单索幕墙计算书参考917DOC.docx
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单索幕墙计算书参考917DOC
单索点支式玻璃幕墙计算
第一章、计算说明
点支式玻璃幕墙采用竖向单索受力形式,面板采用TP12LOW-E+12A+TP12钢化中空玻璃。
玻璃面板采用夹板式支撑结构形式。
受力结构将通过通用有限元计算软件Ansys建立模型进行计算。
《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003
《建筑结构荷载规范》GB50009-2001(2006年版)
《建筑抗震设计规范》GB50011-2001
《钢结构设计规范》GBJ50017-2003
相关图纸
第二章、荷载计算
一、幕墙自重荷载计算
玻璃采用TP12LOW-E+12A+TP12钢化中空玻璃,根据《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003表5.3.1条规定。
玻璃重力密度:
25.6KN/m3
玻璃自重面荷载标准值:
GGK=(12+12)×10-3×25.6=0.615KN/m2
考虑到其他构件,玻璃幕墙自重面荷载标准值取:
GGK=0.7KN/m2
幕墙面板自重面荷载设计值:
GG=γG·GGK=1.2×0.7=0.84KN/m2
自重作用效应分项系数取γG=1.2,按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第5.4.2.1条规定。
二、水平地震荷载计算
抗震设防烈度:
8度
αmax:
水平地震影响系数最大值,取αmax=0.16
按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003表5.3.4条规定
动力放大系数:
β=5.0
qEK:
作用在幕墙上的地震荷载标准值
qEK=α·β·GGK=0.16×5.0×0.7=0.56KN/m2
qE:
作用在幕墙上的地震荷载设计值:
qE=γE·qEK=1.3×0.56=0.728KN/m2
地震荷载作用效应分项系数,取γE=1.3,按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第5.4.2.1条规定。
三、风荷载计算
计算说明:
索网幕墙高9.31m,经过综合考虑计算高度取10m。
地面粗糙程度:
C
唐山地区基本风压:
W0=0.4KN/m2(按50年一遇)
计算高度:
HMAX=10m
局部风压体形系数μS1:
正风压大面,取1.2;负风压大面,取-1.2;
瞬时风压阵风系数:
βgz=2.0978
高度变化系数:
μZ=0.74
作用在幕墙上的风荷载标准值:
正风压:
WK=βgzμZμS1W0
=2.0978×0.74×1.2×0.4
=0.745KN/m2<1.0KN/m2
取WK=1.0KN/m2
负风压:
WK=βgzμZμS1W0
=2.0978×0.74×1.2×0.4
=0.745KN/m2<1.0KN/m2
取WK=-1.0KN/m2
风荷载设计值:
W=γG×WK=1.4×1.0=1.400KN/m2
风荷载作用分项系数γG=1.4,按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第5.4.2.1条规定。
四、温度荷载
索施工时处于室外,正常工作处于室内,按80摄氏度温差考虑,温度作用效应分项系数取1.4;线膨胀系数:
不锈钢索1.20×10-5,钢材1.2×10-5。
温度作用标准值:
TK=80oC
温度作用设计值:
T=1.4×80oC=112oC
五、荷载工况组合
综合考虑各种荷载工况,选取最不利的荷载工况如下:
挠度计算荷载组合:
恒载标准值+1.0×预应力+风荷载标准值+0.2×温度升高引起的荷载
强度计算荷载组合:
1.2×恒载标准值+1.0×预应力+1.4×风荷载标准值+0.5×1.3×地震荷载标准值+0.2×1.4×温度下降引起的荷载
第三章、索结构计算
一、计算说明
力学模型说明:
本工程采用竖向单索支撑玻璃,采用φ16(1×19)和φ19.5(1×37)不锈钢索,竖向单索属于柔性结构,靠较大变形来平衡水平方向的荷载。
竖索同时还要承受幕墙自重。
1.来自坚朗供应商提供索的资料
拉索断面参数与力学性能
名称
直径
材质
弹性模量
(N/mm2)
钢丝强度
(N/mm2)
断面积
(mm2)
最小破断力
(KN)
竖索
不锈钢
1.15e5
1320
152.81
181.52
竖索
不锈钢
1.3e5
1320
225.51
255.6
