GB50429幕墙计算实例(计算书)-张芹 - 图文
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GB50429实例
南京凯润金城(01栋) 显横隐竖玻璃幕墙 设计计算书
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中南建设集团幕墙设计研究院
二〇〇九年二月十八日
目录
1 计算引用的规范、标准及资料 .......................................................................................................................... 4
1.1 幕墙设计规范: ....................................................................................................................................... 4 1.2 建筑设计规范: ....................................................................................................................................... 4 1.3 铝材规范: ............................................................................................................................................... 5 1.4 金属板及石材规范: ............................................................................................................................... 5 1.5 玻璃规范: ............................................................................................................................................... 5 1.6 钢材规范: ............................................................................................................................................... 6 1.7 胶类及密封材料规范: ........................................................................................................................... 6 1.8 门窗及五金件规范: ............................................................................................................................... 7 1.9 相关物理性能等级测试方法: ............................................................................................................... 8 1.10 《建筑结构静力计算手册》(第二版) .................................................................................................. 8 1.11 土建图纸: ............................................................................................................................................. 8 2 基本参数 .............................................................................................................................................................. 9
2.1 幕墙所在地区: ....................................................................................................................................... 9 2.2 地面粗糙度分类等级: ........................................................................................................................... 9 2.3 抗震烈度: ............................................................................................................................................... 9 3 幕墙承受荷载计算 .............................................................................................................................................. 9
3.1 风荷载标准值的计算方法: ................................................................................................................... 9 3.2 计算支撑结构时的风荷载标准值: ..................................................................................................... 10 3.3 计算面板材料时的风荷载标准值: ..................................................................................................... 10 3.4 垂直于幕墙平面的分布水平地震作用标准值: ................................................................................. 11 3.5 作用效应组合: ..................................................................................................................................... 11 4 幕墙立柱计算 .................................................................................................................................................... 11
4.1 立柱型材选材计算: ............................................................................................................................. 12 4.2 确定材料的截面参数: ......................................................................................................................... 13 4.3 选用立柱型材的截面特性: ................................................................................................................. 14 4.4 立柱的抗弯强度计算: ......................................................................................................................... 14 4.5 立柱的挠度计算: ................................................................................................................................. 15 4.6 立柱的抗剪计算: ................................................................................................................................. 15 5 幕墙横梁计算 .................................................................................................................................................... 18
5.1 横梁型材选材计算: ............................................................................................................................. 19 5.2 确定材料的截面参数: ......................................................................................................................... 20 5.3 选用横梁型材的截面特性: ................................................................................................................. 22 5.4 幕墙横梁的抗弯强度计算: ................................................................................................................. 22 5.5 横梁的挠度计算: ................................................................................................................................. 22 5.6 横梁的抗剪计算:(梯形荷载作用下) .................................................................................................. 23 6 玻璃板块的选用与校核 .................................................................................................................................... 25
6.1 玻璃板块荷载计算: ............................................................................................................................. 26 6.2 玻璃的强度计算: ................................................................................................................................. 27 6.3 玻璃最大挠度校核: ............................................................................................................................. 28
7 连接件计算 ........................................................................................................................................................ 29
7.1 横梁与角码间连结: ............................................................................................................................. 29 7.2 角码与立柱连接: ................................................................................................................................. 30 7.3 立柱与主结构连接: ............................................................................................................................. 32 8 幕墙埋件计算(后锚固结构) ............................................................................................................................. 33
8.1 荷载标准值计算: ................................................................................................................................. 33 8.2 锚栓群中承受拉力最大锚栓的拉力计算: ......................................................................................... 34 8.3 群锚受剪内力计算: ............................................................................................................................. 35 8.4 锚栓或植筋钢材破坏时的受拉承载力计算: ..................................................................................... 35 8.5 混凝土锥体受拉破坏承载力计算: ..................................................................................................... 36 8.6 锚栓或植筋钢材受剪破坏承载力计算: ............................................................................................. 38 8.7 混凝土楔形体受剪破坏承载力计算: ................................................................................................. 38 8.8 混凝土剪撬破坏承载能力计算: ......................................................................................................... 40 8.9 拉剪复合受力承载力计算: ................................................................................................................. 40 9 幕墙焊缝计算 .................................................................................................................................................... 40
9.1 受力分析: ............................................................................................................................................. 40 9.2 焊缝特性参数计算: ............................................................................................................................. 41 9.3 焊缝校核计算: ..................................................................................................................................... 41 10 显横隐竖玻璃幕墙胶类及伸缩缝计算 .......................................................................................................... 42
10.1 抗震设计下结构硅酮密封胶的宽度计算: ....................................................................................... 42 10.2 结构硅酮密封胶粘接厚度的计算: ................................................................................................... 42 10.3 结构胶设计总结: ............................................................................................................................... 43 10.4 立柱连接伸缩缝计算: ....................................................................................................................... 43 10.5 玻璃镶嵌槽紧固螺钉抗拉强度计算: ............................................................................................... 43 10.6 耐侯胶胶缝计算: ............................................................................................................................... 44 11 附录 常用材料的力学及其它物理性能 ........................................................................ 错误!未定义书签。
显横隐竖玻璃幕墙设计计算书
1 计算引用的规范、标准及资料 1.1 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 《点支式玻璃幕墙工程技术规程》 CECS127-2001 《点支式玻璃幕墙支承装置》 JG138-2001 《吊挂式玻璃幕墙支承装置》 JG139-2001 《建筑玻璃应用技术规程》 JGJ113-2003 《建筑瓷板装饰工程技术规范》 CECS101《建筑幕墙》 GB/T21086-2007 《金属与石材幕墙工程技术规范》 JGJ133-2001
1.2 建筑设计规范:
