采光頂結構計算1

西安城市展示中心項目

（長安云）

采光頂結構計算書

編制：

審核：

批準：

中建深圳裝飾有限公司

HCHINACONSTRUCTIONSHENZHENDECORATIONCO..LTD

二零二一年二月四日

目錄

第一章采光頂結構計算..................................................2

第1節(jié)面材計算........................................................3

第2節(jié)硅酮結構密封膠的強度驗算.......................................8

第3節(jié)結構計算........................................................9

第4節(jié)連接節(jié)點計算...................................................17

第5節(jié)埋件計算.......................................................21

第一章采光頂結構計算

才

計算采光頂大樣（DY-22）

1.結構設計綜述

此處計算采光頂標高取為8.0米，建筑所在地地面粗糙度為B類。

2.計算對象

此部分計算對象包括：

裝飾面板計算

結構計算

連接節(jié)點及連接附件計算

第1節(jié)面材計算

1.計算說明

我們以采光頂處的水平面玻璃作為計算對象。

根據結構分格及計算對象在建筑中所處的位置，我們選取最不利的面材進行

計算。面材采用3邊支撐的支撐形式。

面材為三角形玻璃，玻璃三邊最大分格尺寸為2.0X2.0X2.0米。

面材采用8+1.52SGP+8+12A+8+1.52SGP+8mm鋼化中空夾膠玻璃。該

面材計算標高為8.0m,地面粗糙度為B類。此處面材主要承受作用于面板上的

重力荷載、風荷載、雪荷載和活荷載。

2.力學模型及基本假定

面材作為直接受力構件，主要承受結構平面法向的荷載，而由于面材在平面

內的剛度相對很大，因此，此處對面材的強度和剛度進行計算時，不考慮面材在

平面內荷載下的效應，而作為板殼結構考慮法向荷載下的效應。

法向荷載作用于面材上可簡化為等效均布面荷載。

3.材料參數

據《玻璃幕墻工程技術規(guī)范》(JGJ102-2003)

面材采用鋼化玻璃(5<tW12)

楊氏彈性模量

E=0.72X105N/mm2

泊松比

v=0.2

大面強度設計值

fg=42N/mm2

4.荷載分析

恒荷載設計值Gk據《玻璃幕墻工程技術規(guī)范》(JGJ102-2003)

Gk=PXt

P玻璃的重力密度，取值為：25.6KN/m3

t產生重力荷載的玻璃的有效厚度，此處取0.032m。

2

Gk=25.6X0.032=0.819KN/m

風荷載標準值Wk據《建筑結構荷載規(guī)范》2012版(GB50009-2012)

Wk=W°XuslXuzX3ez

2

Wo基本風壓，取為：0.35KN/m

根據《建筑結構荷載規(guī)范》2012版(GB50009-2012)規(guī)定：

□*局部風壓體形系數，正風荷載Hsl(l)=1.0,負風荷載nsl(l)=-2.0

憶風壓高度系數，B類地區(qū)8.0米標高，取為：1.0

陣風系數，B類地區(qū)8.0米標高，取為：1.7

Wkl=0.35X1.0X1.0X1.7=0.595KN/n^正風)

Wk2=0.35X(-2.0)XI.0X1.7=-l.19KN/m“負風)

根據風動試驗報告：

下側平臺

跖=0.6KN/m?(正風)

Wk2=-0.9KN/m“負風)

按最不利荷載取值，則風荷載標準值取值為：

Wkl=0.6KN/mY正風)

Wk2=-1.19KN/m"負風)

活荷載標準值Hk據《建筑結構荷載規(guī)范》2012版(GB50009-2012)

2

Hk=2.0KN/m

雪荷載標準值Sk據《建筑結構荷載規(guī)范》2012版(GB50009-2012)

