齐鲁商会大厦石材幕墙设计插芯计算书

'齐鲁商会大厦石材幕墙连接插芯设计计算书基本参数:济南地区抗震7度设防Ⅰ.设计依据:《建筑结构荷载规范》GB50009-2001《建筑抗震设计规范》GB50011-2001《建筑结构可靠度设计统一标准》GB50068-2001《建筑幕墙》JG3035-96《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003《玻璃幕墙工程质量检验标准》JGJ/T139-2001《金属与石材幕墙工程技术规范》JGJ133-2001《建筑制图标准》GB/T50104-2001《建筑玻璃应用技术规程》JGJ113-2003《全玻璃幕墙工程技术规程》DBJ/CT014-2001《点支式玻璃幕墙工程技术规程》CECS127:2001《点支式玻幕墙支承装置》JC1369-2001《吊挂式玻幕墙支承装置》JC1368-2001《建筑铝型材基材》GB/T5237.1-2000《建筑铝型材阳极氧化、着色型材》GB/T5237.2-2000《建筑铝型材电泳涂漆型材》GB/T5237.3-2000《建筑铝型材粉末喷涂型材》GB/T5237.4-2000《建筑铝型材氟碳漆喷涂型材》GB/T5237.5-2000《玻璃幕墙学性能》GB/T18091-2000《建筑幕墙平面内变形性能检测方法》GB/T18250-2000《建筑幕墙抗震性能振动台试验方法》GB/T18575-2001《紧固件机械性能螺栓、螺钉和螺柱》GB3098.1-2000《紧固件机械性能螺母粗牙螺纹》GB3098.2-2000《紧固件机械性能螺母细牙螺纹》GB3098.4-2000《紧固件机械性能自攻螺钉》GB3098.5-2000《紧固件机械性能不锈钢螺栓、螺钉、螺柱》GB3098.6-2000《紧固件机械性能不锈钢螺母》GB3098.15-2000《螺纹紧固件应力截面积和承载面积》GB/T16823.1-1997《焊接结构用耐候钢》GB/T4172-2000《浮法玻璃》GB11614-1999《夹层玻璃》GB9962-1999《钢化玻璃》GB/T9963-1998《幕墙用钢化玻璃与半钢化玻璃》GB17841-1999《铝及铝合金轧制板材》GB/T3880-1997《铝塑复合板》GB/T17748《干挂天然花山岗石，建筑板材及其不锈钢配件》JC830.1,830.2-1998《建筑用铝型材、铝板氟碳涂层》JC133-2000《建筑用安全玻璃防火玻璃》GB15763.1-2001《混凝土接缝用密封胶》JC/T881-2001 《幕墙玻璃接缝用密封胶》JC/T882-2001《石材幕墙接缝用密封胶》JC/T883-2001《中空玻璃用弹性密封胶》JC/T486-2001《天然花岗石建筑板材》GB/T18601-2001Ⅱ.基本计算公式:(1).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;齐鲁商会大厦按C类地区计算风压(2).风荷载计算:幕墙属于薄壁外围护构件，根据《建筑结构荷载规范》GB50009-20017.1.1采用风荷载计算公式:Wk=βgz×μz×μs×W0其中:Wk---作用在幕墙上的风荷载标准值(kN/m^2)βgz---瞬时风压的阵风系数,按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001取定根据不同场地类型,按以下公式计算:βgz=K(1+2μf)其中K为地区粗糙度调整系数，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)μz---风压高度变化系数,按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001取定,根据不同场地类型,按以下公式计算:A类场地:μz=1.379×(Z/10)^0.24B类场地:μz=(Z/10)^0.32C类场地:μz=0.616×(Z/10)^0.44D类场地:μz=0.318×(Z/10)^0.60本工程属于C类地区,故μz=0.616×(Z/10)^0.44μs---风荷载体型系数,按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001取为：1.2W0---基本风压,按全国基本风压图,济南地区取为0.450kN/m^2(3).