《采暖通风与空气调节设计规范》 GB50019-2003 《地震震级的规定》 GB/T17740-1999 《钢结构防火涂料》 GB14907-2002 《钢结构设计规范》 GB50017-2003 《高层民用建筑钢结构技术规范》 JGJ99-98 《高层建筑混凝土结构技术规程》 JGJ3-2002
《高层民用建筑设计防火规范》 GB50045-95(2005《高处作业吊蓝》 GB19155-2003 《工程抗震术语标准》 JGJ/T97-95 《工程网络计划技术规程》 JGJ/T121-99 《公共建筑节能设计标准》 GB50189-2005 《混凝土结构后锚固技术规程》 JGJ145-2004 《混凝土结构设计规范》 GB50010-2002 《混凝土用膨胀型、扩孔型建筑锚栓》 JG160-2004 《既有居住建筑节能改造技术规程》 JGJ129-2004 《建筑表面用有机硅防水剂》 JC/T902-2002 《建筑材料放射性核素限量》 GB6566-2001 《建筑防火封堵应用技术规程》 CECS154《建筑钢结构焊接技术规程》 JGJ81-2002 《建筑隔声评价标准》 GB/T50121-2005 《建筑工程抗震设防分类标准》 《建筑工程预应力施工规程》 CECS180《建筑结构荷载规范》 GB50009-2001(2006《建筑结构可靠度设计统一标准》 GB50068-2001 《建筑抗震设防分类标准》 GB50223-2004
《建筑抗震设计规范》 GB50011-2001:98 年版) :2003 :2005
年版、局部修订) (2008年版)
GB50223-2004 《建筑设计防火规范》 GB50016-2006
《建筑物防雷设计规范》 GB50057-94(2000年版) 《冷弯薄壁型钢结构设计规范》 GB50018-2002 《民用建筑隔声设计规范》 GBJ118-88 《民用建筑热工设计规范》 GB50176-93 《民用建筑设计通则》 GB50352-2005 《膜结构技术规程》 CECS158:2004 《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》 JGJ134-2001 《夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准》 JGJ75-2003 《预应力筋用锚具、夹具和连接器应用技术规程》JGJ85-2002
1.3 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-穿条式》 JG/T175-2005 《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/T437-2000 《有色电泳涂漆铝合金建筑型材》 YS/T459-2003
1.4 金属板及石材规范:
《干挂饰面石材及其金属挂件》 JC830.1、2-2005 《建筑装饰用微晶玻璃》 JC/T872-2000 《建筑幕墙用瓷板》 JG/T217-2007 《铝幕墙板、板基》 YS/T429.1-2000 《铝幕墙板、氟碳喷漆铝单板》 YS/T429.2-2000 《建筑幕墙用铝塑复合板》 GB/T17748-2008 《铝塑复合板用铝带》 YS/T432-2000 《天然板石》 GB/T18600-2001 《天然大理石荒料》 JC/T202-2001 《天然大理石建筑板材》 GB/T19766-2005 《天然花岗石荒料》 JC/T204-2001 《天然花岗石建筑板材》 GB/T18601-2001 《天然石材统一编号》 GB/T17670-2008 《天然石材术语》 GB/T13890-2008
1.5 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 《防弹玻璃》 GB17840-1999 《浮法玻璃》 GB11614-1999
《夹层玻璃》 GB/T9962-1999 《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》 GB15763.1-2001 《半钢化玻璃》 GB17841-2008 《普通平板玻璃》 GB4871-1995 《热弯玻璃》 JC/T915-2003 《压花玻璃》 JC/T511-2002 《中空玻璃》 GB/T11944-2002 《着色玻璃》 GB/T18701-2002
1.6 钢材规范:
《建筑结构用冷弯矩形钢管》 JG/T178-2005 《不锈钢棒》 GB/T1220-2007 《不锈钢和耐热钢冷轧钢带》 GB/T4239-1991 《不锈钢冷加工钢棒》 GB/T4226-1984 《不锈钢冷轧钢板及钢带》 GB/T3280-2007 《不锈钢热轧钢板及钢带》 GB/T4237-2007 《不锈钢丝》 GB/T4240-93 《建筑用不锈钢绞线》 JG/T200-2007 《不锈钢小直径无缝钢管》 GB/T3090-2000 《擦窗机》 GB19154-2003 《彩色涂层钢板和钢带》 GB/T12754-2006 《低合金钢焊条》 GB/T5118-1995 《低合金高强度结构钢》 GB/T1591-2008 《建筑幕墙用钢索压管接头》 JG/T201-2007 《耐候结构钢》 GB/T4171-2008 《高碳铬不锈钢丝》 YB/T096—1997 《焊接结构用耐候钢》 GB/T4172-2000 《合金结构钢》 GB/T3077-1999 《结构用无缝钢管》 JBJ102
《金属覆盖层钢铁制品热镀锌层技术要求》 GB/T13912-2002 《冷拔异形钢管》 GB/T3094-2000 《碳钢焊条》 GB/T5117-1999 《碳素结构钢》 GB/T700-2006 《碳素结构钢和低合金结构钢热轧薄钢板及钢带》GB/T912-1989 《碳素结构钢和低合金结构钢热轧厚钢板及钢带》GB/T3274-2007 《优质碳素结构钢》 GB/T699-1999 《预应力筋用锚具、夹具和连接器》 GB/T14370-2000
1.7 胶类及密封材料规范:
《丙烯酸酯建筑密封胶》 JC484-2006 《幕墙玻璃接缝用密封胶》 JC/T882-2001 《彩色涂层钢板用建筑密封胶》 JC/T884-2001 《丁基橡胶防水密封胶粘带》 JC/T942-2004 《干挂石材幕墙用环氧胶粘剂》 JC887-2001 《工业用橡胶板》 GB/T5574-1994 《混凝土建筑接缝用密封胶》 JC/T881-2001
《建筑窗用弹性密封胶》 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 《建筑用岩棉、矿渣棉绝热制品》 GB/T19686-2005 《建筑用硬质塑料隔热条》 JG/T174-2005 《建筑装饰用天然石材防护剂》 JC/T973-2005 《聚氨酯建筑密封胶》 JC/T482-2003 《聚硫建筑密封胶》 JC/T483-2006 《绝热用岩棉、矿棉及其制品》 GB/T11835-2007 《硫化橡胶或热塑性橡胶撕裂强度的测定》 GB/T529-1999 《石材用建筑密封胶》 JC/T883-2001 《橡胶袖珍硬度计压入硬度试验方法》 GB/T531-1999 《修补用天然橡胶胶粘剂》 HG/T3318-2002 《中空玻璃用弹性密封胶》 JC/T486-2001 《中空玻璃用丁基热熔密封胶》 JC/T914-2003
1.8 门窗及五金件规范:
《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》《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/T3098.1-2000 《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 《铝合金窗》 GB/T8479-2003 《铝合金门窗》 GB/T8478-2008 《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 《地弹簧》 《铝合金门插锁》 QB/T3885-1999 《平开铝合金窗把手》 QB/T3886-1999 《铝合金撑挡》 QB/T3887-1999 《铝合金窗不锈钢滑撑》 QB/T3888-1999 《铝合金门窗拉手》 QB/T3889-1999 《铝合金窗锁》 QB/T3900-1999 《铝合金门锁》 QB/T3901-1999 《推拉铝合金门用滑轮》 QB/T3902-1999 《闭合器》 QB/T3893-1999 《外装门锁》 QB/T2473-2000 《弹子插芯门锁》 GB/T2474-2000 《叶片门锁》 QB/T2475-2000
GB/T3098.6-2000 QB/T2697-2005 《球型门锁》 QB/T2476-2000 《铜合金铸件》 GB/T13819-1992 《锌合压铸件》 GB/T13821-1992 《铝合金压铸件》 GB/T15114-1994 《铸件尺寸公差与机械加工余量》 QB/T6414-1999 《建筑门窗五金件 插销》 JG214-2007 《建筑门窗五金件 传动机构用执手》 JG124-2007 《建筑门窗五金件 旋压执手》 JG213-2007 《建筑门窗五金件 合页(铰链)》 JG125-2007 《建筑门窗五金件 传动锁闭器》 JG126-2007 《建筑门窗五金件 滑撑》 JG127-2007 《建筑门窗五金件 滑轮》 JG129-2007 《建筑门窗五金件 多点锁闭器》 JG215-2007 《建筑门窗五金件 撑挡》 JG128-2007 《建筑门窗五金件 通用要求》 JG212-2007 《建筑门窗五金件 单点锁闭器》 JG130-2007 《建筑门窗内平开下悬五金系统》 JG168-2004 《钢塑共挤门窗》 JG207-2007 《电动采光排烟窗》 JG189-2006
1.9 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 《采暖居住建筑节能检验标准》 JGJ132-2001 《彩色涂层钢板和钢带试验方法》 GB/T13448-2006 《钢结构工程施工质量验收规范》 GB50205-2001 《混凝土结构工程施工质量验收规范》 GB50204-2002 《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 《建筑外窗保温性能分级及检测方法》 GB/T8484-2008 《建筑外窗采光性能分级及检测方法》 GB/T11976-2002
《建筑外门窗气密、水密、抗风压性能分级及检测方法》 GB/T7106-2008 《建筑外窗空气隔声性能分级及检测方法》 GB/T8485-2008 《建筑外窗气密性能分级及检测方法》 GB/T7107-2002 《建筑外窗水密性能分级及检测方法》 GB/T7108-2002 《建筑装饰装修工程施工质量验收规范》 GB50210-2001 《金属材料室温拉伸试验方法》 GB/T228-2002
1.10 《建筑结构静力计算手册》(第二版) 1.11 土建图纸:
2 基本参数 2.1 幕墙所在地区:
南京地区;
2.2 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。
2.3 抗震烈度:
根据国家规范《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001),南京地区地震基本烈度为7度,地震动峰值加速度为0.1g,水平地震影响系数最大值为:αmax=0.08。
本工程抗震设防标准:
抗震设防类别 重点设防类 按8度采取抗震措施
水平地震影响系数最大值为:αmax=0.08。
3 幕墙承受荷载计算
3.1 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(GB50009-2001 2006年版)计算: wk=βgzμzμs1w0 ……7.1.1-2[GB50009-2001 2006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:99.85m; 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: 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,99.85m高度处瞬时风压的阵风系数: βgz=0.85×(1+2×(0.734(Z/10)-0.22))=1.6021 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,99.85m高度处风压高度变化系数: μz=0.616×(Z/10)0.44=1.6955 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。
由于大部分幕墙都有开启,按[5.3.2]JGJ102-2003条文说明,幕墙结构一般的体型系数取1.2(大面区域)、2.0(转角区域)。
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
22
0.8,当构件的从属面积小于10m而大于1m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
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,南京地区取0.0004MPa;
3.2 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=2.4×3.5=8.4m2 LogA=0.924
μs1(A)=μs1(1)+[μs1(10)-μs1(1)]logA =0.815 μs1=0.815+0.2 =1.015 wk=βgzμzμs1w0
=1.6021×1.6955×1.015×0.0004 =0.001103MPa
3.3 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=2.4×0.6=1.44m2 LogA=0.158
μs1(A)=μs1(1)+[μs1(10)-μs1(1)]logA =0.968 μs1=0.968+0.2 =1.168
wk=βgzμzμs1w0
=1.6021×1.6955×1.168×0.0004 =0.001269MPa
3.4 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0.08; Gk:幕墙构件的重力荷载标准值(N); A:幕墙构件的面积(mm2);
3.5 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;
4 幕墙立柱计算
基本参数:
1:计算点标高:99.85m; 2:力学模型:双跨梁;
3:立柱跨度:L=3500mm,短跨长L1=430mm,长跨长L2=3070mm; 4:立柱左分格宽:2400mm;立柱右分格宽:2400mm; 5:立柱计算间距:B=2400mm; 6:板块配置:中空玻璃6 +6 mm; 7:立柱材质:6063-T5; 8:安装方式:偏心受拉;
本处幕墙立柱按双跨梁力学模型进行设计计算,受力模型如下:
4.1 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
=0.001103×2400 =2.647N/mm
qw:风荷载线分布最大荷载集度设计值(N/mm); qw=1.4qwk
=1.4×2.647 =3.706N/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0.08;
Gk:幕墙构件的重力荷载标准值(N),(含面板和框架); A:幕墙平面面积(mm2);
qEAk=βEαmaxG/A ……5.3.4[JGJ102-2003] =5×0.08×0.0005 =0.0002MPa
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
=0.0002×2400 =0.48N/mm
qE:水平地震作用线荷载集度设计值(N/mm); qE=1.3qEk
=1.3×0.48 =0.624N/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
=3.706+0.5×0.624 =4.018N/mm
用于挠度计算时,采用Sw标准值: ……5.4.1[JGJ102-2003] qk=qwk
=2.647N/mm
(4)求支座反力R1及最大弯矩:
由双跨梁弯矩图可知,两支点0,2处弯矩为零,中支点弯矩最大为M1,而在均布荷载作用下,最大挠度在长跨内出现。 M1:中支座弯矩(N·mm); R1:中支座反力(N); M1=-q(L13+L23)/8L
=-4.018×(4303+30703)/8/3500 =-4163501.825N·mm R1=qL1/2-M1/L1+qL2/2-M1/L2
=4.018×430/2-(-4163501.825/430)+4.018×3070/2-(-4163501.825/3070) =18070.252N
4.2 确定材料的截面参数:
(1)截面的型材惯性矩要求: k2=0
k1=4M1/(qL22)
=4×4163501.825/(4.018×30702) =0.44
查《建筑结构静力计算手册》第二版表3-9附注说明: x0=A/4+2R1/3cos(θ+240) 其中:
A=2+k1-k2=2.44
23/2
R=((A/4)-k1/2)=0.059
θ=1/3arccos((A3-12k1A-8(1-2k1-k2))/64R)=26.537 x0=A/4+2R1/3cos(θ+240)
=2.44/4+2×0.0591/3cos(26.537+240) =0.563
λ=x0(1-2k1+3k1x0-2x02-k1x02+x03) =0.151
代入df,lim=λqkL24/24EIxmin 上式中:
df,lim:按规范要求,立柱的挠度限值(mm); qk:风荷载线荷载集度标准值(N/mm);
L2:长跨长度(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); L2/180=3070/180=17.056
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=17.056mm 代入上式:
Ixmin=λqkL24/24Edf,lim
=0.151×2.647×30704/24/70000/17.056
4
=1239075.932mm (2)截面的型材抵抗矩要求:
Wnx:立柱净截面抵抗矩预选值(mm3); Mx:弯矩组合设计值即M1(N·mm); γ:塑性发展系数:
对于钢材龙骨,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》GB 50429-2007,取1.00; fa :型材抗弯强度设计值(MPa),对6063-T5取90; Wnx=Mx/γfa
=4163501.825/1.00/90 =46261.131mm3
4.3 选用立柱型材的截面特性:
按上一项计算结果选用型材号:xc002 型材的抗弯强度设计值:90MPa 型材的抗剪强度设计值:ηa=55MPa 型材弹性模量:E=70000MPa 绕X轴惯性矩:Ix=3936490mm4 绕Y轴惯性矩:Iy=1142150mm4
绕X轴净截面抵抗矩:Wnx1=51186mm3 绕X轴净截面抵抗矩:Wnx2=53855mm3 型材净截面面积:An=1319.25mm2 型材线密度:γg=0.03562N/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=32221mm3 塑性发展系数:γ=1.00
4.4 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
=0.0005×2400×3500 =4200N
N:立柱轴向拉力设计值(N); N=1.2Nk
=1.2×4200 =5040N
(2)抗弯强度校核:
按双跨梁(受拉)立柱强度公式,应满足:
N/Aen+Mx/γxWenx≤f ……6.3.7[JGJ102-2003]8.1.1 GB 50429-2007 上式中:
N:立柱轴力设计值(N);
Mx:立柱弯矩设计值(N·mm); Aen:立柱净截面面积(mm2);
Wenx:在弯矩作用方向的净截面抵抗矩(mm3); γx:塑性发展系数:
对于钢材龙骨,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》GB 50429-2007,取1.00; fa:型材的抗弯强度设计值,取90MPa; 则:
N/Aen+Mx/γxWenx =5040/1319.25+4163501.825/1.00/51186 =85.161MPa≤90MPa 立柱抗弯强度满足要求。
4.5 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=3936490mm4 预选值为:Ixmin=1239075.932mm4 实际挠度计算值为: df=λqkL24/24EIx
=0.151×2.647×30704/24/70000/3936490 =5.369mm
而df,lim=17.056mm
所以,立柱挠度满足规范要求。
4.6 立柱的抗剪计算:
校核依据:
ηmax≤ηa=55MPa (立柱的抗剪强度设计值) (1)求中支座剪力设计值: 采用Vw+0.5VE组合
Vw1左=-(qL1/2-M1/L1)
=-(4.018×430/2-(-4163501.825/430)) =-10546.432N Vw1右=qL2/2-M1/L2
=4.018×3070/2-(-4163501.825/3070)
=7523.82N 取V=10546.432N (2)立柱剪应力:
ηmax:立柱最大剪应力(MPa); V:立柱所受剪力(N);
Sx:立柱型材受力面对中性轴的面积矩(mm3); Ix:立柱型材截面惯性矩(mm4);
t:型材截面垂直于X轴腹板的截面总宽度(mm);
η=VmaxS/Ixtw =10546.432×32221/3936490/6 6.1.2 GB 50429-2007 =14.387MPa 14.387MPa≤55MPa 立柱抗剪强度满足要求!
