呼和浩特市兒童探索博物館項目設(shè)計計算書

呼和浩特市兒童探索博物館項目設(shè)計計算書設(shè)計：校對：審核：批準：山東遠東偉業(yè)（集團）有限公司二〇一六年二月十九日

目錄TOC\o"1-3"\h\z第1章兒童博物館玻璃幕墻設(shè)計計算書一 基本參數(shù)幕墻所在地區(qū)呼和浩特地區(qū)；地面粗糙度分類等級幕墻屬于外圍護構(gòu)件，按《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(GB50009-2012)A類：指近海海面和海島、海岸、湖岸及沙漠地區(qū)；B類：指田野、鄉(xiāng)村、叢林、丘陵以及房屋比較稀疏的鄉(xiāng)鎮(zhèn)和城市郊區(qū)；C類：指有密集建筑群的城市市區(qū)；D類：指有密集建筑群且房屋較高的城市市區(qū)；依照上面分類標準，本工程按C類地形考慮?？拐鹪O(shè)防按《建筑工程抗震設(shè)防分類標準》，建筑工程應(yīng)分為以下四個抗震設(shè)防類別：1.特殊設(shè)防類：指使用上有特殊設(shè)施，涉及國家公共安全的重大建筑工程和地震時可能發(fā)生嚴重次生災(zāi)害等特別重大災(zāi)害后果，需要進行特殊設(shè)防的建筑，簡稱甲類；2.重點設(shè)防類：指地震時使用功能不能中斷或需盡快恢復(fù)的生命線相關(guān)建筑，以及地震時可能導(dǎo)致大量人員傷亡等重大災(zāi)害后果，需要提高設(shè)防標準的建筑，簡稱乙類；3.標準設(shè)防類：指大量的除1、2、4款以外按標準要求進行設(shè)防的建筑，簡稱丙類；4.適度設(shè)防類：指使用上人員稀少且震損不致產(chǎn)生次生災(zāi)害，允許在一定條件下適度降低要求的建筑，簡稱丁類；在圍護結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計計算中：1.特殊設(shè)防類，應(yīng)按高于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度提高一度的要求加強其抗震措施，同時，應(yīng)按批準的地震安全性評價的結(jié)果且高于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的要求確定其地震作用；2.重點設(shè)防類，應(yīng)按高于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度一度的要求加強其抗震措施，同時，應(yīng)按本地區(qū)抗震設(shè)防烈度確定其地震作用；3.標準設(shè)防類，應(yīng)按本地區(qū)抗震設(shè)防烈度確定其抗震措施和地震作用；4.適度設(shè)防類，應(yīng)按本地區(qū)抗震設(shè)防烈度確定其抗震措施和地震作用；根據(jù)國家規(guī)范《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》GB50011-2010，呼和浩特地區(qū)地震基本烈度為：8度，地震動峰值加速度為0.2g，由于本工程是標準設(shè)防類，因此實際抗震計算中的水平地震影響系數(shù)最大值應(yīng)按本地區(qū)抗震設(shè)防烈度選取，也就是?。害羗ax=0.16；幕墻承受荷載計算風荷載標準值的計算方法幕墻屬于外圍護構(gòu)件，按《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(GB50009-2012)計算：wk=βgzμs1μzw0……8.1.1-2[GB50009-2012]上式中：wk：作用在幕墻上的風荷載標準值(MPa)；z：計算點標高：22m；βgz：高度z處的陣風系數(shù)；根據(jù)不同場地類型,按以下公式計算：βgz=1+2gI10(z/10)-α……條文說明部分8.6.1[GB50009-2012]其中A、B、C、D四類地貌類別截斷高度分別為：5m、10m、15m、30m；A、B、C、D四類地貌類別梯度高度分別為：300m、350m、450m、550m；也就是：對A類場地：當z>300m時，取z=300m，當z<5m時，取z=5m；對B類場地：當z>350m時，取z=350m，當z<10m時，取z=10m；對C類場地：當z>450m時，取z=450m，當z<15m時，取z=15m；對D類場地：當z>550m時，取z=550m，當z<30m時，取z=30m；g：峰值因子，取2.5；I10：10m高名義湍流度，對應(yīng)A、B、C、D地面粗糙度，可分別取0.12、0.14、0.23和0.39；α：地面粗糙度指數(shù)，對應(yīng)A、B、C、D地面粗糙度，可分別取0.12、0.15、0.22和0.30；對于C類地形，22m高度處的陣風系數(shù)為：βgz=1+2×2.5×0.23×(22/10)-0.22=1.9669μz：風壓高度變化系數(shù)；根據(jù)不同場地類型,按《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》條文說明部分8.2.1提供的公式計算：A類場地：μzA=1.284×(z/10)0.24B類場地：μzB=1.000×(z/10)0.30C類場地：μzC=0.544×(z/10)0.44D類場地：μzD=0.262×(z/10)0.60公式中的截斷高度和梯度高度與計算陣風系數(shù)時相同，也就是：對A類場地：當z>300m時，取z=300m，當z<5m時，取z=5m；對B類場地：當z>350m時，取z=350m，當z<10m時，取z=10m；對C類場地：當z>450m時，取z=450m，當z<15m時，取z=15m；對D類場地：當z>550m時，取z=550m，當z<30m時，取z=30m；對于C類地形，22m高度處風壓高度變化系數(shù)：μz=0.544×(22/10)0.44=0.7696μs1：局部風壓體型系數(shù)；按《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009-2012第8.3.3條：計算圍護結(jié)構(gòu)及其連接的風荷載時，可按下列規(guī)定采用局部體型系數(shù)μs1：1封閉矩形平面房屋的墻面及屋面可按表8.3.3-1的規(guī)定采用；2檐口、雨篷、遮陽板、邊棱處的裝飾條等突出構(gòu)件，取-2.0；3其它房屋和構(gòu)筑物可按本規(guī)范第8.3.1條規(guī)定體型系數(shù)的1.25倍取值。本計算點為墻面轉(zhuǎn)角位置，按如上說明，查表得：μs1(1)=1.4按《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009-2012第8.3.4條：計算非直接承受風荷載的圍護構(gòu)件風荷載時，局部體型系數(shù)可按構(gòu)件的從屬面積折減，折減系數(shù)按下列規(guī)定采用：1當從屬面積不大于1m2時，折減系數(shù)取1.0；2當從屬面積大于或等于25m2時，對墻面折減系數(shù)取0.8，對局部體型系數(shù)絕對值大于1.0的屋面區(qū)域折減系數(shù)取0.6，對其它屋面區(qū)域折減系數(shù)取1.0；3當從屬面積大于1m2且小于25m2時，墻面和絕對值大于1.0的屋面局部體型系數(shù)可采用對數(shù)插值，即按下式計算局部體型系數(shù)：μs1(A)=μs1(1)+[μs1(25)-μs1(1)]logA/1.4……8.3.4[GB50009-2012]其中：μs1(25)=0.8μs1(1)=0.8×1.4=1.12計算支撐結(jié)構(gòu)時的構(gòu)件從屬面積：A=1.5×3.6=5.4m2當A>25時取a=25，當A小于1時取A=1；LogA=0.732則：μs1(A)=μs1(1)+[μs1(25)-μs1(1)]logA/1.4=1.4+[1.12-1.4]×0.732/1.4=1.254按《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009-2012第8.3.5條：計算圍護結(jié)構(gòu)風荷載時，建筑物內(nèi)部壓力的局部體型系數(shù)可按下列規(guī)定采用：1封閉式建筑物，按其外表面風壓的正負情況取-0.2或0.2；2僅一面墻有主導(dǎo)洞口的建筑物：-當開洞率大于0.02且小于或等于0.10時，取0.4μs1；-當開洞率大于0.10且小于或等于0.30時，取0.6μs1；-當開洞率大于0.30時，取0.8μs1；3其它情況，應(yīng)按開放式建筑物的μs1取值；注：1：主導(dǎo)洞口的開洞率是指單個主導(dǎo)洞口與該墻面全部面積之比；2：μs1應(yīng)取主導(dǎo)洞口對應(yīng)位置的值；本計算中建筑物內(nèi)部壓力的局部體型系數(shù)為0.2(封閉式建筑內(nèi)表面)；因此，計算非直接承受風荷載的支撐結(jié)構(gòu)時的局部風壓體型系數(shù)為：μs1=1.254+0.2=1.454而對直接承受風壓的面板結(jié)構(gòu)來說，其局部風壓體型系數(shù)為：μs1=1.4+0.2=1.6w0：基本風壓值(MPa)，根據(jù)現(xiàn)行《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009-2012附表E.5中數(shù)值采用，但不小于0.3KN/m2，按重現(xiàn)期50年，呼和浩特地區(qū)取0.00055MPa；計算支撐結(jié)構(gòu)時的風荷載標準值wk=βgzμzμs1w0=1.9669×0.7696×1.454×0.00055=0.001211MPa計算面板材料時的風荷載標準值wk=βgzμzμs1w0=1.9669×0.7696×1.6×0.00055=0.001332MPa垂直于幕墻平面的分布水平地震作用標準值qEk=βEαmaxGk/A……5.3.4[JGJ102-2003]qEk：垂直于幕墻平面的分布水平地震作用標準值(MPa)；βE：動力放大系數(shù),取5.0；αmax：水平地震影響系數(shù)最大值，取0.16；Gk：幕墻構(gòu)件的重力荷載標準值(N)；A：幕墻構(gòu)件的面積(mm2)；平行于幕墻平面的集中水平地震作用標準值PEk=βEαmaxGk……5.3.5[JGJ102-2003]PEk：平行于幕墻平面的集中水平地震作用標準值(N)；βE：動力放大系數(shù),取5.0；αmax：水平地震影響系數(shù)最大值，取0.16；Gk：幕墻構(gòu)件的重力荷載標準值(N)；按照JGJ102規(guī)范5.4節(jié)條文說明部分的規(guī)定，對于豎向幕墻和與水平面夾角大于75度、小于90度的斜玻璃幕墻，可不考慮豎向地震作用效應(yīng)的計算和組合。