幕墙示例1北立面80m处石材幕墙设计计算书计算:校核:幕墙公司名称二〇〇四年八月十四日目录一、风荷载计算 (1)1. 风荷载标准值: (1)2. 风荷载设计值: (1)二、石材计算 (1)1. 石材面板荷载计算: (1)2. 石材面板强度计算: (1)3. 石材剪应力计算: (2)4. 石材挂件剪应力计算: (2)三、立柱计算 (2)1. 立柱材料预选: (2)2. 选用立柱型材的截面特性: (3)3. 立柱的强度计算: (4)4. 立柱的稳定性验算: (4)5. 立柱的刚度计算: (5)6. 立柱抗剪计算: (5)四、立梃与主结构连接计算 (6)1. 立柱与主结构连接计算: (6)五、预埋件计算 (7)1. 预埋件受力计算: (7)2. 预埋件面积计算: (7)3. 预埋件焊缝计算: (8)六、横梁计算 (8)1. 选用横梁型材的截面特性: (8)2. 横梁的强度计算: (9)3. 横梁的刚度计算: (10)4. 横梁的抗剪强度计算: (11)七、横梁与立柱连接件计算 (12)1. 横梁与角码连接计算: (12)2. 角码与立柱连接计算: (12)北立面80m处石材幕墙设计计算书一、风荷载计算1.风荷载标准值:μz=0.616×(z/10)0.44=1.53794μf=0.5×35(1.8×(0.22-0.16))×(z/10)-0.22=0.464568βgz=к×(1+2×μf) = 1.63977Wk=βgz×μz×μs×W0 (JGJ102-2003 5.3.2)=1.63977×1.53794×1.5×0.45=1.70226kN/m22.风荷载设计值:W=rw×Wk=1.4×1.70226=2.38316kN/m2二、石材计算1.石材面板荷载计算:B: 该处石板幕墙分格宽: 0.6mH: 该处石板幕墙分格高: 0.6mA: 该处石板板块面积:A=B×H=0.36m2GAK: 石板板块平均自重:t : 石板板块厚度: 25mmGAK=2.8×t/1000=0.07kN/m2αmax: 水平地震影响系数最大值:0.16qEAk=βE×αmax×GAK (JGJ102-2003 5.3.4)=5×0.16×0.07=0.056kN/m2qEA=rE×qEAk=0.0728kN/m2水平荷载设计值：Sz=W+ψE×qEA=2.38316+0.5×0.0728=2.41956kN/m22.石材面板强度计算:校核依据：σ≤4N/mm2a: 短边计算长度: 0.4mb: 长边计算长度: 0.6mt: 石材厚度: 25mmm: 四点支撑板弯矩系数, 按短边与长边的边长比(a/b=0.666667) 查表得: 0.136767Sz: 风荷载标准值: 2.41956kN/m2按四点支撑板计算,应力设计值为：σ=6×m×Sz×b2×103/t2 (JGJ133-2001 5.5.4)=6×0.136767×2.41956×0.62×103/252=1.90607N/mm21.90607N/mm2≤4N/mm2强度满足要求3.石材剪应力计算:校核依据: τ≤ 2N/mm2n: 连接边上的钢销数量: 2β: 应力调整系数: 查表5.5.5 得到 1.25c: 槽口宽度: 7mms: 单个槽底总长度: 100mmτ=Sz×a×b×β/n/(t-c)/s (JGJ133-2001 5.5.7-1)=2.41956×0.6×0.6×1.25/2/(25-7)/100×103=0.302446N/mm20.302446N/mm2≤2N/mm2石材剪应力满足要求4.石材挂件剪应力计算:校核依据: τp ≤ 125N/mm2Ap: 挂件截面面积: 19.6mmτp: 挂件承受的剪应力τp=Sz×a×b×β/2/n/Ap (JGJ133-2001 5.5.5-1)=2.41956×0.6×0.6×1.25/2/2/19.6×103=13.8878N/mm213.8878N/mm2≤125N/mm2石材剪应力满足要求三、立柱计算1.