干挂石材设计计算书

目录一、计算引用的规范、标准及资料11.幕墙设计规范：12.建筑设计规范：13.石材规范：14.钢材规范：15.胶类及密封材料规范：26.建筑结构静力计算手册 (第二版)27.土建图纸：2二、基本参数21.幕墙所在地区：22.地面粗糙度分类等级：23.抗震烈度：2三、幕墙承受荷载计算21.风荷载标准值计算：22.垂直于幕墙平面的分布水平地震作用标准值：33.作用效应组合：3四、幕墙立柱计算41.立柱型材选材计算：42.确定材料的截面参数：53.选用立柱型材的截面特性：64.立柱的抗弯强度计算：75.立柱的挠度计算：76.立柱的抗剪计算：8五、幕墙横梁计算81.横梁型材选材计算：92.确定材料的截面参数：103.选用横梁型材的截面特性：114.幕墙横梁的抗弯强度计算：125.横梁的挠度计算：126.横梁的抗剪计算：(梯形荷载作用下)12六、短槽式(托板)连接石材的选用与校核141.石材板块荷载计算：142.石材的抗弯设计：143.短槽托板在石材中产生的剪应力校核：154.短槽托板剪应力校核：15七、连接件计算161.横梁与立柱间焊接强度计算：162.立柱与主结构连接17八、幕墙埋件计算(后补锚栓)191.荷载标准值计算：192.拉拔实验拉拔力计算：20九、幕墙焊缝计算201.受力分析：202.焊缝特性参数计算：203.焊缝校核计算：21石材幕墙设计计算书 石材幕墙设计计算书一、计算引用的规范、标准及资料1.幕墙设计规范：建筑幕墙 JG3035-1996玻璃幕墙工程技术规范 JGJ102-2003金属与石材幕墙工程技术规范 JGJ133-2001建筑幕墙物理性能分级 GB/T15225-94建筑幕墙空气渗透性能测试方法 GB/T15226-94建筑幕墙风压变形性能测试方法 GB/T15227-94建筑幕墙雨水渗透性能测试方法 GB/T15228-94建筑幕墙平面内变形性能检测方法 GB/T18250-2000 建筑幕墙抗震性能振动台试验方法 GB/T18575-20012.建筑设计规范：建筑结构荷载规范 GB50009-2001钢结构设计规范 GB50017-2003冷弯薄壁型钢结构设计规范 GB50018-2002高层民用钢结构技术规程 JGJ99-98建筑设计防火规范 GBJ16-87(2001版)高层民用建筑设计防火规范 GB50045-2001建筑物防雷设计规范 GB50057-2000建筑抗震设计规范 GB50011-2001建筑钢结构焊接技术规程 JGJ81-2002钢结构防火涂料 GB14907-2002碳钢焊条 GB/T5117-1995低合金钢焊条 GB/T5118-19953.石材规范：天然花岗石荒料 JC/T204-2001天然大理石荒料 JC/T202-2001天然板石 GB/T18600-2001天然花岗石建筑板材 GB/T18601-2001天然大理石建筑板材 JC/T79-2001干挂石材幕墙用环氧胶粘剂 JC/T887-2001天然饰面石材术语 GB/T13890-92建筑材料放射性核素限量 GB6566-20014.钢材规范：冷拔异形钢管 GB/T3094-2000碳素结构钢 GB/T700-1988优质碳素结构钢 GB/T699-1999合金结构钢 GB/T3077-1999高耐候结构钢 GB/T4171-2000焊接结构用耐候钢 GB/T4172-2000低合金高强度结构钢 GB/T1591-1994碳素结构和低合金结构钢热轧薄钢板及钢带 GB/T912-1989碳素结构和低合金结构钢热轧厚钢板及钢带 GB/T3274-1988结构用无缝钢管 JBJ102金属覆盖层钢铁制品热镀锌层技术要求 GB/T13912-19925.胶类及密封材料规范：混凝土接缝用密封胶 JC/T881-2001硅酮建筑密封胶 GB/14683-2003建筑用硅酮结构密封胶 GB16776-2003聚硫建筑密封胶 JC483-1992石材幕墙接缝用密封胶 JC/T883-2001建筑表面用有机硅防水剂 JC/T902-2002聚氨酯建筑密封胶 JC/T482-20036.建筑结构静力计算手册 (第二版)7.土建图纸：二、基本参数1.幕墙所在地区： 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C类地区考虑。3.抗震烈度： 按照国家规范建筑抗震设计规范(GB50011-2001)、中国地震动参数区划图(GB18306-2000)规定，广州地区地震基本烈度为7度，地震动峰值加速度为0.1g，水平地震影响系数最大值为：max=0.08。