化中空玻璃面荷载标准值（8+8）25.6=410 N/m2 考虑型材及零部件面荷载标准值 80 N/m2 GAK=410+80 =490 N/m2取 GAK=500 N/m2 GK: 每个单元玻璃幕墙构件(包括玻璃和接头)的重量 H: 玻璃幕墙分格高: 1.865 m B: 玻璃幕墙分格宽: 2.977 m GK= = =3.482 KN4. 地震作用 分布水平地震作用标准值 qEK :水平地震作用标准值qE :水平地震作用设计值E: 动力放大系数: 可取5.0，max: 水平地震影响系数最大值: 0.08 ， 按玻璃幕墙工程技术规范JGJ102-96第5.2.4条规定采用 GK:幕墙构件的重量: 3.482 KN qEK= = =0.24 KN/m2 分布水平地震作用设计值 qE=ESE =1.30.24=0.312 KN/m25.荷载组合风荷载和地震荷载的水平分布作用设计值 q=WWSW+EESE =1.01.41.331+0.61.30.24 =2.051 KN/m2 风荷载和地震荷载的水平分布作用标准值qK=W SW+E SE =1.01.331+0.60.24 =1.475 KN/m2 三、玻璃的选用与校核 （一）钢化中空玻璃 选用玻璃为: 8+12A+8 mm中空全钢化玻璃，形式如下：1. 玻璃面积: a: 玻璃幕墙分格宽: 2.977 m b: 玻璃幕墙分格高: 2.077 m A: 玻璃板块面积: A=ab =2.9772.077 =6.183 m2 2.玻璃所受荷载计算垂直于玻璃平面的荷载设计值（负风压） q玻璃= qCos9+1.2GAKSin9 =2.0510.988+1.20.50.156 =2.139 KN/m2垂直于玻璃平面的荷载标准值（负风压） q玻璃K= qKCos9+GAKSin9 =1.4750.988+0.50.156 =1.551 KN/m2平行于玻璃平面的荷载设计值（负风压） N= qSin9+1.2 GAK Cos9 =2.0510.156+1.20.50.988 =1.031 KN2. 玻璃的强度: 校核依据: =84.0 N/mm2 q玻璃: 玻璃所受荷载组合值 a: 玻璃长边边长: 2.977 m b: 玻璃短边边长: 2.077 m t: 中空玻璃计算厚度t1: 中空玻璃外片厚度 8mmt2: 中空玻璃内片厚度 8mmt= = = 9.6 mm: 玻璃板面跨中弯曲系数按边长比0.7，查玻璃幕墙工程技术规范表5.4.1得: =0.0742 w: 玻璃产生的应力E：玻璃的弹性模量 0.72105 N/mm2由 = = = 65：玻璃的应力折减系数 由=65，查表有=0.77 w= = =34.3 N/mm2 34.3 N/mm2=84.0 N/mm2 玻璃的强度满足 3.玻璃的挠度计算 校核依据: UU=29.7 mmq玻璃K:作用在玻璃上的荷载标准值 (KN/m2): 玻璃挠度系数按边长比0.7，查建筑结构静力计算手册 得 =0.00727 D：玻璃的刚度 D = = =5.53106 Nmm由 = = = 45：玻璃的应力折减系数 由=45，查表有=0.84U：玻璃的挠度 U = = =28.4 mmDU= = 钢化中空玻璃的强度和挠度满足规范要求。4.玻璃温度应力 校核依据: max=84 N/mm2 在年温差变化下, 玻璃边缘与边框间挤压在玻璃中产生的挤压温度应力为: t1= E: 玻璃的弹性模量,72103 N/mm2 : 玻璃的线膨胀系数, 1.010-5: 年温度变化差， 80 c: 玻璃边缘至边框距离, 取 5mm d: 施工偏差, 可取:3mm ,按5.4.3选用 a: 玻璃计算边长， 2977 mm在年温差变化下, 玻璃边缘与边框间挤压在玻璃中产生的温度应力为:t1 = =-112 N/mm2 计算值为负,表示温差挤压应力取为零。 玻璃边缘与边框间挤压温度应力可以满足要求。5. 玻璃最大面积Azd: 玻璃的允许最大面积(m2)qK: 荷载标准值, 1.475 KN/m2 t1: 中空玻璃中外片玻璃的厚度: 8.0 mmt2: 中空玻璃中内片玻璃的厚度: 8.0 mm2: 玻璃种类调整系数, 0.66 A: 计算校核处玻璃板块面积, 6.183 m2 =21.5 m2 A = 6.183 m2 Azd= 21.5 m2 玻璃面积可以满足使用要求。五、单元体立柱的计算 单元体立柱采用铝合金型材，与H型钢柱连接用钢角码连接，受力可看作是简支梁，承受水平组合均布荷载和自重荷载，计算简图及受力形式如下图所示，其中立柱高度H=2227 mm，B=3127mm。 