有效截面计算
翼板1(均匀受压加劲板件),强硬化 加劲板件 k=8.2/(1+1.05)=4(式5.2.1-1 ψ=1) k0=4 k/= k/ k0 =4/4=1 f0.2 =110N/mm2 ε=(240/110)1/2=1.477 (表5.2.1-1) 构件宽厚比b0/t =(70-6)/3=21.3<有效最大宽厚比 =17(240/110)1/2×(ηk/)1/2=17×1.477×(1×1)1/2=17×1.477×1.0=25.1 翼板2(均匀受压加劲板件),强硬化 加劲肋板件 k=8.2/(1+1.05)=4(式5.2.1-1 ψ=1) k0=4 k/= k/ k0 =4/4=1 f0.2 =110N/mm2 ε=(240/110)1/2=1.477 (表5.2.1-1)
I=[h3(b2+4bb1+b12)]/ [36(b+b1)]=[23×(202+4×20×15+152)]/[36×(20+15)]=11.59 C=[11.59/(3/12)]1/3=3.6
按(式5.2.6-3)η=1+2.5 [(c/t-1)1/2/(b/t)]=1+2.5[(3.6/2.5-1)1/2/(64/3)]=1+2.5×0.03=1.075 构件宽厚比b0/t =(70-6)/2.5=21.3<有效最大宽厚比 =17(240/110)1/2×(ηk/)1/2=17×1.477×(1.075×1)1/2=17×1.477×1.037=26.04 板件截面全部有效,即不要进行板件的有效厚度计算。 腹板 强硬化 加劲板件
ζmin=N/A0+M/(1.0W)=-5040 /1319.25-4163501.825/51186= -85.17 N/mm2 ζmax=N/A0+M/(1.0W)= -5040 /1319.25+4163501.825/51186= -77.51 N/mm2
受弯构件 ψ=ζmin /ζmax =-85.17/77.51=-1.10< -1 (k值按ψ=-1的值采用) 按(式5.2.5-3) k=5.98×[1-(-1)]2=23.92
k0=4 k/= k/ k0 =23.92/4=5.98 ε=(240/110)1/2=1.477 (表5.2.1-1) η=1 构件宽厚比b0/t =(150-6)/3=48<有效最大宽厚比=17(240/110)1/2×(ηk/)1/2 =17×1.477×(1×5.98)1/2=17×1.477×2.445=61.39,板件截面全部有效,即不要进行板件的有效厚度计算。
5 幕墙横梁计算
基本参数:
1:计算点标高:99.85m; 2:横梁跨度:B=2400mm;
3:横梁上分格高:600mm;横梁下分格高:600mm; 4:横梁计算间距:H=600mm; 5:力学模型:梯形荷载简支梁; 6:板块配置:中空玻璃6 +6 mm; 7:横梁材质:6063-T5;
因为B>H,所以本处幕墙横梁按梯形荷载简支梁力学模型进行设计计算,受力模型如下:
5.1 横梁型材选材计算:
(1)横梁在风荷载作用下的线荷载集度(按梯形分布): 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); H:幕墙横梁计算间距(mm); qwk=wkH
=0.001103×600 =0.662N/mm
qw:风荷载线分布最大荷载集度设计值(N/mm); qw=1.4qwk
=1.4×0.662 =0.927N/mm
(2)垂直于幕墙平面的分布水平地震作用的线荷载集度(按梯形分布): qEAk:垂直于幕墙平面的分布水平地震作用(MPa); βE:动力放大系数,取5.0;
αmax:水平地震影响系数最大值,取0.08;
Gk:幕墙构件的重力荷载标准值(N),(主要指面板组件); A:幕墙平面面积(mm2);
qEAk=βEαmaxGk/A …… 5.3.4[JGJ102-2003] =5.0×0.08×0.0004 =0.00016MPa
qEk:横梁受水平地震作用线荷载集度标准值(N/mm); H:幕墙横梁计算间距(mm); qEk=qEAkH
=0.00016×600 =0.096N/mm
qE:横梁受水平地震作用线荷载集度设计值(N/mm); qE=1.3qEk
=1.3×0.096 =0.125N/mm
(3)幕墙横梁受荷载集度组合:
用于强度计算时,采用Sw+0.5SE组合设计值: ……5.4.1[JGJ102-2003] q=qw+0.5qE
=0.927+0.5×0.125 =0.99N/mm
用于挠度计算时,采用Sw标准值: ……5.4.1[JGJ102-2003] qk=qwk
=0.662N/mm
(4)横梁在风荷载及地震组合作用下的弯矩值(按梯形分布): My:横梁受风荷载及地震作用弯矩组合设计值(N·mm); Mw:风荷载作用下横梁产生的弯矩(N·mm); ME:地震作用下横梁产生的弯矩(N·mm); B:横梁跨度(mm);
H:幕墙横梁计算间距(mm);
采用Sw+0.5SE组合: ……5.4.1[JGJ102-2003] Mw=qwB2(3-(H/B)2)/24 ME=qEB2(3-(H/B)2)/24 My=Mw+0.5ME
=qB2(3-(H/B)2)/24
=0.99×24002×(3-(600/2400)2)/24 =697950N·mm
(5)横梁在自重荷载作用下的弯矩值(按矩形分布): Gk:横梁自重线荷载标准值(N/mm); H:横梁计算间距(mm); Gk=0.0004×H =0.0004×600 =0.24N/mm
G:横梁自重线荷载设计值(N/mm); G=1.2Gk
=1.2×0.24 =0.288N/mm
Mx:横梁在自重荷载作用下的弯矩设计值(N·mm); B:横梁跨度(mm); Mx=GB2/8
=0.288×24002/8 =207360N·mm
5.2 确定材料的截面参数:
(1)横梁抵抗矩预选:
Wnx:绕X方向横梁净截面抵抗矩预选值(mm3); Wny:绕Y方向横梁净截面抵抗矩预选值(mm3);
Mx:横梁在自重荷载作用下的弯矩(N·mm); My:风荷载及地震作用弯矩组合值(N·mm); γx,γy:塑性发展系数:
对于钢材龙骨,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》GB 50429-2007,取1.00; fa:型材抗弯强度设计值(MPa),对6063-T5取90; 按下面公式计算: Wenx=Mx/γxf
=207360/1.00/90 =2304mm3 Weny=My/γyf
=697950/1.00/90 =7755mm3
(2)横梁惯性矩预选:
df1,lim:按规范要求,横梁在水平力标准值作用下的挠度限值(mm); df2,lim:按规范要求,横梁在自重力标准值作用下的挠度限值(mm); B:横梁跨度(mm);
按相关规范,钢材横梁的相对挠度不应大于L/250,铝材横梁的相对挠度不应大于L/180;
《建筑幕墙》GB/T21086-2007还有如下规定:
按[5.1.1.2],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;
按[5.1.9,b],自重标准值作用下挠度不应超过其跨度的1/500,并且不应大于3mm;
B/180=2400/180=13.333mm B/500=2400/500=4.8mm 对本例取:
df1,lim=13.333mm df2,lim=3mm
qk:风荷载作用线荷载集度标准值(N/mm);
E:型材的弹性模量(MPa),对6063-T5取70000MPa; Iymin:绕Y轴最小惯性矩(mm4); B:横梁跨度(mm);
df1,lim=qkB4(25/8-5(H/2B)2+2(H/2B)4)/240EIymin
……(受风荷载与地震作用的挠度计算) Iymin=qkB4(25/8-5(H/2B)2+2(H/2B)4)/240Edf1,lim
=0.662×24004(25/8-5(600/2/2400)2+2(600/2/2400)4)/240/70000/13.333 =298806.49mm4
Gk:横梁自重线荷载标准值(N/mm); Ixmin:绕X轴最小惯性矩(mm4);
df2,lim=5GkB4/384EIxmin ……(自重作用下产生的挠度计算) Ixmin=5GkB4/384Edf2,lim
=5×0.24×24004/384/70000/3 =493714.286mm4
5.3 选用横梁型材的截面特性:
按照上面的预选结果选取型材: 选用型材号:HL002
型材抗弯强度设计值:90MPa 型材抗剪强度设计值:55MPa 型材弹性模量:E=70000MPa 绕X轴惯性矩:Ix=358670mm4 绕Y轴惯性矩:Iy=726100mm4
绕X轴净截面抵抗矩:Wnx1=11808mm3 绕X轴净截面抵抗矩:Wnx2=9052mm3 绕Y轴净截面抵抗矩:Wny1=17442mm3 绕Y轴净截面抵抗矩:Wny2=16741mm3
2
型材净截面面积:An=912.634mm 型材线密度:γg=0.024641N/mm
横梁与立柱连接时角片与横梁连接处横梁壁厚:t=2.5mm 横梁截面垂直于X轴腹板的截面总宽度:tx=5mm 横梁截面垂直于Y轴腹板的截面总宽度:ty=5mm 型材受力面对中性轴的面积矩(绕X轴):Sx=7464mm3 型材受力面对中性轴的面积矩(绕Y轴):Sy=11766mm3 塑性发展系数:γx=γy=1.00
5.4 幕墙横梁的抗弯强度计算:
按横梁强度计算公式,应满足:
Mx/γxWenx+My/γyWeny≤fa ……6.2.4[JGJ102-2003] 6.1.1 GB 50429-2007 上式中:
Mx:横梁绕X轴方向(幕墙平面内方向)的弯矩设计值(N·mm);
My:横梁绕Y轴方向(垂直于幕墙平面方向)的弯矩设计值(N·mm);
Wenx:横梁绕X轴方向(幕墙平面内方向)的净截面抵抗矩(mm3); Weny:横梁绕Y轴方向(垂直于幕墙平面方向)的净截面抵抗矩(mm3); γx、γy:
对于钢材龙骨,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》GB 50429-2007,取1.00; fa:型材的抗弯强度设计值,取90MPa。 采用SG+Sw+0.5SE组合,则:
Mx/γxWenx+My/γyWeny=207360/1.00/9052+697950/1.00/16741 =64.599MPa≤90MPa 横梁抗弯强度满足要求。
5.5 横梁的挠度计算:
因为惯性矩预选是根据挠度限值计算的,所以只要选择的横梁惯性矩大于预选值,挠度就满足要求:
实际选用的型材惯性矩为: Ix=358670mm4 Iy=726100mm4 预选值为:
Ixmin=493714.286mm4 Iymin=298806.49mm4
横梁挠度的实际计算值如下:
df1=qkB4(25/8-5(H/2B)2+2(H/2B)4)/240EIy
=0.662×24004(25/8-5(600/2/2400)2+2(600/2/2400)4)/240/70000/726100 =5.487mm df2=5GkB4/384EIx
=5×0.24×24004/384/70000/358670 =4.13mm df1,lim=13.333mm
所以,横梁挠度满足规范要求。
5.6 横梁的抗剪计算:(梯形荷载作用下)
校核依据:
η≤η=55MPa (型材的抗剪强度设计值) (1)Vwk:风荷载作用下剪力标准值(N); Vwk=qwkB(1-H/2B)/2
=0.662×2400(1-600/2/2400)/2 =695.1N
(2)Vw:风荷载作用下剪力设计值(N); Vw=1.4Vwk
=1.4×695.1 =973.14N
(3)VEk:地震作用下剪力标准值(N); VEk=qEkB(1-H/2B)/2
=0.096×2400(1-600/2/2400)/2 =100.8N
(4)VE:地震作用下剪力设计值(N); VE=1.3VEk
=1.3×100.8 =131.04N
(5)Vx:水平总剪力(N); 采用Vw+0.5VE组合 Vx=Vw+0.5VE
=973.14+0.5×131.04 =1038.66N
(6)Vy:垂直总剪力(N): Vy=1.2×0.0004×BH/2
=1.2×0.0004×2400×600/2 =345.6N
(7)横梁剪应力校核:
ηx:横梁水平方向剪应力(MPa); Vx:横梁水平总剪力(N);
Sy:横梁型材受力面对中性轴的面积矩(mm3)(绕Y轴); Iy:横梁型材截面惯性矩(mm4);
ty:横梁截面垂直于Y轴腹板的截面总宽度(mm);
ηx=VxSy/Iyty ……6.2.5[JGJ102-2003] 6.1.2 GB 50429-2007 =1038.66×11766/726100/5 =3.366MPa
3.366MPa≤55MPa
ηy:横梁垂直方向剪应力(N); Vy:横梁垂直总剪力(N);
Sx:横梁型材受力面对中性轴的面积矩(mm3)(绕X轴); Ix:横梁型材截面惯性矩(mm4);
tx:横梁截面垂直于X轴腹板的截面总宽度(mm);
ηy=VySx/Ixtx ……6.2.5[JGJ102-2003] 6.1.2 GB 50429-2007 =345.6×7464/358670/5 =1.438MPa
1.438MPa≤55MPa 横梁抗剪强度能满足!
有效截面计算
双向受弯构件,用最不利受力方向验算,本构件水平方向最不利,用有效厚度法,按GB50429表5.2.2-1判别,板件是否要进行有效厚度验算。
翼板A(均匀受压加劲板件),强硬化 加劲板件: k=8.2/(1+1.05)=4 (式5.2.5-1)
(表5.2.1-1 ψ=1) k0=4 k/= k/ k0 =4/4=1 f0.2 =110N/mm2 ε=(240/110)1/2=1.477 构件宽厚比b0/t =(37.5-5)/2.5=13<有效最大宽厚比=17(240/110)1/2×(ηk/)1/2
=17×1.477×(1×1.0)1/2=17×1.477×1.0=25.1
板件截面全部有效,即不要进行板件的有效厚度计算。 翼板B(均匀受压非加劲板件),强硬化 非加劲板件: k=0.587/(1+0.34)=0.44 (式5.2.5-4) k/= k/ k0 =0.44/0.425=1.035
构件宽厚比b0/t =(35-2.5)/2.5=13>有效最大宽厚比=5(240/110)1/2×(ηk/)1/2 =5×1.477×(1×1.035)1/2=5×1.477×1.017=7.5 要进行板件的有效厚度计算。 按(式5.2.4)
ζcr=kπ2E/12(1-υ2)×(b/t)2
=0.44×π2×0.7×105/[12(1-0.32)×(32.5/2.5)2]=169.9 N/mm2
按(式5.2.3-1)
λ=(f0.2/ζcr)1/2=(110/169.9)1/2 =0.805 te/t=α1 ×1/λ-α2×0.22/λ2=0.9×1/0.805-0.9×0.22/0.8052=1.118 -0306=0.812<1 OK 腹板 强硬化 中间加劲肋板件 k=8.2/(1+1.05)= 4
k0=4 k/= k/ k0 =4/4=1 ε=(240/110)1/2=1.477 (表5.2.1-1) η=1 构件宽厚比b0/t =(64-5)/2.5=23.6<有效最大宽厚比=17(240/110)1/2×(ηk/)1/2 =17×1.477×(1×1)1/2=17×1.477×1=25.1,板件截面全部有效,即不要进行板件的有效厚度计算。 用有效厚度te取代板件厚度t(第5.4.1条、第5.4.3条)计算截面几何性质: te =0.812 t=0.812×2.5=2.03 mm
以te =2.03 mm代入受压区计算截面几何性质,假定
绕X轴净截面抵抗矩:Wnx2=9000mm3 绕Y轴净截面抵抗矩:Wny2=16700mm3
Mx/γxWenx+My/γyWeny=207360/1.00/9000+697950/1.00/16700 =64.83MPa≤90MPa
中和轴无变化。
6 玻璃板块的选用与校核
基本参数:
1:计算点标高:99.85m;
2:玻璃板尺寸:宽×高=B×H=2400mm×600mm;
3:玻璃配置:中空玻璃,外片钢化玻璃6mm,内片钢化玻璃6mm; 模型简图为:
玻璃板块荷载计算:
(1)外片玻璃荷载计算:
t1:外片玻璃厚度(mm); t2:内片玻璃厚度(mm);
wk:作用在板块上的风荷载标准值(MPa);
GAk1:外片玻璃单位面积自重标准值(仅指玻璃)(MPa); qEAk1:外片玻璃地震作用标准值(MPa); γg1:外片玻璃的体积密度(N/mm3);
wk1:分配到外片上的风荷载作用标准值(MPa); qk1:分配到外片玻璃上的荷载组合标准值(MPa); q1:分配到外片玻璃上的荷载组合设计值(MPa); GAk1=γg1t1
=0.0000256×6 =0.000154MPa qEAk1=βEαmaxGAk1
=5×0.08×0.000154 =0.000062MPa wk1=1.1wkt13/(t13+t23)
=1.1×0.001269×63/(63+63) =0.000698MPa qk1=wk1+0.5qEAk1
=0.000698+0.5×0.000062 =0.000729MPa
q1=1.4wk1+0.5×1.3qEAk1
=1.4×0.000698+0.5×1.3×0.000062 =0.001018MPa (2)内片玻璃荷载计算:
t1:外片玻璃厚度(mm); t2:内片玻璃厚度(mm);
wk:作用在板块上的风荷载标准值(MPa);
GAk2:内片玻璃单位面积自重标准值(仅指玻璃)(MPa) qEAk2:内片玻璃地震作用标准值(MPa) γg2:内片玻璃的体积密度(N/mm3);
wk2:分配到内片上的风荷载作用标准值(MPa); qk2:分配到内片玻璃上的荷载组合标准值(MPa); q2:分配到内片玻璃上的荷载组合设计值(MPa); GAk2=γg2t2
=0.0000256×6 =0.000154MPa qEAk2=βEαmaxGAk2
=5×0.08×0.000154 =0.000062MPa wk2=wkt23/(t13+t23)
=0.001269×63/(63+63) =0.000635MPa qk2=wk2+0.5qEAk2
=0.000635+0.5×0.000062 =0.000666MPa
q2=1.4wk2+0.5×1.3qEAk2
=1.4×0.000635+0.5×1.3×0.000062 =0.000929MPa
(3)玻璃板块整体荷载组合计算:
用于强度计算时,采用Sw+0.5SE设计值组合: ……5.4.1[JGJ102-2003] q=1.4wk+0.5×1.3(qEAk1+qEAk2)
=1.4×0.001269+0.5×1.3×(0.000062+0.000062) =0.001857MPa
用于挠度计算时,采用Sw标准值: ……5.4.1[JGJ102-2003] wk=0.001269MPa
6.1 玻璃的强度计算:
校核依据:ζ≤[fg] (1)外片校核:
θ1:外片玻璃的计算参数; η1:外片玻璃的折减系数;
qk1:作用在外片玻璃上的荷载组合标准值(MPa); a:分格短边长度(mm); E:玻璃的弹性模量(MPa); t1:外片玻璃厚度(mm);
θ1=qk1a4/Et14 ……6.1.2-3[JGJ102-2003] =0.000729×6004/72000/64
=1.012
按系数θ1,查表6.1.2-2[JGJ102-2003],η1=1;
ζ1:外片玻璃在组合荷载作用下的板中最大应力设计值(MPa); q1:作用在板块外片玻璃上的荷载组合设计值(MPa); a:玻璃短边边长(mm); b:玻璃长边边长(mm); t1:外片玻璃厚度(mm);
m1:外片玻璃弯矩系数, 按边长比a/b查表6.1.2-1[JGJ102-2003]得m1=0.123; ζ1=6m1q1a2η1/t12 ……6.1.2[JGJ102-2003] =6×0.123×0.001018×6002×1/62 =7.513MPa
7.513MPa≤fg1=84MPa(钢化玻璃) 外片玻璃的强度满足要求! (2)内片校核:
θ2:内片玻璃的计算参数; η2:内片玻璃的折减系数;
qk2:作用在内片玻璃上的荷载组合标准值(MPa); a:分格短边长度(mm); E:玻璃的弹性模量(MPa); t2:内片玻璃厚度(mm);
θ2=qk2a4/Et24 ……6.1.2-3[JGJ102-2003] =0.000666×6004/72000/64 =0.925
按系数θ2,查表6.1.2-2[JGJ102-2003],η2=1
ζ2:内片玻璃在组合荷载作用下的板中最大应力设计值(MPa); q2:作用在板块内片玻璃上的荷载组合设计值(MPa); a:玻璃短边边长(mm); b:玻璃长边边长(mm); t2:内片玻璃厚度(mm);
m2:内片玻璃弯矩系数, 按边长比a/b查表6.1.2-1[JGJ102-2003]得m2=0.123; ζ2=6m2q2a2η2/t22 ……6.1.2[JGJ102-2003] =6×0.123×0.000929×6002×1/62 =6.856MPa
6.856MPa≤fg2=84MPa(钢化玻璃) 内片玻璃的强度满足要求!