竖索φ16(1X19)拉索拉力设计值:
F=181.52/1.8=100.8KN
竖索φ19.5(1X37)拉索拉力设计值:
F=255.6/1.8=142KN
根据《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第5.2.5条的规定
2.钢结构设计
钢构件材质为Q235B,拉索上部钢梁为热轧工字钢22b,门框两侧立柱和门框横梁为H型钢HW400X400,门框中部立柱为箱形构件□400X150X10。
二、建立Ansys模型
1.模型计算采用有限元计算软件Ansys9.0
2.模型单元:
钢构件部分采用BEAM189;不锈钢拉索部分采用LINK10。
3.构件截面参数
根据幕墙施工图建立有限元模型,有限元模型中各对应部位的构件截面尺寸根据幕墙施工图所示。
4.支座条件
根据幕墙施工图拉索上端通过22b工字钢与主体结构连接,下端与门框横梁连接;门框立柱下端与主体结构连接。
5.荷载施加
幕墙恒荷载、风荷载、地震作用按节点荷载施加;幕墙温度作用按均布温度施加,幕墙钢索预应力按初始应变施加。
6.各种梁单元截面特性如下:
工字钢22b
HW400X400
箱形构件400X150X10。
7.有限元模型
具体模型见下图两边较长竖索采用φ19.5(1×37)不锈钢索,中部短索采用φ16(1×19)不锈钢索。
单索幕墙有限元模型三维图
单索幕墙有限元模型立面图
三、单索挠度计算
选取正常使用时控制工况进行计算:
恒载标准值+1.0×预应力+风荷载标准值+0.2×温度升高80
索挠度按L/50进行控制,钢结构挠度按L/250进行控制;
在竖索中施加预拉力,φ16(1X19)拉索施加的预应变值均为:
0.0026;φ19.5(1X37)拉索施加的预应变值均为:
0.003。
计算模型荷载图:
运行后的挠度图如下:
竖索扰度计算结果(单位:
mm):
最大位移:
f=136.005mm<9310/50=186.2mm,满足变形要求。
两边长索φ19.5(1X37)扰度计算结果(单位:
mm):
最大位移:
f=136.005mm<9310/50=186.2mm,满足变形要求。
中部短索φ16(1X19)扰度计算结果(单位:
mm):
最大位移:
f=115.265mm<5850/50=117mm,满足变形要求。
钢结构扰度计算结果(单位:
mm):
最大位移:
f=12.546mm<8150/250=32.6mm,满足变形要求。
顶部钢结构扰度计算结果(单位:
mm):
最大位移:
f=0.560936mm<400/250=1.6mm,满足变形要求。
底部钢结构扰度计算结果(单位:
mm):
最大位移:
f=12.546mm<8150/250=32.6mm,满足变形要求。
单索体系扰度满足设计要求。
四、单索强度计算
选取结构承载能力极限状态控制工况进行计算:
1.2×恒载标准值+1.0×预应力+1.4×风荷载标准值+0.5×1.3×地震荷载标准值+0.2×1.4×温度下降引起的荷载
φ16(1X19)拉索拉力设计值按F=181.52/1.8=100.8KN进行控制,φ19.5(1X37)拉索拉力设计值按F=255.6/1.8=142KN进行控制;钢结构强度按215N/mm2进行控制。
在竖索中施加预拉力,φ16(1X19)拉索施加的预应变值均为:
0.0026;φ19.5(1X37)拉索施加的预应变值均为:
0.003。
计算模型荷载图:
运行后的强度图如下:
竖索轴力内力图(单位N):
竖索的最大拉力N=127.734KN<255.6/1.8=142KN
两边长索φ19.5(1X37)轴力内力图(单位:
N):
φ19.5(1X37)竖索的最大拉力N=127.734KN<255.6/1.8=142KN
中部短索φ16(1X19)轴力内力图(单位N):
φ16(1X19)竖索的最大拉力N=70.225KN<181.52/1.8=100.8KN
钢结构应力云图(单位:
N/mm2):
钢结构的最大应力为160.491N/mm2<215N/mm2
单索体系强度满足设计要求。
五、支座反力
计算模型支座节点编号图:
支座个节点的反力如下表(单位:
N.mm):
PRINTREACTIONSOLUTIONSPERNODE
*****POST1TOTALREACTIONSOLUTIONLISTING*****
LOADSTEP=1SUBSTEP=1
TIME=1.0000LOADCASE=0
THEFOLLOWINGX,Y,ZSOLUTIONSAREINGLOBALCOORDINATES
NODEFXFYFZMXMYMZ
1-0.57396E-01-0.12004E+06-6523.8
820.57396E-01-0.12004E+06-6523.8