1.荷载计算水平组合面荷载标准值qK=1.475 KN/m2水平组合面荷载设计值q=2.051 KN/m2单元体自重面荷载标准值GAK=0.5 KN/m2水平组合线荷载标准值QK= qKB=1.4753.127=4.612 KN/m水平组合线荷载设计值Q= qB=2.0513.127=6.413 KN/m单元体自重线荷载标准值GK= GAKB =0.53.127=1.564 KN/m单元体自重线荷载设计值G= 1.2 GK =1.21.564 =1.876 KN/m2.选用铝合金立柱型材的截面特性如下: 铝立柱对X轴的惯性矩： IX =9318117 mm4铝立柱对Y轴的惯性矩： IY =1674598 mm4铝立柱的X轴最大抗弯矩： WX =101284 mm3 铝立柱的Y轴最大抗弯矩： WY =33310 mm3 型材截面积: A=3039 mm2 型材计算校核处壁厚: t=4.0 mm 塑性发展系数: =1.053.结构的强度校核 校核依据: =85.5 N/mm2(拉弯构件)立柱在水平荷载作用下的弯矩（按均布荷载计算） M= = =4.109 KNm立柱在自重荷载作用下的压力标准值（拉弯构件） N1K= GAK BH=0.5003.1272.227=3.482 KN立柱在自重荷载作用下的压力设计值 N1=1.2N1K =1.23.482 =4.178 KN立柱在水平荷载作用下的压力标准值 N2K=QSin9BH =6.4130.1563.1272.227 =6.967 KN立柱在水平荷载作用下的压力设计值 N2=1.2N2K =1.26.967 =8.360 KN立柱在荷载作用下的压力设计值 N=N1+N2 =4.178+8.360 =12.538 KN立柱荷载最大弯应力 =42.8 N/mm2=85.5 N/mm2立柱强度满足设计要求。4.结构的挠度校核校核依据: U=E：铝型材的弹性模量 0.7105 N/mm2H：立柱的计算长度 2227 mmQK：立柱所受的线荷载标准值 = =2.35 mm 最大挠度：U = 2.35 mm=12.4 mm（荷载标准值下）五、单元体横梁的计算横梁垂直方向承受整个单元体的自重荷载，受力形式为均布线荷载；水平方向承受单元体风荷载和地震荷载的组合值的一半，受力形式为梯形线荷载。其中B=3127mm，H=2227mm形式如下 1.荷载计算 (1)水平荷载线分布标准值QK=qKH/2=1.4752.227/2=1.642 KN/m水平荷载线分布设计值Q= qH/2 =2.0512.227/2=2.284 KN/m (2)自重荷载线分布标准值GK=GAKH=0.52.227=1.114 KN/m自重荷载线分布设计值G=1.2GK=1.21.114=1.336 KN/m2.铝合金横梁的截面特性 横梁对X轴的惯性矩： IX =1235919 mm4横梁对Y轴的惯性矩： IY =6322981 mm4横梁的X轴最大抗弯矩： WX =38865 mm3 横梁的Y轴最大抗弯矩： WY =61869 mm3 型材截面积: A=2344 mm2 塑性发展系数: =1.05 3.结构的强度校核（1）自重荷载作用下的弯矩（均布线荷载） Mx= = =1.633m（2）水平荷载作用下的弯矩（梯形荷载）My= = =2.319m（3）横梁弯曲应力 = =40.1+35.7 =75.8 N/mm2 75.8 N/mm2=85.5 N/mm2横梁的强度符合设计要求。 4.结构的挠度校核校核依据,且20mm。（1）计算自重荷载作用下的挠度（按均布荷载） = =16.0 mm（2）计算水平荷载作用下的挠度（按梯形荷载） = =3.8 mm（3）横梁的最大挠度 = =16.4 mm=17.4 mm横梁的挠度满足设计要求。六、H形结构钢的设计计算型钢两端铰接，承受垂直方向上的自重，水平方向上的风荷载、地震荷载。每个单元分格布置一个，计算简图如下： 1.