6.2 玻璃最大挠度校核:
校核依据:
df=ημwka4/D≤df,lim ……6.1.3-2[JGJ102-2003] 上面公式中:
df:玻璃板挠度计算值(mm); η:玻璃挠度的折减系数;
μ:玻璃挠度系数,按边长比a/b查表6.1.3[JGJ102-2003]得μ=0.01282; wk:风荷载标准值(MPa)
a:玻璃板块短边尺寸(mm); D:玻璃的弯曲刚度(N·mm);
df,lim:许用挠度,取短边长的1/60,为10mm;
其中:
D=Ete3/(12(1-υ2)) ……6.1.3-1[JGJ102-2003] 上式中:
E:玻璃的弹性模量(MPa); te:玻璃的等效厚度(mm); υ:玻璃材料泊松比,为0.2;
te=0.95×(t13+t23)1/3 ……6.1.5-3[JGJ102-2003] =0.95×(63+63)1/3 =7.182mm
D=Ete3/(12(1-υ2))
=72000×7.1823/(12×(1-0.22)) =2315347.704N·mm
θ:玻璃板块的计算参数;
44
θ=wka/Ete ……6.1.2-3[JGJ102-2003] =0.001269×6004/72000/7.1824 =0.859
按参数θ,查表6.1.2-2[JGJ102-2003],η=1
4
df=ημwka/D
=1×0.01282×0.001269×6004/2315347.704 =0.911mm
0.911mm≤df,lim=10mm(中空玻璃) 玻璃挠度能满足要求!
7 连接件计算
基本参数:
1:计算点标高:99.85m;
2:立柱计算间距:B1=2400mm;
3:横梁计算分格尺寸:宽×高=B×H=2400mm×600mm;
4:幕墙立柱跨度:L=3500mm,短跨L1=430mm,长跨L2=3070mm; 5:板块配置:中空玻璃;
6:龙骨材质:立柱为:6063-T5;横梁为:6063-T5; 7:立柱与主体连接钢角码壁厚:8mm; 8:立柱与主体连接螺栓公称直径:12mm; 9:立柱与横梁连接处铝角码厚度:4mm; 10:横梁与角码连接螺栓公称直径:6mm; 11:立柱与角码连接螺栓公称直径:6mm; 12:立柱连接形式:双跨;
因为B>H,所以本处幕墙横梁按梯形荷载模型进行设计计算:
7.1 横梁与角码间连结:
(1)风荷载作用下横梁剪力设计值(按梯形分布): Vw=1.4wkHB(1-H/2B)/2
=1.4×0.001103×600×2400×(1-600/2/2400)/2 =972.846N
(2)地震作用下横梁剪力标准值(按梯形分布):
VEk=βEαmaxGk/A×HB(1-H/2B)/2
=5.0×0.08×0.0004×600×2400×(1-600/2/2400)/2 =100.8N
(3)地震作用下横梁剪力设计值: VE=1.3VEk
=1.3×100.8 =131.04N
(4)连接部位总剪力N1: 采用Sw+0.5SE组合: N1=Vw+0.5VE
=972.846+0.5×131.04 =1038.366N (5)连接螺栓计算:
b
Nv:螺栓受剪承载能力设计值(N); nv:剪切面数:取1;
de:螺栓在螺纹处净直径:6mm;
fvb:螺栓连接的抗剪强度设计值,对奥氏体不锈钢(A50)取175MPa;
b2b
Nv=nvπdefv/4 ……7.2.1-1[GB50017-2003] 9.1.1-2GB50429-2003 =1×3.14×62×175/4 =4945.5N
Nnum1:螺栓个数: Nnum1=N1/Nv1b
=1038.366/4945.5
=0.21个 实际取2个
(6)连接部位横梁型材壁抗承压能力计算:
Ncb:连接部位幕墙横梁型材壁抗承压能力设计值(N); Nv:横梁与角码连接螺栓数量:2个; nv:剪切面数:取1
d:螺栓公称直径:6mm;
t:连接部位横梁壁厚:2.5mm;
fc b:型材抗压强度设计值,对6063-T5取185MPa;
Ncb= nv Nvdt1fcb ……7.2.1-3[GB50017-2003] 9.1.1-4GB50429-2003 =1×2×6×2.5×185 =5550N
5550N≥1038.366N 强度可以满足!
7.2 角码与立柱连接:
(1)自重荷载计算:
Gk:横梁自重线荷载标准值(N/mm); H:受荷单元平均分格高(mm); Gk=0.0004×H =0.0004×600 =0.24N/mm
G:横梁自重线荷载设计值(N/mm); G=1.2Gk
=1.2×0.24
=0.288N/mm
N2:自重荷载(N): B:横梁宽度(mm); N2=GB/2
=0.288×2400/2 =345.6N
(2)连接处组合荷载N: 采用SG+Sw+0.5SE N=(N12+N22)1/2
=(1038.3662+345.62)0.5 =1094.369N
(3)连接处螺栓强度计算:
Nv2b:螺栓受剪承载能力设计值(N); nv:剪切面数:取1; d:螺栓杆直径:6mm;
fv2b:螺栓连接的抗剪强度设计值,对奥氏体不锈钢(A50)取175MPa; Nv2b=nvπd2fv2b/4 ……7.2.1-1[GB50017-2003] 9.1.1-2GB50429-2003
2
=1×3.14×6×175/4 =4945.5N
Nnum2:螺栓个数: Nnum2=N/Nv2b
=1094.369/4945.5
=0.221个 实际取2个
(4)连接部位立柱型材壁抗承压能力计算:
Nc2:连接部位幕墙立柱型材壁抗承压能力设计值(N); Nnum2:连接处螺栓个数; d:螺栓公称直径:6mm;
t2:连接部位立柱壁厚:3mm;
fc2:型材的承压强度设计值,对6063-T5取185MPa;
Nc2=Nnum2dt2fc2 ……7.2.1-3[GB50017-2003] 9.1.1-4GB50429-2003
=2×6×3×185 =6660N
6660N≥1094.369N 强度可以满足!
(5)连接部位铝角码壁抗承压能力计算
Nc3:连接部位幕墙铝角码壁抗承压能力设计值(N); Nnum2:连接处螺栓个数; d:螺栓公称直径:6mm; t3:角码壁厚:4mm;
fc3:型材的承压强度设计值,对6063-T5取185MPa;
Nc3=Nnum2dt3fc3 ……7.2.1-3[GB50017-2003] 9.1.1-4GB50429-2003 =2×6×4×185 =8880N
8880N≥1094.369N 强度可以满足!
7.3 立柱与主结构连接:
(1)连接处水平剪切总力计算:
对双跨梁,中支座反力R1,即为立柱连接处最大水平剪切总力。 qw:风荷载线分布集度设计值(N/mm); qw=1.4wkB1
=1.4×0.001103×2400 =3.706N/mm
qE:地震作用线分布集度设计值(N/mm); qE=1.3βEαmaxG/A×B1
=1.3×5.0×0.08×0.0005×2400 =0.624N/mm 采用Sw+0.5SE组合: q=qw+0.5×qE
=3.706+0.5×0.624 =4.018N/mm
N1:连接处水平剪切总力(N); R1:中支座反力(N);
N1=R1=qL(L12+3L1L2+L22)/8L1L2
=4.018×3500×(4302+3×430×3070+30702)/8/430/3070 =18070.252N (2)连接处重力总力:
NGk:连接处自重总值标准值(N): B1:立柱计算间距(mm); L:立柱跨度(mm); NGk=0.0005×B1L
=0.0005×2400×3500 =4200N
NG:连接处自重总值设计值(N): NG=1.2NGk =1.2×4200 =5040N
(3)连接处总剪力:
N:连接处总剪力(N): N=(N12+NG2)0.5
=(18070.2522+50402)0.5 =18759.947N (4)螺栓承载力计算:
Nv3b:螺栓受剪承载能力设计值(N); nv3:剪切面数:取2; d:螺栓杆直径:12mm;
fv3b:螺栓连接的抗剪强度设计值,对奥氏体不锈钢(A50)取175MPa; Nv3b=nv3πd2fv3b/4 ……7.2.1-1[GB50017-2003] 9.1.1-2GB50429-2003 =2×3.14×122×175/4 =39564N
Nnum3:螺栓个数: Nnum3=N/Nv3b
=18759.947/39564
=0.474个 实际取2个 (5)立柱型材壁抗承压能力计算: Nc4:立柱型材壁抗承压能力(N); Nnum3:连接处螺栓个数; d:螺栓公称直径:12mm; t2:连接部位立柱壁厚:3mm;
fc4:型材的承压强度设计值,对6063-T5取185MPa;
Nc4=2×Nnum3dt2fc4 ……7.2.1-3[GB50017-2003] 9.1.1-2GB50429-2003
=2×2×12×3×185 =26640N
26640N≥18759.947N 强度可以满足要求!
(6)钢角码型材壁抗承压能力计算: Nbc:钢角码型材壁抗承压能力(N): Nnum3:连接处螺栓个数; nv:剪切面数:取2;
d:连接螺栓公称直径:12mm; Σt:幕墙钢角码壁厚:8mm;
fbc:钢角码的抗压强度设计值,对Q235取305MPa; Nbc=2×Nnum3dΣtfbc ……7.2.1-3[GB50017-2003] =2×2×12×8×305 =117120N
117120N≥18759.947N 强度可以满足要求!