三、幕墙承受荷载计算1.风荷载标准值计算：幕墙属于外围护构件，按建筑结构荷载规范(GB50009-2001)计算： wk=gzzsw0 7.1.1-2GB50009-2001上式中： wk：作用在幕墙上的风荷载标准值(MPa)； Z：计算点标高：9.15m； gz：瞬时风压的阵风系数； 根据不同场地类型,按以下公式计算: gz=K(1+2f) 其中K为地面粗糙度调整系数，f为脉动系数 A类场地: gz=0.92(1+2f) 其中：f=0.387(Z/10)-0.12 B类场地: gz=0.89(1+2f) 其中：f=0.5(Z/10)-0.16 C类场地: gz=0.85(1+2f) 其中：f=0.734(Z/10)-0.22 D类场地: gz=0.80(1+2f) 其中：f=1.2248(Z/10)-0.3对于C类地区，9.15m高度处瞬时风压的阵风系数： gz=0.85(1+2(0.734(Z/10)-0.22)=2.1224 z：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: z=1.379(Z/10)0.24 当Z300m时，取Z=300m，当Z350m时，取Z=350m，当Z400m时，取Z=400m，当Z450m时，取Z=450m，当Z30m时，取Z=30m；对于C类地区，9.15m高度处风压高度变化系数： z=0.616(Z/10)0.44=0.7363 s：风荷载体型系数，根据计算点体型位置取1.2； w0：基本风压值(MPa)，根据现行GB50009-2001附表D.4(全国基本风压分布图)中数值采用，按重现期50年，广州地区取0.0005MPa； wk=gzzsw0 =2.12240.73631.20.0005 =0.000938MPa 因为wkH，所以本处幕墙横梁按梯形荷载简支梁力学模型进行设计计算，受力模型如下：1.横梁型材选材计算：(1)横梁在风荷载作用下的线荷载集度(按梯形分布)： 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)； H：幕墙横梁计算间距(mm)； qwk=wkH =0.001638 =0.638N/mm qw：风荷载线分布最大荷载集度设计值(N/mm)； qw=1.4qwk =1.40.638 =0.893N/mm(2)垂直于幕墙平面的分布水平地震作用的线荷载集度(按梯形分布)： qEAk：垂直于幕墙平面的分布水平地震作用(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)，(主要指面板组件)； A：幕墙平面面积(mm2)； qEAk=EmaxGk/A 5.3.4JGJ102-2003 =5.00.080.001 =0.0004MPa qEk：横梁受水平地震作用线荷载集度标准值(N/mm)； H：幕墙横梁计算间距(mm)； qEk=qEAkH =0.0004638 =0.255N/mm qE：横梁受水平地震作用线荷载集度设计值(N/mm)； qE=1.3qEk =1.30.255 =0.332N/mm(3)幕墙横梁受荷载集度组合：用于强度计算时，采用Sw+0.5SE组合设计值： 5.4.1JGJ102-2003 q=qw+0.5qE =0.893+0.50.332 =1.059N/mm用于挠度计算时，采用Sw标准值： 5.4.1JGJ102-2003 qk=qwk =0.638N/mm(4)横梁在风荷载及地震组合作用下的弯矩值(按梯形分布)： My：横梁受风荷载及地震作用弯矩组合设计值(Nmm)； Mw：风荷载作用下横梁产生的弯矩(Nmm)； ME：地震作用下横梁产生的弯矩(Nmm)； B：横梁跨度(mm)； H：幕墙横梁计算间距(mm)；采用Sw+0.5SE组合： 5.4.1JGJ102-2003 Mw=qwB2(3-(H/B)2)/24 ME=qEB2(3-(H/B)2)/24 My=Mw+0.5ME =qB2(3-(H/B)2)/24 =1.05911502(3-(638/1150)2)/24 =157105.121Nmm(5)横梁在自重荷载作用下的弯矩值(按矩形分布)： Gk：横梁自重线荷载标准值(N/mm)； H：横梁计算间距(mm)； Gk=0.001H =0.001638 =0.638N/mm G：横梁自重线荷载设计值(N/mm)； G=1.2Gk =1.20.638 =0.766N/mm Mx：横梁在自重荷载作用下的弯矩设计值(Nmm)； B：横梁跨度(mm)； Mx=GB2/8 =0.76611502/8 =126629.375Nmm2.