石材幕墙结构设计计算指南

石材幕墙工程构造设计计算书

设计Id期_______________

设计者_____________

校对者_____________

审核者_____________

批准者_____________

目录

一.计算引用的规范、原则及资料

1.幕墙设计规范

2.建筑设计规范

3.铝材规范

4.金属板及石材规范

5.玻璃规范

6.幕墙设计规范

7.胶类及密封材料规范

8.门窗及五金件规范

9.《建筑构造静力计算手册》

10.土建图纸

二、基本参数

I.幕墙所在地区

2.地区粗糙度分类等级

3.抗震烈度

三、幕墙承受荷载计算

L风荷载原则值计算:

2.垂直于幕墙平面的分布水平地震作用原则值:

3.作用效应组合：

四、幕墙立柱计算

1.立柱型材选材计算；

2.选用立柱型材的截面特性：

3.立柱H勺内力分析：

4.幕墙立柱H勺抗弯强度及抗剪强度验算:

5.幕墙立林H勺挠度验算：

五、幕墙横梁计算

1.横梁型材选材计算：

2.确定材料口勺截面参数：

3.选用横梁型材的截面特性：

4.幕墙横梁H勺抗弯强度计算：

5.横梁H勺挠度计算：

6.横梁H勺抗剪计算：

六、石板的选用与校核

1.石板板块荷载计算：

2.石板H勺抗弯设计：

3.石板H勺剪应力校核:

一.计算引用日勺规范、原则及资料

1.幕墙设计规范

《建筑幕墙》JG3035-I996

《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2023

《金属与石材幕墙工程技术规范》JGJ133-2023

《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措施》GB/T15226-94

《建筑幕墙风压变形性能测试措施》GB/T15227-94

《建筑幕墙雨水渗透性能测试措施》GB/T15228-94

《建筑幕墙保温性能测试措施》GB8484

《建筑幕墙平面内变形性能检测措施》GB/T18250-2023

《建筑幕墙抗震性能振动台试验措施》GB/T18575-2023

2.建筑设计规范：

《建筑构造荷载规范》GB50009-2023

《钢构造设计规范》GB50017-2023

《高层民用钢构造技术规程》JGJ99-98

《建筑设计防火规范》GBJ16-2023

《高层民用建筑设计防火规范》GB50045-2023

《建筑物防雷设计规范》GB50057-2023

《中国地震烈度表》GB/T17742-1999

《建筑抗震设计规范》GB50011-2023

《建筑抗震设防分类原则》GB50223-1995

《高层建筑混凝土构造技术规程》JGJ3-2023

《混凝土构造设计规范》GB50010-2023

《建筑构造可靠度设计统一原则》GB50068-2023

《建筑装饰工程施工质量验收规范》GB50210-2023

《建筑钢构造焊接规程》GB/T8162

《碳钢焊条》GB/T5117-1995

《铝型材截面几何参数算法及计算机程序规定》YS/T437-2023

3.铝材规范：

《铝合金建筑型材》GB/T5237-2023

《建筑铝型材基材》GB/T5237.1-2023

《建筑铝型材阳极氧化、着色型材》GB/T5237.2-2023

《铝及铝合金阳极氧化-阳极氧化膜的总规范》GB8013-1987

4.金属板及石材规范：

《天然花岗石荒料》JC/T204-2023

《天然大理石荒料》JC/T202-2023

《天然板石》GB/T18600-2023

《天然花岗石建筑板材》GB/T18601-2023

《天然大理石建筑板材》JC/T79-2023

《干挂石材幕墙用环氧胶粘剂》JC/T887-2023

《天然饰面石材术语》GB/T13890-92

《建筑材料放射性核素限量》GB6566-2023

《干挂天然花岗岩，建筑板材及其不锈钢配件》JC830-1998

《建筑瓷板装饰工程技术规范》CECS101：98

《建筑装饰用微晶玻璃》JC/T872-2023

5.钢材规范：

《不锈钢冷扎钢板》GB/T3280

《不锈钢热扎钢板》GB/T4237-92

《不锈钢热扎钢带》GB/T5090

《碳素构造钢》GB/T700-1988

《优质碳素构造钢》GB/T699

《合金构造钢》GB/T3077

《不锈钢和耐热钢冷扎带钢》GB/T4239

《高耐候构造钢》GB/T4171-2023

《碳素构造和低合金构造钢热轧薄钢板及钢带》GB/T912

《碳素构造和低合金构造钢热轧厚钢板及钢带》GB/T3274

《金属覆盖层钢铁制品热镀锌层技术规定》GB/T13912-1992

6.胶类及密封材料规范：

《硅酮建筑密封胶》GB/14683-2023

《建筑用硅酮构造密封胶》GB16776-2023

《石材幕墙接缝用密封胶》JC/T883-2023

《工业用橡胶板》GB/T5574-1994

《绝热用岩棉、矿棉及其制品》GB/T11835-98

《建筑用防霉密封胶》JC/T885-2023

《建筑表面用有机硅防水剂》JC/T902-2023

7.土建图纸：

二、基本参数

I.幕墙所在地区:

2.地区粗糙度分类等级：

幕墙属于薄壁外围护构件，按《建筑构造荷载规范》(GB50009-2023)

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、从林、丘陵以及房屋比较稀疏的乡镇和都市郊区；

C类：指有密集建筑群口勺都市市区；

D类:指有密集建筑群且房屋较高的都市市区；

根据上面分类原则，本工程按C类类地区考虑。

3.抗震烈度：

按照国家规范《建筑抗震设计规范》(GB50011-2023)、《中国地震动参数区

划图》(GB18306-2023)规定，该地区地震基本烈度为8度抗震

水平地震影响系数最大值为：8度抗震，amax=0.160o

4.分格参数：

模型简图为：

横梁跨度B(mm)=1100.00

横梁计算间距H(mm)=600.00

立柱预埋件间距L(mm)=3600.00

横梁总跨数=15(跨)

立柱总跨数=5微)

三、幕墙承受荷载计算

1.风荷载原则值计算：

幕墙属于薄壁外围护构件，按建筑构造荷载规范(GB50009-2023)计算：

wk=pgz*gz*ps*wO.......7.1.1-21GB50009-2023]

上式中：

wk：作用在幕墙上的风荷载原则值(kN/m2)；

Bz——瞬时风压的阵风系数，取1.830

us——风荷载体型系数，竖直幕墙外表面取1.500

Z——风荷载作用点离地面高度Z(m)=,30.000

地区粗糙度分类等级：C类

uz一一风荷载高度变化系数，并与建筑H勺地区类别有关，按《建筑构造荷载规

范》GBJ9取值

高度变化系数为1.000

Wo——基本风压，取0.350

因此，风荷载原则值为：

wk=1.830x1.500x1.000x0.350=0.961

风荷载设计值为：

2.垂直于幕墙平面的J分布水平地震作用原则值：

垂直于幕墙平面的分布水平地震作用原则值按下式计算:

qEk=pE*amax*(G+Gl)5.3,4[JGJ102-2023]

式中：qEK-----垂直幕墙平面内J分布水平地震作用(kN/m2)

BE——地震动力放大系数，取5.000

amax-----水平地震影响系数最大值，取0.160

G——单位面积口勺幕墙构造自重，取0.700*N/m2)

G1——单位面积口勺幕墙构造附件重，取0.20()(kN/m2)

因此，垂直于幕墙平面的分布水平地震作用原则值为：

qEk=5.000x0.160x0.900=0.720(KN/m2)

3.作用效应组合：

荷载和作用效应按下式进行组合：

S=yGSGk+vwywSwk+\|/EyESEk.......5.4.1[JGJ102-2023]

