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铁路综合交通枢纽室内干挂铝板龙骨计算书
设
计
计
算
书
计算: 校核: 审核:
二〇一七年七月
﹒第 1 页﹒ 目
录
第一部分、 计算依据及说明 ........................................................................................................... 3 一、 计算依据及说明 ............................................................................................................... 3 1、 工程概况说明 ............................................................................................................. 3 2、 设计依据 ..................................................................................................................... 3 3、 基本计算公式 ............................................................................................................. 5 第二部分、 圆柱 .............................................................................................................................. 8 一、 荷载计算........................................................................................................................... 8 1、 风荷载标准值计算 ..................................................................................................... 8 2、 风荷载设计值计算 ..................................................................................................... 9 3、 水平地震作用计算 ..................................................................................................... 9 4、 荷载组合计算 ............................................................................................................. 9 二、 立柱计算......................................................................................................................... 10 1、 立柱荷载计算 ........................................................................................................... 10 2、 选用立柱型材的截面特性 ....................................................................................... 12 3、 立柱强度计算 ........................................................................................................... 13 4、 立柱的刚度计算 ....................................................................................................... 14 5、 立柱抗剪计算 ........................................................................................................... 15 三、 立柱与主结构连接计算 ................................................................................................. 15 1、 立柱与主结构连接计算 ........................................................................................... 15 四、 横梁计算......................................................................................................................... 17 1、 选用横梁型材的截面特性 ....................................................................................... 17 2、 横梁的强度计算 ....................................................................................................... 18 3、 横梁的刚度计算 ....................................................................................................... 21 4、 横梁的抗剪强度计算 ............................................................................................... 