北海国际新城2号楼二层大窗MQ1和MQ2显横隐竖玻璃幕墙计算书 推荐.docx
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北海国际新城2号楼二层大窗MQ1和MQ2计算书(125系列)显横隐竖玻璃幕墙
设计计算书
设计:
校对:
审核:
批准:
广西建工集团第五建筑工程有限责任公司
二〇一二年十一月十日
目录
1计算引用的规范、标准及资料1
1.1幕墙设计规范:
1
1.2建筑设计规范:
1
1.3铝材规范:
2
1.4金属板及石材规范:
2
1.5玻璃规范:
2
1.6胶类及密封材料规范:
3
1.8五金件规范:
4
1.9相关物理性能等级测试方法:
4
1.10《建筑结构静力计算手册》(第二版)5
1.11土建图纸:
5
2基本参数5
2.1幕墙所在地区5
2.2地面粗糙度分类等级5
2.3抗震设防5
3幕墙承受荷载计算6
3.1风荷载标准值的计算方法6
3.2计算支撑结构时的风荷载标准值7
3.3计算面板材料时的风荷载标准值7
3.4垂直于幕墙平面的分布水平地震作用标准值7
3.5作用效应组合8
4幕墙立柱计算8
4.1立柱型材选材计算9
4.2确定材料的截面参数10
4.3选用立柱型材的截面特性11
4.4立柱的抗弯强度计算11
4.5立柱的挠度计算12
4.6立柱的抗剪计算12
5幕墙横梁计算13
5.1横梁型材选材计算13
5.2确定材料的截面参数15
5.3选用横梁型材的截面特性16
5.4幕墙横梁的抗弯强度计算16
5.5横梁的挠度计算17
5.6横梁的抗剪计算17
6玻璃板块的选用与校核18
6.1玻璃板块荷载计算19
6.2玻璃的强度计算20
6.3玻璃最大挠度校核20
7连接件计算21
7.1横梁与角码间连接21
7.2角码与立柱连接22
7.3立柱与主结构连接23
8幕墙埋件计算(后锚固结构)25
8.1荷载值计算25
8.2锚栓群中承受拉力最大锚栓的拉力计算26
8.3群锚受剪内力计算27
8.4锚栓或植筋钢材破坏时的受拉承载力计算27
8.5混凝土锥体受拉破坏承载力计算28
8.6锚栓或植筋钢材受剪破坏承载力计算30
8.7混凝土楔形体受剪破坏承载力计算30
8.8混凝土剪撬破坏承载能力计算32
8.9拉剪复合受力承载力计算32
9幕墙转接件强度计算32
9.1受力分析33
9.2转接件的强度计算33
10幕墙焊缝计算33
10.1受力分析33
10.2焊缝特性参数计算33
10.3焊缝校核计算34
11显横隐竖玻璃幕墙胶类及伸缩缝计算35
11.1结构硅酮密封胶的宽度计算35
11.2结构硅酮密封胶粘接厚度的计算35
11.3结构胶设计总结36
11.4立柱连接伸缩缝计算36
11.5玻璃镶嵌槽紧固螺钉抗拉强度计算36
11.6耐侯胶胶缝计算37
12附录常用材料的力学及其它物理性能38
显横隐竖玻璃幕墙设计计算书
11计算引用的规范、标准及资料
11.1幕墙设计规范:
《铝合金结构设计规范》GB50429-2007
《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003
《建筑幕墙》GB/T21086-2007
11.2建筑设计规范:
《地震震级的规定》GB/T17740-1999
《高层民用建筑设计防火规范》GB50045-95(2005年版)
《建筑结构荷载规范》GB50009-2001(2006年版、局部修订)
11.3铝材规范:
《变形铝及铝合金化学成份》GB/T3190-2008
《建筑用隔热铝合金型材》JG175-2011
《建筑用铝型材、铝板氟碳涂层》JG/T133-2000
《铝合金建筑型材第1部分基材》GB5237.1-2008
《铝合金建筑型材第2部分阳极氧化、着色型材》GB5237.2-2008
《铝合金建筑型材第3部分电泳涂漆型材》GB5237.3-2008
《铝合金建筑型材第4部分粉末喷涂型材》GB5237.4-2008
《铝合金建筑型材第5部分氟碳漆喷涂型材》GB5237.5-2008
《铝合金建筑型材第6部分隔热型材》GB5237.6-2004
《铝及铝合金彩色涂层板、带材》YS/T431-2000
《一般工业用铝及铝合金板、带材》GB/T3880.1~3-2006
《铝型材截面几何参数算法及计算机程序要求》YS/T437-2009
《有色电泳涂漆铝合金建筑型材》YS/T459-2003
11.4玻璃规范:
《镀膜玻璃第1部分:
阳光控制镀膜玻璃》GB/T18915.1-2002
《镀膜玻璃第2部分:
低辐射镀膜玻璃》GB/T18915.2-2002
《平板玻璃》GB11614-2009
《建筑用安全玻璃第3部分:
夹层玻璃》GB15763.3-2009
《建筑用安全玻璃第2部分:
钢化玻璃》GB15763.2-2005
《建筑用安全玻璃防火玻璃》GB15763.1-2009
《幕墙用钢化玻璃与半钢化玻璃》GB17841-2008
《热弯玻璃》JC/T915-2003
《压花玻璃》JC/T511-2002
《中空玻璃》GB/T11944-2002
11.5胶类及密封材料规范:
《丙烯酸酯建筑密封膏》JC484-2006
《幕墙玻璃接缝用密封胶》JC/T882-2001
《建筑窗用弹性密封剂》JC485-2007
《建筑密封材料试验方法》GB/T13477.1~20-2002
《建筑用防霉密封胶》JC/T885-2001
《建筑用硅酮结构密封胶》GB16776-2005
《聚氨酯建筑密封胶》JC/T482-2003
《聚硫建筑密封胶》JC/T483-2006
11.6五金件规范:
《封闭型沉头抽芯铆钉》GB/T12616-2004
《封闭型平圆头抽芯铆钉》GB/T12615-2004
《紧固件螺栓和螺钉》GB/T5277-1985
《紧固件公差螺栓、螺钉、螺柱和螺母》GB/T3103.1-2002
《紧固件机械性能不锈钢螺母》GB/T3098.15-2000
《紧固件机械性能不锈钢螺栓、螺钉、螺柱》GB/T3098.6-2000
《紧固件机械性能抽芯铆钉》GB/T3098.19-2004
《紧固件机械性能螺母、粗牙螺纹》GB/T3098.2-2000
《紧固件机械性能螺母、细牙螺纹》GB/T3098.4-2000
《紧固件机械性能螺栓、螺钉和螺柱》GB/T3098.1-2010
《紧固件机械性能自攻螺钉》GB/T3098.5-2000
《紧固件术语盲铆钉》GB/T3099-2004
《螺纹紧固件应力截面积和承载面积》GB/T16823.1-1997
《十字槽盘头螺钉》GB/T818-2000
《铜合金铸件》GB/T13819-1992
《锌合压铸件》GB/T13821-1992
《铝合金压铸件》GB/T15114-2009
《铸件尺寸公差与机械加工余量》QB/T6414-1999
《电动采光排烟窗》JG189-2006
11.7相关物理性能等级测试方法:
《玻璃幕墙工程质量检验标准》JGJ/T139-2001
《玻璃幕墙光学性能》GB/T18091-2000
《建筑防水材料老化试验方法》GB/T18244-2000
《建筑幕墙气密、水密、抗风压性能检测方法》GB/T15227-2007
《建筑幕墙抗震性能振动台试验方法》GB/T18575-2001
《建筑幕墙平面内变形性能检测方法》GB/T18250-2000
《建筑装饰装修工程质量验收规范》GB50210-2001
《金属材料室温拉伸试验方法》GB/T228-2002
11.8《建筑结构静力计算手册》(第二版)
11.9土建图纸:
12基本参数
12.1幕墙所在地区
北海地区;
12.2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类地形考虑。
12.3抗震设防
按《建筑工程抗震设防分类标准》,建筑工程应分为以下四个抗震设防类别:
1.特殊设防类:
指使用上有特殊设施,涉及国家公共安全的重大建筑工程和地震时可能发生严重次生灾害等特别重大灾害后果,需要进行特殊设防的建筑,简称甲类;
2.重点设防类:
指地震时使用功能不能中断或需尽快恢复的生命线相关建筑,以及地震时可能导致大量人员伤亡等重大灾害后果,需要提高设防标准的建筑,简称乙类;
3.标准设防类:
指大量的除1、2、4款以外按标准要求进行设防的建筑,简称丙类;
4.适度设防类:
指使用上人员稀少且震损不致产生次生灾害,允许在一定条件下适度降低要求的建筑,简称丁类;
在维护结构抗震设计计算中:
1.特殊设防类,应按高于本地区抗震设防烈度提高一度的要求加强其抗震措施,同时,应按批准的地震安全性评价的结果且高于本地区抗震设防烈度的要求确定其地震作用;
2.重点设防类,应按高于本地区抗震设防烈度一度的要求加强其抗震措施,同时,应按本地区抗震设防烈度确定其地震作用;
3.标准设防类,应按本地区抗震设防烈度确定其抗震措施和地震作用;
4.适度设防类,应按本地区抗震设防烈度确定其抗震措施和地震作用;
