1、4-1石材幕墙设计计算书 基本参数: 重庆地区 地面粗糙度 C 类 基本风压 W0=0.30KN/m2 计算单元:标 高 5.000m跨 度 5.000m分格尺寸 0.750x1.150m石材规格 30mm 花岗石抗震设防烈度 6 度 设计基本地震加速度 0.05g 一、风荷载计算 标高为 5.0m 处风荷载计算W0:基本风压W0=0.30 kN/m2gz: 5.0m 高处阵风系数(按 C 类区计算)gz=0.851+350.108(Z/10)-0.22=2.303z: 5.0m 高处风压高度变化系数(按 C 类区计算):(GB50009-2001)(2006 年版)z=0.616(Z/10)
2、0.44 (C 类区，在 15 米以下按 15 米计算)=0.616(15.0/10)0.44=0.740sl:局部风压 体型系数该处局部风压体型系数 sl=1.800其中：取 W0=0.3 kN/m2 (GB50009-2001)（2006 年版）风荷载标准值:Wk=gzzslW0 (GB50009-2001)（2006 年版）=2.3030.7401.8000.300=0.920 kN/m2因为 Wk1.0kN/m2，取 Wk=1.0 kN/m2，按 JGJ102-2003 第 5.3.2 条采用。风荷载设计值:4-2W: 风荷载设计值(kN/m 2)w: 风荷载作用效应的分项系数：1.4
3、按建筑结构荷载规范GB50009-2001 3.2.5 规定采用W=wWk=1.41.000=1.400kN/m2二、板强度校核: 1.石材强度校核用 MU110 级石材，其抗弯强度标准值为：8.0N/mm 2石材抗弯强度设计值：3.70N/mm 2石材抗剪强度设计值：1.90N/mm 2校核依据：=3.700N/mm 2Ao: 石板短边长：0.750mBo: 石板长边长：1.150ma: 计算石板抗弯所用短边长度: 0.750mb: 计算石板抗弯所用长边长度: 0.950mt: 石材厚度: 30.0mmGAK:石板自重=840.00N/m 2m1: 四角支承板弯矩系数, 按短边与长边的边长比
4、(a/b=0.789)查表得: 0.1435Wk: 风荷载标准值: 1.000kN/m 2垂直于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/m2)qEAk=5maxGAK=50.040840.000/1000=0.168kN/m2荷载组合设计值为：Sz=1.4Wk+1.30.5qEAk4-3=1.509kN/m2应力设计值为：=6m1Szb2103/t2=60.14351.5090.9502103/30.02=1.303N/mm21.303N/mm23.700N/mm2 强度可以满足要求 2.石材剪应力校核校核依据: max:石板中产生的剪应力设计值(N/mm
5、 2)n:一个连接边上的挂钩数量: 2t:石板厚度: 30.0mmd:槽宽: 7.0mms:槽底 总长度: 60.0mm:系数,取 1.25对边开槽=SzAoBo1000/n(t-d)s=0.590N/mm20.590N/mm21.900N/mm2石材抗剪强度可以满足 3.挂钩剪应力校核校核依据: max:挂钩剪应力设计值(N/mm 2)Ap:挂钩截面面积: 19.600mm 2n:一个连接边上的挂钩数量: 2对边开槽=SzAoBo1000/(2nAp)=20.754N/mm220.754N/mm2125.000N/mm2挂钩抗剪强度可以满足 4-4三、幕墙立柱计算: 幕墙立柱按简支梁力学模型