22 五、 机械锚栓计算 ................................................................................................................. 23 1、 锚栓计算信息描述 ................................................................................................... 23 2、 锚栓承受拉力计算 ................................................................................................... 24 3、 锚栓承受剪力计算 ................................................................................................... 25 4、 锚栓受拉承载力校核 ............................................................................................... 27 5、 锚栓混凝土锥体受拉破坏承载力校核 ................................................................... 28 6、 混凝土劈裂破坏承载力校核 ................................................................................... 31 7、 锚栓钢材受剪破坏校核 ........................................................................................... 33 8、 构件边缘受剪混凝土楔形体破坏校核 ................................................................... 33 9、 混凝土剪撬破坏承载能力计算 ............................................................................... 36 10、 拉剪复合受力承载力计算 ..................................................................................... 37 11、 锚栓构造要求校核 ................................................................................................. 38 第三部分、 方柱 ............................................................................................................................ 40 一、 荷载计算......................................................................................................................... 40 1、 风荷载标准值计算 ................................................................................................... 40 2、 风荷载设计值计算 ................................................................................................... 41
﹒第 2 页﹒ 3、 水平地震作用计算 ................................................................................................... 41 4、 荷载组合计算 ........................................................................................................... 41 二、 立柱计算......................................................................................................................... 42 1、 立柱荷载计算 ........................................................................................................... 42 2、 选用立柱型材的截面特性 ....................................................................................... 44 3、 立柱强度计算 ........................................................................................................... 45 4、 立柱的刚度计算 ....................................................................................................... 46 5、 立柱抗剪计算 ........................................................................................................... 46 三、 立柱与主结构连接计算 ................................................................................................. 47 1、 立柱与主结构连接计算 ........................................................................................... 