87-0.12372E+06-0.25189E+06-32398.-0.10882E+0976360.0.16877E+09
1085348.3-0.29916E+06-32832.-0.11007E+09-0.29735E+07-0.55015E+07
1220.86565E-0749356.-29572.-0.10275E+090.48846E-05-0.22460E-04
136-5348.3-0.29916E+06-32832.-0.11007E+090.29735E+070.55015E+07
1500.12372E+06-0.25189E+06-32398.-0.10882E+09-76360.-0.16877E+09
3150.22368E-010.12744E+06-10197.-0.50968E+0866.685561.05
318-26.78669568.-5587.3-0.27825E+08-10694.211.59
321-21.36467169.-5873.0-0.26865E+08-8528.0171.81
324-17.20462046.-5892.3-0.24817E+08-6867.7128.18
327-13.86358439.-5902.1-0.23374E+08-5534.297.418
330-11.29457061.-5903.4-0.22823E+08-4508.777.425
333-9.223858065.-5897.4-0.23224E+08-3682.264.197
336-7.326161353.-5885.3-0.24540E+08-2924.553.786
339-5.273666349.-5869.3-0.26538E+08-2105.141.906
342-2.930169022.-5599.0-0.27607E+08-1169.823.091
345-0.11210E-0870121.-5593.0-0.28046E+08-0.40682E-07-0.89277E-09
3482.930169022.-5599.0-0.27607E+081169.8-23.091
3515.273666349.-5869.3-0.26538E+082105.1-41.906
3547.326161353.-5885.3-0.24540E+082924.5-53.786
3579.223858065.-5897.4-0.23224E+083682.2-64.197
36011.29457061.-5903.4-0.22823E+084508.7-77.425
36313.86358439.-5902.1-0.23374E+085534.2-97.418
36617.20462046.-5892.3-0.24817E+086867.7-128.18
36921.36467169.-5873.0-0.26865E+088528.0-171.81
37226.78669568.-5587.3-0.27825E+0810694.-211.59
375-0.22363E-010.12744E+06-10197.-0.50968E+08-66.685-561.05
TOTALVALUES
VALUE0.18076E-040.13563E+06-0.30551E+06-0.10854E+100.19180E-02-0.23536E-04
第二章、中空玻璃面板1计算
一、计算说明
玻璃面板选用TP12LOW-E+12A+TP12mm钢化中空玻璃。
玻璃幕墙的分格尺寸为,a=1050mm,b=2100mm。
该玻璃幕墙的玻璃属于点支承体系,面板四点固定,可将其简化为四点支撑的面板计算模型。
二、玻璃面板强度校核
校核依据:
≤fg
按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第8.1.5条
1、计算说明
根据《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第6.1.5条的规定,中空玻璃的内外片玻璃承受的荷载分别为
、
。
外片玻璃承受的荷载较大,由于内外片玻璃的厚度相同,所以我们只需要验算外片玻璃的强度。
2、外片玻璃承受的水平风荷载
t1、t2:
中空玻璃内外片玻璃的厚度,取t1=t2=12mm
WK1:
外片玻璃承受的水平风荷载标准值
=0.55KN/m2
W1:
外片玻璃承受的水平风荷载设计值
=0.77KN/m2
3、外片玻璃承受的水平地震荷载
t1、t2:
中空玻璃内外片玻璃的厚度,取t1=t2=12mm
GAK1:
外片玻璃面板自重面荷载标准值