6、进行设计计算：1. 荷载计算:(1)风荷载均布 线荷载设计值(矩形分布) 计算qw: 风荷载均布线荷载设计值(kN/m)W: 风荷载设计值: 1.400kN/m 2B: 幕墙分格宽: 1.150mqw=WB=1.4001.150=1.610 kN/m(2)地震荷载计 算qEA: 地震作用设计值(KN/m 2):GAk: 幕墙构件(包括面板和框 )的平均自重: 1000N/m 2垂直于幕墙平面的均布水平地震作用标准值:4-5qEAk: 垂直于幕墙平面的均布水平地震作用标准值 (kN/m2)qEAk=5maxGAk=50.0401000.000/1000=0.200 kN/m2E: 幕墙地震作用分
7、项系数: 1.3qEA=1.3qEAk=1.30.200=0.260 kN/m2qE：水平地震作用均布线作用设计值(矩形分布)qE=qEAB=0.2601.150=0.299 kN/m(3)立柱弯矩:Mw: 风荷载作用下立柱弯矩(kN.m)qw: 风荷载均布线荷载设计值: 1.610(kN/m)Hsjcg: 立柱计算跨度: 3.600mMw=qwHsjcg2/8=1.6103.6002/8=2.608 kNmME: 地震作用下立柱弯矩 (kNm):ME=qEHsjcg2/8=0.2993.6002/8=0.484kNmM: 幕墙立柱在风荷载和地震作用下产生弯矩(kNm)采用 SW+0.5SE组
8、合M=Mw+0.5ME=2.608+0.50.484=2.850kNm2. 选用立柱型材的截面特性:立柱型材号:槽钢10#选用的立柱材料牌号:Q235 d 8050.0NNcbl=70272.0N 8050.0N强度可以满足 角码抗承压能力计算:角码材料牌号:Q235 钢 ( C 级螺栓)Lct2: 角码壁厚: 6.0mm4-11Jy: 热轧钢角码承压强度: 305.000N/mm 2Ncbg: 钢角 码型材壁抗承压能力(N):Ncbg=D22JyLct2Num1=12.00023056.0002.000=87840.0N87840.0N 8050.0N强度可以满足 五、幕墙后锚固连接设计计算
9、 幕墙与主体结构连接采用后锚固技术。本设计采用扩孔型锚栓作为后锚固连接件。本计算主要依据混凝土结构后锚固技术规程JGJ 145-2004。后锚固连接设计，应根据被连接结构类型、 锚固连接受力性质及锚栓类型的不同，对其破坏型态加以控制。本设计只考虑锚栓钢材抗剪复合破坏类型和混凝土破坏类型。并认为锚栓是群锚锚栓。本工程锚栓受拉力和剪力Vgsd: 总剪力设计值:Vgsd=N2=4.968KNNgsd: 总拉力设计值:Ngsd=N1=6.334KNM: 弯矩设计值(Nmm):e2: 螺孔中心与锚板边缘距离: 35.0mmM=Ve2/1000=5.035.0/1000=0.17388KNm本设计的锚栓是
10、在拉剪复合力的作用之下工作，所以拉剪复合受力下锚栓或4-12植筋钢材破坏和混凝土破坏时的承载力，应按照下列公式计算： 1)()(2,2, sRdhSsRdhSVNNRsksRd,VRsksRd, 1)()(5.,5.1, cRdgScRdgSNNRckcRd,VRckcRdV,式中- 群锚中受力最大 锚栓的拉力设计值；hSdN- 群锚受拉区总拉力 设计值；g- 群锚 中受力最大 锚栓的剪力设计值；hSdV- 群锚总 剪力设计值 ；g- 锚栓受拉承载力设计值；sRdN,- 锚栓受拉承载力 标准值；sk,- 锚栓受剪承载力设计值；sRdV,- 锚栓受剪承 载力标准值；sk,4-13- 混凝土锥体受
11、拉破坏承载力设计值；cRdN,- 混凝土锥体受拉破坏承载力标准值；k,- 混凝土楔形体受剪破坏承载力设计值；cRdV,- 混凝土楔形体受剪破坏承载力标准值；k,Rs,N-锚栓钢材受拉破坏，锚固承载力分项系数=3.10；Rs,V-锚栓钢材受剪破坏，锚固承载力分项系数=3.10；Rc,N-混凝土 锥体受拉破坏，锚固承载力分项系数 =3.00；Rc,V-混凝土楔形体受剪破坏，锚固承载力分项 系数=2.50 ；Rcp-混凝土剪撬受剪破坏，锚固承载力分项系数=2.50；Rsp-混凝土劈裂受拉破坏，锚固承载力分项系数 =3.00；锚栓的分布如下图所示：锚板：X=200.0mmY=220.0mm锚栓设置：s