确定材料的截面参数：(1)横梁抵抗矩预选： Wnx：绕X方向横梁净截面抵抗矩预选值(mm3)； Wny：绕Y方向横梁净截面抵抗矩预选值(mm3)； Mx：横梁在自重荷载作用下的弯矩(Nmm)； My：风荷载及地震作用弯矩组合值(Nmm)； ：塑性发展系数：取1.05； fs：型材抗弯强度设计值(MPa)，对Q235取215；按下面公式计算： Wnx=Mx/fs =126629.375/1.05/215 =560.927mm3 Wny=My/fs =157105.121/1.05/215 =695.925mm3(2)横梁惯性矩预选： df,lim：按规范要求，横梁的挠度限值(mm)； B/250=1150/250=4.6mm取： df,lim=4.6mm qk：风荷载作用线荷载集度标准值(N/mm)； E：型材的弹性模量(MPa)，对Q235取206000MPa； Iymin：绕Y轴最小惯性矩(mm4)； B：横梁跨度(mm)； df,lim=qkB4(25/8-5(H/2B)2+2(H/2B)4)/240EIymin (受风荷载与地震作用的挠度计算) Iymin=qkB4(25/8-5(H/2B)2+2(H/2B)4)/240Edf,lim =0.63811504(25/8-5(638/2/1150)2+2(638/2/1150)4)/240/206000/4.6 =13503.359mm4 Gk：横梁自重线荷载标准值(N/mm)； Ixmin：绕X轴最小惯性矩(mm4)； df,lim=5GkB4/384EIxmin (自重作用下产生的挠度计算) Ixmin=5GkB4/384Edf,lim =50.63811504/384/206000/4.6 =15332.952mm43.选用横梁型材的截面特性： 按照上面的预选结果选取型材： 选用型材号：L40x4 型材抗弯强度设计值：215MPa 型材抗剪强度设计值：125MPa 型材弹性模量：E=206000MPa 绕X轴惯性矩：Ix=42670mm4 绕Y轴惯性矩：Iy=42670mm4 绕X轴净截面抵抗矩：Wnx1=3839mm3 绕X轴净截面抵抗矩：Wnx2=1488mm3 绕Y轴净截面抵抗矩：Wny1=1488mm3 绕Y轴净截面抵抗矩：Wny2=3839mm3 型材净截面面积：An=299.7mm2 型材线密度：g=0.023526N/mm 横梁与立柱连接时角片与横梁连接处横梁壁厚：t=4mm 横梁截面垂直于X轴腹板的截面总宽度：tx=4mm 横梁截面垂直于Y轴腹板的截面总宽度：ty=4mm 型材受力面对中性轴的面积矩(绕X轴)：Sx=1550mm3 型材受力面对中性轴的面积矩(绕Y轴)：Sy=1550mm3 塑性发展系数：=1.054.幕墙横梁的抗弯强度计算：按横梁强度计算公式,应满足： Mx/Wnx+My/Wnyfs 6.2.4JGJ102-2003上式中： Mx：横梁绕X轴方向(幕墙平面内方向)的弯矩设计值(Nmm)； My：横梁绕Y轴方向(垂直于幕墙平面方向)的弯矩设计值(Nmm)； Wnx：横梁绕X轴方向(幕墙平面内方向)的净截面抵抗矩(mm3)； Wny：横梁绕Y轴方向(垂直于幕墙平面方向)的净截面抵抗矩(mm3)； ：塑性发展系数，取1.05； fs：型材的抗弯强度设计值，取215MPa。采用SG+Sw+0.5SE组合,则： Mx/Wnx+My/Wny=126629.375/1.05/1488+157105.121/1.05/1488 =181.602MPa215MPa横梁抗弯强度满足要求。5.横梁的挠度计算： 因为惯性矩预选是根据挠度限值计算的，所以只要选择的横梁惯性矩大于预选值，挠度就满足要求： 实际选用的型材惯性矩为： Ix=42670mm4 Iy=42670mm4 预选值为： Ixmin=15332.952mm4 Iymin=13503.359mm4 横梁挠度的实际计算值如下： df1=qkB4(25/8-5(H/2B)2+2(H/2B)4)/240EIy =0.63811504(25/8-5(638/2/1150)2+2(638/2/1150)4)/240/206000/42670 =1.456mm df2=5GkB4/384EIx =50.63811504/384/206000/42670 =1.653mm 而df,lim=4.6mm所以，横梁挠度满足规范要求。