计算书

第一章、计算依据及说明

 一、工程概况说明

工程名称：***幕墙工程

工程所在地：北京

工程所属建筑物地区类别：C类地形

工程所在地区抗震设防烈度：8度

工程所在地区地震设防分类：标准设防类

工程基本风压：0.00045N/mm²

工程基本雪压：0.0004N/mm²

本计算书由——幕墙易云计算生成（目前唯一免费生成完整计算书计算软件）。

 二、设计依据

1 相关规范

1.1 幕墙设计规范

《建筑结构静力计算手册》（第二版）

1.4 土建图纸：

2 基本计算公式

2.1 场地类别划分：

地面粗糙度可分为A、B、C、D四类：

　  —  A类指近海海面和海岛、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和城市郊区；

　  —  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。

2.2 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规定采用，垂直于建筑物表面上的风荷载标准值，应按下述公式计算：

当计算主要承重结构时

　　　          （GB50009-2012   8.1.1-1）

当计算围护结构时

　　　         （GB50009-2012   8.1.1-2）

式中：

　　—— 垂直作用在幕墙表面上的风荷载标准值（N/mm²）；

　　—— 高度Z处的阵风系数,按《建筑结构荷载规范》GB50009-2012第8.6.1条文说明中公式取定。

根据不同场地类型,按以下公式计算：

　   其中g为峰值因子，取值2.5，α为地面粗糙度指数，为10m高名义湍流度。经简化得：

　   A类场地：

　   B类场地：

　   C类场地：

　   D类场地：

　　—— 风压高度变化系数,按《建筑结构荷载规范》GB50009-2012第8.2.1条文说明中公式取定。

根据不同场地类型,按以下公式计算：

　   A类场地：

　   B类场地：

　   C类场地：

　   D类场地：

　　—— 局部风压体形系数，按《建筑结构荷载规范》GB50009-2012第8.3.3条验算围护构件及其连接的强度时，可按下列规定采用局部风压体型系数：

外表面

1） 正压区　        按表8.3.1-1采用；

2） 负压区

　  —  对墙面，　    取-1.0

　  —  对墙角边，　  取-1.4

内表面

1） 封闭式建筑物，按其外表面风压的正负情况取-0.2或0.2；

2） 仅一面墙有主导洞口的建筑物：

　  —  当开洞率大于0.02且小于或等于0.10时，取；

　  —  当开洞率大于0.10且小于或等于0.30时，取；

　  —  当开洞率大于0.30时，取；

3） 其它情况，应按开放式建筑物的取值；

　   注：1：主导洞口的开洞率是指单个主导洞口与该墙面全部面积之比；

　　       2：应取主导洞口对应位置的值；

　   计算非直接承受风荷载的维护构件风荷载时，按《建筑结构荷载规范》GB50009-2012第8.3.4条，局部体形系数可按构件的从属面积折减，折减系数按下列规定采用：

1） 当从属面积不大于1m²时，折减系数取1.0；

2） 当从属面积大于或等于25m²时，对墙面折减系数取0.8，对局部体形系数绝对值大于1.0的屋面区域折减系数取0.6，对其他屋面区域折减系数取1.0；

3） 当从属面积大于1m²小于25m²时，墙面和绝对值大于1.0的屋面局部体形系数可采用对数插值，即按下式计算局部体形系数：

　　—— 基本风压，按《建筑结构荷载规范》GB50009-2012附表E.5给出的风压采用，但不得小于0.3 N/mm²。

2.3 地震作用计算：

式中：

　　—— 水平地震作用标准值

　　—— 动力放大系数,按 5.0 取定

　　—— 水平地震影响系数最大值，根据相应抗震设防烈度和设计基本地震加速度。

　　—— 幕墙构件的自重（N/m²）

　   按照《建筑抗震设计规范》GB50011-2010表5.1.4-1采用.