12、11=170.0mms21=130.0mm锚基边距：c22=200.0mmA.锚栓钢材受拉破坏承载力4-14h-混凝土基材厚度=250.0mm；混凝土基材等级：强度等级 C30；d-锚栓杆、螺杆外螺纹公称直径及钢筋直径=12.0mm；do-钻孔直径=12.0mm；df-锚板钻 孔直径=14.0mm；h1-钻孔深度=90.00mm；hef-锚栓有效 锚固深度=65.00mm ；Tinst-安装扭矩=45.00N.m；fstk-锚栓极限抗拉强度 标准值=500.00Mpa ；As-锚栓应力截面面积=84.622mm 2；n-群锚锚栓个数=4；幕墙后锚固连接设计中的锚栓是在轴心拉力与弯矩共同作用下工
13、作，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： 当 时021iyMnN21ihSdyMnN 当 时021iynN21).(ihSdyLN式中- 弯矩设计值（N.m）；M- 群锚中受力最大 锚栓的拉力设计值；hSdN- 锚栓 1 及 i 至群锚形心轴的垂直距离（mm）；iy,14-15- 锚栓 1 及 i 至受压一侧最外排锚栓的垂直距离（mm）；1,iy- 轴力 N 作用点至受压一侧最外排锚栓的垂直距离（ mm）。L则 Nhsd=2.095KN；NRk,s=Asfstk=42.311KN；NRd,s=NRk,s/Rs,N=13.670KN；NRd,s=Nhsd锚栓钢材受拉破坏承载力
14、满足要求！ B.混凝土 锥体受拉破坏承载力 NucreNrsocRkckAN, -开裂混凝土单根锚 栓受拉，理想混凝土锥体破坏时的受拉ok,承载力标准值；-单根锚栓或群锚受拉，混凝土实有破坏锥体投影面面积；NcA,-间距边距很大时 ，单根锚栓受拉，理想混凝土锥体破坏o,锥体投影面面积；-边距 c 对受拉承载力的降低影响系数； Ns,-表层混凝土因密集配筋的剥离作用 对受拉承载力的降低re,影响系数；-荷载偏心 对受拉承 载力的降低影响系数；Nec, Ne-未裂混凝土对受拉承 载力的提高系数；ur,fcu,k-混凝土立方体抗压强度标准值=30.00 ；scr,N-混凝土 锥体破坏情况下，无间距效
15、应和边缘效应，确保每根 锚栓受拉承载力标准值的临界间距=195.00；4-16ccr,N-混凝土锥体破坏，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边距=97.50 ；由于是非开裂混凝土NoRk,c=10(fcu,k)0.5(hef)1.5=28.7032KN；Aoc,N=(scr,N)2=38025.00mm2；Ac,N=118625.00mm2；Mss,N=1.00；Msre,N=1.00；Msec,N=0.47；Msucr,N=1.40；NRk,c=58.905KN；NRd,c=NRk,c/Rc,N=19.635KN；NRd,c=Ngsd混凝土锥体受拉破坏承载力满足要求！
16、C.混凝土劈裂破坏承载力NRd,sp-混凝土劈裂破坏受拉承载力设计值NRk,sp-混凝土劈裂破坏受拉承载力标准值NRk,c-进行混凝土劈裂破坏时的混凝土锥体破坏时的受拉承载力标准值Msh,sp-构件厚度 h 对劈裂承载力的影响系数Msh,sp=(h/(2hef)2/3=Ngsd混凝土劈裂破坏承载力满足要求！ D.锚栓钢材受剪破坏承载力本设计考虑纯剪无杠杆臂状态，锚栓受剪承载力标准值 VRk,s按下式计算：则 Vhsd=1.242KN；4-17VRk,s=0.5(d2/4)fstk=21.156KN；VRd,s=VRk,s/Rs,V=6.835KN；则 Vhsd=1.242KN；VRd,s=Vh