47 四、 横梁计算......................................................................................................................... 49 1、 选用横梁型材的截面特性 ....................................................................................... 49 2、 横梁的强度计算 ....................................................................................................... 49 3、 横梁的刚度计算 ....................................................................................................... 53 4、 横梁的抗剪强度计算 ............................................................................................... 54 五、 机械锚栓计算 ................................................................................................................. 55 1、 锚栓计算信息描述 ................................................................................................... 55 2、 锚栓承受拉力计算 ................................................................................................... 56 3、 锚栓承受剪力计算 ................................................................................................... 57 4、 锚栓受拉承载力校核 ............................................................................................... 58 5、 锚栓混凝土锥体受拉破坏承载力校核 ................................................................... 59 6、 混凝土劈裂破坏承载力校核 ................................................................................... 62 7、 锚栓钢材受剪破坏校核 ........................................................................................... 64 8、 构件边缘受剪混凝土楔形体破坏校核 ................................................................... 65 9、 混凝土剪撬破坏承载能力计算 ............................................................................... 68 10、 拉剪复合受力承载力计算 ..................................................................................... 68 11、 锚栓构造要求校核 ................................................................................................. 70
﹒第 3 页﹒ 第一部分、 计算依据及说明
一、计算依据及说明 1、工程概况说明
工程名称:重庆西站
工程所在城市:重庆市
工程所属建筑物地区类别:B 类
工程所在地区抗震设防烈度:六度
工程基本风压:0.45kN/m2 (100 年)
2、设计依据
序号 标准名称 标准号 1 《建筑玻璃应用技术规程》 JGJ 113-2015 2 《建筑设计防火规范》 GB 50016-2014 3 《混凝土结构后锚固技术规程》 JGJ 145-2013 4 《混凝土结构加固设计规范(附条文说明)》 GB50367-2013 5 《建筑结构荷载规范》 GB 50009-2012 6 《建筑陶瓷薄板应用技术规程》 JGJ/T 172-2012 7 《铝合金建筑型材 隔热型材》 GB/T 5237.6-2012 8 《建筑工程用索》 JG T 330-2011 9 《干挂空心陶瓷板》 GB/T 27972-2011 10 《紧固件机械性能
螺栓、螺钉和螺柱》 GB 3098.1-2010 11 《混凝土结构设计规范》 GB 50010-2010 12 《吊挂式玻幕墙支承装置》 JG 139-2010 13 《铝合金门窗工程技术规范》 JGJ 214-2010 14 《建筑抗震设计规范》 GB 50011-2010 15 《点支式玻幕墙支承装置》 JG 138-2010 16 《建筑制图标准》 GB/T 50104-2010 17 《建筑抗震加固技术规程》 JGJ/T116-2009 18 《公共建筑节能改造技术规范》 JGJ176-2009 19 《建筑用安全玻璃
防火玻璃》 GB 15763.1-2009 20 《陶瓷板》 GB/T23266-2009 21 《天然花岗石建筑板材》 GB/T 18601-2009 22 《铝型材截面几何参数算法及计算机程序要求》 YS/T 437-2009 23 《平板玻璃》 GB11614-2009 24 《石材幕墙接缝用密封胶》 GB/T 23261-2009 25 《夹层玻璃》 GB15763.3-2009 26 《浮法玻璃》 GB11614.2-2009 27 《搪瓷用冷轧低碳钢板及钢带》 GB/T13790-2008