荷载计算 H型钢承受的集中荷载设计值F1=qBHCos9+GBHSin9 =2.0513.1272.2270.988+0.63.1272.2270.156 =14.76 KNF2= qBHSin 9+GBHCos9=2.0513.1272.2270.156+0.63.1272.2270.988=6.356 KNH型钢承受的集中荷载标准值F1=qKBHCos9+GKBHSin9 =1.4753.1272.2270.988+0.53.1272.2270.156 =10.69 KNF2= qKBHSin 9+GKBHCos9=1.4753.1272.2270.156+0.53.1272.2270.988=5.04 KN 2、受力计算 H型钢承受的最大弯矩（n=4） MX= = =54.5 KNmH型钢承受的最大轴力 N=nF2 =46.356 =25.424 KN3、型材的截面特性 钢柱对X轴的惯性矩： IX =51336333 mm4钢柱对Y轴的惯性矩： IY =5634813 mm4钢柱的X轴最大抗弯矩： WX =410690 mm3 钢柱的Y轴最大抗弯矩： WY =75131 mm3 型材截面积: A=4840 mm2塑性发展系数: =1.054、型材的截面强度校核 = =131.6 N/mm2215 N/mm2型材强度满足要求。5、型材的挠度校核 = =21.7 mm=24.6 mm型材挠度满足要求。七、连接螺栓的计算 1. 螺栓1，横梁与立柱连接采用3个A2-70奥氏体M6不锈钢螺栓，M6螺栓的有效直径D0=5.06mm，M16螺栓的抗剪应力=245 N/mm2。螺栓1承受剪力作用水平剪力N1=0.5F1=7.38 KN垂直剪力N2=0.5F2=3.178 KN组合剪力 N= = =8.035 KN单个M6螺栓的抗剪力Ncbr= = =4704 N需要螺栓个数 n= = =1.8（个）根据构造要求取n=3（个）立柱局部承压能力（立柱局部壁厚4mm） =364120 =8.64 KN N=8.305 KN螺栓1设计满足要求。 2. 螺栓2，立柱与钢角码连接采用奥氏体3个A2-70M8不锈钢螺栓，M6螺栓的有效直径D0=6.918mm，M8螺栓的抗剪应力=245 N/mm2。 N=8.305KN 单个M8螺栓的抗剪力Ncbr= = =9209 N需要螺栓个数 n= = =0.9（个）根据构造要求取n=2（个）立柱局部承压能力（立柱局部壁厚4mm） =384120 =11.52 KN N=8.305 KN 螺栓2设计满足要求。 3. 螺栓3，单元体钢角码与转接件用1个奥氏体A2-70M20不锈钢螺栓连接，M20螺栓的有效直径D0=17.835mm，M20螺栓的抗剪应力=245 N/mm2。N=16.07 KN M20螺栓的抗剪力Ncbr= = =61.207 KNN=16.07 KN需要螺栓个数 n= = =0.3（个）采用1个M20螺栓连接即可满足要求。采用Q235耐侯钢，转接件局部承压能力（局部壁厚10mm） =12010295 =59 KN N=16.07 KN钢转接件及螺栓设计满足要求。4.钢转接件与工字钢龙骨的连接，采用2个奥氏体A2-70M16螺栓，M16螺栓的有效直径D0=14.3765mm，M16螺栓的抗拉应力=320 N/mm2，抗剪强度=245 N/mm2，于钢龙骨方向的荷载N2=3.178KN，与钢龙骨距离为d1=183mm，形心到钢转接件边缘的距离为d2=40mm；垂直于钢龙骨方向的荷载N1=7.38KN，通过转接件形心。M16螺栓的有效截面积A0=155.3mm。 单个螺栓承受如下荷载剪力 N4=0.5N2 =1.589 KN由剪力产生的弯矩 M=N30+N2d=0+1.58918310-3=0.291 KNm由弯矩产生的拉力拉力N5=M/d2 =0.291/0.040=7.275 KN负风压产生的拉力 N3=0.5 N1 =3.69 KN剪应力 v= = =10.2 N/mm2拉应力 t= = =70.6 N/mm2螺栓同时承受拉力和剪力，应满足设计承载力条件 =0.301螺栓设计满足要求。5.工字钢龙骨与8mm耳板连接，采用1个奥氏体不锈钢棒A2-7030mm，A0=706.8mm，30钢棒的抗拉应力=320 N/mm2，抗剪强度=245 N/mm2。 钢棒仅受的剪力荷载作用 N= = =32.14 KN剪应力 v= = =45.5 N/mm2 =245 N/mm2 8mm耳板的局部强度计算，耳板可看作简支梁支座，每个耳板承受的压力 F= = =16.07 KN8mm厚耳板的局部承压强度 =1368295 =84.96 KN16.07 KN 1个M36钢棒和8mm厚耳板均满足强度要求。6.单元体幕墙支座与埋件焊接计算 支座采用8mm厚耳板与锚板焊接，耳板采用双系点，锚板采用25015010mm厚钢板。设计最大水平剪力V=0.54qBH=0.542.0513.1272.227=28.566 KN设计最大垂直拉力 N=0.541.2GAKBH =0.541.20.53.1272.227 = 8.356 KN水平剪力产生的弯矩M=Vh=28.5660.105=3.00 KNm焊缝采用Hf=6mm，双面焊接，单条焊缝有效面积A=0.7