点支承玻璃幕墙计算书.docx
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点支承玻璃幕墙计算书
点支承玻璃幕墙工程
计
算
书
2007年1月25日
第一部分计算说明
一.参照的标准及规范:
《建筑结构可靠度设计统一标准》GB50068-2001
《建筑结构荷载规范》GB50009-2001
《混凝土结构设计规范》GB50010-2002
《钢结构设计规范》GB50017-2003
《冷弯薄壁钢结构设计规范》GB50018-2003
《建筑钢结构焊接规程》GBJ81-91
《建筑工程施工质量验收统一标准》GB50300-2001
《建筑工程质量检验评定标准》GB50221-95
《钢结构工程质量检评定标准》GB50221-95
《钢结构工程施工及验收规范》GB50205-95
《建筑防腐蚀工程质量检验评定标准》GB50224-95
《建筑装饰装修工程质量验收规范》GB50210-2001
《预应力筋用锚具、夹具和连接器应用技术规程》JGJ85
《预应力筋用锚具、夹具和连接器》GB/T14370
《建筑幕墙物理性能分级》GB/T15225
《玻璃幕墙工程质量检验标准》JGJ/139-2001
《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003
《建筑幕墙》GB3035
《点支式玻璃幕墙支承装置》JB/T138-2003
《金属石材幕墙工程技术规范》JGJ133-2001
《建筑玻璃应用技术规程》JGJ113-97
《建筑结构静力计算手册》(第二版)
《建筑结构抗震规范》GB50011-2001
《浮法玻璃》GB11614
《钢化玻璃》GB/T9963
《幕墙用钢化玻璃与半钢化玻璃》GB/T17841
《夹层玻璃》GB9962
《不锈钢棒》GB/T1220
《不锈钢冷加工钢棒》GB/T4226
《不锈钢冷轧钢板》GB/T3280
《不锈钢热轧钢带》YB/T5090
《不锈钢热轧钢板》GB/T4237
《不锈钢丝》GB/T4240
《不锈钢丝绳》GB/9944
《幕墙玻璃拉缝用密封胶》JC/T882
《建筑密封材料试验方法》GB/T13477
《建筑施工安全检查评分办法》JGJ59-88
《建筑机械安全技术规程》JGJ33-86
《施工现场临时用电安全技术规程》JGJ46-88
《建设工程施工现场供用电安全规范》GB50194-93
二.设计计算依据:
1.结构风荷载的基本计算公式:
结构承受的风荷载取值依据《建筑结构荷载规范》GB50009-2001的规定作为算依据:
风荷载计算公式:
WK=βgz×μz×μs×W0
WK——作用在幕墙上的风荷载标准值(kN/m2)
βgz——Z高度处的阵风系数(GB50009-2001,表7.5.1;《建筑结构荷载规范》)
μz——风压高度变化系数(GB50009-2001,表7.2.1;《建筑结构荷载规范》)
μs——风荷载体型系数(GB50009-2001,7.3.3;《建筑结构荷载规范》)
W0——基本风压
场地类别划分:
根据地面粗糙度,场地可划分为以下类别:
A类近海面,海岛,海岸,湖岩及沙漠地区
B类指田野,乡村,丛林,丘陵以有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
2.结构地震荷载的基本计算公式:
地震荷载分为水平地震作用和平竖向地震作用。
1)垂直于玻璃幕墙平面的分布水平地震作用的标准值的计算公式:
(《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003)
qEK=αmax×βe×GAk
其中:
qEK—垂直于玻璃幕墙平面的分布水平地震作用标准(KN/m2)
αMAX—水平地震影响系数最大值,按相应设防烈度取定
αMAX—动力放大系数,可取5.0
GAK—玻璃幕墙自重作用标准值(KN/m2)
2)水平地震影响系数最大值αMAX
抗震设防烈度
6度