作用效應(yīng)組合荷載和作用效應(yīng)按下式進行組合：S=γGSGk+ψwγwSwk+ψEγESEk……5.4.1[JGJ102-2003]上式中：S：作用效應(yīng)組合的設(shè)計值；SGk：重力荷載作為永久荷載產(chǎn)生的效應(yīng)標準值；Swk、SEk：分別為風荷載，地震作用作為可變荷載產(chǎn)生的效應(yīng)標準值；γG、γw、γE：各效應(yīng)的分項系數(shù)；ψw、ψE：分別為風荷載，地震作用效應(yīng)的組合系數(shù)。上面的γG、γw、γE為分項系數(shù)，按5.4.2、5.4.3、5.4.4[JGJ102-2003]規(guī)定如下：進行幕墻構(gòu)件強度、連接件和預(yù)埋件承載力計算時：重力荷載：γG：1.2；風荷載：γw：1.4；地震作用：γE：1.3；進行撓度計算時；重力荷載：γG：1.0；風荷載：γw：1.0；地震作用：可不做組合考慮；上式中，風荷載的組合系數(shù)ψw為1.0；地震作用的組合系數(shù)ψE為0.5；幕墻立柱計算基本參數(shù)：1：計算點標高：22m；2：力學(xué)模型：簡支梁；3：立柱跨度：L=3600mm；4：立柱左分格寬：1500mm；立柱右分格寬：1500mm；5：立柱計算間距：B=1500mm；6：板塊配置：鋁單板；7：立柱材質(zhì)：Q235；8：安裝方式：偏心受拉；本處幕墻立柱按簡支梁力學(xué)模型進行設(shè)計計算，受力模型如下：立柱型材選材計算(1)風荷載作用的線荷載集度(按矩形分布)：qwk：風荷載線分布最大荷載集度標準值(N/mm)；wk：風荷載標準值(MPa)；B：幕墻立柱計算間距(mm)；qwk=wkB=0.001211×1500=1.816N/mmqw：風荷載線分布最大荷載集度設(shè)計值(N/mm)；qw=1.4qwk=1.4×1.816=2.542N/mm(2)水平地震作用線荷載集度(按矩形分布)：qEAk：垂直于幕墻平面的分布水平地震作用標準值(MPa)；βE：動力放大系數(shù)，取5.0；αmax：水平地震影響系數(shù)最大值，取0.16；Gk：幕墻構(gòu)件的重力荷載標準值(N)，(含面板和框架)；A：幕墻構(gòu)件的面積(mm2)；qEAk=βEαmaxGk/A……5.3.4[JGJ102-2003]=5.0×0.16×0.0004=0.00032MPaqEk：水平地震作用線荷載集度標準值(N/mm)；B：幕墻立柱計算間距(mm)；qEk=qEAkB=0.00032×1500=0.48N/mmqE：水平地震作用線荷載集度設(shè)計值(N/mm)；qE=1.3qEk=1.3×0.48=0.624N/mm(3)幕墻受荷載集度組合：用于強度計算時，采用Sw+0.5SE設(shè)計值組合：……5.4.1[JGJ102-2003]q=qw+0.5qE=2.542+0.5×0.624=2.854N/mm用于撓度計算時，采用Sw標準值：……5.4.1[JGJ102-2003]qk=qwk=1.816N/mm(4)立柱在組合荷載作用下的彎矩設(shè)計值：Mx：彎矩組合設(shè)計值(N·mm)；Mw：風荷載作用下立柱產(chǎn)生的彎矩設(shè)計值(N·mm)；ME：地震作用下立柱產(chǎn)生的彎矩設(shè)計值(N·mm)；L：立柱跨度(mm)；采用Sw+0.5SE組合：Mw=qwL2/8ME=qEL2/8Mx=Mw+0.5ME=qL2/8=2.854×36002/8=4623480N·mm確定材料的截面參數(shù)(1)立柱抵抗矩預(yù)選值計算：Wnx：立柱凈截面抵抗矩預(yù)選值(mm3)；Mx：彎矩組合設(shè)計值(N·mm)；γ：塑性發(fā)展系數(shù)：對于冷彎薄壁型鋼龍骨，按《冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》GB50018-2002，取1.00；對于熱軋型鋼龍骨，按JGJ133或JGJ102規(guī)范,取1.05；對于鋁合金龍骨，按最新《鋁合金結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》GB50429-2007，取1.00； fs：型材抗彎強度設(shè)計值(MPa)，對Q235取215MPa；Wnx=Mx/γfs=4623480/1.05/215=20480.532mm3(2)立柱慣性矩預(yù)選值計算：qk：風荷載線荷載集度標準值(N/mm)；E：型材的彈性模量(MPa)，對Q235取206000MPa；Ixmin：材料需滿足的繞X軸最小慣性矩(mm4)；L：計算跨度(mm)；df,lim：按規(guī)范要求，立柱的撓度限值(mm)；df,lim=5qkL4/384EIxminL/250=3600/250=14.4mm按[5.1.1.2]《建筑幕墻》GB/T21086-2007的規(guī)定，對于構(gòu)件式玻璃幕墻或單元幕墻（其它形式幕墻或外圍護結(jié)構(gòu)無絕對撓度限制）：當跨距≤4500mm時，絕對撓度不應(yīng)該大于20mm；當跨距＞4500mm時，絕對撓度不應(yīng)該大于30mm；對本例?。