8 幕墙埋件计算(后锚固结构)
基本参数:
1:计算点标高:99.85m;
3:幕墙立柱跨度:L=3500mm,短跨L1=430mm,长跨L2=3070mm; 3:立柱计算间距:B=2400mm; 4:立柱力学模型:双跨梁,侧埋; 5:板块配置:中空玻璃;
6:选用锚栓:慧鱼-化学锚栓 FHB-A 12×100/100;
8.1 荷载标准值计算:
(1)垂直于幕墙平面的分布水平地震作用: qEk=βEαmaxGk/A
=5.0×0.08×0.0005 =0.0002MPa
(2)连接处水平总力计算:
对双跨梁,中支座反力R1,即为立柱连接处最大水平总力。 qw:风荷载线荷载设计值(N/mm); qw=1.4wkB
=1.4×0.001103×2400 =3.706N/mm
qE:地震作用线荷载设计值(N/mm); qE=1.3qEkB
=1.3×0.0002×2400 =0.624N/mm
采用Sw+0.5SE组合: ……5.4.1[JGJ133-2001] q=qw+0.5qE
=3.706+0.5×0.624 =4.018N/mm
N:连接处水平总力(N); R1:中支座反力(N);
N=R1=qL(L12+3L1L2+L22)/8L1L2
22
=4.018×3500×(430+3×430×3070+3070)/8/430/3070 =18070.252N
(3)立柱单元自重荷载标准值: Gk=0.0005×BL
=0.0005×2400×3500 =4200N
(4)校核处埋件受力分析: V:剪力(N);
N:轴向拉力(N),等于中支座反力R1;
e0:剪力作用点到埋件距离,即立柱螺栓连接处到埋件面距离(mm); V=1.2Gk
=1.2×4200 =5040N N=R1
=18070.252N M=e0×V
=110×5040 =554400N·mm
8.2 锚栓群中承受拉力最大锚栓的拉力计算:
按5.2.2[JGJ145-2004]规定,在轴心拉力和弯矩共同作用下(下图所示),进行弹性分析时,受力最大锚栓的拉力设计值应按下列规定计算: 1:当N/n-My1/Σyi2≥0时:
h2
Nsd=N/n+My1/Σyi
2:当N/n-My1/Σyi2<0时: Nsdh=(NL+M)y1//Σyi/2 在上面公式中:
M:弯矩设计值;
Nsdh:群锚中受拉力最大锚栓的拉力设计值; y1,yi:锚栓1及i至群锚形心轴的垂直距离;
y1/,yi/:锚栓1及i至受压一侧最外排锚栓的垂直距离; L:轴力N作用点至受压一侧最外排锚栓的垂直距离;
n……i……321MN 在本例中:
N/n-My1/Σyi2
=18070.252/4-554400×100/40000 =3131.563 因为:
3131.563≥0 所以:
Nsdh=N/n+My1/Σyi2=5903.563N
按JGJ102-2003的5.5.7中第七条规定,这里的Nsdh再乘以2就是现场实际拉拔应该达到的值。
8.3 群锚受剪内力计算:
按5.3.1[JGJ145-2004]规定,当边距c≥10hef时,所有锚栓均匀分摊剪切荷载; 当边距c<10hef时,部分锚栓分摊剪切荷载; 其中:
hef:锚栓的有效锚固深度;
c:锚栓与混凝土基材之间的距离; 本例中:
c=75mm<10hef=1000mm
所以部分螺栓受剪,承受剪力最大锚栓所受剪力设计值为:Vsdh=V/m=2520N
8.4 锚栓或植筋钢材破坏时的受拉承载力计算:
NRd,s=kNRk,s/γRS,N 6.1.2-1[JGJ145-2004] NRk,s=Asfstk 6.1.2-2[JGJ145-2004] 上面公式中:
NRd,s:锚栓或植筋钢材破坏时的受拉承载力设计值; NRk,s:锚栓或植筋钢材破坏时的受拉承载力标准值;
k:地震作用下锚固承载力降低系数,按表7.0.5[JGJ145-2004]选取; As:锚栓或植筋应力截面面积;
fstk:锚栓或植筋极限抗拉强度标准值;
γRS,N:锚栓或植筋钢材受拉破坏承载力分项系数; NRk,s=Asfstk
=113.1×800 =90480N
γRS,N=1.2fstk/fyk≥1.4 表4.2.6[JGJ145-2004]
fyk:锚栓屈服强度标准值; γRS,N=1.2fstk/fyk
=1.2×800 /640 =1.5
取:γRS,N=1.5 NRd,s=kNRk,s/γRS,N
=1×90480/1.5
=60320N≥Nsdh=5903.563N
锚栓或植筋钢材受拉破坏承载力满足设计要求!
8.5 混凝土锥体受拉破坏承载力计算:
因锚固点位于结构受拉面,而该结构为普通混凝土结构,故锚固区基材应判定为开裂混凝土。混凝土锥体受拉破坏时的受拉承载力设计值NRd,c应按下列公式计算: NRd,c=kNRk,c/γRc,N
NRk,c=NRk,c0×Ac,N/Ac,N0×ψs,Nψre,Nψec,Nψucr,N 在上面公式中:
NRd,c:混凝土锥体破坏时的受拉承载力设计值; NRk,c:混凝土锥体破坏时的受拉承载力标准值;
k:地震作用下锚固承载力降低系数,按表7.0.5[JGJ145-2004]选取;
γRc,N:混凝土锥体破坏时的受拉承载力分项系数,按表4.2.6[JGJ145-2004]采用,取2.15;
NRk,c0:开裂混凝土单锚栓受拉,理想混凝土锥体破坏时的受拉承载力标准值; NRk,c0=7.0×fcu,k0.5×hef1.5(膨胀及扩孔型锚栓) 6.1.4[JGJ145-2004]
NRk,c0=3.0×fcu,k0.5×(hef-30)1.5(化学锚栓) 6.1.4条文说明[JGJ145-2004] 其中:
fcu,k:混凝土立方体抗压强度标准值,当其在45-60MPa间时,应乘以降低系数0.95; hef:锚栓有效锚固深度; NRk,c0=3.0×fcu,k0.5×(hef-30)1.5 =10394.47N
Ac,N0:混凝土破坏锥体投影面面积,按6.1.5[JGJ145-2004]取;
scr,N:混凝土锥体破坏情况下,无间距效应和边缘效应,确保每根锚栓受拉承载力标准值的临界间矩。 scr,N=3hef =3×100 =300mm Ac,N0=scr,N2
2
=300 =90000mm2
Ac,N:混凝土实有破坏锥体投影面积,按6.1.6[JGJ145-2004]取:
N个锚栓1M M个锚栓n
Ac,N =(c1+s1+0.5×scr,N)×(c2+s2+0.5×scr,N) 其中:
c1、c2:方向1及2的边矩; s1、s2:方向1及2的间距;
ccr,N:混凝土锥体破坏时的临界边矩,取ccr,N=1.5hef=1.5×100=150mm; c1≤ccr,N c2≤ccr,N s1≤scr,N s2≤scr,N
Ac,N=(c1+s1+0.5×scr,N)×(c2+s2+0.5×scr,N)
=(150+200+0.5×300)×(75+100+0.5×300) =162500mm2
ψs,N:边矩c对受拉承载力的降低影响系数,按6.1.7[JGJ145-2004]采用: ψs,N=0.7+0.3×c/ccr,N≤1 (膨胀及扩孔型锚栓) 6.1.7[JGJ145-2004] ψs,N=1 (化学锚栓) 6.1.7条文说明[JGJ145-2004]
其中c为边矩,当为多个边矩时,取最小值,且需满足cmin≤c≤ccr,N,按6.1.11[JGJ145-2004]:
对于膨胀型锚栓(双锥体) cmin=3hef 对于膨胀型锚栓 cmin=2hef 对于扩孔型锚栓 cmin=hef ψs,N=0.7+0.3×c/ccr,N≤1 =0.7+0.3×150/150 =1
所以,ψs,N取1。
ψre,N:表层混凝土因为密集配筋的玻璃作用对受拉承载力的降低影响系数,按6.1.8[JGJ145-2004]采用,当锚固区钢筋间距s≥150mm或钢筋直径d≤10mm且s≥100mm时,取1.0; ψre,N=0.5+hef/200≤1 =0.5+100/200 =1
所以,ψre,N取1。
ψec,N:荷载偏心eN对受拉承载力的降低影响系数,按6.1.9[JGJ145-2004]采用; ψec,N=1/(1+2eN/scr,N)=1
ψucr,N:未裂混凝土对受拉承载力的提高系数,按规范对于非化学锚栓取1.4,对化学锚
栓取2.44;
把上面所得到的各项代入,得:
NRk,c=NRk,c0×Ac,N/Ac,N0×ψs,Nψre,Nψec,Nψucr,N
=10394.47×162500/90000×1×1×1×2.44 =45793.415N NRd,c=kNRk,c/γRc,N
=1×45793.415/2.15
=21299.263N≥Nsdg=18070.252N
所以,群锚混凝土锥体受拉破坏承载力满足设计要求!
8.6 锚栓或植筋钢材受剪破坏承载力计算:
VRd,s=kVRk,s/γRs,V 6.2.2-1[JGJ145-2004] 其中:
VRd,s:钢材或植筋破坏时的受剪承载力设计值; VRk,s:钢材或植筋破坏时的受剪承载力标准值;
k:地震作用下锚固承载力降低系数,按表7.0.5[JGJ145-2004]选取;
γRs,V:钢材或植筋破坏时的受剪承载力分项系数,按表4.2.6[JGJ145-2004]选用: γRs,V=1.2fStk/fYk 表4.2.6[JGJ145-2004] 按规范,该系数要求不小于1.25、fstk≤800MPa、fyk/fstk≤0.8; 对本例,
γRs,V=1.2fstk/fyk 表4.2.6[JGJ145-2004] =1.2×800/640 =1.5
实际选取γRs,V=1.5;
VRk,s=0.5Asfstk 6.2.2-2[JGJ145-2004] =0.5×113.1×800 =45240N VRd,s=kVRk,s/γRs,V =1×45240/1.5
=30160N≥Vsdg=5040N
所以,锚栓或植筋钢材受剪破坏承载力满足设计要求!