根据国家规范《建筑抗震设计规范》GB50011-2010,北海地区地震基本烈度为:
6度,地震动峰值加速度为0.05g,由于本工程是标准设防类,因此实际抗震计算中的水平地震影响系数最大值应按本地区抗震设防烈度选取,也就是取:
αmax=0.04;
13幕墙承受荷载计算
13.1风荷载标准值的计算方法
幕墙属于外围护构件,按建筑结构荷载规范(GB50009-20012006年版)计算:
wk=βgzμzμs1w0……7.1.1-2[GB50009-20012006年版]
上式中:
wk:
作用在幕墙上的风荷载标准值(MPa);
Z:
计算点标高:
20m;
βgz:
瞬时风压的阵风系数;
根据不同场地类型,按以下公式计算(高度不足5m按5m计算):
βgz=K(1+2μf)
其中K为地面粗糙度调整系数,μf为脉动系数
A类场地:
βgz=0.92×(1+2μf)其中:
μf=0.387×(Z/10)-0.12
B类场地:
βgz=0.89×(1+2μf)其中:
μf=0.5(Z/10)-0.16
C类场地:
βgz=0.85×(1+2μf)其中:
μf=0.734(Z/10)-0.22
D类场地:
βgz=0.80×(1+2μf)其中:
μf=1.2248(Z/10)-0.3
对于C类地形,20m高度处瞬时风压的阵风系数:
βgz=0.85×(1+2×(0.734(Z/10)-0.22))=1.9213
μz:
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:
μz=1.379×(Z/10)0.24
当Z>300m时,取Z=300m,当Z<5m时,取Z=5m;
B类场地:
μz=(Z/10)0.32
当Z>350m时,取Z=350m,当Z<10m时,取Z=10m;
C类场地:
μz=0.616×(Z/10)0.44
当Z>400m时,取Z=400m,当Z<15m时,取Z=15m;
D类场地:
μz=0.318×(Z/10)0.60
当Z>450m时,取Z=450m,当Z<30m时,取Z=30m;
对于C类地形,20m高度处风压高度变化系数:
μz=0.616×(Z/10)0.44=0.8357
μs1:
局部风压体型系数;
按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001(2006年版)第7.3.3条:
验算围护构件及其连接的强度时,可按下列规定采用局部风压体型系数μs1:
一、外表面
1.正压区按表7.3.1采用;
2.负压区
-对墙面,取-1.0
-对墙角边,取-1.8
二、内表面
对封闭式建筑物,按表面风压的正负情况取-0.2或0.2。
本计算点为大面位置。
按JGJ102-2003第5.3.2条文说明:
风荷载在建筑物表面分布是不均匀的,在檐口附近、边角部位较大。
根据风洞试验结果和国外的有关资料,在上述区域风吸力系数可取-1.8,其余墙面可考虑-1.0,由于维护结构有开启的可能,所以还应考虑室内压-0.2。
对无开启的结构,《建筑结构荷载规范》条文说明第7.3.3条指出“对封闭建筑物,考虑到建筑物内实际存在的个别洞口和缝隙,以及机械通风等因素,室内可能存在正负不同的气压,参照国外规范,大多取±(0.2-0.25)的压力系数,现取±0.2”。
即不论有无开启扇,均要考虑内表面的局部体型系数。
另注:
上述的局部体型系数μs1
(1)是适用于围护构件的从属面积A小于或等于1m2的情况,当围护构件的从属面积A大于或等于10m2时,局部风压体型系数μs1(10)可乘以折减系数0.8,当构件的从属面积小于10m2而大于1m2时,局部风压体型系数μs1(A)可按面积的对数线性插值,即:
μs1(A)=μs1
(1)+[μs1(10)-μs1
(1)]logA
在上式中:
当A≥10m2时,取A=10m2;
当A≤1m2时,取A=1m2;
μs1(10)=0.8μs1
(1)
w0:
基本风压值(MPa),根据现行<<建筑结构荷载规范>>GB50009-2001附表D.4(全国基本风压分布图)中数值采用,但不小于0.3KN/m2,按重现期50年,北海地区取0.00075MPa;
13.2计算支撑结构时的风荷载标准值
计算支撑结构时的构件从属面积:
A=1.1×3.5=3.85m2
LogA=0.585
μs1(A)=μs1
(1)+[μs1(10)-μs1
(1)]logA