篸f,lim=14.4mmIxmin=5qkL4/384Edf,lim=5×1.816×36004/384/206000/14.4=1338859.223mm4選用立柱型材的截面特性按上一項計算結(jié)果選用型材號：鋼管100×50×4型材的抗彎強度設(shè)計值：fs=215MPa型材的抗剪強度設(shè)計值：τs=125MPa型材彈性模量：E=206000MPa繞X軸慣性矩：Ix=1441300mm4繞Y軸慣性矩：Iy=473700mm4繞X軸凈截面抵抗矩：Wnx1=28830mm3繞X軸凈截面抵抗矩：Wnx2=28830mm3型材凈截面面積：An=1136mm2型材線密度：γg=0.089176N/mm型材截面垂直于X軸腹板的截面總寬度：t=8mm型材受力面對中性軸的面積矩：Sx=18060mm3塑性發(fā)展系數(shù)：γ=1.05立柱的抗彎強度計算(1)立柱軸向拉力設(shè)計值：Nk：立柱軸向拉力標準值(N)；qGAk：幕墻單位面積的自重標準值(MPa)；A：立柱單元的面積(mm2)；B：幕墻立柱計算間距(mm)；L：立柱跨度(mm)；Nk=qGAkA=qGAkBL=0.0004×1500×3600=2160NN：立柱軸向拉力設(shè)計值(N)；N=1.2Nk=1.2×2160=2592N(2)抗彎強度校核：按簡支梁(受拉)立柱抗彎強度公式，應(yīng)滿足：N/An+Mx/γWnx≤fs……6.3.7[JGJ102-2003]上式中：N：立柱軸力設(shè)計值(N)；Mx：立柱彎矩設(shè)計值(N·mm)；An：立柱凈截面面積(mm2)；Wnx：在彎矩作用方向的凈截面抵抗矩(mm3)；γx：塑性發(fā)展系數(shù)：對于冷彎薄壁型鋼龍骨，按《冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》GB50018-2002，取1.00；對于熱軋型鋼龍骨，按JGJ133或JGJ102規(guī)范,取1.05；對于鋁合金龍骨，按最新《鋁合金結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》GB50429-2007，取1.00；fs：型材的抗彎強度設(shè)計值，取215MPa；則：N/An+Mx/γWnx=2592/1136+4623480/1.05/28830=155.015MPa≤215MPa立柱抗彎強度滿足要求。立柱的撓度計算因為慣性矩預(yù)選是根據(jù)撓度限值計算的，所以只要選擇的立柱慣性矩大于預(yù)選值，撓度就滿足要求：實際選用的型材慣性矩為：Ix=1441300mm4預(yù)選值為：Ixmin=1338859.223mm4實際撓度計算值為：df=5qkL4/384EIx=5×1.816×36004/384/206000/1441300=13.377mm而df,lim=14.4mm所以，立柱撓度滿足規(guī)范要求。立柱的抗剪計算校核依據(jù)：τmax≤τs=125MPa(立柱的抗剪強度設(shè)計值)(1)Vwk：風荷載作用下剪力標準值(N)：Vwk=wkBL/2=0.001211×1500×3600/2=3269.7N(2)Vw：風荷載作用下剪力設(shè)計值(N)：Vw=1.4Vwk=1.4×3269.7=4577.58N(3)VEk：地震作用下剪力標準值(N)：VEk=qEAkBL/2=0.00032×1500×3600/2=864N(4)VE：地震作用下剪力設(shè)計值(N)：VE=1.3VEk=1.3×864=1123.2N(5)V：立柱所受剪力設(shè)計值組合：采用Vw+0.5VE組合：V=Vw+0.5VE=4577.58+0.5×1123.2=5139.18N(6)立柱剪應(yīng)力校核：τmax：立柱最大剪應(yīng)力(MPa)；V：立柱所受剪力(N)；Sx：立柱型材受力面對中性軸的面積矩(mm3)；Ix：立柱型材截面慣性矩(mm4)；t：型材截面垂直于X軸腹板的截面總寬度(mm)；τmax=VSx/Ixt=5139.18×18060/1441300/8=8.049MPa8.049MPa≤125MPa立柱抗剪強度滿足要求!幕墻橫梁計算基本參數(shù)：1：計算點標高：22m；2：橫梁跨度：B=1500mm；3：橫梁上分格高：600mm；橫梁下分格高：600mm；4：橫梁計算間距：H=600mm；5：力學(xué)模型：梯形荷載簡支梁；6：板塊配置：鋁單板；7：橫梁材質(zhì)：Q235；因為B>H，所以本處幕墻橫梁按梯形荷載簡支梁力學(xué)模型進行設(shè)計計算，受力模型如下：橫梁型材選材計算(1)橫梁在風荷載作用下的線荷載集度(按梯形分布)：qwk：風荷載線分布最大荷載集度標準值(N/mm)；wk：風荷載標準值(MPa)；H：幕墻橫梁計算間距(mm)；qwk=wkH=0.001211×600=0.727N/mmqw：風荷載線分布最大荷載集度設(shè)計值(N/mm)；qw=1.4qwk=1.4×0.727=1.018N/mm(2)垂直于幕墻平面的分布水平地震作用的線荷載集度(按梯形分布)：qEAk：垂直于幕墻平面的分布水平地震作用(MPa)；βE：動力放大系數(shù)，取5.0；αmax：水平地震影響系數(shù)最大值，取0.16；Gk：幕墻構(gòu)件的重力荷載標準值(N)，(主要指面板組件)；A：幕墻平面面積(mm2)；qEAk=βEαmaxGk/A……5.3.4[JGJ102-2003]=5.0×0.16×0.0003=0.00024MPaqEk：橫梁受水平地震作用