7度
8度
0.04
0.08(0.12)
0.16(0.24)
注:
7、8度时括号内的数值分别用于设计基本地震加速度为0.15g和0.30g的地区。
3)竖向地震作用:
根据《建筑抗震设计规范》GB50011-2001第5.1.1规定,8、9度的大跨度和长悬臂结构及9度时的高层建筑,应计算竖向地震作用。
在本设计计算中主要考虑垂直于玻璃幕墙平面横向水平地震作用。
3.结构的荷载组合:
(《建筑结构荷载规范》GB50009-2001第3.2.3)
对于基本组合,荷载效应组合的设计值S应从下列组合值中取最不利值确定:
1)由可变荷载效应控制的组合:
n
S=γGSGK+γQISQlK+∑γQiΨeiSQik(3.2.3-1)
i=2
式中:
γG—永久荷载的分项系数,应按第3.2.5条采用;
γQi—第i个可变荷载的分项系数,其中γQi为可变荷载Q1的分项系数,应按第3.2.5条采用;
SGK—按永久荷载标准值Gk计算的荷载效应值;
SQik—按永久荷载标准值Qik计算的荷载效应值,其中SQlK为诸可变荷载效应中起控制作用者;
Ψei—可变荷载Qi的组合值系数,应分别按各章的规定采用;
n—参与组合的可变荷载数。
2)由永久荷载效应控制的组合:
n
S=γGSGK+∑γQiΨeiSQik(3.2.3-2)
i=1
注:
1.基本组合中的设计值仅适用于荷载与荷载效应为线性的情况。
2.当对SQlk无法明显判断时,轮次以各可变荷载效应为SQlk,选其中最不利的荷载效应组合。
3.当考虑以竖向的永久荷载效应控制的组合时,参与组合可采用简化规则,荷载仅限于竖向荷载。
4.荷载分项系数:
基本组合的荷载分项系数,应按下列规定采用:
永久荷载的分项系数:
1)当其效应结结构不利时
—对由可变荷载效应控制的组合,应取1.2;
—对由永久荷载效应控制的组合,应取1.35;
2)当其效应对结构有利时
—般情况下应取1.0;
—对结构的倾覆、滑移或漂浮验算,应取0.9。
可变荷载的分项系数:
—般情况下应取1.4;
—对标准植大于4kN/m2的工业房屋楼面结构的活荷载应取1.3。
注:
对于某种特殊情况,可按建筑结构有关设计规范的规定确定。
三.材料参数
1.常用参数:
1)材料的弹性模量:
(N/mm2)
材料
E
钢材
2.06×105
玻璃
0.72×105
2)材料的线膨胀系数值:
(1/℃)
材料
α
材料
α
钢材
1.20×10-5
不锈钢绞线
1.80×10-5
玻璃
0.80×10-5-1.00×10-5
不锈钢板
1.60×10-5
3)材料的泊松比:
材料
υ
材料
υ
钢绞线
计算时可取0
钢、不锈钢
0.30
玻璃
0.2
2.强度设计值:
1)玻璃的强度设计值:
fg(N/mm2)
玻璃种类
厚度(mm)
大面强度
侧面强度
普通玻璃
5
28.0
19.5
浮法玻璃
5-12
28.0
19.5
15-19
24.0
17.0
≥20
20.0
14.0
钢化玻璃
5-12
84.0
58.8
15-19
72.0
50.4
≥20
59.0
41.3
注:
1、夹层玻璃和中空玻璃的强度设计值可按所采用的玻璃种类确定
2、当钢化玻璃的强度标准值达不到浮法玻璃的强度标准值的3倍时,表中数据应根据实测结果予以调整
3、半化玻璃的强度设计值可取浮法玻璃的强度设计的2倍。
当钢化玻璃的强度标准值达不到浮法玻璃的强度标准值的2倍时,其设计值应根据实测结果予以调整
4、侧面指玻璃切割后的判面,其宽为玻璃厚度
2)钢材的强度设计值fS(N/mm2)
钢材牌号
厚度或直径
抗拉、抗压、抗弯
抗剪
端面承压
Q235
d≤16
215
125
325
16<d≤40
205
120
40<d≤60
200
115
Q345
d≤16
310
180
400
16<d≤35
295
170
35<d≤50
356
155
注:
表中厚度是指计算点的钢材厚度;对轴心受力构件是指截面中较厚板件的厚度。
3.坚朗(KINLONG)φ18~φ24不锈钢索参数:
钢索直径