水平地震影响系数最大值

　   1. 特殊设防类，应按高于本地区抗震设防烈度提高一度的要求加强其抗震措施；但抗震设防烈度为9度时应按比9度更高的要求采取抗震措施。同时，应按批准的地震安全性评价的结果且高于本地区抗震设防烈度的要求确定其地震作用。简称甲类。

　   2. 重点设防类，应按高于本地区抗震设防烈度一度的要求加强其抗震措施；但抗震设防烈度为9度时应按比9度更高的要求采取抗震措施；地基基础的抗震措施，应符合有关规定。同时，应按本地区抗震设防烈度确定其地震作用。简称乙类。

　   3. 标准设防类，应按本地区抗震设防烈度确定其抗震措施和地震作用，达到在遭遇高于当地抗震设防烈度的预估罕遇地震影响时不致倒塌或发生危及生命安全的严重破坏的抗震设防目标。简称丙类。

　   4. 适度设防类，允许比本地区抗震设防烈度的要求适当降低其抗震措施，但抗震设防烈度为6度时不应降低。一般情况下，仍应按本地区抗震设防烈度确定其地震作用。简称丁类。

2.4 作用效应组合：

一般规定，幕墙结构构件应按下列规定验算承载力和挠度：

　   a. 无地震作用效应组合时，承载力应符合下式要求：

　   b. 有地震作用效应组合时，承载力应符合下式要求：

式中：

　　—— 荷载效应按基本组合的设计值；

　　—— 地震作用效应和其他荷载效应按基本组合的设计值；

　　—— 构件强度设计值；

　　—— 结构构件重要性系数，应取不小于1.0；

　　—— 结构构件承载力抗震调整系数，应取1.0；

　   c. 挠度应符合下式要求：

　　—— 构件在风荷载标准值或永久荷载标准值作用下产生的挠度值；

　　—— 构件挠度限值；

　   d. 双向受弯的杆件，两个方向的挠度应分别符合的规定。

幕墙构件承载力极限状态设计时，其作用效应的组合应符合下列规定：

　   1. 有地震作用效应组合时，应按下式进行：

　   2. 无地震作用效应组合时，应按下式进行：

　　—— 作用效应组合的设计值；

　　—— 永久荷载效应标准值；

　　—— 风荷载效应标准值；

　　—— 地震作用效应标准值；

　　—— 永久荷载分项系数；

　　—— 风荷载分项系数；

　　—— 地震作用分项系数；

　　—— 风荷载的组合值系数；

　　—— 地震作用的组合值系数；

进行幕墙构件的承载力设计时，作用分项系数，按下列规定取值：

　   ①一般情况下，永久荷载、风荷载和地震作用的分项系数、、应分别取1.2、1.4和1.3；

　   ②当永久荷载的效应起控制作用时，其分项系数应取1.35；此时，参与组合的可变荷载效应仅限于竖向荷载效应；

　   ③当永久荷载的效应对构件有利时，其分项系数的取值不应大于1.0。

可变作用的组合系数应按下列规定采用：

　   ①一般情况下，风荷载的组合系数应取1.0，地震作用于的组合系数应取0.5。

　   ②对水平倒挂玻璃及框架，可不考虑地震作用效应的组合，风荷载的组合系数应取1.0（永久荷载的效应不起控制作用时）或0.6（永久荷载的效应起控制作用时）。

　   幕墙构件的挠度验算时，风荷载分项系数和永久荷载分项系数均应取1.0，且可不考虑作用效应的组合。

3 材料性能

材料力学性能，主要参考《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ 102-2003。

1） 玻璃的强度设计值应按表5.2.1的规定采用。

表5.2.1  玻璃的强度设计值 fg（N/mm²）

表4.3.4  铝合金型材的强度设计值fa（N/mm²）

表5.3.2  单层铝合金板强度设计值（N/mm²）

表5.2.3  热轧钢材的强度设计值fs（N/mm²）

表4.2.1 冷成型薄壁型钢的强度设计值（N/mm²）

表B.0.1-1  螺栓连接的强度设计值（N/mm²）

表B.0.1-3  焊缝的强度设计值（N/mm²）

表5.2.8  材料的弹性模量 E（N/mm²）

表5.2.9  材料的泊松比υ

表5.2.10  材料的线膨胀系数α(1/℃)

表5.3.1  材料的重力密度γg（kN/m³)

 一、吊顶结构荷载计算

1 吊顶结构承受的水平风荷载计算

　   按现行国家标准《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）附表 E.5（全国各城市的雪压和风压值表）可知：北京地区，按50年重现期，取基本风压值为：

　   该幕墙工程的计算标高为：100 m，地面粗糙度类别为：C类地形类。按现行国家标准《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）可得：