立柱材料预选:(1)风荷载线分布最大荷载集度设计值(矩形分布)Bl: 幕墙左分格宽: 0.6mBr: 幕墙右分格宽: 1.2mqwk=Wk×(Bl+Br)/2=1.70226×(0.6+1.2)/2=1.53203kN/mqw=1.4×qwk=2.14485kN/m(2)分布水平地震作用设计值GAkl: 立柱左边玻璃幕墙构件(包括面板和框)的平均自重: 700N/m2 GAkr: 立柱右边玻璃幕墙构件(包括面板和框)的平均自重: 700N/m2 qEAkl=5×αmax×GAkl=0.56kN/m2qEAkr=5×αmax×GAkr=0.56kN/m2qek=(qEkl×Bl+qEkr×Br)/2=(0.56×0.6+0.56×1.2)/2=0.504kN/mqe=1.3×qek=0.6552kN/m(3)立柱弯矩:Mw: 风荷载作用下立柱弯矩(kN.m)Hvcal: 立柱计算跨度: 4mMw=qw×Hvcal2/8=2.14485×42/8=4.2897kN·mME: 地震作用下立柱弯矩(kN·m):ME=qe×Hvcal2/8=0.6552×42/8=1.3104kN·mM: 幕墙立柱在风荷载和地震作用下产生弯矩(kN·m)采用SW+0.6SE组合M=Mw+0.5×ME=4.9449kN·m(4)W: 立柱抗弯矩预选值(cm3)W=M×103/γ/215.0=4.9449×103/1.05/215=21.9043cm3(5)Ivcal: 立柱惯性矩预选值(cm4)Ivcal=5×105×(qwk+0.5×qek)×Hvcal3/384/206000/0.004 =5×105×(1.53203+0.5×0.504)×43/384/206000/0.004 =180.424cm4选定立柱惯性矩应大于: 180.424cm42.选用立柱型材的截面特性:选用立柱型材名称: C20型材强度设计值: 215N/mm2型材弹性模量: E=206000N/mm2X轴惯性矩: Ix=1913.71cm4Y轴惯性矩: Iy=143.63cm4X轴上部抵抗矩: Wx1=191.371cm3X轴下部抵抗矩: Wx2=191.371cm3y轴左部抵抗矩: Wy1=73.68cm3y轴右部抵抗矩: Wy2=25.8764cm3型材截面积: A=32.8275cm2型材计算校核处壁厚: t=11mm型材截面面积矩: Ss=114.726cm3塑性发展系数: γ=1.05C203.立柱的强度计算:校核依据: N/A+M/γ/w≤ｆa (JGJ102-2003 6.3.7)Hv: 立柱长度GAkl: 幕墙左分格自重: 700N/m2GAKr: 幕墙右分格自重: 700N/m2幕墙自重线荷载:Gk=(GAkl×Bl+GAkr×Br)/2000=(700×0.6+700×1.2)/2000=0.63kN/mNk: 立柱受力:Nk=Gk×Hv=2.52kNN: 立柱受力设计值:N=1.2×Nk=3.024kNσ=N×10/A+M×103/1.05/Wx2=3.024×10/32.8275+4.9449×103/1.05/191.371=25.5301N/mm225.5301N/mm2≤ｆa=215N/mm2立柱强度满足要求4.立柱的稳定性验算:校核依据: N/φ/A+M/(γ×w×(1-0.8×N/Ne))≤ｆa (JGJ102-2003 6.3.8-1)立柱临界轴压力计算: Ne=π2×E×A/1.1/λ2 (JGJ102-2003 6.3.8-2)λ : 立柱长细比iv: 立柱回转半径iv =√(Iz/A)=√(1913.71/32.8275)=7.63518cmλ = Hvcal/iv= 4/7.63518×100= 52.3891φ: 轴心受压稳定系数查表6.3.8求得 0.844249Ne = π2×E×A/1.1/λ2= π2×206000×32.8275/1.1/52.38912/10=2210.7N: 立柱受力设计值:3.024kNσs: 立柱计算强度(N/mm2)σs=N/φ/A+M/(γ×Wx2×(1-0.8×N/Ne))=3.024×10/32.8275/0.844249+4.9449×103/(1.05×191.371×(1-0.8×3.024/2210.7)) =25.727N/mm225.727N/mm2≤ｆa=215N/mm2立柱稳定性满足要求5.立柱的刚度计算:校核依据: Umax≤L/250Dfmax: 立柱最大允许挠度:Dfmax=Hvcal/250×1000=4/250×1000=16mmUmax: 立柱最大挠度Umax=5×(qwk+qek×ψE)×Hvcal4×108/384/E/Ix=5×(1.53203+0.504×0.5)×44×108/384/206000/1913.71=1.50848mm≤16mm立柱最大挠度Umax为: 1.50848挠度满足要求6.