地震作用计算:qEAk=βE×αmax×GAK其中:qEAk---水平地震作用标准值βE---动力放大系数,按5.0取定αmax---水平地震影响系数最大值,按相应设防烈度取定:6度:αmax=0.047度:αmax=0.088度:αmax=0.169度:αmax=0.32济南设防烈度为7度,故取αmax=0.080GAK---幕墙构件的自重(N/m^2)(4).荷载组合: 结构设计时，根据构件受力特点，荷载或作用的情况和产生的应力(内力)作用方向，选用最不利的组合，荷载和效应组合设计值按下式采用：γGSG+γwφwSw+γEφESE+γTφTST各项分别为永久荷载：重力；可变荷载：风荷载、温度变化；偶然荷载：地震水平荷载标准值:qk=Wk+0.5qEAk水平荷载设计值:q=1.4Wk+0.5×1.3qEAk荷载和作用效应组合的分项系数,按以下规定采用:①对永久荷载采用标准值作为代表值，其分项系数满足：a.当其效应对结构不利时：对由可变荷载效应控制的组合，取1.2；对有永久荷载效应控制的组合，取1.35b.当其效应对结构有利时：一般情况取1.0；对结构倾覆、滑移或是漂浮验算，取0.9②可变荷载根据设计要求选代表值，其分项系数一般情况取1.4一、风荷载计算1、标高为131.300处风荷载计算(1).风荷载标准值计算:Wk:作用在幕墙上的风荷载标准值(kN/m^2)βgz:131.300m高处阵风系数(按C类区计算):μf=0.734×(Z/10)^(-0.22)＝0.417βgz=0.85×(1+2μf)=1.558μz:131.300m高处风压高度变化系数(按C类区计算):(GB50009-2001)μz=0.616×(Z/10)^0.44=1.913风荷载体型系数μs=1.20Wk=βgz×μz×μs×W0(GB50009-2001)=1.558×1.913×1.2×0.450=1.609kN/m^2(2).风荷载设计值:W:风荷载设计值:kN/m^2rw:风荷载作用效应的分项系数：1.4按《建筑结构荷载规范》GB50009-20013.2.5规定采用W=rw×Wk=1.4×1.609=2.253kN/m^2三、幕墙立柱计算:幕墙立柱计算:(第1处)幕墙立柱按双跨梁力学模型进行设计计算：1.选料:(1)风荷载线分布最大荷载集度设计值(矩形分布)qw:风荷载线分布最大荷载集度设计值(kN/m)rw:风荷载作用效应的分项系数：1.4Wk:风荷载标准值:1.609kN/m^2B:幕墙分格宽:1.038mqw=1.4×Wk×B=1.4×1.609×1.038=2.338kN/m(2)立柱弯矩:Mw:风荷载作用下立柱弯矩(kN·m) qw:风荷载线分布最大荷载集度设计值:2.338(kN/m)Hsjcg:立柱计算跨度:3.700mMw=(L1^3+L2^3)/8/(L1+L2)×qw=(2.960^3+0.740^3)/8/(2.960+0.740)×2.338=2.081kN·mqEA:地震作用设计值(KN/M^2):GAk:幕墙构件(包括板块和铝框)的平均自重:850N/m^2垂直于幕墙平面的分布水平地震作用:qEAk:垂直于幕墙平面的分布水平地震作用(kN/m^2)qEAk=5×αmax×GAk=5×0.080×850.000/1000=0.340kN/m^2γE:幕墙地震作用分项系数:1.3qEA=1.3×qEAk=1.3×0.340=0.442kN/m^2qE：水平地震作用线分布最大荷载集度设计值(矩形分布)qE=qEA×B=0.442×1.038=0.459kN/mME:地震作用下立柱弯矩(kN·m):ME=(L1^3+L2^3)/8/(L1+L2)×qE=(2.960^3+0.740^3)/8/(2.960+0.740)×0.459=0.