Sk=urXS0

Ur-----屋面積雪分布系數，取為：2.0

So——基本雪壓，取為：0.25

2

Sk=2.0X0.25=0.5KN/m

夾膠玻璃荷載分配：

玻璃采用中空夾膠玻璃，按《玻璃幕墻工程技術規(guī)范》，強度計算時，將荷

載按下式系數分配到四個單片玻璃上：

kl=k2=l.lXtl7(tl3+t23+t33+t43)=1.1X83/(83+8;,+83+8:!)=0.275

k3=k4=t37(11:,+123+13:!+143)=87(8:!+8:!+8:i+8:i)=0.25

式中：

kl,k2,k3,k4一分別為各單片玻璃的荷載分配系數

tl,t2,,t3,t4一分別為各單片玻璃的厚度,tl=8mm,t2=8mm,t3=8mm,

t4=8mm

撓度計算時，按下式采用等效厚度計算

te=0.95X(tl3+t23+t33+t43)1/3=0.95X(83+83+83+83)1/3=12.1mm

式中：te—中空夾膠玻璃等效厚度

5.荷載工況組合

工況1：1.3義重力荷載+1.5*1.0><活荷載+1.5*0.7><正風荷載+1.5*

0.7X雪荷載

法向荷載：

Pavl=1.3XGk+l.5X1.OXHk+1.5X0.7XWkl+l.5X0.7XSk

=1.3X0.819+1.5X1.0X2.0+1.5X0.7X0.6+1.5X0.7X0.5

=5.214KN/m2

工況2:1.0義重力荷載+1.0*1.0><活荷載+1.0*0.7><正風荷載+1.0*

0.7X雪荷載

法向荷載：

Pavh=1.OXGk+l.0X1.0XHk+l.0X0.7XWkl+l.0X0.7XSk

=1.0X0.819+1.0X1.0X2.0+1.0X0.7X0.6+1.0X0.7X0.5

=3.585KN/m2

工況3：1.0義重力荷載+1.5X1.0義負風荷載

法向荷載：

Pav2=1.0XGk+1.5X1.0XWk2

=1.0X0.819+1.5X1.OX(-1.19)

=-0.966KN/m2

工況4：1.OX重力荷載+1.0X1.OX負風荷載

法向荷載：

Pav2k=1.0XGk+1.0X1.0XWk2

=1.0X0.819+1.0X1.OX(-1.19)

=-0.371KN/m2

由上述工況組合的結果可知：

工況1為強度計算時最不利工況，在面材強度計算時，采用工況1中的面

荷載加載到面材上進行計算；

工況2為剛度計算時最不利工況，在面材剛度計算時，采用工況2中的面

荷載加載到面材上進行計算；

6.結構在法向荷載作用下的受力分析

工況1玻璃應力云圖

NODALSOLUTION

FEB42021

STEP=109:38:57

SUB=1

TIME=1

USUM(AVG)

RSYS=O

DMX=2.943

SMX=2.943

0.6539221.3081.9622.616

.326961.9808831.6352.2892.943

工況2玻璃位移變形圖

7.面材計算結論

根據上述計算結果，面材的最大應力：

o=9.178N/mm2<fg=42.0N/mm2

所以面材的強度滿足要求！

面材的剛度要求按照《玻璃幕墻工程技術規(guī)范》(JGJ102-2003)

Defl=LaX(1/60)=1.732X107100=17.32mm

按技術要求，Def2=10.0mm

所以最大撓度控制值，Def=10.0mm

根據上述計算結果，面材的最大位移：

Dh=2.943mm<Def=10.0mm

所以面材的剛度滿足要求！

第2節(jié)硅酮結構密封膠的強度驗算

1.結構硅酮密封膠寬度和厚度計算

按照保守計算，此處按最不利分格2.0X2.0X2.0米玻璃面材處硅酮結構密封膠

進行計算，尖點到對邊的垂直距離為L732米。

在本計算中，結構硅酮密封膠實際寬度=23.0mm,膠實際厚度=8.0mm。

在平面外荷載作用下：

Cs=PavlXa/(2000Xf1)mm

=5.214X1732/(2000X0.2)mm

=22.5mm

式中：

Cs——結構硅酮密封膠的粘結寬度mm；

a---玻璃的短邊長度mm；

f.一一膠的短期強度允許值，取0.2N/mm2

Pavl---平面外荷載標準值KN/m'

因為荷載作用下的膠縫寬度為22.5mmW實際膠縫寬度23.0mm,所以滿

足要求。

第3節(jié)結構計算

1.計算說明

我們以該部位鋼結構作為計算對象。

根據結構布置圖，我們采用整體建立計算模型，進行桿件分析和計算。鋼結

構材質為Q235Bo分析校核此結構，首先在AUTOCAD中建立三維模型圖，然后

導入有限元計算軟件ANSYS,以Beam單元來模擬鋼結構，并在單元上施加荷載，

結構自重由軟件自行計入，然后進行有限元結構計算，最終確定鋼構件的截面尺

寸以及結構的構造形式。鋼結構采用鋼矩管。

2.力學模型及基本假定

此處對結構強度和剛度進行計算。結構承受通過面材傳遞和產生的重力荷載、

活荷載、雪荷載和風荷載。

結構截面的幾何參數：

鋼矩管：口250X150X8X8

結構的材料參數：據《玻璃幕墻工程技術規(guī)范》(JGJ102-2003)