立柱抗剪计算:校核依据: τmax≤[τ]=125N/mm2(1)Qw: 风荷载作用下剪力设计值(kN)Qw=γw×qwvk×Hvcal/2=1.4×1.53203×4/2=4.2897kN(2)QE: 地震作用下剪力设计值(kN)QEk=γE×qevk×Hvcal/2=1.3×0.504×4/2=1.3104kN(3)Q: 立柱所受剪力:采用Qw+0.5QE组合Q=Qw+0.5×QE=4.2897+0.5×1.3104=4.9449kN(4)立柱剪应力:τ=Q×Ss×100/Ix/t=4.9449×114.726×100/1913.71/11=2.69495N/mm22.69495N/mm2≤125N/mm2立柱抗剪强度可以满足四、立梃与主结构连接计算1.立柱与主结构连接计算:连接处角码材料 : 钢-Q235Lct: 连接处角码壁厚: 5mmDv: 连接螺栓直径: 12mmDe: 连接螺栓直径: 10.36mm采用SG+SW+0.5SE组合Nw: 连接处风荷载总值(kN):Nw=Qw×2=8.57939kNNE: 连接处地震作用(kN):NE=QE×2=2.6208kNNh: 连接处水平总力(N):Nh=Nw+0.5×NE=8.57939+0.5×2.6208=9.88979kNNg: 连接处自重总值设计值(N):Ng=γG×(GAKVl×Bl+GAKVr×Br)/2000×Hvcal=1.2×(700×0.6+700×1.2)×4/2000=3.024kNN: 连接处总合力(N):N=(Ng2+Nh2)0.5=(3.0242+1.947562)0.5×1000=5796.26NNb=2×3.14×De2×140/4 (GBJ17-88 7.2.1-1) =2×3.14×10.362×140/4=23603NNnum: 立梃与建筑物主结构连接的螺栓个数:Nnum=N/Nb=0.245573个取2个Ncbl: 立梃型材壁抗承压能力(N):Ncbl=Dv×2×325×t×Nnum (GBJ17-88 7.2.1) =12×2×325×11×2=171600N5796.26N ≤ 171600N立梃型材壁抗承压能力满足Ncbg=Dv×2×325×Lct×Nnum (GBJ17-88 7.2.1)=12×2×325×5×2=78000N5796.26N ≤ 78000N角码型材壁抗承压能力满足五、预埋件计算1.预埋件受力计算:V: 剪力设计值: 3024NN: 法向力设计值: 9889.79Ne2: 螺孔中心与锚板边缘距离: 60mmM: 弯矩设计值(N·mm):M=V×e2=3024×60=181440N·m2.预埋件面积计算:Nsnum: 锚筋根数: 4根锚筋层数: 2层Kr: 锚筋层数影响系数: 1混凝土级别：混凝土-C40锚筋强度设计值:fy=210N/mm2d: 钢筋直径: Φ12mmαv: 钢筋受剪承载力系数:αv=(4-0.08×d)×(fc/fy)0.5 (JGJ102-2003 C.0.1-5)=(4-0.08×12)×(1/210)0.5=0.91441αv 取 0.7t: 锚板厚度: 10mmαb: 锚板弯曲变形折减系数:αb=0.6+0.25×t/d (JGJ102-2003 C.0.1-6)=0.6+0.25×10/12=0.808333Z: 外层钢筋中心线距离: 120mmAs: 锚筋实际总截面积:As=Nsnum×3.14×d2/4=4×3.14×122/4=452.389mm2锚筋总截面积计算值:As1=(V/Kv/Kr+N/0.8/Kb+M/1.3/Kr/Kb/Z)/fy (JGJ102-2003 C.0.1-1) =(3024/0.7/1+9889.79/0.8/0.808333+181440/1.3/1/0.808333/120)/210 =100.249mm2As2=(N/0.8/Kb+M/0.4/Kr/Kb/Z)/fy (JGJ102-2003 C.0.1-2)=(9889.79/0.8/0.808333+181440/0.4/1/0.808333/120)/210=95.0942mm2100.249mm2≤452.389mm295.0942mm2≤452.389mm24根Φ12锚筋满足要求A : 锚板面积: 30000 mm2幕墙示例1北立面80m处石材幕墙设计计算书0.5fcA=0.5×19×30000=285000NN=9889.79N≤285000N锚板尺寸满足要求3.