6.横梁的抗剪计算：(梯形荷载作用下)校核依据： maxs=125MPa (型材的抗剪强度设计值)(1)Vwk：风荷载作用下剪力标准值(N)； Vwk=qwkB(1-H/2B)/2 =0.6381150(1-638/2/1150)/2 =265.089N(2)Vw：风荷载作用下剪力设计值(N)； Vw=1.4Vwk =1.4265.089 =371.125N(3)VEk：地震作用下剪力标准值(N)； VEk=qEkB(1-H/2B)/2 =0.2551150(1-638/2/1150)/2 =105.952N(4)VE：地震作用下剪力设计值(N)； VE=1.3VEk =1.3105.952 =137.738N(5)Vx：水平总剪力(N)； 采用Vw+0.5VE组合 Vx=Vw+0.5VE =371.125+0.5137.738 =439.994N(6)Vy：垂直总剪力(N)： Vy=1.20.001BH/2 =1.20.0011150638/2 =440.22N(7)横梁剪应力校核： x：横梁水平方向剪应力(MPa)； Vx：横梁水平总剪力(N)； Sy：横梁型材受力面对中性轴的面积矩(mm3)(绕Y轴)； Iy：横梁型材截面惯性矩(mm4)； ty：横梁截面垂直于Y轴腹板的截面总宽度(mm)； x=VxSy/Iyty 6.2.5JGJ102-2003 =439.9941550/42670/4 =3.996MPa 3.996MPa125MPa y：横梁垂直方向剪应力(N)； Vy：横梁垂直总剪力(N)； Sx：横梁型材受力面对中性轴的面积矩(mm3)(绕X轴)； Ix：横梁型材截面惯性矩(mm4)； tx：横梁截面垂直于X轴腹板的截面总宽度(mm)； y=VySx/Ixtx 6.2.5JGJ102-2003 =440.221550/42670/4 =3.998MPa 3.998MPa125MPa横梁抗剪强度能满足!六、短槽式(托板)连接石材的选用与校核基本参数： 1：计算点标高：9.15m； 2：板块净尺寸：ab=1150mm638mm； 3：石材配置：托板式30mm，对边连接；模型简图为：1.石材板块荷载计算：(1)垂直于幕墙平面的分布水平地震作用标准值： 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：石材板块的重力荷载标准值(N)； A：幕墙平面面积(mm2)； qEAk=EmaxGk/A 5.3.4JGJ102-2003 =50.080.0009 =0.00036MPa(2)石材板块荷载集度设计值组合：采用Sw+0.5SE设计值组合： 5.4.1JGJ102-2003 q=1.4wk+0.51.3qEAk =1.40.001+0.51.30.00036 =0.001634MPa2.石材的抗弯设计：(1)计算边长的确定： a：短槽连接边边长：1150mm； b：无槽边边长：638mm； a1：短槽中心到面板边侧距离180mm； a0：计算短边边长(mm)； b0：计算长边边长(mm)；因为：a-2a1=790b=638，所以： a0=638mm b0=790mm(2)石材强度校核： 校核依据：fsc=3.72MPa ：石材中产生的弯曲应力设计值(MPa)； fsc：石材的抗弯强度设计值(MPa)； m：四点支撑石材最大弯矩系数, 按短边与长边的边长比0.808，查表得：0.1439； q：石材板块水平荷载集度设计值组合(MPa)； b0：计算长边边长(mm)； t：石材厚度：30mm； 应力设计值为： =6mqb02/t2 5.5.4JGJ133-2001 =60.14390.0016347902/302 =0.978MPa 0.978MPa3.72MPa强度能满足要求。3.短槽托板在石材中产生的剪应力校核： 校核依据：1sc=1.86MPa 1：短槽托板在石材中产生的剪应力设计值(MPa)； sc：石材的抗剪强度设计值(MPa)； q：石材板块水平荷载集度设计值组合(MPa)； a：短槽连接边边长(mm)； b：无短槽边边长(mm)； ：应力调整系数，按表5.5.5JGJ133-2001，取1.25； n：一个连接边上的短槽数量：2； t：石材厚度：30mm； c：短槽槽口宽度：6mm； s：单个槽底总长度：80mm； 1=qab/(n(t-c)s) 5.5.7-1JGJ133-2001 =0.00163411506381.25/(2(30-6)80) =0.39MPa 0.39MPa1.86MPa石材抗剪强度能满足。