广场石材幕墙设计计算书

石材幕墙的设计计算第一章、石材面板计算一、基本参数幕墙计算标高：84.0m幕墙计算轴线：A-A立面⑤轴计算层高：3.9m石材分格：B×H=1.7×0.95mB：石材宽度H：石材高度设计地震烈度：8度地面粗糙度类别：C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)βgz:瞬时风压的阵风系数:取1.63按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001第7.5.1条μs:风荷载体型系数:±1.5按《金属与石材幕墙工程技术规范》JGJ133-2001第5.2.3条μz:风荷载高度变化系数:1.58按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001表7.2.1查《建筑结构荷载规范》GB50009-2001附表D.4得（按50年一遇）北京地区基本风压W0=0.45KN/m2WK=βgzμsμzW0=1.63×1.5×1.58×0.45=1.749KN/m2＞1.0KN/m2取WK=1.749KN/m22、风荷载设计值W:风荷载设计值(KN/m2)rw:风荷载作用效应的分项系数：1.4按《金属与石材幕墙工程技术规范》JGJ133-2001规定采用W=rW·WK=1.4×1.749=2.449KN/m23、石材幕墙构件重量荷载按《金属与石材幕墙工程技术规范》JGJ133-2001规定采用GAK:石材幕墙构件自重标准值GA:石材幕墙构件自重设计值25mm厚石材板单位面积重力标准值25×28.0=700N/m2立柱120×60×5mm钢方通的面荷载标准值=62.3N/m2横梁50×5角钢=38.5N/m2考虑各种零部件面荷载标准值20N/m2GAK=700+62.3+38.5+20=820.8N/m2取GAK=0.85KN/m2GA=1.2×0.85=1.02KN/m2GK:每个石材幕墙构件(包括石材和钢材支架)的重量标准值G:每个石材幕墙构件(包括石材和钢材支架)的重量设计值GK=GAK·B·H=0.85×1.7×0.95=1.37KNG=1.2GK=1.2×1.37=1.64KN4、地震作用qEK:垂直于石材幕墙平面的分布水平地震作用标准值qE:垂直于石材幕墙平面的分布水平地震作用设计值βE:动力放大系数，可取5.0αmax:水平地震影响系数最大值:0.16按《金属与石材幕墙工程技术规范》JGJ133-2001第5.2.5条GK:石材幕墙构件（包括石材和龙骨）的重量标准值:1.37KNqEK===0.68KN/m2 qE=γE·qEK=1.3×0.68=0.88KN/m25、荷载组合风荷载和水平地震作用组合标准值qK=ψWWK+ψEqEK=1.0×1.749+0.6×0.68=2.16KN/m2风荷载和水平地震作用组合设计值q=ψWγWWK+ψEγEqEK=1.0×1.4×1.749+0.6×1.3×0.68=2.98KN/m2三、石材的选用与校核选用25mm厚石材,石材宽度较大，每边采用4点支撑，根据力学计算理论，4点支撑近似等于2边简支，石材面板按2边简支板计算，取B=500mm宽为1个计算单元，具体如下图。1、石材面积A:石材板块面积:A=B×H=1.70×0.95=1.615m2 2、石材板块的弯曲强度计算:校核依据:σ≤=3.7N/mm2q:石材所受荷载组合值一个计算单元承受的线荷载q线=q×B=2.98×0.5=1.49KN/m石材计算跨度L=0.95m石材弹性模量E=0.8×105N/mm2石材承受的弯矩M=0.125×q线×L2=0.125×1.49×0.952=0.168KN·m25mm厚石材抵抗矩W=52083mm3==3.2N/mm2＜=3.7N/mm2石材抗弯强度满足设计要求。3、石材槽口抗剪强度校核(63mm长槽口)石板有效厚度：25mm抗剪设计强度：1.9N/mm2n:每边铝挂钩数量4b2:铝挂勾宽度50mmß:应力调整系数1.25s:单个槽底总长度85mmc:槽口宽度8mm连接处的剪应力设计值:τ===0.84N/mm2＜ｆas=1.9N/mm2石材抗剪强度满足设计要求。