预埋件焊缝计算:Hf:焊缝厚度8mmL :焊缝长度100mmHe = Hf×0.7 = 5.6mmLw = L - 10 = 90mmσm=6×M/(2×He×Lw2×1.22) (GBJ17-88 7.1.2)=9.83607N/mm2σn =N/(2×He×Lw×1.22) (GBJ17-88 7.1.2)=8.04205N/mm2τ=V/(2×He×Lw) (GBJ17-88 7.1.2)=3N/mm2σ:总应力σ=((σm+σn)2+τ2)0.5 (GBJ17-88 7.1.2-3)=18.128118.1281N/mm2≤160N/mm2焊缝强度满足!六、横梁计算1.选用横梁型材的截面特性:选用横梁型材名称: L63X5型材强度设计值: 215N/mm2型材弹性模量: E=206000N/mm2X轴惯性矩: Ix=9.57401cm4Y轴惯性矩: Iy=36.7729cm4X轴上部抵抗矩: Wx1=5.07957cm3X轴下部抵抗矩: Wx2=13.334cm3y轴左部抵抗矩: Wy1=13.334cm3y轴右部抵抗矩: Wy2=5.07957cm3型材截面积: A=6.14323cm2型材计算校核处壁厚: t=5mm型材截面面积矩: Ss=5.17618cm3塑性发展系数: γ=1.05L63X52.横梁的强度计算:校核依据: Mx/γWx+My/γWy≤ｆa=215 (JGJ102-2003 6.2.4) (1)横梁在自重作用下的弯矩(kN·m)Hh: 幕墙分格高: 2mBh: 幕墙分格宽: 1.2mGAkh: 横梁自重: 700N/m2Ghk=700×Hh/1000=1.4kN/mGh: 横梁自重荷载线分布均布荷载集度设计值(kN/m)Gh=γG×Ghk=1.68kN/mMhg: 横梁在自重荷载作用下的弯矩(kN·m)Mhg=Gh×Bh2/8=1.68×1.22/8=0.3024kN·m(2)横梁在风荷载作用下的弯矩(kN·m)横梁上部风荷载线分布最大荷载集度标准值(三角形分布)横梁下部风荷载线分布最大荷载集度标准值(梯形分布)分横梁上下部分别计算Hhu: 横梁上部面板高度 2mHhd: 横梁下部面板高度 1mqwku=Wk×Bh/2=1.70226×1.2/2=1.02136kN/mqwkd=Wk×Hhd/2=0.85113kN/m风荷载线分布最大荷载集度设计值qwu=γw×qwku=1.4299kN/mqwd=γw×qwkd=1.19158kN/mMhw: 横梁在风荷载作用下的弯矩(kN·m)Mhwu=qwu×Bh2/12=1.4299×1.22/12=0.171588kN·mMhwd=qwd×Bh2×(3-Hhd2/Bh2)/24=1.19158×1.22×(3-12/1.22)/24=0.164836kN·mMhw=Mhwu+Mhwd=0.336423kN.m(3)地震作用下横梁弯矩qEAk: 横梁平面外地震荷载:GAkhd: 横梁下部面板自重: 700N/m2qEAku=βE×αmax×700/1000 (JGJ102-2003 5.3.4) =5×0.16×700/1000=0.56kN/m2qEAkd=βE×αmax×700/1000 (JGJ102-2003 5.3.4) =0.56kN/m2qek: 水平地震作用线分布最大荷载集度标准值水平地震作用线分布最大荷载集度标准值(三角形分布)qeku=qEAku×Bh/2=0.56×1.2/2=0.336kN/mqekd=qEAkd×Hhd/2=0.28kN/mγE: 地震作用分项系数: 1.3qEu=γE×qeku=0.4368kN/mqEd=γE×qekd=0.364kN/mMhe: 地震作用下横梁弯矩:Mheu=qEu×Bh2/12=0.4368×1.22/12=0.052416kN·mMhed=qEd×Bh2×(3-Hhd2/Bh2)/24=0.364×1.22×(3-12/1.22)/24=0.0503533kN·mMhe=Mheu+Mhed=0.102769kN.m(4)横梁强度:σ: 横梁计算强度(N/mm2):采用SG+SW+0.5SE组合σ=(Mhg/Wx2+Mhw/Wy2+0.5×Mhe/Wy2)×103/γ=(0.3024/13.334+0.336423/5.07957+0.5×0.102769/5.07957)×103/1.05 =94.31N/mm294.31N/mm2≤ｆa=215N/mm2横梁正应力强度满足要求3.