﹒第 4 页﹒ 28 《耐候结构钢》 GB/T4171-2008 29 《铝合金建筑型材 粉末喷涂型材》 GB/T 5237.4-2008 30 《铝合金建筑型材 电泳涂漆型材》 GB/T 5237.3-2008 31 《铝合金建筑型材 阳极氧化、着色型材》 GB/T 5237.2-2008 32 《铝合金建筑型材 基材》 GB/T 5237.1-2008 33 《中空玻璃稳态U值(传热系数)的计算和测定》 GB/T 22476-2008 34 《塑料门窗工程技术规程》 JGJ 103-2008 35 《建筑玻璃采光顶》 JG/T 231-2008 36 《建筑门窗玻璃幕墙热工计算规程》 JGJ/T 151-2008 37 《铝合金建筑型材 氟碳漆喷涂型材》 GB/T 5237.5-2008 38 《半钢化玻璃》 GB/T17841-2008 39 《中国地震烈度表》 GB/T17742-2008 40 《建筑外门窗保温性能分级及检测方法》 GB/T8484-2008 41 《热轧型钢》 GB/T706-2008 42 《冷弯型钢》 GB/T6725-2008 43 《普通装饰用铝塑复板》 GB/T22412-2008 44 《小单元建筑幕墙》 JG/T 217-2008 45 《建筑物防雷检测技术规范》 GB/T21434-2008 46 《铝合金门窗》 GB/T 8478-2008 47 《民用建筑能耗数据采集标准》 JG/T 154-2007 48 《不锈钢棒》 GB/T 1220-2007 49 《百页窗用铝合金带材》 YS/T621-2007 50 《建筑幕墙用瓷板》 JG/T217-2007 51 《建筑外窗气密、水密、抗风压性能现场检测方法》 JGJ/T 211-2007 52 《中空玻璃用复合密封胶条》 JC/T 1022-2007 53 《铝合金结构设计规范》 GB 50429-2007 54 《不锈钢和耐热钢
牌号及化学成份》 GB/T20878-2007 55 《建筑用不锈钢绞线》 JG/T 200-2007 56 《建筑幕墙》 GB/T 21086-2007 57 《绿色建筑评价标准》 GB/T50378-2006 58 《铝及铝合金轧制板材》 GB/T 3880-2006 59 《干挂饰面石材及其金属挂件》 JC830·1~830·2-2005 60 《建筑结构用冷弯矩形钢管》 JG/T 178-2005 61 《钢化玻璃 》 GB15763.2-2005 62 《建筑隔声评价标准》 GB/T50121-2005 63 《建筑用隔热铝合金型材 穿条式》 JG/T 175-2005 64 《建筑用硬质塑料隔热条》 JG/T 174-2005 65 《公共建筑节能设计标准》 GB 50189-2005 66 《混凝土用膨胀型、扩孔型建筑锚栓》 JG 160-2004 67 《钢结构设计规范》 GB 50017-2003 68 《玻璃幕墙工程技术规范》 JGJ 102-2003 69 《中空玻璃》 GB/T11944-2002 70 《建筑结构可靠度设计统一标准》 GB 50068-2001
﹒第 5 页﹒ 71 《全玻璃幕墙工程技术规程》 DBJ/CT 014-2001 72 《建筑幕墙抗震性能振动台试验方法》 GB/T 18575-2001 73 《点支式玻璃幕墙工程技术规程》 CECS 127-2001 74 《金属与石材幕墙工程技术规范》 JGJ 133-2001 75 《混凝土接缝用密封胶》 JC/T 881-2001 76 《幕墙玻璃接缝用密封胶》 JC/T 882-2001 77 《中空玻璃用弹性密封胶》 JC/T 486-2001 78 《玻璃幕墙工程质量检验标准》 JGJ/T 139-2001 79 《建筑幕墙平面内变形性能检测方法》 GB/T 18250-2000 80 《紧固件机械性能
螺母
粗牙螺纹》 GB 3098.2-2000 81 《紧固件机械性能
螺母
细牙螺纹 》 GB 3098.4-2000 82 《紧固件机械性能
自攻螺钉》 GB 3098.5-2000 83 《紧固件机械性能
不锈钢螺栓、螺钉、螺柱》 GB 3098.6-2000 84 《紧固件机械性能
不锈钢
螺母》 GB 3098.15-2000 85 《建筑用铝型材、铝板氟碳涂层》 JG/T133-2000 86 《螺纹紧固件应力截面积和承载面积》 GB/T 16823.1-1997
3、基本计算公式 (1).场地类别划分:
根据地面粗糙度,场地可划分为以下类别:
A 类近海面,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;
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;
[工程名称]按 B 类地区计算风压 (2).风荷载计算:
幕墙属于薄壁外围护构件,根据《建筑结构荷载规范》GB50009-2012 8.1.1-2 采用
风荷载计算公式: w
k =β gz ×μ sl ×μ z ×w 0
其中: w
k ---作用在幕墙上的风荷载标准值(kN/m2 )
β
gz ---瞬时风压的阵风系数,按《建筑结构荷载规范》GB50009-2012 条文说明8.6.1取定
根据不同场地类型,按以下公式计算:β
gz =1+2gI 10 (z10 )(-α)
其中 g 为峰值因子取为 2.5,I10 为 10 米高名义湍流度,α为地面粗糙度指数
A 类场地: I
10 =0.12
,α=0.12
B 类场地: I
10 =0.14
,α=0.15
﹒第 6 页﹒
C 类场地: I
10 =0.23
,α=0.22
D 类场地: I
10 =0.39
,α=0.30
μ
z ---风压高度变化系数,按《建筑结构荷载规范》GB50009-2012 取定,
根据不同场地类型,按以下公式计算:
A 类场地: μ
z =1.284×(Z10 )0.24
B 类场地: μ
z =1.000×(Z10 )0.30
C 类场地: μ
z =0.544×(Z10 )0.44
D 类场地: μ
z =0.262×(Z10 )0.60
本工程属于 B 类地区
μ
sl ---风荷载体型系数,按《建筑结构荷载规范》GB50009-2012 取定
w
0 ---基本风压,按全国基本风压图,重庆市地区取为 0.45kN/m2
(3).地震作用计算:
q
EAk =β E ×α max ×G Ak
其中: q
EAk ---水平地震作用标准值
β
E ---动力放大系数,按 5.0 取定
α
max ---水平地震影响系数最大值,按相应设防烈度取定:
6 度(0.05g): α
max =0.04
7 度(0.1g): α
max =0.08
7 度(0.15g): α
max =0.12
8 度(0.2g): α
max =0.16
8 度(0.3g): α
max =0.24
9 度(0.4g): α
max =0.32
重庆市地区设防烈度为六度,根据本地区的情况,故取α
max =0.04
﹒第 7 页﹒
G
Ak ---幕墙构件的自重(N/m2 ) (4).荷载组合:
结构设计时,根据构件受力特点,荷载或作用的情况和产生的应力(内力)作用方向,选用最不利的组合,荷载和效应组合设计值按下式采用:
γ
G S G +γ w ψ w S w +γ E ψ E S E +γ T ψ T S T
各项分别为永久荷载:重力;可变荷载:风荷载、温度变化;偶然荷载:地震
水平荷载标准值: q
k =W k +0.5×q EAk ,维护结构荷载标准值不考虑地震组合
水平荷载设计值: q=1.4×W
k +0.5×1.3×q EAk