線荷載集度標準值(N/mm)；H：幕墻橫梁計算間距(mm)；qEk=qEAkH=0.00024×600=0.144N/mmqE：橫梁受水平地震作用線荷載集度設(shè)計值(N/mm)；qE=1.3qEk=1.3×0.144=0.187N/mm(3)幕墻橫梁受荷載集度組合：用于強度計算時，采用Sw+0.5SE組合設(shè)計值：……5.4.1[JGJ102-2003]q=qw+0.5qE=1.018+0.5×0.187=1.112N/mm用于撓度計算時，采用Sw標準值：……5.4.1[JGJ102-2003]qk=qwk=0.727N/mm(4)橫梁在風荷載及地震組合作用下的彎矩值(按梯形分布)：My：橫梁受風荷載及地震作用彎矩組合設(shè)計值(N·mm)；Mw：風荷載作用下橫梁產(chǎn)生的彎矩(N·mm)；ME：地震作用下橫梁產(chǎn)生的彎矩(N·mm)；B：橫梁跨度(mm)；H：幕墻橫梁計算間距(mm)；采用Sw+0.5SE組合：……5.4.1[JGJ102-2003]Mw=qwB2(3-(H/B)2)/24ME=qEB2(3-(H/B)2)/24My=Mw+0.5ME=qB2(3-(H/B)2)/24=1.112×15002×(3-(600/1500)2)/24=296070N·mm(5)橫梁在自重荷載作用下的彎矩值(按矩形分布)：Gk：橫梁自重線荷載標準值(N/mm)；H1：橫梁自重荷載作用高度(mm)，對掛式結(jié)構(gòu)取橫梁下分格高，對非掛式結(jié)構(gòu)取橫梁上分格高；Gk=0.0003×H1=0.0003×600=0.18N/mmG：橫梁自重線荷載設(shè)計值(N/mm)；G=1.2Gk=1.2×0.18=0.216N/mmMx：橫梁在自重荷載作用下的彎矩設(shè)計值(N·mm)；B：橫梁跨度(mm)；Mx=GB2/8=0.216×15002/8=60750N·mm確定材料的截面參數(shù)(1)橫梁抵抗矩預(yù)選：Wnx：繞X方向橫梁凈截面抵抗矩預(yù)選值(mm3)；Wny：繞Y方向橫梁凈截面抵抗矩預(yù)選值(mm3)；Mx：橫梁在自重荷載作用下的彎矩(N·mm)；My：風荷載及地震作用彎矩組合值(N·mm)；γx，γy：塑性發(fā)展系數(shù)：對于冷彎薄壁型鋼龍骨，按《冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》GB50018-2002，取1.00；對于熱軋型鋼龍骨，按JGJ133或JGJ102規(guī)范,取1.05；對于鋁合金龍骨，按最新《鋁合金結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》GB50429-2007，均取1.00；fs：型材抗彎強度設(shè)計值(MPa)，對Q235取215；按下面公式計算：Wnx=Mx/γxfs=60750/1.05/215=269.103mm3Wny=My/γyfs=296070/1.05/215=1311.495mm3(2)橫梁慣性矩預(yù)選：df1,lim：按規(guī)范要求，橫梁在水平力標準值作用下的撓度限值(mm)；df2,lim：按規(guī)范要求，橫梁在自重力標準值作用下的撓度限值(mm)；B：橫梁跨度(mm)；按相關(guān)規(guī)范，鋼材橫梁的相對撓度不應(yīng)大于L/250，鋁材橫梁的相對撓度不應(yīng)大于L/180；《建筑幕墻》GB/T21086-2007還有如下規(guī)定：按[5.1.1.2]，對于構(gòu)件式玻璃幕墻或單元幕墻（其它形式幕墻或外圍護結(jié)構(gòu)無絕對撓度限制）：當跨距≤4500mm時，絕對撓度不應(yīng)該大于20mm；當跨距＞4500mm時，絕對撓度不應(yīng)該大于30mm；按[5.1.9，b]，自重標準值作用下?lián)隙炔粦?yīng)超過其跨度的1/500，并且不應(yīng)大于3mm；B/250=1500/250=6mmB/500=1500/500=3mm對本例?。篸f1,lim=6mmdf2,lim=3mmqk：風荷載作用線荷載集度標準值(N/mm)；E：型材的彈性模量(MPa)，對Q235取206000MPa；Iymin：繞Y軸最小慣性矩(mm4)；B：橫梁跨度(mm)；df1,lim=qkB4(25/8-5(H/2B)2+2(H/2B)4)/240EIymin……(受風荷載與地震作用的撓度計算)Iymin=qkB4(25/8-5(H/2B)2+2(H/2B)4)/240Edf1,lim=0.727×15004(25/8-5(600/2/1500)2+2(600/2/1500)4)/240/206000/6=36330.424mm4Gk：橫梁自重線荷載標準值(N/mm)；Ixmin：繞X軸最小慣性矩(mm4)；df2,lim=5GkB4/384EIxmin……(自重作用下產(chǎn)生的撓度計算)Ixmin=5GkB4/384Edf2,lim=5×0.18×15004/384/206000/3=19199.408mm4 