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原则值；

Swk、SEk：分别为风荷载，地震作用作为可变荷载产生的效应原则值；

YG、Yw、yE：各效应日勺分项系数；

力w、力E：分别为风荷载，地震作用效应的组合系数。

上面的yG、YW、yE为分项系数，按5.4.2、5.4.3、5.4.4[JGJ102・2023]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：YG：1.2；

风荷载：Yw：1.4；

地震作用：YE：13；

进行位移及挠度计算时；

重力荷载：yG：1.0；

风荷载：yw：i.o：

地震作用：YE：1.()；

上式中，风荷载欢)组合系数巾w为1.0；

地震作用的组合系数WE为0.5；

四.石板日勺选用与校核

目前计算板数n=l

=============石板名称=plate

1:基本参数:

(1)：计算点标高：3().()(X)(m)；

(2)：板块净尺寸:aXbXt=600.0mmXl()(X).()mmX25.0mm：

(3)：石板配置：四个背槽式

模型简图为：

模型简图为：

3

甘工

2:石板板块荷载计算:

(1)垂直于幕墙平面的I分布水平地震作用原则值:

qEk=pExamaxxGk/A5.3.4[JGJ102-2023]

式中：qEK-----垂直幕墙平面的J分布水平地箴作用(kN/m2)

BE一—地震动力放大系数，取5.0

amax——水平地震影响系数最大值，取0.160

Gk——石板板块日勺重力荷载原则值(板块自重+附件重)=0.540(kN)

A-----TT板板块平面面积=600000.000(mm2)

G1——单位面积的幕墙构造附件重，取0.200(kN/m2)

因此，垂直于幕墙平面的分布水平地震作用原则值为：

qEk=5.000x0.160x0.540/0.600=0.7200(kN/m2)

(2)石板板块荷载集度设计值组合：

采用Sw+0.5SE设计值组合：……5.4.1[JGJ102-2023]

q=1.4xwk+0.5xl.3xqEAk

=1.813050(kN/m2)=0.001813(MPa)

3:石板的抗弯设计：

石板弯曲强度平均值fgm(MPa)=40.00

石板弯曲强度安全系数Kl=2.15

石板抗弯强度设计值fg1=fgm/K1=18.60(MPa)

校核根据：。Wfgl=18.60(MPa)

石板最大弯矩系数m=0.147

h：长边边长(mm)=1000.000

t：石板厚度：(mm)=25.000

最大弯曲应力计算公式：。=6*m*q*b0*b0；t*t

石板最大弯曲应力6(MPa)=1.251509

弯曲应力比=0.067

强度能满足规定。

4:石板口勺剪应力校核：

石板抗剪强度安全系数K2=4.30

石板抗剪强度设计值fg2=fgm/K2=9.30(MPa)

校核根据:T=qab3/n(t-c)sW，sc=9.30(MPa)

T：在石板中产生的剪应力设计值(MPa)；

TSC：石板的抗剪强度设计值(MPa)；

q：石板板块水平荷载集度设计值组合(MPa)；

a：长边边长：600.00(mm)

b：短边边长：lOOO.OO(mm)

t：石板厚度：(mm)=25.000

c：背槽深度：12.00(mm)

槽长s(mm)=：lOO.OO(mm)

n=4

P=1.25

石板最大剪切应力T(MPa)=0.131

<=fg2=fgm/4.30=9.30(MPa)

剪应力校核满足规定。

++++++++++++++++end++++++++++++++++++++++++++++

五.横梁强度、刚度校核:

模型简图为:

横梁名：beam

材料：钢Q235,抗弯强度f=215.0(MPa)

(1)横梁截面特性：

L形高H=50.0(mm)

L形宽B=50.0(mm)

L形厚t=4.5(inm)

(2)荷载：

分布荷载:

水平地震荷载原则值qE(kN/m)=0.432(kN/m)

水平风载原则值qw(kN/m)=0.576(kN/m)

竖向恒载原则值qG(kN/m)=0.540(kN/m)

集中荷载:

(3)各跨强度，刚度校核

强度计算公式：f=Mx/(Wx*1.05)+My/(Wy*1.05)<[f|

单元序号：1跨度为LlOO(m)