8.7 混凝土楔形体受剪破坏承载力计算:
VRd,c=kVRk,c/γRc,V 6.2.3-1[JGJ145-2004]
VRk,c=VRk,c0×Ac,V/Ac,V0×ψs,Vψh,Vψa,Vψec,Vψucr,V 6.2.3-2[JGJ145-2004] 在上面公式中:
VRd,c:构件边缘混凝土破坏时的受剪承载力设计值; VRk,c:构件边缘混凝土破坏时的受剪承载力标准值;
k:地震作用下锚固承载力降低系数,按表7.0.5[JGJ145-2004]选取;
γRc,V:构件边缘混凝土破坏时的受剪承载力分项系数,按表4.2.6[JGJ145-2004]采用,取1.8;
VRk,c0:混凝土理想楔形体破坏时的受剪承载力标准值,按6.2.4[JGJ145-2004]采用; Ac,V0:单锚受剪,混凝土理想楔形体破坏时在侧向的投影面积,按6.2.5[JGJ145-2004]采用;
Ac,V:群锚受剪,混凝土理想楔形体破坏时在侧向的投影面积,按6.2.6[JGJ145-2004]采用;
ψs,V:边距比c2/c1对受剪承载力的影响系数,按6.2.7[JGJ145-2004]采用;
ψh,V:边厚比c1/h对受剪承载力的影响系数,按6.2.8[JGJ145-2004]采用; ψa,V:剪切角度对受剪承载力的影响系数,按6.2.9[JGJ145-2004]采用;
ψec,V:偏心荷载对群锚受剪承载力的降低影响系数,按6.2.10[JGJ145-2004]采用; fucr,V:未裂混凝土级锚区配筋对受剪承载力的提高影响系数,按6.2.11[JGJ145-2004]采用;
下面依次对上面提到的各参数计算: c1=150mm c2=75mm
ψs,V=0.7+0.3×c2/1.5c1≤1 6.2.7[JGJ145-2004] =0.7+0.3×75/1.5/150 =0.8<1 取:
ψs,V=0.8
00.50.20.51.5
VRk,c=0.45×(dnom)(lf/dnom)(fcu,k)c1 6.2.4[JGJ145-2004] 其中:
dnom:锚栓外径(mm);
lf:剪切荷载下锚栓有效长度,取lf≤hef,且lf≤8d,本处取96mm;
00.50.20.51.5
VRk,c=0.45×(dnom)(lf/dnom)(fcu,k)c1 =0.45×(12)0.5(96/12)0.2(35)0.5×1501.5 =25679.824N
Ac,V0=4.5c12 6.2.5[JGJ145-2004] =4.5×1502 =101250mm2
Ac,V=(1.5c1+s2+c2)×h 6.2.6-3[JGJ145-2004] =(1.5×150+100+75)×240 =96000
ψh,V=(1.5c1/h)1/3≥1 6.2.8[JGJ145-2004] =(1.5×150/240)1/3 =0.979<1 取:
ψh,V=1 ψa,V=1.0
ψec,V=1/(1+2eV/3c1)≤1 =1/(1+2×0/3/150) =1=1 取ψec,V=1
按规范6.2.11[JGJ145-2004]要求,根据锚固区混凝土和配筋情况,ψucr,V=1.4 把上面各结果代入,得到群锚砼楔形体破坏时的受剪承载能力标准值为: VRk,c=VRk,c0×Ac,V/Ac,V0×ψs,Vψh,Vψa,Vψec,Vψucr,V
=25679.824× 96000/101250×0.8×1×1×1×1.4 =27270.071N VRd,c=kVRk,c/γRc,V
=1×27270.071/1.8
=15150.039N≥Vsdg=5040N
所以,群锚砼楔形体破坏时的受剪承载能力满足计算要求!
8.8 混凝土剪撬破坏承载能力计算:
VRd,cp=kVRk,cp/γRc,p 6.2.12-1[JGJ145-2004] VRk,cp=kNRk,c 6.2.12-2[JGJ145-2004] 在上面公式中:
K:地震作用下承载力降低系数;
VRd,cp:混凝土剪撬破坏时的受剪承载力设计值; VRk,cp:混凝土剪撬破坏时的受剪承载力标准值;
γRc,p:混凝土剪撬破坏时的受剪承载力分项系数,按表4.2.6[JGJ145-2004]取1.8; k:锚固深度hef对VRk,cp的影响系数,当hef<60mm时取1.0,否则取2.0。 VRk,cp=KNRk,c
=1×45793.415 =45793.415N VRd,cp=kVRk,cp/γRc,p
=2×45793.415/1.8
=50881.572N≥Vsdg=5040N
所以,混凝土剪撬破坏承载能力满足计算要求!
8.9 拉剪复合受力承载力计算:
钢材破坏时要求:
(NSdh/NRd,s)2+(VSdh/VRd,s)2≤1 6.3.1[JGJ145-2004] 混凝土破坏时要求:
(NSdg/NRd,c)1.5+(VSdg/VRd,c)1.5≤1 6.3.2[JGJ145-2004] 分别代入上面计算得到的参数计算如下: (NSdh/NRd,s)2+(VSdh/VRd,s)2
=(5903.563/60320)2+(2520/30160)2 =0.017≤1.0
所以,该处计算满足设计要求! (NSdg/NRd,c)1.5+(VSdg/VRd,c)1.5
=(18070.252/21299.263)1.5+(5040/15150.039)1.5 =0.973≤1.0
所以,该处计算满足设计要求!
9 幕墙焊缝计算
基本参数:
1:焊缝形式:三边围焊; 2:其它参数同埋件部分;
9.1 受力分析:
根据前面埋件的计算结果,有: V:剪力(N)
N:轴向拉力(N) M:弯矩(N·mm) V=5040N
N=18070.252N
M=554400N·mm
9.2 焊缝特性参数计算:
(1)焊缝有效厚度:
he:焊缝有效厚度(mm); hf:焊角高度(mm); he=0.707hf =0.707×6 =4.242mm (2)焊缝总面积:
A:焊缝总面积(mm2); Lv:竖向焊缝长度(mm); Lh:横向焊缝长度(mm); he:焊缝有效厚度(mm); A=he((Lv-10)+2(Lh-10))
=4.242×((100-10)+2×(50-10)) =721.14mm2
(3)焊缝截面抵抗矩及惯性矩计算: I:截面惯性矩(mm4); he:焊缝有效厚度(mm); Lv:竖向焊缝长度(mm); Lh:横向焊缝长度(mm); W:截面抵抗距(mm3);
I=he(Lv-10)3/12+2((Lh-10)he3/12+he·(Lh-10)·((Lv-10-he)/2)2) =882160.615mm4 W=2I/(Lv-10)
=2×882160.615/(100-10) =19603.569mm3
9.3 焊缝校核计算:
校核依据:
((ζf/βf)2+ηf2)0.5/2≤ffw 7.1.3-3[GB50017-2003] 上式中:
ζf:按焊缝有效截面计算,垂直于焊缝长度方向的应力(MPa); βf:正面角焊缝的强度设计值增大系数,取1.22;
ηf:按焊缝有效截面计算,沿焊缝长度方向的剪应力(MPa);
w
ff:角焊缝的强度设计值(MPa); ((ζf/βf)2+ηf2)0.5/2
=((N/1.22A+M/1.22W)2+(V/A)2)0.5/2
=((18070.252/1.22/721.14+554400/1.22/19603.569)2+(5040/721.14)2)0.5/2 =22.1375MPa
22.1375MPa≤ffw=160MPa, 焊缝强度可以满足要求。
10 显横隐竖玻璃幕墙胶类及伸缩缝计算
基本参数:
1:计算点标高:99.85m;
2:玻璃分格尺寸:宽×高=B×H=2400mm×600mm; 3:幕墙类型:显横隐竖玻璃幕墙 4:年温温差:80℃;
10.1 抗震设计下结构硅酮密封胶的宽度计算:
(1)水平力作用下结构胶粘结宽度:
Cs1:风荷载和地震作用下结构胶粘结宽度最小值(mm); wk:风荷载标准值(MPa); qEAk:地震作用标准值(MPa); a:矩形分格短边长度(mm); b:矩形分格长边长度(mm);
f1:结构胶的短期强度允许值,取0.2MPa; Cs1=(1.4×wk+0.5×1.3×qEAk)×a/8f1
=(1.4×0.001269+0.5×1.3×0.000123)×600/8/0.2 =0.696mm (2)自重效应分析:
自重荷载由横向支撑板承受,作用力对结构硅酮胶没有影响。 实际玻璃与铝框间胶缝宽度取8mm; 实际玻璃与玻璃间胶缝宽度取8mm;
10.2 结构硅酮密封胶粘接厚度的计算:
(1)玻璃与铝框间温度作用下结构胶粘结厚度:
us1:在年温差作用下玻璃与玻璃附框型材相对位移量(mm); B:玻璃板块宽度(mm); Δt:年温差:80℃
a-51:铝型材线膨胀系数,2.35×10; a2:玻璃线膨胀系数,1×10-5; us1=BΔt(a1-a2)
=2400×80×(2.35-1)×10-5 =2.496mm
ts1:温度作用下结构胶粘结厚度计算值(mm);
δ1:温度作用下结构硅酮密封胶的变位承受能力:10% t0.5s1=us1/(δ1(2+δ1))
=2.496/(0.1×(2+0.1))0.5 =5.447mm
(2)风荷载(地震作用)作用下结构胶粘结厚度:
us2:在风荷载(地震作用)作用下玻璃与玻璃附框型材相对位移量(mm);
θ:风荷载(地震作用)标准值作用下主体结构弹性层间位移角限值(rad);20[GB/T21086-2007])
hg:幕墙分格高度(mm);
us2=θhg ……5.6.5-2[JGJ102-2003] =1/550×600
取值见表( =1.091mm
ts2:风荷载(地震作用)作用下结构胶粘结厚度计算值(mm);
δ2:风荷载(地震作用)作用下结构硅酮密封胶的变位承受能力:12.5% ts2=us2/(δ2(2+δ2))0.5 ……5.6.5[JGJ102-2003] =1.091/(0.125×(2+0.125))0.5 =2.117mm
实际玻璃与铝框间胶缝厚度取6mm; 实际玻璃与玻璃间胶缝厚度取6mm;
10.3 结构胶设计总结:
按5.6.1[JGJ102-2003]规定,硅酮结构胶还需要满足下面要求: 1:粘接宽度≥7mm;
2:12mm≥粘接厚度≥6mm;
3:粘接宽度大于厚度,但不宜大于厚度的2倍,但是在实际情况下,不大于厚度的3倍是可以的;
综合上面计算结果,本工程玻璃与铝框间结构胶设计满足规范要求。 玻璃与玻璃间结构胶设计满足规范要求。
10.4 立柱连接伸缩缝计算:
为了适应幕墙温度变形以及施工调整的需要,立柱上下段通过插芯套装,留有一段空隙--伸缩缝d,d值按下式计算: d≥αΔtLλ/ε+d1+d2 上式中:
d:伸缩缝计算值(mm);
α:立柱材料的线膨胀系数,取2.3×10-5; △t:温度变化,取80℃; L:立柱跨度(mm);
λ:实际伸缩调整系数,取0.85;
ε:考虑密封胶变形能力的系数,取0.5; d1:施工误差,取3mm;
d2:主体结构的轴向压缩变形,取3mm; d=αΔtLλ/ε+d1+d2
=0.000023×80×3500×0.85/0.5+3+3 =16.948mm
实际伸缩空隙d取20mm,满足要求。.