選用橫梁型材的截面特性按照上面的預(yù)選結(jié)果選取型材：選用型材號：角鋼L5×5型材抗彎強度設(shè)計值：215MPa型材抗剪強度設(shè)計值：125MPa型材彈性模量：E=206000MPa繞X軸慣性矩：Ix=112100mm4繞Y軸慣性矩：Iy=112100mm4繞X軸凈截面抵抗矩：Wnx1=7900mm3繞X軸凈截面抵抗矩：Wnx2=3130mm3繞Y軸凈截面抵抗矩：Wny1=7900mm3繞Y軸凈截面抵抗矩：Wny2=3130mm3型材凈截面面積：An=480.3mm2型材線密度：γg=0.037704N/mm橫梁與立柱連接時角片與橫梁連接處橫梁壁厚：t=5mm橫梁截面垂直于X軸腹板的截面總寬度：tx=5mm橫梁截面垂直于Y軸腹板的截面總寬度：ty=5mm型材受力面對中性軸的面積矩(繞X軸)：Sx=3179mm3型材受力面對中性軸的面積矩(繞Y軸)：Sy=3179mm3塑性發(fā)展系數(shù)：γx=γy=1.05幕墻橫梁的抗彎強度計算按橫梁強度計算公式，應(yīng)滿足：Mx/γxWnx+My/γyWny≤fs……6.2.4[JGJ102-2003]上式中：Mx：橫梁繞X軸方向(幕墻平面內(nèi)方向)的彎矩設(shè)計值(N·mm)；My：橫梁繞Y軸方向(垂直于幕墻平面方向)的彎矩設(shè)計值(N·mm)； Wnx：橫梁繞X軸方向(幕墻平面內(nèi)方向)的凈截面抵抗矩(mm3)；Wny：橫梁繞Y軸方向(垂直于幕墻平面方向)的凈截面抵抗矩(mm3)；γx、γy：對于冷彎薄壁型鋼龍骨，按《冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》GB50018-2002，取1.00；對于熱軋型鋼龍骨，按JGJ133或JGJ102規(guī)范,取1.05；對于鋁合金龍骨，按最新《鋁合金結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》GB50429-2007，均取1.00； fs：型材的抗彎強度設(shè)計值，取215MPa。采用SG+Sw+0.5SE組合，則：Mx/γxWnx+My/γyWny=60750/1.05/3130+296070/1.05/3130=108.571MPa≤215MPa橫梁抗彎強度滿足要求。橫梁的撓度計算因為慣性矩預(yù)選是根據(jù)撓度限值計算的，所以只要選擇的橫梁慣性矩大于預(yù)選值，撓度就滿足要求：實際選用的型材慣性矩為：Ix=112100mm4Iy=112100mm4預(yù)選值為：Ixmin=19199.408mm4Iymin=36330.424mm4橫梁撓度的實際計算值如下：df1=qkB4(25/8-5(H/2B)2+2(H/2B)4)/240EIy=0.727×15004(25/8-5(600/2/1500)2+2(600/2/1500)4)/240/206000/112100=1.945mmdf2=5GkB4/384EIx=5×0.18×15004/384/206000/112100=0.514mmdf1,lim=6mmdf2,lim=3mm所以，橫梁撓度滿足規(guī)范要求。橫梁的抗剪計算校核依據(jù)：τmax≤τs=125MPa(型材的抗剪強度設(shè)計值)(1)Vwk：風荷載作用下剪力標準值(N)；Vwk=qwkB(1-H/2B)/2=0.727×1500(1-600/2/1500)/2=436.2N(2)Vw：風荷載作用下剪力設(shè)計值(N)；Vw=1.4Vwk=1.4×436.2=610.68N(3)VEk：地震作用下剪力標準值(N)；VEk=qEkB(1-H/2B)/2=0.144×1500(1-600/2/1500)/2=86.4N(4)VE：地震作用下剪力設(shè)計值(N)；VE=1.3VEk=1.3×86.4=112.32N(5)Vx：水平總剪力(N)；采用Vw+0.5VE組合Vx=Vw+0.5VE=610.68+0.5×112.32=666.84N(6)Vy：垂直總剪力(N)：Vy=1.2×0.0003×BH1/2=1.2×0.0003×1500×600/2=162N(7)橫梁剪應(yīng)力校核：τx：橫梁水平方向剪應(yīng)力(MPa)；Vx：橫梁水平總剪力(N)；Sy：橫梁型材受力面對中性軸的面積矩(mm3)(繞Y軸)；Iy：橫梁型材截面慣性矩(mm4)；ty：橫梁截面垂直于Y軸腹板的截面總寬度(mm)；τx=VxSy/Iyty……6.2.5[JGJ102-2003]=666.84×3179/112100/5=3.782MPa3.782MPa≤125MPaτy：橫梁垂直方向剪應(yīng)力(N)；Vy：橫梁垂直總剪力(N)；Sx：橫梁型材受力面對中性軸的面積矩(mm3)(繞X軸)；Ix：橫梁型材截面慣性矩(mm4)；tx：橫梁截面垂直于X軸腹板的截面總寬度(mm)；τy=VySx/Ixtx……6.2.5[JGJ102-2003]=162×3179/112100/5=0.919MPa0.919MPa≤125MPa橫梁抗剪強度能滿足!