型材采用Q235碳鋼(0VtW16)

楊氏彈性模量

E=2.06X103N/mm2

抗拉、壓、彎強度設計值

fy=215N/mm2

抗剪強度設計值

fv=125N/mm2

局部承壓強度設計值

fce=325N/mm2

3.荷載分析

恒荷載設計值Gk據《玻璃幕墻工程技術規(guī)范》(JGJ102-2003)

=

GkPXt+gs

P玻璃的重力密度，取值為：25.6KN/m3

t產生重力荷載的玻璃的有效厚度，此處取0.032m。

2

gs連接附件等的重量，保守按照lOKg/m?取值為：0.1KN/m

2

Gkl=25.6X0.032+0.1=0.919KN/m

風荷載標準值據《建筑結構荷載規(guī)范》2012版(GB50009-2012)

Wk=WoXu51x口，*葭

2

Wo基本風壓，取為：0.35KN/m

根據《建筑結構荷載規(guī)范》2012版(GB50009-2012)規(guī)定：

局部風壓體形系數，正風荷載口)1)=1.0,負風荷載八1(1)=一2.0

口，風壓高度系數，B類地區(qū)8.0米標高，取為：1.0

0阻陣風系數，B類地區(qū)8.0米標高，取為：1.7

Wkl=0.35X1.0X1.0X1.7=0.595KN/m“正風)

Wk2=0.35X(-2.0)XI.0X1.7=-l.19KN/m。負風)

根據風動試驗報告:

下側平臺下側平臺

“3=0.6KN/m“正風)

Wk2=-0.9KN/m''(負風)

按最不利荷載取值，則風荷載標準值取值為：

Wkl=0.6KN/m?(正風)

Wk2=-1.19KN/m2(負風)

活荷載標準值乩據《建筑結構荷載規(guī)范》2012版(GB50009-2012)

乩=2.0KN/m2

雪荷載標準值Sk據《建筑結構荷載規(guī)范》2012版(GB50009-2012)

=

SkurXSo

U,一一屋面積雪分布系數，取為：2.0

So——基本雪壓，取為：0.25

2

Sk=2.0X0.25=0.5KN/m

夾膠玻璃荷載分配：

玻璃采用中空夾膠玻璃，按《玻璃幕墻工程技術規(guī)范》，強度計算時，將荷

載按下式系數分配到四個單片玻璃上：

kl=k2=l.lXtl7(tl3+t2:!+t3:,+t43)=1.lX87(83+8;!+83+8:,)=0.275

k3=k4=t37(tl3+t23+t33+t43)=83/(83+83+83+83)=0.25

式中：

kl,k2,k3,k4一分別為各單片玻璃的荷載分配系數

tl,t2,,t3,t4一分別為各單片玻璃的厚度，t2=8mm,t3=8mm,

t4=8mm

撓度計算時，按下式采用等效厚度計算

te=0.95X(tr+t23+t33+t43)1/3=0.95X(83+83+8:i+83)I/3=12.1mm

式中：te—中空夾膠玻璃等效厚度

4.荷載工況組合

工況1：1.3X重力荷載+1.5X1.0X活荷載+1.5X0.7X正風荷載+1.5X

0.7X雪荷載

法向荷載：

Pavl=1.3XGk+l.5X1.0XHk+l.5X0.7XWkl+l.5X0.7XSk

=1.3X0.919+1.5X1.0X2.0+1.5X0.7X0.595+1.5X0.7X0.5

=5.344KN/m2

工況2:LOX重力荷載+1.0*1.0*活荷載+1.0*0.7*正風荷載+1.0*

0.7X雪荷載

法向荷載：

Pavh=1.0XGk+l.0X1.0XHk+l.0X0.7XWkl+l.0X0.7XSk

=1.0X0.919+1.0X1.0X2.0+1.0X0.7X0.595+1.0X0.7X0.5

=3.685KN/m2

工況3：1.0X重力荷載+1.5X1.0X負風荷載

法向荷載：

Pav2=1.0XGk+1.5X1.0XWk2

=1.0X0.919+1.5X1.OX(-1.19)