强度校核：

横梁弯矩：

M1-2(x)=0.087(kM-m)MI-3(y)=0.138(kM-m)

强度校核：

抗弯强度f=26.6l3(MPa)<=[f]=2l5.0(MPa)(强度满足规定)

刚度验算：

位移u=15.075(mm)刚度比=13134.0

刚度比=13134.0>180(刚度满足规定)

单元序号:2跨度为1.100(m)

强度校核：

横梁弯矩：

M1-2(x)=0.087(kM-m)Ml-3(y)=0.138(kM-m)

强度校核：

抗弯强度f=26.613(MPa)<=[f]=215.()(MPa)(强度满足规定)

刚度验算：

位移u=3.613(mm)刚度比=54X05.5

刚度比=54805.5>180(刚度满足规定)

单元序号:3跨度为LlOO(m)

强度校核：

横梁弯矩：

M1-2(x)=0.070(kM-m)MI-3(y)=0.11l(kM-m)

强度校核：

抗弯强度f=21.4IO(MPa)<=[f]=2l5.0(MPa)(强度满足规定)

刚度验算：

位移u=7.375(mm)刚度比=26848.4

刚度比二26848.4>180(刚度满足规定)

单元序号:4跨度为1.100(m)

强度校核：

横梁弯矩：

M1-2(x)=0.070(kM-m)Ml-3(y)=0.111(kM-m)

强度校核：

抗弯强度f=21.410(MPa)<=[f]=215.0(MPa)(强度满足规定)

刚度验算：

位移u=3.613(mm)刚度比=54X05.5

刚度比=54805.5>180(刚度满足规定)

单元序号:5跨度为LlOO(m)

强度校核：

横梁弯矩：

M1-2(x)=0.069(kM-m)MI-3(y)=0.109(kM-m)

强度校核：

抗弯强度f=21.04l(MPa)<=[f]=2l5.0(MPa)(强度满足规定)

刚度验算：

位移u=15.075(mm)刚度比=13134.0

刚度比=13134.0>180(刚度满足规定)

单元序号：6跨度为1.100(m)

强度校核：

横梁弯矩：

M1-2(x)=0.069(kM-m)Ml-3(y)=0.109(kM-m)

强度校核：

抗弯强度f=21.()41(MPa)<=[f]=215.()(MPa)(强度满足规定)

刚度验算：

位移u=1.962(mm)刚度比=100909.5

刚度比=100909.5>180(刚度满足规定)

单元序号:7跨度为LlOO(m)

强度校核：

横梁弯矩：

M1-2(x)=0.069(kM-m)MI-3(y)=0.109(kM-m)

强度校核：

抗弯强度f=21.OI4(MPa)<=[f]=2l5.0(MPa)(强度满足规定)

刚度验算：

位移u=1.962(mm)刚度比=100909.5

刚度比=100909.5>180(刚度满足规定)

单元序号:8跨度为1.100(m)

强度校核：

横梁弯矩：

M1-2(x)=0.069(kM-m)Ml-3(y)=0.109(kM-m)

强度校核：

抗弯强度f=21.014(MPa)<=[f]=215.0(MPa)(强度满足规定)

刚度验算：

位移u=1.962(mm)刚度比=100909.5

刚度比=100909.5>180(刚度满足规定)

单元序号:9跨度为LlOO(m)

强度校核：

横梁弯矩：

M1-2(x)=0.069(kM-m)MI-3(y)=0.109(kM-m)

强度校核：

抗弯强度f=21.OI4(MPa)<=[f]=2l5.0(MPa)(强度满足规定)

刚度验算：

位移u=1.962(mm)刚度比=100909.5

刚度比=100909.5>180(刚度满足规定)

单元序号：10跨度为l.lOO(m)

强度校核：

横梁弯矩：

M1-2(x)=0.069(kM-m)Ml-3(y)=0.109(kM-m)

强度校核：

抗弯强度f=21.()41(MPa)<=[f]=215.()(MPa)(强度满足规定)