408kN·mM:幕墙立柱在风荷载和地震作用下产生弯矩(kN·m)采用Sw+0.5SE组合M=Mw+0.5×ME=2.081+0.5×0.408=2.285kN·m(3)W:立柱抗弯矩预选值(cm^3)W=M×10^3/1.05/215.0=2.285×10^3/1.05/215.0=10.121cm^3qwk:风荷载线分布最大荷载集度标准值(kN/m)qwk=Wk×B=1.609×1.038=1.670kN/mqEk:水平地震作用线分布最大荷载集度标准值(kN/m)qEk=qEAk×B=0.340×1.038=0.353kN/m(4)I1,I2:立柱惯性矩预选值(cm^4)R0=[L1^2/2-(L1^3+L2^3)/8(L1+L2)]×(qwk+0.5×qEk)/L1=2.178KN I1=1000×[1.4355×R0-0.409×(qwk+0.5×qEk)×L1]×L1^3/(24×2.1)/20=22.917cm^4I2=[1.4355×R0-0.409×(qwk+0.5×qEk)×L1]×L1^2×180/(24×2.1)=27.872cm^4选定立柱惯性矩应大于:27.872cm^42.选用立柱型材的截面特性:选用型材号:100X60X4钢型材强度设计值:215.000N/mm^2型材弹性模量:E=2.1×10^5N/mm^2X轴惯性矩:Ix=162.428cm^4Y轴惯性矩:Iy=72.333cm^4X轴抵抗矩:Wx1=32.486cm^3X轴抵抗矩:Wx2=32.486cm^3型材截面积:A=12.169cm^2型材计算校核处壁厚:t=3.000mm型材截面面积矩:Ss=20.002cm^3塑性发展系数:γ=1.053.幕墙立柱的强度计算:校核依据:N/φ1/A+M/γ/W≤ｆa=215.0N/mm^2(压弯构件)B:幕墙分格宽:1.038mGAk:幕墙自重:850N/m^2幕墙自重线荷载:Gk=850×Wfg/1000=850×1.038/1000=0.882kN/mNk:立柱受力:Nk=Gk×Hsjcg=0.882×3.700=3.265kNN:立柱受力设计值:rG:结构自重分项系数:1.2N=1.2×Nk=1.2×3.265=3.917kNi:回转半径:Ix:立柱计算惯性矩:162.428cm^4A:立柱型材截面积:12.169cm^2i=(Ix/A)^0.5=(162.428/12.169)^0.5=3.654cmλ:构件细长比Hsjcg:立柱计算跨度:3.700mλ=Hsjcg×100/i=3.700×100/3.654 =101.272σ:立柱计算强度(N/mm^2)(立柱为压弯构件):N:立柱受力设计值:3.917kNA:立柱型材截面积:12.169cm^2M:立柱弯矩:2.285kN·mWx2:立柱截面抗弯矩:32.486cm^3γ:塑性发展系数:1.05φ1:轴心受压的稳定系数:0.563σ=N×10/A/φ1+M×10^3/1.05/Wx2=72.701N/mm^272.701N/mm^2≤ｆa=215.0N/mm^2立柱受压强度可以满足4.幕墙立柱的刚度计算:校核依据:Umax≤[U]=15mm且Umax≤L/300(JGJ133-20014.2.3)Umax:立柱最大挠度Umax=1000×[1.4355×R0-0.409×(qWk+0.5×qEk)×L1]×L1^3/(24×2.1×Ix)立柱最大挠度Umax为:2.822mm≤15mmDu:立柱挠度与立柱计算跨度比值:Hsjcg:立柱计算跨度:3.700mDu=U/Hsjcg/1000=2.822/3.700/1000=0.001≤1/300挠度可以满足要求5.