17、sd锚栓钢材受剪破坏承载力满足要求！ E.混凝土楔形体受剪破坏承载力 VucreVhsoVcRkcA, -开裂混凝土，单根锚栓垂直构件边缘受剪，理想混凝土楔k,形体破坏时的受剪承载力标准值；-群锚受剪，混凝土破坏理想楔形体在侧向的投影面面积；VcA,-单根锚栓受剪，在无平面剪力方向的边界影响构件厚度o,影响或相邻锚栓影响，混凝土破坏理想楔形体在侧向的投影面面积；-边距 c2/c1 对受剪承载力的降低影响系数；Vs,-边距与厚度比 c/h 对受剪承载力的提高影响系数；h,-剪力角度对受剪承 载力的影响系数；V,-荷载偏心 对群锚受剪承载力的降低影响系数；ec,Ve-未裂混凝土及锚 区配筋对受剪承
18、载力的提高影响系数；Vur,dnom-锚栓外径=12.00mm；lf-剪切荷载下锚栓的有效 长度=65.00mm；VoRk,c=0.45dnom0.5*(lf/dnom)0.2*fcu,k0.5*c11.5=11.524KN；Aoc,V=4.5c12=42778.13mm2；Ac,V=54660.94mm2；4-18Mss,v=0.90；Msh,v=1.06；Ms,v=1.00；Msec,v=0.81；Msucr,v=1.40；VRk,c=15.909KN；VRd,c=VRk,c/Rc,V=6.364KN；VRd,c=Vgsd混凝土楔形体受剪破坏承载力满足要求！ F.混凝土剪撬破坏承 载力VR
19、d,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K-锚固深度 h_ef 对 V_rk_cp 影响系数当 hef=60mm 时，取 K 2.0VRk,cp=kNRk,c=117.810KN；VRd,cp=VRk,cp/Rcp=47.124KN；VRd,cp=Vgsd混凝土剪撬破坏承载力满足要求！ G.拉剪复合受力承载力拉剪复合受力下，混凝土破坏时的承载力， 应按照下列公式计算：(Nhsd/NRd,s)2+(Vhsd/VRd,s)2 =0.061 锚栓钢材能够满足要求！ (Ngsd/NRd,c)1.5+(Vgsd/VRd,c)1.5=0.8731 混凝土
20、能够满足要求！ 六、幕墙预埋件焊缝计算 根据钢结构设计规范GB50017-2003 公式 7.1.1-1、7.1.1-2 和 7.1.1-3 计算4-19hf:角焊缝焊脚尺寸 6.000mmL:角焊缝实际长度 100.000mmhe:角 焊缝 的计算厚度=0.7h f=4.2mmLw:角焊缝的计算长度 =L-2hf=88.0mmfhf:Q235 热轧钢板角焊缝的强度设计值:160N/mm 2f:角焊缝的强度设计值增大系数，取 值为:1.22m:弯矩引起的应力m=6M/(2helw2f)=13.146N/mm2n:法向力引起的应力n =N/(2heLwf)=7.024N/mm2:剪应力=V/(2
21、HfLw)=4.705N/mm2:总应力=(m+n)2+2)0.5=20.711=20.711N/mm2fhf=160N/mm2焊缝强度可以满足! 七、幕墙横梁计算 幕墙横梁计算简图如下图所示：4-201. 选用横梁型材的截面特性:选用型材号: 角钢 L50X5选用的横梁材料牌号: Q235（冷轧）横梁型材抗剪强度设计值: 120.000N/mm 2横梁型材抗弯强度设计值: 205.000N/mm 2横梁型材弹性模量: E=2.0510 5N/mm2Mx横梁绕截面 X 轴(平行于幕墙平面方向)的弯矩(N.mm)My横梁绕截面 Y 轴(垂直于幕墙平面方向)的弯矩(N.mm)Wnx横梁截面 绕截面
22、 X 轴(幕墙平面内方向) 的净截面抵抗矩: Wnx=3.119cm3Wny横梁截面 绕截面 Y 轴(垂直于幕墙平面方向)的净截面抵抗矩: Wny=3.119cm3型材截面积: A=4.803cm 2塑性发展系数，可取 1.052. 幕墙横梁的强度计算:校核依据: M x/Wnx+My/Wnyf=205.0(1)横梁在自重作用下的弯矩(kNm)横梁上分格高: 0.750m横梁下分格高: 0.750mH-横梁受荷单元高(应为上下分格高之和的一半): 0.750m4-21l-横梁跨度,l=1150mmGAk: 横梁自重: 900N/m 2Gk: 横梁自重荷载线分布均布荷载标准值(kN/m):Gk=