荷载和作用效应组合的分项系数,按以下规定采用:
①对永久荷载采用标准值作为代表值,其分项系数满足:
a.当其效应对结构不利时:对由可变荷载效应控制的组合,取 1.2;对有永久荷载效应控制的组合,取 1.35
b.当其效应对结构有利时:一般情况取 1.0;
②可变荷载根据设计要求选代表值,其分项系数一般情况取 1.4
﹒第 8 页﹒ 第二部分、 圆柱
一、荷载计算 1、风荷载标准值计算
W
k : 作用在幕墙上的风荷载标准值(kN/m2 )
z : 计算高度 10m
μ
z : 10m 高处风压高度变化系数(按 B 类区计算):
(GB50009-2012
条文说明 8.2.1)
μ
z =1×(z10 )0.3 =1
I
10 : 10 米高名义湍流度,对应 A、B、C、D 类地面粗糙度,分别取 0.12、0.14、0.23、0.39。
(GB50009-2012
条文说明 8.4.6)
β
gz : 阵风系数
:
(GB50009-2012
8.1.1-2)
β
gz = 1 + 2×g×I 10 ×(z10 )(-α)
(GB50009-2012
条文说明 8.6.1)
= 1 + 2×2.5×0.14×( 1010 )(-0.15)
= 1.7 由于 1.7>1.7,取β
gz =1.7
(GB50009-2012
条文说明 8.1.1)
μ
sp1 :局部正风压体型系数,采用给定值,取 0.2。
μ
sn1 :局部负风压体型系数,采用给定值,取-0.2。
面板正风压风荷载标准值计算如下
W
kp =β gz ×μ sp1 ×μ z ×W 0
(GB50009-2012
8.1.1-2)
=1.7×0.2×1×0.45
=0.153 kN/m2
面板负风压风荷载标准值计算如下
W
kn =β gz ×μ sn1 ×μ z ×W 0
(GB50009-2012
8.1.1-2)
=1.7×(-0.2)×1×0.45
=-0.153 kN/m2
同样,立柱正风压风荷载标准值计算如下
W
kvp =β gz ×μ svp1 ×μ z ×W 0
(GB50009-2012
8.1.1-2)
=1.7×0.2×1×0.45
=0.153 kN/m2
﹒第 9 页﹒
立柱负风压风荷载标准值计算如下
W
kvn =β gz ×μ svn1 ×μ z ×W 0
(GB50009-2012
8.1.1-2)
=-0.153 kN/m2
同样,横梁正风压风荷载标准值计算如下
W
khp =β gz ×μ shp1 ×μ z ×W 0
(GB50009-2012
8.1.1-2)
=0.153 kN/m2
横梁负风压风荷载标准值计算如下
W
khn =β gz ×μ shn1 ×μ z ×W 0
(GB50009-2012
8.1.1-2)
=-0.153 kN/m2
2、风荷载设计值计算
W: 风荷载设计值: kN/m2
γw : 风荷载作用效应的分项系数:1.4
按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ 102-2003
5.4.2 条规定采用
面板风荷载作用计算
Wp=γw×Wkp=1.4×0.153=0.2142kN/m2
Wn=γw×Wkn=1.4×(-0.153)=-0.2142kN/m2
立柱风荷载作用计算
Wvp=γw×Wkvp=1.4×0.153=0.2142kN/m2
Wvn=γw×Wkvn=1.4×(-0.153)=-0.2142kN/m2
横梁风荷载作用计算
Whp=γw×Wkhp=1.4×0.153=0.2142kN/m2
Whn=γw×Wkhn=1.4×(-0.153)=-0.2142kN/m2
3、水平地震作用计算
GAK: 面板平米重量取 0.3kN/m2
αmax: 水平地震影响系数最大值:0.04
qEk: 分布水平地震作用标准值(kN/m2 )
qEk=βE×αmax×GAK
(JGJ102-2003
5.3.4)
=5×0.04×0.3
=0.06kN/m2
rE: 地震作用分项系数: 1.3
qEA: 分布水平地震作用设计值(kN/m2 )
qEA=rE×qEk
=1.3×0.06
=0.078kN/m2
4、荷载组合计算
幕墙承受的荷载作用组合计算,按照规范,考虑正风压、地震荷载组合:
Szkp=Wkp
﹒第 10 页﹒
=0.153kN/m2
Szp=Wkp×γw+qEk×γE×ψE
=0.153×1.4+0.06×1.3×0.5
=0.2532kN/m2
考虑负风压、地震荷载组合:
Szkn=Wkn
=-0.153kN/m2
Szn=Wkn×γw-qEk×γE×ψE
=-0.153×1.4-0.06×1.3×0.5
=-0.2532kN/m2
综合以上计算,取绝对值最大的荷载进行强度演算
采用面板荷载组合标准值为 0.153kN/m2
面板荷载组合设计值为 0.2532kN/m2
立柱承受风荷载标准值为 0.153kN/m2
横梁承受风荷载标准值为 0.153kN/m2
二、立柱计算 1、立柱荷载计算 (1)风荷载线分布最大荷载集度设计值(矩形分布)
qw: 风荷载线分布最大荷载集度设计值(kN/m)
rw: 风荷载作用效应的分项系数:1.4
Wk: 风荷载标准值: 0.153kN/m2
Bl: 幕墙左分格宽: 1.48m
Br: 幕墙右分格宽: 1.48m
qwk=Wk×Bl+Br2
=0.153×1.48+1.482
=0.22644kN/m
qw=1.4×qwk
=1.4×0.22644
=0.317016kN/m (2)分布水平地震作用设计值
GAkl: 立柱左边幕墙构件(包括面板和框)的平均自重: 0.4kN/m2
GAkr: 立柱右边幕墙构件(包括面板和框)的平均自重: 0.4kN/m2
qEAkl=5×αmax×GAkl
(JGJ102-2003
5.3.4)
=5×0.04×0.4
=0.08kN/m2
qEAkr=5×αmax×GAkr
(JGJ102-2003
5.3.4)
=5×0.04×0.4
=0.08kN/m2
qek= qEkl×Bl+qEkr×Br2
﹒第 11 页﹒
= 0.08×1.48+0.08×1.482
=0.1184kN/m
qe=1.3×qek
=1.3×0.1184
=0.15392kN/m (3)立柱荷载组合
立柱所受组合荷载标准值为:
qk=qwk
=0.22644kN/m
立柱所受组合荷载设计值为:
q =qw+ψE×qe
=0.317016+0.5×0.15392
=0.393976kN/m
立柱计算简图如下:
n0 n1 n2b0 b1立柱计算简图3000 3000
q1q2q3q4立柱受力简图3000 3000q1=0.394kN/mq2=0.710kN/mq3=0.394kN/mq4=0.710kN/m
(4)立柱弯矩:
通过有限元分析计算得到立柱的弯矩图如下:
﹒第 12 页﹒
Mmax=0.443kN.m立柱弯矩图3000 3000
立柱弯矩分布如下表:
列表条目 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 偏移(m) 0.000 0.337 0.675 1.012 1.350 1.650 1.988 2.325 2.663 3.000 弯矩(kN.m) 0.000 0.127 0.209 0.247 0.239 0.195 0.103 -0.034 -0.216 -0.443 偏移(m) 3.000 3.337 3.675 4.012 4.350 4.650 4.988 5.325 5.663 6.000 弯矩(kN.m) -0.443 -0.216 -0.034 0.103 0.195 0.239 0.247 0.209 0.127 0.000
最大弯矩发生在 3m 处
M: 幕墙立柱在风荷载和地震作用下产生弯矩(kN·m)
M=0.443223kN·m
立柱在荷载作用下的轴力图如下:
N1 N2N1=2.131kNN2=4.262kN立柱轴力图
立柱在荷载作用下的支座反力信息如下表:
支座编号 X向反力(kN) Y向反力(kN) 转角反力(kN.m) n0 -0.443 --- --- n1 -0.443 -4.262 --- n2 -1.477 --- ---
2、选用立柱型材的截面特性
选定立柱材料类别: 钢-Q235
选用立柱型材名称: 80x60x4
型材强度设计值: 215N/mm2
型材弹性模量: E=206000N/mm2
﹒第 13 页﹒
X 轴惯性矩: Ix=94.2592cm4
Y 轴惯性矩: Iy=59.6352cm4
X 轴上部抵抗矩: Wx1=23.5648cm3
X 轴下部抵抗矩: Wx2=23.5648cm3
Y 轴左部抵抗矩: Wy1=19.8784cm3
Y 轴右部抵抗矩: Wy2=19.8784cm3
型材截面积: A=10.56cm2
型材计算校核处抗剪壁厚: t=4mm
型材截面面积矩: Ss=14.304cm3
塑性发展系数: γ=1.05
80x60x4 3、立柱强度计算
校核依据: NA +Mγ×w ≤fa
Bl: 幕墙左分格宽: 1.48m
Br: 幕墙右分格宽: 1.48m
Hv: 立柱长度
GAkl: 幕墙左分格自重: 0.4kN/m2
GAKr: 幕墙右分格自重: 0.4kN/m2
幕墙自重线荷载:
Gk= GAkl×Bl+GAkr×Br2
= 0.4×1.48+0.4×1.482
=0.592kN/m
rG: 结构自重分项系数: 1.2
G:幕墙自重线荷载设计值 0.7104kN/m
f: 立柱计算强度(N/mm2 )
A: 立柱型材截面积: 10.56cm2
Nl: 当前杆件最大轴拉力(kN)
Ny: 当前杆件最大轴压力(kN)
﹒第 14 页﹒
Mmax:当前杆件最大弯矩(kN.m)
Wz: 立柱截面抵抗矩(cm3 )
γ: 塑性发展系数: 1.05
立柱通过有限元计算得到的应力校核数据表格如下:
编号 Nl Ny Mmax Wz A fz b0 2.131 -0.000 0.443 23.5648 10.56 19.931 b1 4.262 -0.000 0.443 23.5648 10.56 21.949
通过上面计算可知,立柱杆件b1的应力最大,为21.9494N/mm2 ≤fa=215N/mm 2 ,所以立柱承载力满足要求 4、立柱的刚度计算
校核依据: Umax≤L250
Dfmax: 立柱最大允许挠度:
通过有限元分析计算得到立柱的挠度图如下:
Dmax=0.512mm立柱位移图3000 3000
立柱挠度分布如下表:
列表条目 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 偏移(m) 0.000 0.337 0.675 1.012 1.350 1.650 1.988 2.325 2.663 3.000 挠度(mm) 0.000 0.214 0.386 0.488 0.509 0.460 0.345 0.197 0.061 0.000 偏移(m) 3.000 3.337 3.675 4.012 4.350 4.650 4.988 5.325 5.663 6.000 挠度(mm) 0.000 0.061 0.197 0.345 0.460 0.509 0.488 0.386 0.214 0.000
最大挠度发生在 4.725m 处,最大挠度为 0.511567mm
Dfmax= Hvmax250×1000
=3250 ×1000
=12mm
立柱最大挠度 Umax 为: 0.511567mm≤12mm
挠度满足要求
﹒第 15 页﹒ 5、立柱抗剪计算
校核依据: τmax≤[τ]=125N/mm2
通过有限元分析计算得到立柱的剪力图如下:
Qmax=0.739kN立柱剪力图3000 3000
立柱剪力分布如下表:
列表条目 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 偏移(m) 0.000 0.337 0.675 1.012 1.350 1.650 1.988 2.325 2.663 3.000 剪力(kN) -0.443 -0.310 -0.177 -0.044 0.089 0.207 0.340 0.473 0.606 0.739 偏移(m) 3.000 3.337 3.675 4.012 4.350 4.650 4.988 5.325 5.663 6.000 剪力(kN) -0.739 -0.606 -0.473 -0.340 -0.207 -0.089 0.044 0.177 0.310 0.443
最大剪力发生在 3m 处
τ: 立梃剪应力:
Q: 立梃最大剪力: 0.738705kN
Ss: 立柱型材截面面积矩: 14.304cm3
Ix: 立柱型材截面惯性矩: 94.2592cm4
t: 立柱抗剪壁厚: 4mm
τ= Q×Ss×100Ix×t
= 0.738705×14.304×10094.2592×4
=2.80249N/mm2
2.80249N/mm2 ≤125N/mm 2
立柱抗剪强度可以满足 三、立柱与主结构连接计算 1、立柱与主结构连接计算
连接处角码材料 : 钢-Q235
连接螺栓材料 : C 级普通螺栓-4.8 级
L
ct : 连接处角码壁厚: 5mm
D
v : 连接螺栓直径: 12mm
﹒第 16 页﹒
D
ve : 连接螺栓有效直径: 10.36mm
N
h : 连接处水平总力(N):
N
h =Q
=-0.443223kN
N
g : 连接处自重总值设计值(N):
N
g =-4.2624kN
N: 连接处总合力(N):
N= N
g2 +N
h2
= -4.26242 +-0.443223 2 ×1000
=4285.38N
N
b : 螺栓的承载能力:
N
v : 连接处剪切面数: 2
N
b =2×3.14× D
e22 ×140
(GB 50017-2003
7.2.1-1)
=2×3.14×10.3622 ×140
=23603N
N
num : 立梃与建筑物主结构连接的螺栓个数:
N
num =NN
b
= 4285.3823603
=0.181561 个
取 2 个