4.短槽托板剪应力校核： 校核依据：2p=175MPa 2：短槽托板的剪应力设计值(MPa)； p：短槽托板的抗剪强度设计值(MPa)； q：石材板块水平荷载集度设计值组合(MPa)； a：短槽连接边边长(mm)； b：无短槽边边长(mm)； ：应力调整系数，按表5.5.5JGJ133-2001，取1.25； n：一个连接边上的短槽数量：2； Ap：短槽托板截面面积：300mm； 2=qab/(2nAp) 5.5.5-1JGJ133-2001 =0.00163411506381.25/(22300) =1.249MPa 1.249MPa175MPa短槽托板抗剪强度能满足。七、连接件计算基本参数： 1：计算点标高：9.15m； 2：立柱计算间距(指立柱左右分格平均宽度)：B1=1150mm； 3：横梁计算分格尺寸：宽高=BH=1150mm638mm； 4：幕墙立柱跨度：L=4200mm，短跨L1=300mm，长跨L2=3900mm； 5：板块配置：石材； 6：龙骨材质：立柱为：Q235；横梁为：Q235； 7：立柱与主体连接钢角码壁厚：6mm； 8：立柱与主体连接螺栓公称直径：12mm； 9：立柱与主体连接形式：双跨； 10：立柱与横梁连接方式：焊接；因为BH，所以本处幕墙横梁按梯形荷载模型进行设计计算：1.横梁与立柱间焊接强度计算：(1)风荷载作用下横梁剪力设计值(按梯形分布)： Vw=1.4wkHB(1-H/2B)/2 =1.40.0016381150(1-638/2/1150)/2 =371.125N(2)地震作用下横梁剪力标准值(按梯形分布)： VEk=EmaxGk/AHB(1-H/2B)/2 =5.00.080.0016381150(1-638/2/1150)/2 =106.036N(3)地震作用下横梁剪力设计值： VE=1.3VEk =1.3106.036 =137.847N(4)连接部位水平总剪力N1：采用Sw+0.5SE组合： N1=Vw+0.5VE =371.125+0.5137.847 =440.048N(5)自重荷载计算： Gk：横梁自重线荷载标准值(N/mm)； H：受荷单元平均分格高(mm)； Gk=0.001H =0.001638 =0.638N/mm G：横梁自重线荷载设计值(N/mm)； G=1.2Gk =1.20.638 =0.766N/mm N2：自重荷载(N)： B：横梁宽度(mm)； N2=GB/2 =0.7661150/2 =440.45N(6)连接处组合荷载V：采用SG+Sw+0.5SE V=(N12+N22)1/2 =(440.0482+440.452)0.5 =622.606N(7)连接焊缝的强度计算： V：连接处的组合总剪力(N)； Lw：角焊缝的总有效长度(mm)； hf：角焊缝的高度(mm)； ffw：角焊缝的强度设计值(MPa)； f：焊缝最大应力值(MPa)； f=V/0.7/Lw/hf =622.606/0.7/100/6 =1.482MPa 1.482MPa160MPa焊缝强度可以满足要求!2.立柱与主结构连接(1)连接处水平剪切总力计算：对双跨梁，中支座反力R1，即为立柱连接处最大水平剪切总力。 qw：风荷载线分布集度设计值(N/mm)； qw=1.4wkB1 =1.40.0011150 =1.61N/mm qE：地震作用线分布集度设计值(N/mm)； qE=1.3EmaxG/AB1 =1.35.00.080.00111150 =0.658N/mm采用Sw+0.5SE组合： q=qw+0.5qE =1.61+0.50.658 =1.939N/mm N1：连接处水平剪切总力(N)； R1：中支座反力(N)； N1=R1=qL(L12+3L1L2+L22)/8L1L2 =1.9394200(3002+33003900+39002)/8/300/3900 =16365.906N(2)连接处重力总力： NGk：连接处自重总值标准值(N)： B1：立柱计算间距(mm)； L：立柱跨度(mm)； NGk=0.0011B1L =0.001111504200 =5313N NG：连接处自重总值设计值(N)： NG=1.2NGk =1.25313 =6375.6N(3)连接处总剪力： N：连接处总剪力(N)： N=(N12+NG2)0.5 =(16365.9062+6375.