10.5 玻璃镶嵌槽紧固螺钉抗拉强度计算:
(1)每扣板边承受水平总拉力计算: N:每扣板边承受水平总拉力(N); B:分格宽度(mm); H:分格高度(mm);
q:板块水平荷载设计值(MPa); q=1.4wk+0.5×1.3×qEAk
=1.4×0.001269+0.5×1.3×0.000123 =0.001857MPa N=BH×q
=2400×600×0.001857
=2674.08N
(2)紧固螺钉抗拉强度计算:
ftb:螺栓连接的抗拉强度设计值,对奥氏体不锈钢(A50)取230MPa; de:螺栓有效直径:4.249467mm; Ntb:螺栓抗拉承载能力设计值(N);
Ntb=πde2ftb/4 ……7.2.1-5[GB50017-2003] =3.14×4.2494672×230/4 =3260.366N
Nnum:每扣板边紧固螺栓个数: Nnum=N/Ntb
=2674.08/3260.366 =0.82个
实际取9个,满足要求。
10.6 耐侯胶胶缝计算:
ws:胶缝宽度计算值(mm);
α:板块材料的线膨胀系数,为1×10-5; △t:温度变化,取80℃; B:板块的宽度(mm);
δ:耐候硅酮密封胶的变位承受能力:25% dc:施工偏差,取3mm;
dE:考虑其它作用的预留量,取2mm; ws=α△tB/δ+dc+dE
=0.00001×80×2400/0.25+3+2 =12.68mm
实际胶缝取15mm,满足要求。.
靖江新城
型材有效截面相关计算
1、MM011主框
按GB50429
翼板(均匀受压加劲板件),强硬化 不带加劲肋:η=1 k0=4 k=8.2/(1+1.05)=4(式5.2.5-1 ψ=1) k/ k0 =4/4=1 f0.2 =110N/mm2 ε=(240/110)1/2=1.477 (表5.2.1-1)
构件宽厚比b0/t =(65-6)/4=14.75<有效最大宽厚比=17(240/110)1/2×(ηk/)1/2=17×1.477×1=25.11 ,板件截面全部有效,即不要进行板件的有效厚度计算。
腹板(非均匀受压加劲板件),强硬化 不带加劲肋,η=1 ε=(240/110)1/2=1.477 k=5.98×[1-(-1)]2= 23.92 (式5.2.5-3 ψ= -1)
k0=4 k/= k/ k0 =23.92/4=5.98 ε=(240/110)1/2=1.477 (表5.2.1-1) 构件宽厚比b0/t=(158-8)/3=50<有效最大宽厚比=17(240/110)1/2×(ηk/)1/2 =17×1.477×(1×5.98)1/2=17×1.477×2.445=61.39,即不要进行板件的有效厚度计算。
2、AM1871主框
k/=
按GB50429
翼板(均匀受压中间加劲肋板件),强硬化 加劲板件: k=8.2/(1+1.05)=4 (式5.2.5-1) (表5.2.1-1 ψ=1) k0=4 k/= k/ k0 =4/4=1 f0.2 =180N/mm2 ε=(240/180)1/2=1.155 c=[(4.53×18/12)/(4.5/12)]1/3=7.14mm
按(5.2.6-3)η=1+2.5 [(c/t-1)1/2/(b/t)]=1+2.5[(7.14/4.5-1)1/2/(65/4.5)]=1.133 构件宽厚比b0/t =(65-9)/4.5=12.44<有效最大宽厚比=17(240/180)1/2×(ηk/)1/2 =17×1.155×(1×1.133)1/2=17×1.155×1.064=20.89 板件截面全部有效,即不要进行板件的有效厚度计算。
腹板(非均匀受压加劲板件),强硬化 不带加劲肋,η=1 ε=(240/110)1/2=1.477 k=5.98×[1-(-1)]2= 23.92 (式5.2.5-3 ψ= -1)
k0=4 k/= k/ k0 =23.92/4=5.98 ε=(240/110)1/2=1.477 (表5.2.1-1) 构件宽厚比b0/t=(180-8)/4=43<有效最大宽厚比=17(240/110)1/2×(ηk/)1/2 =17×1.477×(1×5.98)1/2=17×1.477×2.445=61.39,即不要进行板件的有效厚度计算
3、AM1111主框
按GB50429
翼板(均匀受压中间加劲肋板件),强硬化 加劲板件: k=8.2/(1+1.05)=4 (式5.2.5-1) (表5.2.1-1 ψ=1) k0=4 k/= k/ k0 =4/4=1 f0.2 =180N/mm2 ε=(240/180)1/2=1.155 c=[(33×20/12)/(3/12)]1/3=5.646mm
按(5.2.6-3)η=1+2.5 [(c/t-1)1/2/(b/t)]=1+2.5[(5.646/3-1)1/2/(65/3)]=1.108 构件宽厚比b0/t =(65-6)/3=19.67<有效最大宽厚比=17(240/180)1/2×(ηk/)1/2 =17×1.155×(1×1.108)1/2=17×1.155×1.053=20.68 板件截面全部有效,即不要进行板件的有效厚度计算。
腹板(非均匀受压加劲板件),强硬化 不带加劲肋,η=1 ε=(240/110)1/2=1.477 k=5.98×[1-(-1)]2= 23.92 (式5.2.5-3 ψ= -1)
k0=4 k/= k/ k0 =23.92/4=5.98 ε=(240/110)1/2=1.477 (表5.2.1-1) 构件宽厚比b0/t=(110-6)/3=34.67<有效最大宽厚比=17(240/110)1/2×(ηk/)1/2 =17×1.477×(1×5.98)1/2=17×1.477×2.445=61.39,即不要进行板件的有效厚度计算
4、MM15505横框
按GB50429
翼板(均匀受压加劲板件),强硬化 不带加劲肋:η=1 k0=4 k=8.2/(1+1.05)=4(式5.2.5-1 ψ=1) k/ k0 =4/4=1 f0.2 =110N/mm2 ε=(240/110)1/2=1.477 (表5.2.1-1)
构件宽厚比b0/t =(37-3)/3=11.33<有效最大宽厚比=17(240/110)1/2×(ηk/)1/2=17×1.477×1=25.11 ,板件截面全部有效,即不要进行板件的有效厚度计算。
翼板(均匀受压非加劲肋板件),强硬化 加劲板件: k=0.578/(1+0.34)=4 (式5.2.5-4) (表5.2.1-1 ψ=1)f0.2 =240N/mm2 k/= k/ k0 =4/4=1 η=1ε=(240/180)1/2=1.15 (表5.2.1-1) 构件宽厚比b0/t =(28-3)/3=8.33>有效最大宽厚比=5*(240/180)1/2×(1*1)1/2=5.75 即要进行板件的有效厚度计算。
按(式5.2.5-1)加劲板件:ψ= 1 k=0.578/(1+0.34)=0.43 按(式5.2.4)
ζcr=kπ2E/12(1-υ2)×(b/t)2
=0.43×π2×0.7×105/[12(1-0.32)×(26.5/3)2]=348.29 N/mm2
按(式5.2.3-1)
λ=(f0.2/ζcr)1/2=(240/348.29)1/2 =0.83
te/t=α1 ×1/λ-α2×0.22/λ2=0.9×1/0.83-0.9×0.22/0.832=0.797<1 te=0.797*3=2.39mm
k/= Mx=195797.5N·mm My=949687.352N·mm
Mx/Wnx+My/Wny=195797.5/26614+949687.35/43145=29.37MPa≤90Mpa OK 腹板因为中和轴位置没有变化,即不要进行板件的有效厚度计算。
5、MM15505横框
按GB50429
翼板(均匀受压加劲板件),强硬化 不带加劲肋:η=1 k0=4 k=8.2/(1+1.05)=4(式5.2.5-1 ψ=1) k/ k0 =4/4=1
f0.2 =110N/mm2 ε=(240/110)1/2=1.477 (表5.2.1-1)
构件宽厚比b0/t =(30-3)/3=9<有效最大宽厚比=17(240/110)1/2×(ηk/)1/2=17×1.477×1=25.11 ,板件截面全部有效,即不要进行板件的有效厚度计算。
翼板(均匀受压非加劲肋板件),强硬化 加劲板件: k=0.578/(1+0.34)=4 (式5.2.5-4)
k/= (表5.2.1-1 ψ=1)f0.2 =240N/mm2 k/= k/ k0 =4/4=1 η=1ε=(240/180)1/2=1.15 (表5.2.1-1) 构件宽厚比b0/t =(35-1.5)/3=11.16>有效最大宽厚比=5*(240/180)1/2×(1*1)1/2=5.75 即要进行板件的有效厚度计算。
按(式5.2.5-1)加劲板件:ψ= 1 k=0.578/(1+0.34)=0.43 按(式5.2.4)
ζcr=kπ2E/12(1-υ2)×(b/t)2
=0.43×π2×0.7×105/[12(1-0.32)×(11.16)2]=218.21N/mm2
按(式5.2.3-1)
λ=(f0.2/ζcr)1/2=(240/218.21)1/2 =1.049
te/t=α1 ×1/λ-α2×0.22/λ2=0.9×1/1.0490.9×0.22/1.0492=0.68<1 te=0.68*3=2.04mm
Mx=116160N·mm My=175853.333N·mm
Mx/Wnx+My/Wny=116160/16551+175853.333/35767=11.93MPa≤90Mpa OK 腹板因为中和轴位置没有变化,即不要进行板件的有效厚度计算。
张老师:
您好!我是北京江河幕墙广州分公司设计研发中心的,昨晚上跟您的通话让我获益匪浅,对我今后的工作也有很大的帮助,在此特别的向您表示感谢!并祝您身体健康,合家欢乐!我的手机号是15013360018! 此致 敬礼
曾红梅 2009.4.28
1、在工程的实际过程当中,我们有遇到这样的情况,当我们判断受压板件宽厚比的时候发现板件要用有效厚度替代,而后面我们算有效厚度的时候算出来的
te>1,那么这个时候我们应该怎么处理。见下图中的截面形式,分析如下: t
如上图中的板件A: 1、板件的基本情况: 构件的材料:6063-T6 构件类型:加劲板件 焊接情况:非焊接 受压情况:均匀受压 板件净宽:88mm 板件的厚度:3.5mm
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