(mm)
结构
金属断面积(mm2)
最小破断拉力(KN)
抗拉承载力设计值:
(KN)
弹性模量(×105Mpa)
16
1×61
152.81
181.52
100.8
1.25
~1.45
18
192.15
220.39
122.44
19.5
225.51
255.60
142.0
21
261.54
293.43
163.02
22.5
1×91
299.43
309.76
172.09
24
340.69
363.55
201.97
根据JGJ102-2003规定,拉索抗力分项系数取1.8。
第二部分 荷载计算
一.风荷载计算:
1.建筑物基本条件:
a.工程所在地区:
武汉地区
b.工程所在区域的地面粗糙度类别:
B类
c.幕墙风压计算取用高度:
H=30m
d.计算位置:
墙角区
2.所需参数:
查《建筑结构荷载规范》(GB51009)及附表可得如下参数:
a.阵风系数βgz=1.64
b.体型系数:
墙面区负风:
Us=-1.2
墙面区正风Us=1.0。
c.风压高度变化系数Uz=1.42
d.基本风压W0=0.35KN/m2
3.风荷载标准值:
1)正风:
Wk1=βgzUsUzWo
=1.64×1.0×1.42×0.35
=0.815KN/m2
根据《玻璃幕墙工程技术规范》(JGJ102-2003)取,
Wk1=1.0KN/m2
2)墙面区负风:
Wk2=βgzUsUzWo
=1.64×(-1.2)×1.42×0.35
=-0.978KN/m2
根据《玻璃幕墙工程技术规范》(JGJ102-2003)取,Wk2=-1.0KN/m2。
后面组合时,取其绝对值Wk2=1.0KN/m2。
二.自重作用计算:
1.所需参数:
a.玻璃:
12+12A+12双钢化中空玻璃
b.玻璃有效重力厚度t=24mm
c.玻璃重力密度γg=25.6KN/m2
2.玻璃面板自重作用标准值:
GAK=γgt
=25.6×24/1000
=0.614N/m2
在结构计算时,考虑到驳接爪等附件重量,取GAK=0.65N/m2
三.地震作用计算:
1.建筑物基本条件:
a.武汉地区抗震设防烈度:
7度
2.所需参数:
查《玻璃幕墙工程技术规范》(JGJ102-2003)可得如下参数:
a.水平地震影响系数最大值:
αmax=0.08
b.动力放大系数:
βE=5
3.水平地震作用标准值:
qEK=βE×αmax×Gk
=5.0×0.08×0.614
=0.246kN/m2
四.荷载组合:
1.所需参数:
a.风荷载:
组合系数:
ΨW=1.00
分项系数:
γW=1.40
b.地震作用:
组合系数:
ΨE=0.50
分项系数:
γE=1.30
c.自重作用:
分项系数:
γE=1.20
d:
进行正常使用极限状态组合时,分项系数均取1。
2.正常使用极限状态:
1)墙面区负风时:
qK=ψWγWWk+ψEγEqEk
=1.00×1.0×1.0+0.50×1.0×0.246
=1.123kN/m2
=1.123×10-3 N/mm2
2)所有位置正风时:
qK=ψWγWWk+ψEγEqEk
=1.00×1.0×1.0+0.50×1.0×0.246
=1.123kN/m2
=1.123×10-3 N/mm2
3.承载能力极限状态:
1)墙面区负风时:
q=ψWγWWk+ψEγEqEk
=1.00×1.4×1.0+0.50×1.3×0.246
=1.56kN/m2
=1.56×10-3 N/mm2
2)所有位置正风时:
q=ψWγWWk+ψEγEqEk
=1.00×1.4×1.0+0.50×1.3×0.246
=1.56kN/m2
=1.56×10-3 N/mm2
注:
由于玻璃自重方向与水平外荷载方向不同,因此上述数值组合玻璃自重作用不参与。
第四部分
墙 面 玻 璃计算
一.原始参数:
玻璃取点支玻璃幕墙中最大的一块进行计算,其规格BXH=3000mmX2071mm,玻璃为12(FT)+12A+12(FT)双钢化中空玻璃,内倾15°,采用300系列驳接爪!