=-0.866KN/m2

工況4：1.OX重力荷載+1.0X1.OX負風荷載

法向荷載：

Pav2k=1.0XGk+1.0Xl.0XWk2

=1.0X0.919+1.0X1.OX(-1.19)

=-0.271KN/m2

由上述工況組合的結果可知：

工況1為強度計算時最不利工況，在強度計算時，采用工況1中的荷載加載

到結構上進行計算；

工況2為剛度計算時最不利工況，在剛度計算時，采用工況2中的荷載加載

到結構上進行計算；

5.分析過程和結果

結構力學模型圖

工況1應力云圖

NODALSOLUTION

FEB42021

STEP=113:43:14

SUB=1

TIME=1

USUM(AVG)

RSYS=0

04.088.1612.2416.32

2.046.1210.214.2818.36

工況2位移變形圖

結構節(jié)點編號圖

結構支座反力提取

工況1:

NODEFZ

230373.

2028080.

11157276.

14420727.

23449656.

36520829.

39238144.

51349362.

53732452.

64451357.

66225264.

72250332.

75513570.

8932861.7

1027-7968.5

125518601.

125650341.

注：力的單位為N,力矩的單位為NXmm

6.結構強度分析結論

結構在荷載作用下產生的應力為：

o=92.604N/mm2<fy=215N/mm'

所以結構的強度滿足要求！

7.結構剛度分析結論

結構的剛度要求按照《玻璃幕墻工程技術規(guī)范》(JGJ102-2003)

Def=LX(1/250)=10.3X107250=41.2mm

Dh=18.36mm<Defmm

所以結構的剛度滿足要求。

第4節(jié)連接節(jié)點計算

連接節(jié)點示意圖（JD-603）

結構支座反力提取

工況1：

NODEFZ

230373.

2028080.

11157276.

14420727.

23449656.

36520829.

39238144.

51349362.

53732452.

64451357.

66225264.

72250332.

75513570.

8932861.7

1027-7968.5

125518601.

125650341.

注：力的單位為N,力矩的單位為NXmm

此處的計算對象所對應的節(jié)點中，取各方向反力的最大值作為計算數據。

RFz=57276N

1.連接螺栓的強度計算

該類節(jié)點上連接螺栓處的最大外荷載大小為：

剪力：V=RFz=57276N

連接采用2顆M20的不銹鋼螺栓，性能等級為A2-70,抗拉強度設計值為

ftb=320N/mni',抗剪強度設計值為fvb=245N/mm",螺栓的有效截面面積Ae=

244.8mm'o

此處螺栓為雙剪受力，所以每個抗剪面處承受的剪力：

Ve=V/(2X2)

=57276/(2X2)

=14319N

螺栓抗剪強度計算：

T=Ve/Ae

=14319/244.8

=58.4N/mm2<fvb=245N/mm2

所以螺栓滿足要求。

2.轉接件局部承壓強度計算

外荷載通過連接螺栓傳遞轉接件，轉接件采用14a號槽鋼。

轉接件的局部承壓強度設計值為：

Tv=V/(dXtXn)

=57276/(20X6X4)

=119.3N/mm"<fce=325N/mnr

式中:

t——轉接件承壓壁的厚度

d一一連接螺栓的直徑

n承壓面數目，n=4

匕一一構件端面承壓強度設計值

所以局部承壓能力滿足要求！

3.轉接件根部焊縫的強度計算

鯽X鞋雌距:274,324cm4

X軸糠性距:274,324cm4

翱Y鼎主憒性肥28.637cm4

Y甲的情隹的28.637cm4

理/X和上杭都E：36.971cm3

XM抗夸吃36.971cm3

鰥讓抗彎貯18.958cm3

Y林腦吃6.969cm3

翱X和的面懶:22.531cm3

酬丫螭說懶:7.093cm3

翱面松9.240cm2

角焊縫截面尺寸圖

外荷載通過連接螺栓傳遞給連接耳板根部焊縫，其根部焊縫承受正應力和剪

應力。

此處轉接件采用14a號槽鋼，轉接件根部焊縫采用角焊縫，焊