GAK1=12×10-3×25.6=0.3072KN/m2
取GAK1=0.35KN/m2
qK1:
外片玻璃承受的水平地震作用标准值
αmax:
水平地震影响系数最大值,取αmax=0.16(按8度考虑)
查《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003表5.3.4
βE:
动力放大系数,取βE=5.0
按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第5.3.4条规定
qK1:
外片玻璃承受的水平地震作用标准值
qEK=αmax·βE·GGK=0.16×5.0×0.35=0.28KN/m2
q1:
外片玻璃承受的水平地震作用设计值
=0.364KN/m2
4、外片玻璃风荷载和水平地震作用组合计算
ψW:
风荷载的组合值系数,取ψW=1.0
按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第5.4.3条
ψE:
地震作用的组合值系数,取ψE=0.5
按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第5.4.3条
qK1:
外片玻璃风荷载和水平地震作用组合标准值
qK1=ψW·WK1+ψE·qEK1=1.0×0.55+0.5×0.28=0.69KN/m2
q1:
外片玻璃风荷载和水平地震作用组合设计值
q1=ψW·W1+ψE·qE1=1.0×0.77+0.5×0.364=0.952KN/m2
5、外片玻璃的强度折减系数
θ:
参数
t:
外片玻璃厚度,取t=12mm
=8.77
η:
折减系数,取η=0.97
由θ=8.77,查《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003表6.1.2得
6、外片玻璃强度校核
m:
弯矩系数,取m=0.13
由
=
=0.5,查《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003表8.1.5得
σ:
外片玻璃产生的最大应力
=
=21.54N/mm2<fg=84.0N/mm2
外片玻璃面板强度符合规范要求。
由于外片玻璃承受的荷载大与内片玻璃承受的荷载,内外片玻璃的厚度相同,可知内片片玻璃的强度符合规范要求。
玻璃面板强度符合规范要求。
三、玻璃面板挠度校核
校核依据:
df=
≤df,lim=
按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第8.1.5条
t0:
玻璃等效厚度
t0=0.95
=0.95×
=14.36
D:
玻璃刚度
D=
=
=1.85×107N·mm
μ:
挠度系数,取μ=0.0142
由
=
=0.5,查《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003表8.1.5得
η:
折减系数,取η=0.989
θ:
参数
=6.35
由θ=3.35,查《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003表6.1.2得
df:
在风荷载标准值作用下,玻璃产生的最大挠度
df=
=
=14.89mm
df=14.72mm<df,lim=
=
=35mm
玻璃面板挠度符合规范要求。
第三章、中空玻璃面板2计算
一、计算说明
玻璃面板选用TP12LOW-E+12A+TP12mm钢化中空玻璃。
玻璃幕墙的分格尺寸为,a=1400mm,b=3160mm。
该玻璃幕墙的玻璃属于一点两边支承体系。
二、玻璃面板强度校核
1、计算说明
根据《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第6.1.5条的规定,中空玻璃的内外片玻璃承受的荷载分别为
、
。
外片玻璃承受的荷载较大,由于内外片玻璃的厚度相同,所以我们只需要验算外片玻璃的强度。
2、外片玻璃承受的水平风荷载
t1、t2:
中空玻璃内外片玻璃的厚度,取t1=t2=12mm
WK1:
外片玻璃承受的水平风荷载标准值
=0.55KN/m2
W1:
外片玻璃承受的水平风荷载设计值
=0.77KN/m2
3、外片玻璃承受的水平地震荷载
t1、t2:
中空玻璃内外片玻璃的厚度,取t1=t2=12mm
GAK1:
外片玻璃面板自重面荷载标准值
GAK1=12×10-3×25.6=0.3072KN/m2
取GAK1=0.35KN/m2
qK1:
外片玻璃承受的水平地震作用标准值
αmax:
水平地震影响系数最大值,取αmax=0.16(按8度考虑)