(如下图所示)
二.中空玻璃上的分配荷载:
1.外片:
1)设计值:
q1=1.1t13/(t13+t23)×q
=1.1×123/(123+123)×1.56×10-3
=0.858×10-3N/mm2
2.内片:
1)设计值:
q1=t13/(t13+t23)×q
=123/(123+123)×1.56×10-3
=0.78×10-3N/mm2
三.中空玻璃的等效厚度:
teq=0.95(t13+t23)1/3
=0.95(123+123)1/3
=14.36mm
四.玻璃计算:
1.挠度及应力折减系数:
由θ=qkb4/Eteq4
=1.123×10-3×(3000-300)4/0.72×105×14.364
=19.48
查《玻璃幕墙工程技术规范》(JGJ102-2003)附表得,η=0.92
2.弯矩系数及挠度系数:
由a/b=(2071-300)/(2071-300)=0.66
查《玻璃幕墙工程技术规范》(JGJ102-2003)附表得,
a.弯矩系数:
m=0.1362
b.挠度系数:
μ=0.01564
3、强度计算:
σ=η6mqb2/t2
σ—玻璃面板最大应力。
η—折减系数。
M—玻璃板的弯矩系数。
Q—荷载设计值。
本处取单片玻璃上的分配荷载。
B—长边计算跨度,本处为b=3000-300=2700mm
t—相对于分配荷载的玻璃厚度。
玻璃的最大应力为:
σ1=η6mqb2/t2
=0.92×6×0.1362×0.858×10-3×27002/122
=32.66N/mm2
校核:
32.66N/mm2≤84N/mm2,强度合格!
4.强度复验:
1)有限元模型:
1)有限元模型:
2)第一主应力云图:
3)校核:
36.539/mm2≤84N/mm2,强度合格!
5、挠度计算:
u=ημWkb4/D
u---玻璃面板最大挠度。
η---折减系数。
μ---玻璃板的挠度系数。
Wk---风荷载标准值。
b---长边计算跨度,本处为b=2700mm
D---中空玻璃刚度,
D=Et3/12(1-υ2)
=0.72×105×14.363/12(1-0.22)
=1.85×107N/mm2
玻璃的最大挠度为:
u=ημWkb4/D
=0.92×0.01564×1.0×10-3×27004/1.85×107
=41.33mm
校核:
u/L=41.33/2700=1/65
1/65≤1/60,挠度符合《玻璃幕墙工程技术规范》(JGJ102-2003)要求!
6.挠度复验:
1)有限元模型,同上。
2)挠度云图:
校核:
u/L=40.711/2700=1/66
1/66≤1/60,挠度符合《玻璃幕墙工程技术规范》(JGJ102-2003)要求!