23、900H/1000=9000.750/1000=0.675kN/mG: 横梁自重荷载线分布均布荷载设计值(kN/m)G=1.2Gk=1.20.675=0.810kN/mMy: 横梁在自重荷载作用下的弯矩(kNm)My=GB2/8=0.8101.1502/8=0.134kNm(2)横梁在风荷 载作用下的弯矩(kNm)风荷载线分布最大集度标准值(梯形分布)qwk=WkH=1.0000.750=0.750KN/m风荷载线分布最大集度设计值qw=1.4qwk=1.40.750=1.050kN/mMxw: 横梁在风荷载作用下的弯矩(kNm)Mxw=qwB2(3-H2/B2)/24=1.0501.1502
24、(3-0.7502/1.1502)/24=0.149kNm(3)地震作用下横梁弯矩qEAk: 横梁平面外地震作用:E: 动力放大系数 : 5max: 地震影响系数最大值: 0.040GAk: 幕墙构件自重: 900 N/m2qEAk=5max 900/1000=50.040 900/10004-22=0.180kN/m2qex: 水平地震作用最大集度标准值B: 幕墙分格宽: 1.150m水平地震作用最大集度标准值(梯形分布)qex=qEAkH=0.1800.750=0.135KN/mqE: 水平地震作用最大集度 设计值E: 地震作用分项系数: 1.3qE=1.3qex=1.30.135=0.1
25、76kN/mMxE: 地震作用下横梁弯矩 :MxE=qEB2(3-H2/B2)/24=0.1761.1502(3-0.7502/1.1502)/24=0.025kNm(4)横梁强度: 横梁计算强度(N/mm 2):采用 SG+SW+0.5SE组合Wnx: 横梁截面绕截面 X 轴的净截面抵抗矩: 3.119cm 3Wny: 横梁截面绕截面 Y 轴的净截面抵抗矩: 3.119cm 3: 塑性发展系数: 1.05=103My/(1.05Wny)+103Mxw/(1.05Wnx)+0.5103MxE/(1.05Wnx)=90.175N/mm290.175N/mm2 a=205.0N/mm2横梁正应力强
26、度可以满足 3. 幕墙横梁的抗剪强度计算:校核依据: x=VySx/(Ixtx)120.0N/mm2校核依据: y=VxSy/(Iyty)120.0N/mm2Vx-横梁竖直方向(X 轴)的剪力设计值 N；4-23Vy-横梁水平方向(Y 轴)的剪力设计值 N；Sx-横梁截面 计算剪 应力处以上(或下) 截面对中性轴(X 轴)的面积矩=3.209cm3；Sy-横梁截面 计算剪 应力处左边(或右边) 截面对中性轴(Y 轴)的面积矩=3.209cm3；Ix-横梁 绕截面 X 轴的毛截面惯性矩=11.210cm 4；Iy-横梁 绕截面 y 轴的毛截面 惯性矩=11.210cm 4；tx-横梁截面垂直于
27、X 轴腹板的截面总宽度=6.0mm ；ty-横梁截面垂直于 Y 轴腹板的截面总宽度=7.0mm ；f-型材抗剪 强度设计值 =120.0N/mm2；(1)Qwk: 风荷载作用下横梁剪力标准值(kN)Wk: 风荷载标准值: 1.000kN/m 2B: 幕墙分格宽: 1.150m风荷载呈梯形分布时：Qwk=WkHB(1-H/B/2)/2=1.0000.7501.150(1-0.750/(1.1502)/2=0.291kN(2)Qw: 风荷载作用下横梁剪力设计值(kN)Qw=1.4Qwk=1.40.291=0.407kN(3)QEk: 地震作用下横梁剪力标准值(kN)地震作用呈梯形分布时：QEk=q