查《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003表5.3.4
βE:
动力放大系数,取βE=5.0
按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第5.3.4条规定
qK1:
外片玻璃承受的水平地震作用标准值
qEK=αmax·βE·GGK=0.16×5.0×0.35=0.28KN/m2
q1:
外片玻璃承受的水平地震作用设计值
=0.364KN/m2
4、外片玻璃风荷载和水平地震作用组合计算
ψW:
风荷载的组合值系数,取ψW=1.0
按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第5.4.3条
ψE:
地震作用的组合值系数,取ψE=0.5
按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第5.4.3条
qK1:
外片玻璃风荷载和水平地震作用组合标准值
qK1=ψW·WK1+ψE·qEK1=1.0×0.55+0.5×0.28=0.69KN/m2
q1:
外片玻璃风荷载和水平地震作用组合设计值
q1=ψW·W1+ψE·qE1=1.0×0.77+0.5×0.364=0.952KN/m2
5、ansys程序对外片玻璃强度的分析
5.1建立模型
5.2模型荷载图
5.3计算结果
玻璃的最大强度为28.311Mpa<84.0Mpa。
外片玻璃面板强度符合规范要求。
6、ansys程序对玻璃强度的分析
6.1玻璃面板承受荷载标准值为W=-1.0KN/m2
6.2中空玻璃等效计算厚度te,根据《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003公式6.1.5-3得
=
=
=14.36mm:
校核依据:
df≤df,lim=
6.3模型荷载图
6.4计算结果
玻璃的最大挠度为22.836mm<1400/60=23.33mm。
玻璃面板挠度符合规范要求,可以正常使用。
第四章结构相关连接处计算
一、计算说明
钢结构与主体结构的连接沿柱周边采用完全焊透坡口对接焊缝,由钢结构计算可知满足要求。
索锚具和拉索吊耳是根据拉索吊耳坚朗公司提供的索直径,索力与锁头的对应表格直接选取。
表格中的锁头均通过计算和实验验证,无需在计算。
二、边索连接计算
边上竖索连接件固定主体结构上,承受竖向索传递来的荷载。
连接形式如下
由第一章支座反力可知拉力N=120.04KN,剪力Q=6.5238KN
单个M24锚栓受力所受拉力N=120.04KN/6=20KN
M24锚栓有效面积,A0=353mm2
M24锚栓强度设计值,f=140N/mm2
单个M24锚栓承载力P=A0·f=49.42KN>20KN
M24锚栓满足设计要求。
三、钢结构连接计算
门框部分钢结构与主体结构采用刚性连接,中部连接形式如下
由第一章支座反力可知
拉力Ny=299.16KN,剪力Qx=5.348KN,剪力Qz=32.832KN;
弯矩Mx=110.07KN.m,My=2.974KN.m,Mz=5.5KN.m,
单个M36锚栓受力所受拉力N=299.16/8+110.07/0.56/3+5.5/0.31/3=109KN
M36锚栓有效面积,A0=817mm2
M36锚栓强度设计值,f=140N/mm2
单个M个M36锚栓承载力P=A0·f=114.38KN>109KN
M36锚栓满足设计要求。
门边框连接形式如下
由第一章支座反力可知
拉力Ny=251.89KN,剪力Qx=123.72KN,剪力Qz=32.398KN;
弯矩Mx=108.82KN.m,My=0.7636KN.m,Mz=168.77KN.m,
单个M39锚栓受力所受拉力N=251.89/12+108.82/0.66/4+168.77/0.66/4=127KN
M39锚栓有效面积,A0=976mm2
M39锚栓强度设计值,f=140N/mm2
单个M39锚栓承载力P=A0·f=136.6KN>127KN
M39锚栓满足设计要求。
四、梁柱连接计算
钢结构梁柱的连接:
翼缘采用完全焊透的坡口对接焊缝连接,可视为与翼缘板等强度,不需要计算。
腹板采用M20的高强螺栓连接,按等强计算
摩擦面的抗滑移系数为0.3,
双剪n=2,
M20高强螺栓预拉力P=125KN,
系数a=0.9
高强螺栓抗剪承载力Nv=2×0.3×125×0.9=67.5KN
腹板连接需要的高强螺栓数目
nw=125×(400-21-21)×13×0.85/67.5/1000=7.3
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