刚度验算：

位移u=1.962(mm)刚度比=100909.5

刚度比=100909.5>180(刚度满足规定)

单元序号：11跨度为IJOO(m)

强度校核：

横梁弯矩：

M1-2(x)=0.069(kM-m)MI-3(y)=0.109(kM-m)

强度校核：

抗弯强度f=211)41(MPa)<=[f]=2l5.0(MPa)(强度满足规定)

刚度验算：

位移u=1.962(mm)刚度比=100909.5

刚度比=100909.5>180(刚度满足规定)

单元序号：12跨度为l.lOO(m)

强度校核：

横梁弯矩：

M1-2(x)=0.070(kM-m)Ml-3(y)=0.111(kM-m)

强度校核：

抗弯强度f=21.410(MPa)<=[f]=215.0(MPa)(强度满足规定)

刚度验算：

位移u=1.962(mm)刚度比=100909.5

刚度比=100909.5>180(刚度满足规定)

单元序号：13跨度为1.100(m)

强度校核：

横梁弯矩：

M1-2(x)=0.070(kM-m)MI-3(y)=0.11l(kM-m)

强度校核：

抗弯强度f=21.4IO(MPa)<=[f]=2l5.0(MPa)(强度满足规定)

刚度验算：

位移u=1.962(mm)刚度比=100909.5

刚度比=100909.5>180(刚度满足规定)

单元序号：14跨度为l.lOO(m)

强度校核：

横梁弯矩：

M1-2(x)=0.087(kM-m)Ml-3(y)=0.138(kM-m)

强度校核：

抗弯强度f=26.613(MPa)<=[f]=215.()(MPa)(强度满足规定)

刚度验算：

位移u=1.962(mm)刚度比=100909.5

刚度比=100909.5>180(刚度满足规定)

单元序号：15跨度为1.100(m)

强度校核：

横梁弯矩：

M1-2(x)=0.087(kM-m)MI-3(y)=0.138(kM-m)

强度校核：

抗弯强度f=26.6l3(MPa)<=[f]=2l5.0(MPa)(强度满足规定)

刚度验算：

位移u=1.962(mm)刚度比=100909.5

刚度比=100909.5>180(刚度满足规定)

++++++++++++++end++++++++++++++++++++++++++++

六*********立柱强度、刚度校核：*************

模型简图为:

立柱名：column

材料：钢Q235,抗弯强度f=215.()(MPa)

(1)立柱截面特性：

槽钢高H=lOO.O(mm)

槽钢宽B=48.0(mm)

槽钢厚t=5.3(mm)

⑵荷载：

水平地震荷载原则值qE(kN/m尸4.101(kN/m)

水平风载原则值qw(kN/m)=1.057(kN/m)

竖向恒载集中力原则值NG(kN)=17.820(kN)

(3)各跨强度，刚度校核

强度计算公式：f=N/A*fa+My/(Wy*1.05)<[f](MPa)

单元序号：1高度为3.6(X)(m)

强度校核：

立柱弯矩、轴力；

Ml-2(x)=5.595(kM-m)N=22.732(kM)

强度校核：

抗压弯强度f=208.494(MPa)<=[f]=215.0(MPa)(强度满足规定)

刚度验算：

位移u=15.075(mm)刚度比=42983.9

刚度比二42983.9>180(刚度满足规定)

单元序号:2高度为3.600(m)

强度校核：

立柱弯矩、轴力：

Ml-2(x)=5.595(kM-m)N=22.732(kM)

强度校核：

抗压弯强度f=208.494(MPa)<=H]=215.0(MPa)(强度满足规定)

刚度验算：

位移u=3.613(mm)刚度比=179363.6

刚度比=179363.6>180(刚度满足规定)

单元序号:3高度为3.6(X)(m)

强度校核：

立柱弯矩、轴力；

M1-2(x)=4.200(kM-m)N=22.732(kM)