4、挂件在重力作用下的抗剪强度校核自重荷载：G=1.64KN连接处断面尺寸为504mm连接处的剪应力设计值:==2.05N/mm2＜=125N/mm2挂件抗剪强度满足要求。第二章、石材幕墙立柱计算选用立柱为120×60×4mm方通，根据建筑结构特点，幕墙立柱简支在主体结构上，综合考虑幕墙标高、幕墙横向分格宽度、楼层高度以及对立柱的固定方式，下列情况为最不利，须对立柱进行强度和挠度校核。一、部位要素该处玻璃幕墙，最大计算标高按84.0m计，幕墙结构自重按GAK=0.85KN/m2，幕墙横向分格宽度B=1.226m，计算宽度为B1=0.8m。二、力学模型采用简支梁力学模型，荷载按均布线荷载计算，立柱最大跨高H=3.9m。三、荷载确定1、水平荷载组合标准值qK=2.16KN/m2水平荷载组合设计值q=2.98KN/m22、水平线荷载标准值q线K=qK×B1=2.16×0.8=1.73KN/m水平线荷载标准值q线=q×B1=2.98×0.8=2.38KN/m3、构件重量荷载设计值GA=1.02KN/m24、立柱所受的拉力设计值N=GA·B1·L=1.02×0.8×3.9=3.182KN5、立柱所受的弯矩M=0.125·q线·H2=0.125×2.38×3.92=4.525KN·m四、立柱截面特性立柱规格120×60×4mm立柱强度设计值215N/mm2钢的弹性模量E=206×103N/mm2型钢截面积A=1376mm2型钢计算校核处壁厚t=4mmX轴惯性矩Ix=2550398mm4X轴抵抗矩Wx=42507mm3塑性发展系数γ=1.05五、立柱的强度校核校核依据:≤=215N/mm2(拉弯构件)==103.7N/mm2＜=215N/mm2立柱强度满足设计要求.六、幕墙立柱的刚度计算校核依据:≤[U]=15mm，且≤H/300:立柱最大挠度===9.9mm＜15mmDu:立柱挠度与立柱计算跨度比值:H:立柱计算跨度:3.9mDu=/L=9.9/3900=1/394＜1/300挠度能满足设计要求。第三章、石材幕墙横梁计算综合考虑横梁所处位置的标高、幕墙的横向分格宽度,所选横梁为:50×50×5mm镀锌角钢，以下情况最不利，须作横梁强度和挠度校核。选用横梁为:50×50×5mm镀锌角钢，计算标高为84.0m，横梁两端简支梁，跨度L=800mm，集中力作用部位a=150mm。一、部位基本参数横梁计算标高为84.0m，饰面材料为石材，所受重力GAK=0.85KN/m2，横梁的计算长度取L=0.8m，幕墙分格高度H=0.95m。二、荷载计算1、在幕墙平面内弯矩计算横梁受到饰面材料重力作用，可看作是两个集中力传递到横梁上。GAK:幕墙自重(石材):850N/m2qGK=GAK·B·H=0.85×0.8×0.95=0.65KNqG=1.2GGK=1.2×0.65=0.78KN集中荷载标准值P1K===0.325KN集中荷载设计值P1===0.39KN横梁在自重荷载作用下的最大弯矩:MX（按两个集中荷载）=P1·0.15=0.39×0.15=0.059KN·m2、横梁在幕墙平面外的弯矩计算横梁受到风荷载、地震荷载的作用，可看作是两个集中力传递到横梁上。垂直于幕墙平面的荷载组合采用（Sw+0.6Se组合）荷载组合标准值q面K=2.16KN/m2荷载组合设计值q面=2.98KN/m2荷载组合集中力标准值P2K=q面K·B·H=0.5×2.16×0.8×0.95=0.821KN荷载组合集中力设计值P2=q面·B·H=0.5×2.98×0.8×0.95=1.132KN横梁在水平荷载作用下的最大弯矩:My（按集中荷载）=P2·0.15=1.132×0.15=0.170KN·m三、横梁截面特性横梁强度设计值:215N/mm2弹性模量:E=2.06×105N/mm2x轴惯性矩:Ix=11.2×104mm4Y轴惯性矩:Iy=11.2×104mm4x轴抵抗矩:Wx=3041mm3Y轴抵抗矩:Wy=3041mm3型钢截面积:A=480mm2塑性发展系数:γ=1.05四、横梁强度校核校核依据:=≤=215N/mm2式中：:横梁计算强度γ:塑性发展系数:1.05===71.72N/mm2＜=215N/mm2横梁强度满足设计要求.