28、EAkHB(1-H/B/2)/2=0.1800.7501.150(1-0.750/(1.1502)/2=0.052kN(4)QE:地震作用下横梁剪力设计值(kN)E: 地震作用分项系数: 1.34-24QE=1.3QEk=1.30.052=0.068kN(5)Vy: 横梁水平方向 (y 轴) 的剪力设计值(kN):采用 Vy=Qw+0.5QE组合Vy=Qw+0.5QE=0.407+0.50.068=0.441kN(6)Vx: 横梁竖 直方向(x 轴) 的剪力设计值(kN):Vx=GB/2=0.466kN(7)横梁剪应力x=VySx/(Ixtx)=0.4413.209100/(11.2106.0
29、)=2.104N/mm2y=VxSy/(Iyty)=0.4663.209100/(11.2107.0)=1.905N/mm2x=2.104N/mm2 f=120.0N/mm2y=1.905N/mm2 f=120.0N/mm2横梁抗剪强度可以满足！ 4.幕墙横梁的刚度计算钢型材校核依据: d fL/250横梁承受呈梯形分布风荷载作用时的最大荷载集度：qwk：风荷载线分布最大荷 载集度标准值(KN/m)qwk=WkH=1.0000.750=0.750KN/m水平方向由风荷载作用产生的挠度:dfw=qwkWfg41000(25/8-5(Hfg/(2Wfg)2+2(Hfg/(2Wfg)4)/(2.1I
30、x240)=0.622mm自重作用产生的挠度:dfG=5GKWfg41000/(3842.1Iy)4-25=0.669mm在风荷载标准值作用下，横梁的挠度为: d fw=0.622mm在重力荷载标准值作用下，横梁的挠度为: d fG=0.669mml-横梁跨度,l=1150mm钢型材 dfw/l 1/250钢型材 dfG/l 1/250挠度可以满足要求！ 八、横梁与立柱连接件计算 1. 横梁与立柱间连结(1)横向节点(横梁与角码)N1: 连接部位受总剪力:采用 Sw+0.5SE组合N1=(Qw+0.5QE)1000=(0.407+0.50.068)1000=440.878N选择的横梁与立柱连接
31、螺栓为:不锈钢螺栓 A1,A2 组 50 级Huos_J:连接螺栓的抗剪强度设计值:175N/mm 2Huos_L:连接螺栓的抗拉强度设计值:230N/mm 2Nv: 剪切面数: 1D1: 螺栓公称直径: 6.000mmD0: 螺栓有效直径: 5.060mmNvbh: 螺栓受剪承载能力计算:Nvbh=1(D02/4)Huos_J=1(3.145.0602/4)175=3517.295NNum1: 螺栓个数:Num1=N1/Nvbh=440.878/3517.295=0.1254-26取 2 个Ncb: 连接部位幕 墙横梁铝型材壁抗承压能力计算:横梁材料牌号:Q235（冷轧）HL_Y:横梁材料局
32、部抗承压强度设计值:290.0N/mm 2t: 幕墙横梁壁厚:5.000mmNcb=D1tHL_Y Num1=6.0005.000290.02.000=17400.000N17400.000N440.878N强度可以满足 (2)竖向节点(角码与立柱)Gk: 横梁自重线荷载(N/m):Gk=900H=9000.750=675.000N/m横梁自重线荷载设计值(N/m)G=1.2Gk=1.2675.000=810.000N/mN2: 自重荷载(N):N2=GB/2=810.0001.150/2=465.750NN: 连接处组合荷载:采用 SG+SW+0.5SEN=(N12+N22)0.5N=(440.8782+465.7502)0.5=641.324NNum2: 螺栓个数:Num2=N/Nvbh=0.182取 2 个Ncbj: 连接部位 钢角码 壁抗承压能力计算:4-27HLjm_Y:连接部位角码壁抗承压强度设计值=305N/mm 2连接部位角码材料牌号:Q235 钢 ( C 级螺栓 )Lct1: 连接热轧钢角码壁厚:5.000mmNcbj=D1Lct1HLjm_YNum2=6.0005.000305 2.000=18300.000N18300.000N641.324N强度可以满足!