立柱抗剪计算:校核依据:τmax≤[τ]=125.0N/mm^2(1)Qwk:风荷载作用下剪力标准值(kN)R0:双跨梁长跨端支座反力为:1.970KNRa:双跨梁中间支座反力为:5.600KNRb:双跨梁短跨端支座反力为:1.390KNRc:中间支承处梁受到的最大剪力(KN)=2.974KNQwk=2.974KN(2)Qw:风荷载作用下剪力设计值(kN)Qw=1.4×Qwk=1.4×2.974=4.163kN(3)QEk:地震作用下剪力标准值(kN)R0:双跨梁长跨端支座反力为:0.416KNRa:双跨梁中间支座反力为:1.183KNRb:双跨梁短跨端支座反力为:0.294KNRc:中间支承处梁受到的最大剪力(KN)=0.628KNQEk=0.628KN(4)QE:地震作用下剪力设计值(kN) QE=1.3×QEk=1.3×0.628=0.817kN(5)Q:立柱所受剪力:采用Qw+0.5QE组合Q=Qw+0.5×QE=4.163+0.5×0.817=4.572kN(6)立柱剪应力:τ:立柱剪应力:Ss:立柱型材截面面积矩:20.002cm^3Ix:立柱型材截面惯性矩:162.428cm^4t:立柱壁厚:3.000mmτ=Q×Ss×100/Ix/t=4.572×20.002×100/162.428/3.000=18.767N/mm^218.767N/mm^2≤125.0N/mm^2立柱抗剪强度可以满足四、立梃与主结构连接立梃与主结构连接:(第1处)Lct2:连接处钢角码壁厚:8.000mmD2:连接螺栓直径:12.000mmD0:连接螺栓直径:10.360mm采用SG+SW+0.5SE组合N1wk:连接处风荷载总值(N):N1wk=Wk×B×Hsjcg×1000=1.609×1.038×3.700×1000=6179.525N连接处风荷载设计值(N):N1w=1.4×N1wk=1.4×6179.525=8651.336NN1Ek:连接处地震作用(N):N1Ek=qEAk×B×Hsjcg×1000=0.340×1.038×3.700×1000=1305.804NN1E:连接处地震作用设计值(N):N1E=1.3×N1Ek=1.3×1305.804=1697.545NN1:连接处水平总力(N):N1=N1w+0.5×N1E=8651.336+0.5×1697.545 =9500.108NN2:连接处自重总值设计值(N):N2k=850×B×Hsjcg=850×1.038×3.700=3264.510NN2:连接处自重总值设计值(N):N2=1.2×N2k=1.2×3264.510=3917.412NN:连接处总合力(N):N=(N1^2+N2^2)^0.5=(9500.108^2+3917.412^2)^0.5=10276.097NNvb:螺栓的承载能力:Nv:连接处剪切面数:2Nvb=2×3.14×D0^2×130/4(GBJ17-887.2.1-1)=2×3.14×10.360^2×130/4=21905.971NNum1:立梃与建筑物主结构连接的螺栓个数:Num1=N/Nvb=10276.097/21905.971=0.469个取2个Ncbl:立梃型材壁抗承压能力(N):D2:连接螺栓直径:12.000mmNv:连接处剪切面数:4t:立梃壁厚:3.000mmNcbl=D2×2×120×t×Num1(GBJ17-887.2.1)=12.000×2×120×3.000×2.000=17280.000N17280.000N≥10276.097N强度可以满足Ncbg:钢角码型材壁抗承压能力(N):Ncbg=D2×2×267×Lct2×Num1(GBJ17-887.2.1)=12.000×2×267×8.000×2.000=102528.000N102528.000N≥10276.097N强度可以满足六、幕墙预埋件焊缝计算幕墙预埋件焊缝计算:(第1处)Hf:焊缝厚度6.000L:焊缝长度100.000σm:弯矩引起的应力σm=6×M/(2×he×lw^2×1.22)(GBJ17-887.1.2) =16.989N/mm^2σn:法向力引起的应力σn=N/(2×he×Lw×1.22)(GBJ17-887.1.2)=10.300N/mm^2τ:剪应力τ=V/(2×Hf×Lw)(GBJ17-887.1.2)=3.627N/mm^2σ:总应力σ=((σm+σn)^2+τ^2)^0.5(GBJ17-887.1.2-3)=27.53027.530N/mm^2≤160N/mm^2焊缝强度可以满足!'