N
cbl : 立梃型材壁抗承压能力(N):
N
vl : 连接处剪切面数: 2×2
t: 立梃壁厚: 4mm
N
cbl =D v ×2×325×t×N num
(GB 50017-2003
7.2.1-3)
=12×2×325×4×2
=62400N
﹒第 17 页﹒
4285.38N ≤ 62400N
立梃型材壁抗承压能力满足
N
cbg : 角码型材壁抗承压能力(N):
N
cbg =D v ×2×325×L ct ×N num
(GB 50017-2003
7.2.1-3)
=12×2×325×5×2
=78000N
4285.38N ≤ 78000N
角码型材壁抗承压能力满足 四、横梁计算 1、选用横梁型材的截面特性
选定横梁材料类别: 钢-Q235
选用横梁型材名称: L50X4
型材强度设计值: 215N/mm2
型材弹性模量: E=206000N/mm2
X 轴惯性矩: Ix=9.25733cm4
Y 轴惯性矩: Iy=9.25733cm4
X 轴上部抵抗矩: Wx1=2.55787cm3
X 轴下部抵抗矩: Wx2=6.70408cm3
Y 轴左部抵抗矩: Wy1=6.70408cm3
Y 轴右部抵抗矩: Wy2=2.55787cm3
型材截面积: A=3.89729cm2
型材计算校核处抗剪壁厚: t=4mm
型材截面绕 X 轴面积矩: Ss=2.60596cm3
型材截面绕 Y 轴面积矩: Ssy=2.60596cm3
塑性发展系数: γ=1.05
L50X4
﹒第 18 页﹒ 2、横梁的强度计算
校核依据: M
xγ×W
x + M
yγ×W
y≤f
a =215
(JGJ102-2003
6.2.4)
(1)横梁在自重作用下的弯矩(kN·m)
H
h : 幕墙分格高: 0.95m
B
h : 幕墙分格宽: 1.48m
G
Akhu : 横梁上部面板自重: 0.4kN/m2
G
Akhd : 横梁下部面板自重: 0.4kN/m2
G
hk : 横梁自重荷载线分布均布荷载集度标准值(kN/m):
G
hk =0.4×H h
=0.4×0.95
=0.38kN/m
G
h : 横梁自重荷载线分布均布荷载集度设计值(kN/m)
G
h =γ G ×G hk
=1.2×0.38
=0.456kN/m
横梁端部承受重力荷载为
G
rh =12 ×G h ×B h
= 12 ×0.456×1.48
=0.33744kN
M
hg : 横梁在自重荷载作用下的弯矩(kN·m)
M
hg =18 ×G h ×B h2
= 18 ×0.456×1.482
=0.124853kN·m (2)横梁承受的组合荷载作用计算
横梁承受风荷载作用
w
k =0.153kN/m2
﹒第 19 页﹒
q
EAk : 横梁平面外地震荷载:
β
E : 动力放大系数: 5
α
max : 地震影响系数最大值: 0.04
q
EAku =β E ×α max ×0.4
(JGJ102-2003
5.3.4)
=5×0.04×0.4
=0.08kN/m2
q
EAkd =β E ×α max ×0.4
(JGJ102-2003
5.3.4)
=5×0.04×0.4
=0.08kN/m2
荷载组合:
横梁承受面荷载组合标准值:
q
Ak =w k
= 0.153kN/m2
横梁承受面荷载组合设计值:
q
Au =γ w ×w k +0.5×γ E ×q EAku
=1.4×0.153+0.5×1.3×0.08
=0.2662kN/m2
q
Ad =γ w ×w k +0.5×γ E ×q EAkd
=1.4×0.153+0.5×1.3×0.08
=0.2662kN/m2
(3)横梁在组合荷载作用下的弯矩(kN·m)
横梁上部组合荷载线分布最大荷载集度标准值(梯形分布)
横梁下部组合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
H
hu : 横梁上部面板高度 0.95m
H
hd : 横梁下部面板高度 0.95m
q
u =q Au ×H
hu2
=0.2662×0.952
=0.126445kN/m
q
d =q Ad ×H
hd2
﹒第 20 页﹒
=0.2662×0.952
=0.126445kN/m
组合荷载作用产生的线荷载标准值为:
q
uk =q Ak ×H
hu2
=0.153×0.952
=0.072675kN/m
q
dk =q Ak ×H
hd2
=0.153×0.952
=0.072675kN/m
M
h : 横梁在组合荷载作用下的弯矩(kN·m)
M
hu =124 ×q u ×B h2 ×3-H
huB
h2
=124 ×0.126445×1.482 ×3- 0.951.482
=0.0298658kN·m
M
hd =124 ×q d ×B h2 ×3-H
hdB
h2
=124 ×0.126445×1.482 ×3- 0.951.482
=0.0298658kN·m
M
h =M hu +M hd
=0.0298658+0.0298658
=0.0597316kN.m (4)横梁强度:
σ: 横梁计算强度(N/mm2 ):
W
x2 : X 轴抵抗矩: 2.55787cm3
W
y2 : y 轴抵抗矩: 2.55787cm3
γ: 塑性发展系数: 1.05
﹒第 21 页﹒
σ=M
hgγ×W
x2 + M
hγ×W
y2×103
= 0.1248531.05×2.55787
+ 0.05973161.05×2.55787×103
=68.727N/mm2
68.727N/mm2
≤ f
a =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: U
max ≤L250
,且满足重力作用下U gmax ≤L500 ,U gmax ≤3mm
横梁承受分布线荷载作用时的最大荷载集度:
q
ku : 横梁上部面板所受组合荷载标准值为 0.072675kN/m
q
kd : 横梁下部面板所受组合荷载标准值为 0.072675kN/m
U
hu
: 横梁上部水平方向由组合荷载产生的弯曲:
U
hu =q
ku ×B h4 ×258 - 5×H
hu2×B
h2
+ 2×H
hu2×B
h4E×I
y ×240
=0.072675×1.484 ×258 - 5×0.952×1.482
+ 2×0.952×1.484206000×9.25733×240×108
=0.200456mm
U
hd
: 横梁下部水平方向由组合荷载产生的弯曲:
U
hd =q
kd ×B h4 ×258 - 5×H
hd2×B
h2
+ 2×H
hd2×B
h4E×I
y ×240
=0.072675×1.484 ×258 - 5×0.952×1.482
+ 2×0.952×1.484206000×9.25733×240×108
=0.200456mm
U
hg
: 自重作用产生的弯曲:
﹒第 22 页﹒
U
hg =5×G
hk ×B h4 ×10 8384×E×I
x
=5×0.38×1.484 ×10 8384×206000×9.25733