鋁單板的選用與校核基本參數(shù)：1：板塊分格尺寸：a×b=600mm×1500mm；2：鋁單板厚度：t=2.5mm；模型簡圖為：鋁單板荷載計算(1)板塊自重：GAk：板塊單位面積自重(MPa)；GAk=0.0000675MPa(2)垂直于幕墻平面的分布水平地震作用：qEAk：垂直于幕墻平面的分布水平地震作用(MPa)；βE：動力放大系數(shù),取5.0；αmax：水平地震影響系數(shù)最大值，取0.16；GAk：鋁單板單位面積自重(MPa)；qEAk=βEαmaxGAk……5.3.4[JGJ102-2003]=5.0×0.16×0.0000675=0.000054MPa(3)作用在板塊上的風荷載及地震作用荷載組合：用于強度計算時，采用Sw+0.5SE設(shè)計值組合：……5.4.1[JGJ102-2003]q=1.4wk+0.5×1.3qEAk=1.4×0.001332+0.5×1.3×0.000054=0.0019MPaSw+0.5SE標準值組合：qk=wk+0.5qEAk=0.001332+0.5×0.000054=0.001359MPa用于撓度計算時，采用Sw標準值：……5.4.1[JGJ102-2003]wk=0.001332MPaB板的強度、撓度校核Lx=500mm，Ly=600mm(1)強度校核：校核依據(jù)：σ=6mqa2η/t2≤f……5.4.3[JGJ133-2001]上式中：σ：板塊在組合荷載作用下的板中最大應(yīng)力設(shè)計值(MPa)；m：彎矩系數(shù)，按邊長比a/b查表，因為相鄰兩板支撐條件不同，需要采用下面方式平衡折算求彎矩系數(shù)：B區(qū)隔長寬比為Lx/Ly=0.833查表得B區(qū)隔彎矩系數(shù)為mB0=0.0979C區(qū)隔長寬比為Lx/Ly=0.833查表得C區(qū)隔彎矩系數(shù)為mC0=0.07693支座彎矩系數(shù)為m=(mB0+mC0)/2=0.087415；q：作用在幕墻上的荷載組合設(shè)計值(MPa)；a：板分格的短邊邊長(mm)；b：板分格的長邊邊長(mm)；η：板塊的折減系數(shù)；t：板的厚度(mm)；f：鋁單板抗彎強度(MPa)；首先按下面公式計算θ值：θ=qka4/Et4……5.4.3-3[JGJ133-2001]其中：θ：計算參數(shù)；qk：作用在板塊上的荷載組合標準值(MPa)；a：分格短邊長度(mm)；E：鋁單板的彈性模量(MPa)；t：鋁單板的厚度(mm)；θ=qka4/Et4=0.001359×5004/70000/2.54=31.063按系數(shù)θ，查表5.4.3[JGJ133-2001]，η=0.85022；σ=6mqa2η/t2……5.4.3[JGJ133-2001]=6×0.087415×0.0019×5002×0.85022/2.52=33.891MPa33.891MPa≤f=54MPa(鋁單板)強度滿足要求!(2)撓度校核：校核依據(jù)：df=ημwka4/D≤df,lim……6.1.3-2[JGJ102-2003]上面公式中：df：鋁單板撓度計算值(mm)；η：鋁單板撓度的折減系數(shù)，按θ=wka4/Et4查表，為0.85299；μ：鋁單板撓度系數(shù)，按邊長比a/b查表，得μ=0.0036；wk：風荷載標準值(MPa)a：短邊尺寸(mm)；D：彎曲剛度(N·mm)；df,lim：許用撓度，取短邊長的1/60，為8.333mm；其中：D=Et3/(12(1-υ2))……6.1.3-1[JGJ102-2003]上式中：E：鋁單板的彈性模量(MPa)；t：鋁單板的厚度(mm)；υ：鋁單板材料泊松比，為0.3；D=Et3/(12(1-υ2))=70000×2.53/(12×(1-0.32))=100160.256N·mmdf=ημwka4/D=0.85299×0.0036×0.001332×5004/100160.256=2.552mm2.552mm≤df,lim=8.333mm(鋁單板)撓度滿足要求!連接件計算基本參數(shù)：1：計算點標高：22m；2：立柱計算間距：B1=1500mm；3：橫梁計算分格尺寸：寬×高=B×H=1500mm×600mm；4：幕墻立柱跨度：L=3600mm；5：板塊配置：鋁單板；6：龍骨材質(zhì)：立柱為：Q235；橫梁為：Q235；7：立柱與主體連接鋼角碼壁厚：6mm；8：立柱與橫梁連接處鋼角碼厚度：5mm；9：橫梁與角碼連接螺栓公稱直徑：6mm；10：立柱受力模型：單跨簡支；11：連接形式：立柱與主體：螺栓連接橫梁與立柱：一側(cè)采用螺栓連接，另一側(cè)采用焊接；因為B>H，所以本處幕墻橫梁按梯形荷載模型進行設(shè)計計算：橫梁與角碼間連接(1)風荷載作用下橫梁剪力設(shè)計值(按梯形分布)：因為B≤H，所以本處幕墻橫梁按梯形荷載模型進行設(shè)計計算：Vw=1.4wkHB(1-H/2B)/2=1.4×0.001211×600×1500×(1-600/2/1500)/2=610.344N(2)地震作用下橫梁剪力標準值(按梯形分布)：VEk=βEαmaxGk/A×HB(1-H/2B)/2=5.0×0.16×0.0003×600×1500×(1-600/2/1500)/2=86.4N(3)地震作用下橫梁剪力設(shè)計值：VE=1.3VEk=1.3×86.4=112.32N(4)連接部位總剪力N1：采用Sw+0.5SE組合：N1=Vw+0.5VE=610.344+0.5×112.32=666.504N(5)連接螺栓計算：Nv1b：螺栓受剪承載能力設(shè)計值(N)；nv1：剪切面數(shù)：取1；d：螺栓桿直徑：6mm；fv1b：螺栓連接的抗剪強度設(shè)計值，對普通碳鋼（C級）取140MPa；Nv1b=nv1πd2fv1b/4=1×3.14×62×140/4=3956.4NNnum1：螺栓個數(shù)：Nnum1=N1/Nv1b=666.504/3956.4=0.168個實際取2個(6)連接部位橫梁型材壁承壓能力計算：Nc1：連接部位幕墻橫梁型材壁承壓能力設(shè)計值(N)；Nnum1：橫梁與角碼連接螺栓數(shù)量：2個；d：螺栓公稱直徑：6mm；t1：連接部位橫梁壁厚：5mm；fc1：型材承壓強度設(shè)計值，對Q235取305MPa；Nc1=Nnum1dt1fc1=2×6×5×305=18300N18300N≥666.504N強度可以滿足!