横梁的剪力校核校核依据:τ1=＜[τ]=125N/mm2横梁承受水平方向剪应力设计值V1===2.265KNτ1===14.2N/mm2横梁承受竖直方向剪应力设计值V2==0.78KNτ2===4.9N/mm2横梁承受剪应力设计值τ===15.0N/mm2＜[τ]=125N/mm2横梁抗剪强度可以满足.五、横梁刚度校核1、由水平风荷载、地震作用产生的挠度（按集中荷载计算）==0.41mm2、由自重荷载作用产生的挠度（按集中荷载计算）==0.16mm3、横梁的挠度=0.44mm＜15mmDu:横梁挠度与横梁计算跨度比值:B:横梁计算跨度:800mmDu=/L=0.44/800=1/1818＜1/300横梁挠度能满足设计要求.第四章、石材幕墙连接件计算一、横梁与立柱连接件计算综合考虑幕墙所处的位置的标高、分格尺寸等因素，对下列最不利处进行计算，该处幕墙标高为86.85m，石材幕墙自重按GAK=0.85KN/m2，设计荷载q=2.98KN/m2，幕墙分格宽度B=1.7m，横梁跨度B1=0.8m，横梁上下分格高度为H=0.95m。立柱材料为120×60×5mm方通，横梁为角钢，壁厚5mm。角码材料为角钢，壁厚为5mm，采用2个M6不锈钢螺栓与立柱连接。螺栓承受水平和竖直组合剪力作用。1、计算模型2、荷载计算横梁端部支点承受的水平荷载N2=q面·B·H/2=2.98×0.8×0.95/2=1.132KN横梁端部支点承受的垂直荷载N1=1.2·qAK·B·H/2=1.2×0.85×0.8×0.95/2=0.388KN组合荷载N===1.197KN3、与立柱相连接的螺栓个数n2，立柱局部承压校核：与立柱相连接的螺栓个数n2M6不锈钢螺钉有效直径4.9mmM6不锈钢螺栓抗剪应力245N/mm2钢材承压应力320N/mm2每个螺栓的抗剪承载力=4620Nn2===0.26个根据构造要求，取螺栓n2=2（个）立柱局部承压能力=2×6×4×320=15360N＞N=1197N角码局部承压能力=2×6×5×320=19200N＞N=1197N4、角码与横梁相连接的螺栓个数n1，，横梁局部承压校核与立柱相连接的螺栓个数n2n1===0.25（个）取螺栓n1=2（个）横梁局部承压能力=2×6×5×320=19200N＞N2=2078N角码局部承压能力=1×8×5×320=12800N＞N2=2078N立柱与横梁连接设计符合要求。二、立柱与钢角码连接计算计算宽度B=0.8m，高度H=3.9m。立柱材料为方通，局部承压强度为320N/mm2，立柱壁厚=4mm，钢角码局部承压强度为320N/mm2，壁厚为=8mm，立柱的固定方式为双系点，即两侧均有钢角码与埋件连接，钢角码尺寸140×140×8mm（L=110mm）镀锌角钢，用2个M12不锈钢螺栓连接，螺栓有效直径D0=10.10mm。1、荷载计算垂直荷载=1.02×0.8×3.9=3.182KN水平荷载=2.98×0.8×3.9=9.298KN组合荷载N===9.827KN2、螺栓个数计算每个螺栓的抗剪承载力剪切面2=39.263KNn1===0.25个根据构造要求，取螺栓个数n1=2（个）3、立柱孔壁局部承压能力=2×2×12×4×320=61440N＞N=9287N4、钢连接件局部承压能力=2×2×12×8×320=122880N＞N=11339N立柱与支座连接设计符合要求.三、钢角码与预埋件连接计算标高取84.0m，自重荷载GAK=0.85KN/m2，水平荷载为q=2.98KN/m2，幕墙分格宽度1.7m，受力有效宽度B1=800mm,高度为4.5m，幕墙采用钢连接件140×140×8mm(L=110mm)，端部截面积A=880mm，抵抗矩W=16133mm3，幕墙立柱连接螺栓的中心离支座端部横截面形心的水平距离d=100mm，垂直距离为0。模型如下图所示：1、荷载计算单个钢连接件承受如下荷载水平荷载：N2=q×B1×H=×2.98×0.8×3.9=4.649KN垂直荷载：N1==0.5×1.2×0.85×0.8×3.9=1.591KN荷载组合：N===4.914KN支座横截面最大弯矩M=N2×0+N1×d=0+1.539×100×10-3=0.154KN·m2、螺栓个数计算每个螺栓的抗剪承载力=19.629Nn1