=1.24485mm ≤ 3mm
综合产生的弯曲为:
U=U
hu +U hd
=0.200456+0.200456
=0.400913mm
D
u =UB
h ×1000
=0.4009131.48×1000
=0.000270887 ≤ 1/250
D
g =U
hgB
h ×1000
=1.244851.48×1000
=0.000841113 ≤ 1/500
挠度满足要求 4、横梁的抗剪强度计算
校核依据: τ
max ≤125N/mm2
(1)Q: 组合荷载作用下横梁剪力设计值(kN)
q
u : 横梁上部组合荷载线荷载最大值: 0.126445kN/m
q
d : 横梁下部组合荷载线荷载最大值: 0.126445kN/m
B
h : 幕墙分格宽: 1.48m
需要分别计算横梁上下部分面板的组合荷载所产生的剪力设计值
横梁上部组合荷载线分布呈梯形分布
横梁下部组合荷载线分布呈梯形分布
Q
u =q u
× B
h2 × (1 - H
huB
h ×2)
﹒第 23 页﹒
=0.126445 × 1.482 × (1 - 0.951.48×2 )
=0.0635386kN
Q
d =q d
× B
h2 × (1 - H
hdB
h ×2)
=0.126445 × 1.482 × (1 - 0.951.48×2 )
=0.0635386kN (2)Q: 横梁所受剪力:
Q=Q
u +Q d
=0.0635386+0.0635386
=0.127077kN (3)τ: 横梁剪应力
S
sy : 横梁型材截面面积矩: 2.60596cm3
I
y : 横梁型材截面惯性矩: 9.25733cm4
t : 横梁抗剪壁厚: 4mm
τ
h =Q×S
sy ×100I
y ×t
(JGJ102-2003
6.2.5-2)
= 0.127077×2.60596×1009.25733×4
=0.894313N/mm2
τ
v =G
rh ×S s ×100I
z ×t
(JGJ102-2003
6.2.5-2)
=2.37475N/mm2
τ = ( τ
h2 +τ
v2 )
=2.53757N/mm2
2.53757N/mm2
≤ 125N/mm 2
横梁抗剪强度满足要求 五、机械锚栓计算 1、锚栓计算信息描述
竖向剪力 V: 剪力设计值:
V=4262.4N
﹒第 24 页﹒
水平剪力设计值 Vh = 0N
N: 法向力设计值:
N=443.223N
e2: 锚栓中心与锚板平面距离: 145mm
My: 弯矩设计值(N.mm):
My=V×e2
=4262.4×145
=618048N.mm
T: 扭矩设计值(N.mm): 0N.mm
当前计算锚栓类型: 膨胀型锚栓
锚栓材料类型: 不锈钢锚栓-A2-70
锚栓直径: 10mm
锚栓底板孔径: 11mm
锚栓处混凝土开孔直径: 12mm
锚栓有效锚固深度: 70mm
锚栓底部混凝土级别: 混凝土-C40
底部混凝土为开裂混凝土
底部混凝土基材厚度: 400mm
混凝土开裂及边缘配筋情况: 1
锚栓锚固区混凝土配筋描述: 其它情况 2、锚栓承受拉力计算
锚栓布置示意图如下:
1 23 470501005070550 5010050 550200200锚栓布置示意图
d :锚栓直径 10mm
df:锚栓底板孔径 11mm
在拉力和弯矩共同作用下,锚栓群有两种可能的受力形式。
首先假定锚栓群绕自身的中心进行转动,经过分析得到锚栓群形心坐标为[100,100],各锚栓到锚栓形心点的 Y 向距离平方之和为
∑y2 =10000
y 坐标最高的锚栓为 4 号锚栓,该点的 y 坐标为 150,该点到形心点的 y 向距离为
y1= 150-100 = 50mm
y 坐标最低的锚栓为 1 号锚栓,该点的 y 坐标为 50,该点到形心点的 y 向距离为
y2= 50-100 = -50mm
所以锚栓群的最大和最小受力为:
N
min =Nn
+ M×y2∑y2
﹒第 25 页﹒
= 443.2234 + 618048×(-50)10000
=-2979.43N
N
max =Nn
+ M×y1∑y2
= 443.2234 + 618048×(50)10000
=3201.05N
由于N
min <0,说明连接下部受压,在弯矩作用下构件绕最底排锚栓转动,此时,分析计算得到各锚栓到底排锚栓的 Y 向距离平方之和为
∑yd2 =20000
最高锚栓点到底排锚栓点的 y 向距离为
yd= 150-50 = 100mm
e:拉力作用点到锚栓群转动中心的距离为 50mm
锚栓所受最大拉力为
N
max =(M+N×e)×yd∑yd2
= (618048+443.223×50)×10020000
=3201.05N
在拉力和各弯矩共同作用下,各锚栓承受的拉力如下表:
编号 X Y N(G) N(Mv) N(Mv)×Cy N(Mh) N(Mh)×Cx N(∑) 1 50 50 0 0 0 - - 0 2 150 50 0 0 0 - - 0 3 50 150 3090.24 3201.05 480157 - - 3201.05 4 150 150 3090.24 3201.05 480157 - - 3201.05 ∑(N×Coord)/∑N=(100,150),受拉锚栓形心(100,150) 偏心距eNx=0
偏心距eNy=0,重力产生的拉力3090.24N
所有锚栓承受的拉力总和为 6402.09N 3、锚栓承受剪力计算
锚栓承受剪力按照破坏模式计算如下
1) 锚栓钢材破坏或混凝土剪撬破坏时
单独考虑竖向剪力作用,
V
y
:4262.4N
V
x
:0N
n
y :参与竖向剪力 V 受剪的锚栓数目为 4 个
n
x :参与水平剪力 V 受剪的锚栓数目为 4 个
﹒第 26 页﹒
V VSy
= V
yn
y
(JGJ145-2013 5.3.3-2)
= 4262.44
= -1065.6N
V VSx
= V
xn
x
(JGJ145-2013 5.3.3-1)
= 04
= 0N
所以锚栓群在剪力作用下,锚栓的最大剪力设计值为
V
Smax
= VVS
= 1065.6N
故V hsd
= V Smax
= 1065.6N
群锚总剪力设计值为V gsdx =0N,Vgsdy =-4262.4N,Vgsd =4262.4N
2) 混凝土边缘破坏时
根据边距分析可知,竖向剪力垂直于基材边缘,水平剪力平行于基材边缘
按照规范要求,垂直于基材边缘时,按照部分承受剪力设计,否则按照全部承受剪力设定
(JGJ145-2013 5.3.1.2)
n
y :参与竖向剪力 V 受剪的锚栓数目为 2 个
n
x :参与水平剪力 V 受剪的锚栓数目为 4 个
单个锚栓承受的竖向剪力为
V VSy
= V
yn
y
= 4262.42
=-2131.2N
V VSx
= V
xn
x
= 04
﹒第 27 页﹒
=0N
所以锚栓群在剪力作用下,锚栓的最大剪力设计值为
V
Smax
= VVS
= 2131.2N
...
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