=0.883
μs1=0.883+0.2
=1.083
wk=βgzμzμs1w0
=1.9213×0.8357×1.083×0.00075
=0.001304MPa
13.3计算面板材料时的风荷载标准值
计算面板材料时的构件从属面积:
A=1×0.9=0.9m2
LogA=0
μs1(A)=μs1
(1)+[μs1(10)-μs1
(1)]logA
=1
μs1=1+0.2
=1.2
wk=βgzμzμs1w0
=1.9213×0.8357×1.2×0.00075
=0.001445MPa
13.4垂直于幕墙平面的分布水平地震作用标准值
qEAk=βEαmaxGk/A……5.3.4[JGJ102-2003]
qEAk:
垂直于幕墙平面的分布水平地震作用标准值(MPa);
βE:
动力放大系数,取5.0;
αmax:
水平地震影响系数最大值,取0.04;
Gk:
幕墙构件的重力荷载标准值(N);
A:
幕墙构件的面积(mm2);
13.5作用效应组合
荷载和作用效应按下式进行组合:
S=γGSGk+ψwγwSwk+ψEγESEk……5.4.1[JGJ102-2003]
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标准值;
Swk、SEk:
分别为风荷载,地震作用作为可变荷载产生的效应标准值;
γG、γw、γE:
各效应的分项系数;
ψw、ψE:
分别为风荷载,地震作用效应的组合系数。
上面的γG、γw、γE为分项系数,按5.4.2、5.4.3、5.4.4[JGJ102-2003]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:
γG:
1.2;
风荷载:
γw:
1.4;
地震作用:
γE:
1.3;
进行挠度计算时;
重力荷载:
γG:
1.0;
风荷载:
γw:
1.0;
地震作用:
可不做组合考虑;
上式中,风荷载的组合系数ψw为1.0;
地震作用的组合系数ψE为0.5;
14幕墙立柱计算
基本参数:
1:
计算点标高:
20m;
2:
力学模型:
简支梁;
3:
立柱跨度:
L=3500mm;
4:
立柱左分格宽:
1100mm;立柱右分格宽:
1100mm;
5:
立柱计算间距:
B=1100mm;
6:
板块配置:
单片玻璃6mm;
7:
立柱材质:
6063-T5;
8:
安装方式:
偏心受拉;
本处幕墙立柱按简支梁力学模型进行设计计算,受力模型如下:
14.1立柱型材选材计算
(1)风荷载作用的线荷载集度(按矩形分布):
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);
B:
幕墙立柱计算间距(mm);
qwk=wkB
=0.001304×1100
=1.434N/mm
qw:
风荷载线分布最大荷载集度设计值(N/mm);
qw=1.4qwk
=1.4×1.434
=2.008N/mm
(2)水平地震作用线荷载集度(按矩形分布):
qEAk:
垂直于幕墙平面的分布水平地震作用标准值(MPa);
βE:
动力放大系数,取5.0;
αmax:
水平地震影响系数最大值,取0.04;
Gk:
幕墙构件的重力荷载标准值(N),(含面板和框架);
A:
幕墙构件的面积(mm2);
qEAk=βEαmaxGk/A……5.3.4[JGJ102-2003]
=5.0×0.04×0.0004
=0.00008MPa
qEk:
水平地震作用线荷载集度标准值(N/mm);
B:
幕墙立柱计算间距(mm);
qEk=qEAkB
=0.00008×1100
=0.088N/mm
qE:
水平地震作用线荷载集度设计值(N/mm);
qE=1.3qEk
=1.3×0.088
=0.114N/mm
(3)幕墙受荷载集度组合:
用于强度计算时,采用Sw+0.5SE设计值组合:
……5.4.1[JGJ102-2003]
q=qw+0.5qE
=2.008+0.5×0.114
=2.065N/mm
用于挠度计算时,采用Sw标准值:
……5.4.1[JGJ102-2003]
qk=qwk
=1.434N/mm
(4)立柱在组合荷载作用下的弯矩设计值:
Mx:
弯矩组合设计值(N·mm);
Mw:
风荷载作用下立柱产生的弯矩设计值(N·mm);
ME:
地震作用下立柱产生的弯矩设计值(N·mm);
L:
立柱跨度(mm);
采用Sw+0.5SE组合:
Mw=qwL2/8
ME=qEL2/8
Mx=Mw+0.5ME
=qL2/8
=2.065×35002/8
=3162031.25N·mm
14.2确定材料的截面参数
(1)立柱抵抗矩预选值计算:
Wnx:
立柱净截面抵抗矩预选值(mm3);
Mx:
弯矩组合设计值(N·mm);
γ:
塑性发展系数:
对于冷弯薄壁型钢龙骨,按《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB50018-2002,取1.00;
对于热轧型钢龙骨,按JGJ133或JGJ102规范,取1.05;
对于铝合金龙骨,按最新《铝合金结构设计规范》GB50429-2007,取1.00;
fa:
型材抗弯强度设计值(MPa),对6063-T5取90MPa;
Wnx=Mx/γfa
=3162031.25/1.00/90
=35133.681mm3
(2)立柱惯性矩预选值计算:
qk:
风荷载线荷载集度标准值(N/mm);
E:
型材的弹性模量(MPa),对6063-T5取70000MPa;
Ixmin:
材料需满足的绕X轴最小惯性矩(mm4);
L:
计算跨度(mm);
df,lim:
按规范要求,立柱的挠度限值(mm);
df,lim=5qkL4/384EIxmin
L/180=3500/180=19.444mm
按[5.1.1.2]《建筑幕墙》GB/T21086-2007的规定,对于构件式玻璃幕墙或单元幕墙(其它形式幕墙或外维护结构无绝对挠度限制):
当跨距≤4500mm时,绝对挠度不应该大于20mm;
当跨距>4500mm时,绝对挠度不应该大于30mm;
对本例取:
df,lim=19.444mm
Ixmin=5qkL4/384Edf,lim
=5×1.434×35004/384/70000/19.444
=2058621.273mm4
14.3选用立柱型材的截面特性
按上一项计算结果选用型材号:
60/125系列
型材的抗弯强度设计值:
fa=90MPa
型材的抗剪强度设计值:
τa=55MPa
型材弹性模量:
E=70000MPa
绕X轴惯性矩:
Ix=2656350mm4
绕Y轴惯性矩:
Iy=720390mm4
绕X轴净截面抵抗矩:
Wnx1=40905mm3
绕X轴净截面抵抗矩:
Wnx2=44216mm3
型材净截面面积:
An=1261.5mm2
型材线密度:
γg=0.03406N/mm
型材截面垂直于X轴腹板的截面总宽度:
t=6mm
型材受力面对中性轴的面积矩:
Sx=26247mm3
塑性发展系数:
γ=1.00
14.4立柱的抗弯强度计算
(1)立柱轴向拉力设计值:
Nk:
立柱轴向拉力标准值(N);
qGAk:
幕墙单位面积的自重标准值(MPa);
A:
立柱单元的面积(mm2);
B:
幕墙立柱计算间距(mm);
L:
立柱跨度(mm);
Nk=qGAkA
=qGAkBL
=0.0004×1100×3500
=1540N
N:
立柱轴向拉力设计值(N);
N=1.2Nk
=1.2×1540
=1848N
(2)抗弯强度校核:
按简支梁(受拉)立柱抗弯强度公式,应满足:
N/An+Mx/γWnx≤fa……6.3.7[JGJ102-2003]
上式中:
N:
立柱轴力设计值(N);
Mx:
立柱弯矩设计值(N·mm);
An:
立柱净截面面积(mm2);
Wnx:
在弯矩作用方向的净截面抵抗矩(mm3);
γx:
塑性发展系数:
对于冷弯薄壁型钢龙骨,按《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB50018-2002,取1.00;
对于热轧型钢龙骨,按JGJ133或JGJ102规范,取1.05;
对于铝合金龙骨,按最新《铝合金结构设计规范》GB50429-2007,取1.00;
fa:
型材的抗弯强度设计值,取90MPa;
则:
N/An+Mx/γWnx=1848/1261.5+3162031.25/1.00/40905
=78.767MPa≤90MPa
立柱抗弯强度满足要求。
14.5立柱的挠度计算
因为惯性矩预选是根据挠度限值计算的,所以只要选择的立柱惯性矩大于预选值,挠度就满足要求:
实际选用的型材惯性矩为:
Ix=2656350mm4
预选值为:
Ixmin=2058621.27
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