横梁的刚度计算:校核依据: Umax≤L/250横梁承受分布线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)qek ：水平地震作用线分布最大荷载集度标准值(kN/m)Uhu : 横梁上部水平方向由风荷载和地震作用产生的弯曲:Uhu=(qwku+ψE×qeku)×Bh4/(120×E×Iy)=(1.02136+0.5×0.336)×1.24/(120×206000×36.7729)×108=0.271307mmUhd : 横梁下部水平方向由风荷载和地震作用产生的弯曲:Uhd=(qwkd+ψE×qekd)×Bh4×(25/8-5×(Hhd/2/Bh)2+2×(Hhd/2/Bh)4)/E/Iy/240=(0.85113+0.5×0.28)×1.24×(25/8-5×(1/2/1.2)2+2×(1/2/1.2)4)/206000/36.7729/240×108=0.26195mmUhg : 自重作用产生的弯曲:Uhg=5×Ghk×Bh4×108/384/E/Ix=5×1.4×1.24×108/384/206000/9.57401=1.9166mm综合产生的弯曲为:U=((Uhu+Uhd)2+Uhg2)0.5=1.9894mmDu=U/Bh/1000=0.00165783≤ 1/250挠度满足要求4.横梁的抗剪强度计算:校核依据: τmax≤125N/mm2(1)Qwk: 风荷载作用下横梁剪力标准值(kN)需要分别计算横梁上下部分面板的风荷载所产生的剪力标准值横梁上部风荷载线分布呈三角形分布横梁下部风荷载线分布呈梯形分布Qwku=qwku×Bh/4=1.02136×1.2/4=0.306407kNQwkd=qwkd×Bh/2×(1-Hhd/Bh/2)=0.85113×1.2/2×(1-1/1.2/2)=0.297896kN(2)Qw: 风荷载作用下横梁剪力设计值(kN)Qw=γw×(Qwku + Qwkd)=0.846023kN(3)QEk: 地震作用下横梁剪力标准值(kN)QEku=qeku×Bh/4=0.336×1.2/4=0.1008kNQEkd=qekd×Bh/2×(1-Hhd/Bh/2)=0.28×1.2/2×(1-1/1.2/2)=0.098kN(4)QE: 地震作用下横梁剪力设计值(kN)γE: 地震作用分项系数: 1.3QE=γE×(QEku+QEkd)=0.27832kN(5)Q: 横梁所受剪力:采用Qw+0.5QE组合Q=Qw+0.5×QE=0.985183kN(6)τ: 横梁剪应力τ=Q×Ss×100/Iy/t (JGJ102-2003 6.2.5-2)=0.985183×5.17618×100/36.7729/5=2.7735N/mm22.7735N/mm2≤ 125N/mm2横梁抗剪强度满足要求七、横梁与立柱连接件计算1.横梁与角码连接计算:Q: 连接部位受总剪力:采用Sw+0.5SE组合Q=Qw+0.5×QE=0.846023+0.5×0.27832=0.985183kN普通螺栓连接的抗剪强度计算值: 140N/mm2D : 螺栓公称直径: 6mmDe: 螺栓有效直径: 5.06mmNvbh=3.14×De2×140/4 (GBJ17-88 7.2.1-1) =3.14×5.062×140/4=2815.26NNnum=Q/Nvbh=0.349944横梁与角码连接螺栓取2个Ncb: 连接部位幕墙横梁型材壁抗承压能力计算:Ncb=D×t×325×Nnum=6×5×325×2=19500N985.183N ≤19500N横梁与角码连接强度满足要求2.角码与立柱连接计算:Gh: 自重荷载(N):Gh=1.68kNN: 连接处组合荷载:N=(Gh2+Q2)0.5=(1.682+0.9851832)0.5=1.94756kNNnum2=N/Nvbh=0.691786立柱与角码连接螺栓取2个Lct1: 角码壁厚:4mmNcbj=D×Lct1×133×Nnum2 (GBJ17-88 7.2.1) =6×4×133×2=6384N985.183N ≤ 6384N立柱与角码连接强度满足要求。