强度校核：

抗压弯强度f=162.919(MPa)<=[f]=215.0(MPa)(强度满足规定)

刚度验算：

位移u=7.375(mm)刚度比=87867.6

刚度比二87867.6〉180(刚度满足规定)

单元序号:4高度为3.600(m)

强度校核：

立柱弯矩、轴力：

Ml-2(x)=5.595(kM-m)N=22.732(kM)

强度校核：

抗压弯强度f=208.494(MPa)<=H]=215.0(MPa)(强度满足规定)

刚度验算：

位移u=3.613(mm)刚度比=179363.6

刚度比=179363.6>180(刚度满足规定)

单元序号:5高度为3.6(X)(m)

强度校核：

立柱弯矩、轴力；

Ml-2(x)=5.595(kM-m)N=22.732(kM)

强度校核：

抗压弯强度f=208.494(MPa)<=[f]=215.0(MPa)(强度满足规定)

刚度验算：

位移u=15.075(mm)刚度比=42983.9

刚度比二42983.9>180(刚度满足规定)

++++++++++++++end++++++++++++++++++++++++++++

七、********连接件设计********

基本参数：

I：计算点标高：30.000

2：立柱计算间距B(指立柱左右分格平均宽度)：1100.000

3：横梁计算分格尺寸(指横梁上下分格平均高度)：=600,000

4：立柱预埋件间距L(mm):3600.00

5：横梁总跨数n(跨)：15

6：立柱总跨数m(跨):5

A:横梁与立柱

荷载计算：

竖向自重荷载设计值Gv=1.2*Gk=814.619(N)

水平荷载设计值Gh=1.4*B*H*Wk+l.3*0.5*B*H*qEk=1196.613(N)

连接处剪力设计值：

计算参数：

横梁与立柱焊缝高=5.0

横梁与立柱设计焊缝长Lf(mm)=215.0

焊缝有效厚度he=0.707PHf=3.5(mm)

)焊缝总面积A=he*(Lf-20)=689.4(mm*mm)

焊缝应力计算公式tw=Q/A<160(MPa)

横梁与立柱焊缝应力(MPa)=2.1

横梁与立柱焊缝满足规定！焊缝应力<160(MPa)

横梁与立柱最小计算焊缝长(mm)=22.5

B.立柱与主构造连接：

计算参数：

连接处水平剪切总力计算：

水平剪切总力Qv:7179,678(N)

连接处重力总力计算：

竖向剪力Qh:3704.157(N)

连接处总剪力计算：

计算参数：

立柱与主构造焊缝高Hf(mm)=6.0

立柱与主构造设计焊缝长(mm)=215.0

焊缝有效厚度he=0.7071*Hf=4.2(mm)

)焊缝总面积A=he*(Lf-20)=827.3(mm*mm)

焊缝应力计算公式fw二Q/A<160(MPa)

立柱与主构造焊缝应力(MPa)=9.6

立柱与主构造焊缝满足规定！焊缝应力v160：MPa)

立柱与主构造最小计算焊缝长(mm)=31.7

*********预埋件设计********

(1)基本参数：

设计轴力N(N)=7179.678000

设计剪力V(N)=3704.156789

设计弯矩M(N-mm)=370415.678940

锚板长度x(mm)=300.00

锚板宽度y(mmi=200.00

锚板厚度t(mm)=8.00

剪力作用点到埋件距离E0(mm)=100.00

配筋层数=2

混凝土等级二C25

锚筋级别=HPB235

锚筋直径(mm)=10.0

外层锚筋中心线之间H勺距离Z(mm)120.00

(2)锚筋的截面面积及锚筋总的根数：

计算公式(规范C.0.1)：

受拉时：AS2V/(QYXavXfs)+N/(0.8XabXfs)+M/(1.3XayXabXfsXZ]

As^N/(0.8XabXfs)+M/(0.4XayXabXfsXZ]

所需锚筋的截面面积=99.354707

所需锚筋总的J根数num：=2

(3)锚板总面积校核：

计算公式NW