第五部分
横向自平衡索结构分析
一.基本条件:
1.由幕墙设计图可知,横向自平衡索结构基本情况如下图:
2.其它参数:
1)竖向玻璃分格标准格为2071mm,则标准的玻璃分格为B×H=3000mm×2071mm。
2)自平衡索桁架横向跨度L=13500mm。
3)结构计算时年最低温度取-10°C;年最高温度取+40°C。
二.正常使用极限状态,集中力计算:
1.风荷载与地震作用作用于支撑杆端部的集中力:
1)正风:
PW1=qK×B×H
=1.123×3.0×2.071
=6.977KN
=6977N
幕墙内倾斜15º,设水平方向为X方向,重力方向为Z方向,则风荷载在两个方向的分量为:
PWX1=PW1×COS15º
=6977×COS15º
=6739N
PWZ1=PW1×SIN15º
=6977×SIN15º
=1806N
2)负风:
绝对值同正风。
2.自重作用作用于支撑杆端部的集中力:
PG1=GAK×B×H
=0.65×3.0×2.071
=4.038KN
=4038N
三.承载能力极限状态计算:
在软件分析时在软件中设定。
四.荷载组合:
分析:
作用于点支幕墙结构上可由多个荷载组合,但决定杆件截面及结构受力安全的是其最不利的荷载组合,经分析可知,最不利荷载组合如下:
1.预应力状态:
(式中Pre指预拉力)
1)COMB1:
1.0×Pre+1.0×TEP(+)“+”代表升温,本处取+40°C
2)COMB2:
1.0×Pre+1.0×TEP(-)“-”代表降温,本处取-10°C
2.正常使用极限状态:
(式中Pre指预拉力)
1)COMB3:
1.0×GK+1.0×Pre+1.0×TEP(+)+1.0×WK(+)“+”代表正风
2)COMB4:
1.0×GK+1.0×Pre+1.0×TEP(+)+1.0×WK(-)“-”代表负风
3.承载能力极限状态:
(式中P指预拉力)
1)COMB5:
1.2×GK+1.0×Pre+1.0×TEP(-)+1.4×WK(+)+0.5×1.3×qE
2)COMB6:
1.2×GK+1.0×Pre+1.0×TEP(-)+1.4×WK(-)+0.5×1.3×qE
3)COMB7:
1.2×GK+1.0×Pre+1.0×TEP(+)+1.4×WK(+)+0.5×1.3×qE
4)COMB8:
1.2×GK+1.0×Pre+1.0×TEP(+)+1.4×WK(-)+0.5×1.3×qE
4.对荷载组合的说明:
1)COMB1、COMB2用于施工时进行预张力施加。
2)COMB3、COMB4用于计算挠度。
3)COMB5、COMB6用于计算强度。
4)COMB7、COMB8用于检验索在承载能力极限状态是否有部分拉索产生松驰。
五.结构分析软件说明:
该计算采用SAP2000软件,对结构进行受力分析。
六.计算模型及模型信息:
1.计算模型:
七.预拉力状态杆件预拉力:
1.年最小预张力(COMB1):
整体轴力示意图
局部轴力示意图
2.年最大预张力(COMB2):
局部轴力示意图
3.预拉力说明:
1)由于横向自平衡索桁架均相同,此处仅显示其中一榀的预拉力值;
2)由于预拉力主要指拉索构件,因此此处只显示出拉索的预拉力值;
3)竖向承重及稳定构件预拉力值此处省略。
八.正常使用极限状态挠度及校核:
1.正风荷载情况下(COMB3),结构挠度:
2.负风荷载情况下(COMB4),结构挠度:
3.挠度校核:
由上面位移图可知,索桁架在COMB3组合下位移最大,沿索桁架平面内的变形最大值为:
μ=(52.8452+22.37122)1/2=57.38mm。
μ/L=57.38/13500=1/235
校核:
1/235<1/200,挠度满足《玻璃幕墙工程技术规范》(JGJ102-03)规定。
九.承载能力极限状态强度计算及校核:
1.正风荷载情况下(COMB5),结构内力:
2.负风荷载情况下(COMB6),结构内力:
3.正风荷载情况下(COMB7),结构内力:
4.正风荷载情况下(COMB7),结构内力:
5.索承载能力校核:
1)由上面轴力图可知,COMB5组合下,φ18拉索轴力最大,其最大值为T=102747N=102.747KN
φ18拉索最小破断拉力:
FPTK=220.39KN
φ18拉索抗拉承载力设计值:
F=FPTK/1.8=220.39/1.8=122.43KN
(拉索抗力分项系数1.8详见《玻璃幕墙工程技术规范》(JGJ102-03)规定)
校核:
102.747KN<122.43KN,强度满足《玻璃幕墙工程技术规范》(JGJ102-03)规定。
6.索松驰校核:
1)由上面轴力图可知,COMB7、COMB8组合下,φ18拉索仍有内力存在,其最小值为T=3269N
校核:
3269N>0,索无松驰。
十.杆件校核:
1.杆件应力比:
2.杆件校核结论:
由上面轴力图可知,在承载能力极限对应的几个组合下,所有杆件的应力比均小于1。
所有杆件均符合《钢结构设计规范》(GB50017-2003)要求!
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- 支承 玻璃 幕墙 计算