角碼與立柱連接(1)自重荷載計算：N2k：自重荷載標準值(N)：B：橫梁寬度(mm)；Hg：橫梁受自重荷載分格高(mm)；N2k=0.0003×B×Hg/2=0.0003×1500×600/2=135NN2：自重荷載(N)：N2=1.2×N2k=1.2×135=162N(2)連接處組合荷載N：采用SG+Sw+0.5SEN=(N12+N22)0.5=(666.5042+1622)0.5=685.909N(3)連接處螺栓強度計算：Nv2b：螺栓受剪承載能力設(shè)計值(N)；nv2：剪切面數(shù)：取1；d：螺栓桿直徑：6mm；fv2b：螺栓連接的抗剪強度設(shè)計值，對普通碳鋼（C級）取140MPa；Nv2b=nv2πd2fv2b/4=1×3.14×62×140/4=3956.4NNnum2：螺栓個數(shù)：Nnum2=N/Nv2b=685.909/3956.4=0.173個實際取2個(4)連接部位立柱型材壁承壓能力計算：Nc2：連接部位幕墻立柱型材壁承壓能力設(shè)計值(N)；Nnum2：連接處螺栓個數(shù)；d：螺栓公稱直徑：6mm；t2：連接部位立柱壁厚：4mm；fc2：型材的承壓強度設(shè)計值，對Q235取305MPa；Nc2=Nnum2dt2fc2=2×6×4×305=14640N14640N≥685.909N強度可以滿足!(5)連接部位鋼角碼壁承壓能力計算：Nc3：連接部位鋼角碼壁承壓能力設(shè)計值(N)；Nnum2：連接處螺栓個數(shù)；d：螺栓公稱直徑：6mm；t3：角碼壁厚：5mm；fc3：型材的承壓強度設(shè)計值，對Q235取305MPa；Nc3=Nnum2dt3fc3=2×6×5×305=18300N18300N≥685.909N強度可以滿足!橫梁與立柱連接焊接強度計算N：連接處的組合總剪力(N)；Lw：角焊縫的總有效長度(mm)；hf：角焊縫的高度(mm)；ffw：角焊縫的強度設(shè)計值(MPa)；f：焊縫最大應(yīng)力值(MPa)；f=N/0.707/Lw/hf=685.909/0.707/50/4=4.851MPa4.851MPa≤ffw=160MPa橫梁與立柱連接焊縫強度可以滿足要求!立柱與主結(jié)構(gòu)間焊接強度計算(1)連接處風荷載設(shè)計值計算：Nwk：連接處風荷載標準值(N)：B1：立柱計算間距(mm)；L：立柱跨度(mm)；Nwk=wkB1L=0.001211×1500×3600=6539.4NNw：連接處風荷載設(shè)計值(N)：Nw=1.4Nwk=1.4×6539.4=9155.16N(2)連接處地震作用設(shè)計值：NEk：連接處地震作用標準值(N)：B1：立柱計算間距(mm)；L：立柱跨度(mm)；NEk=βEαmaxGk/A×B1L=5×0.16×0.0004×1500×3600=1728NNE：連接處地震作用設(shè)計值(N)：NE=1.3NEk=1.3×1728=2246.4N(3)連接處水平剪切總力：N1：連接處水平總力(N)：采用Sw+0.5SE組合：N1=Nw+0.5NE=9155.16+0.5×2246.4=10278.36N(4)連接處重力總力：NGk：連接處自重總值標準值(N)：B1：立柱計算間距(mm)；L：立柱跨度(mm)；NGk=0.0004×B1L=0.0004×1500×3600=2160NNG：連接處自重總值設(shè)計值(N)：NG=1.2NGk=1.2×2160=2592N(5)連接處總剪力：N：連接處總剪力(N)：N=(N12+NG2)0.5=(10278.362+25922)0.5=10600.149N(6)連接焊縫的強度計算：N：連接處的組合總剪力(N)；Lw：角焊縫的總有效長度(mm)；hf：角焊縫的高度(mm)；ffw：角焊縫的強度設(shè)計值(MPa)；f：焊縫最大應(yīng)力值(MPa)；f=N/0.707/Lw/hf/2=10600.149/0.707/100/6/2=12.494MPa12.494MPa≤ffw=160MPa焊縫強度可以滿足要求!幕墻埋件計算基本參數(shù)：1：計算點標高：22m；2：立柱跨度：L=3600mm；3：立柱計算間距：B=1500mm；4：立柱力學(xué)模型：單跨簡支；5：埋件位置：側(cè)埋；6：板塊配置：鋁單板；7：混凝土強度等級：C25；荷載標準值計算(1)垂直于幕墻平面的分布水平地震作用：qEk=βEαmaxGk/A=5.0×0.16×0.0004=0.00032MPa(2)幕墻受水平荷載設(shè)計值組合：采用Sw+0.5SE組合：……5.4.1[JGJ102-2003]q=1.4wk+0.5×1.3qEk=1.4×0.001211+0.5×1.3×0.00032=0.001903MPa(3)立柱單元自重荷載標準值：Gk=0.0004×BL=0.0004×1500×3600=2160N(4)校核處埋件受力分析：V：剪力(N)；N：軸向拉力(N)；e0：剪力作用點到埋件距離，即立柱螺栓連接處到埋件面距離(mm)；V=1.2Gk=1.2×2160=2592NN=qBL=0.001903×1500×3600=10276.2NM=e0V=80×2592=207360N·mm幕墻轉(zhuǎn)接件強度計算基本參數(shù)：1：轉(zhuǎn)接件