　   阵风系数：

　   风压高度变化系数：

2 荷载作用说明

　   金属板吊顶承受的荷载包括：自重、风荷载。

1） 自重：包括玻璃、杆件、连接件、附件等的自重：

　   对于金属板吊顶结构，单位自重可近似取0.0004N/mm²

2） 风荷载：是垂直作用于吊顶表面的荷载，按GB50009采用；

　   对于吊顶结构，按《建筑结构荷载规范》风荷载体型系数取-2，因为一定范围内的负压对结构是有利的！因此实际计算的时候还要考虑零风压的情况；

　   在计算风荷载时，同时参考JGJ255-2012《采光顶与金属屋面技术规程》5.3.1中规定，风荷载负压标准值不应小于0.001N/m²，正压标准值不应小于O.0005N/m²。

3 风荷载标计算

1） 标准值

　   对于吊顶结构来说，无需按从属面积折减，直接计算荷载即可：

　　—— 负风压情况下的风荷载标准值；

2） 设计值

　　—— 负风压情况下的风荷载设计值；

　　—— 负风压情况下的风荷载标准值；

4 恒载计算

　　—— 吊顶构件在不考虑风荷载作用情况下的自重荷载设计值（N/mm²）；

　　—— 吊顶结构平均自重取0.0004N/mm²；

　　—— 吊顶构件在考虑风荷载作用情况下的自重荷载设计值（N/mm²）；

5 计算荷载组合

1） 吊顶构件在不考虑风荷载作用情况下的荷载组合

　　—— 不考虑风荷载作用情况的荷载标准值（N/mm²）；

　　—— 不考虑风荷载作用情况的荷载设计值（N/mm²）；

　   在这种情况下仅取自重荷载，此外无其它荷载，因此：

2） 吊顶构件在考虑风荷载作用情况下的荷载组合

　　—— 考虑风荷载作用情况的荷载标准值（N/mm²）；

　　—— 考虑风荷载作用情况的荷载设计值（N/mm²）；

　   在这种情况下取自重荷载及风荷载组合，因此：

6 吊顶构件计算选用的荷载组合

　  对比和，可以看到有风荷载作用状态是结构的最不利情况，结构计算应该以此进行。

 二、铝单板的选用与校核

1 基本参数

　   （1）板块分格尺寸：a×b=1000mm×1800mm；

　   （2）铝单板厚度：t=2.5mm；

模型简图为：

2 铝单板荷载计算

1） 板块自重：

　　—— 板块单位面积自重 （N/mm²）；

　　；

2） 板块荷载组合：

　   根据龙骨部分计算得知结构中最危险的情况是：有风荷载作用状态，该状态下金属板所受总荷载为：

　　—— 金属板所受荷载标准值（N/mm²）；

　   q —— 金属板所受荷载设计值（N/mm²）；

3 A板的强度校核

校核依据：

　　　       （JGJ133-2001  5.4.3）

式中：

　   σ —— 板块在组合荷载作用下的板中最大应力设计值 （N/mm²）；

　   m —— 铝单板弯矩系数，按边长比a/b查表，得m = 0.0954；

　   q —— 作用在幕墙上的荷载组合设计值 （N/mm²）；

　   a —— 铝单板分格的短边边长 （mm）；

　   b —— 铝单板分格的长边边长 （mm）；

　   η —— 铝单板的折减系数；

　   t —— 铝单板的厚度 （mm）；

　   f —— 铝单板抗弯强度 （N/mm²）；

　   首先按下面公式计算θ值：

　　　     （JGJ133-2001  5.4.3-3）

式中：

　   θ —— 计算参数；

　　—— 作用在板块上的荷载组合标准值 （N/mm²）；

　   a —— 铝单板分格的短边长度 （mm）；

　   E —— 铝单板的弹性模量 （N/mm²）；

　   t —— 铝单板的厚度 （mm）；

　   按系数θ，查表[JGJ133-2001]5.4.3，η = 0.4；

　   板块强度不满足要求！

4 A板的挠度校核

校核依据：

　　　     （JGJ102-2003  6.1.3-2）

式中：

　   df—— 铝单板挠度计算值 （mm）；

　   η —— 铝单板挠度的折减系数，按查表，为0.4 ；

　   μ —— 铝单板挠度系数，按边长比a/b查表，得μ = 0.00932；

　　—— 荷载标准值组合（N/mm²）

　   a —— 短边尺寸（mm）；

　   D —— 弯曲刚度(N·mm)；

　　—— 许用挠度，取短边长的1/60，为16.667mm；

其中：

　　　    （JGJ102-2003  6.1.3-1）

式中：

　   E —— 铝单板的弹性模量 （N/mm²）；

　   t —— 铝单板的厚度（mm）；

　   υ —— 铝单板材料泊松比，为0.3；

　   板块挠度不满足要求！

 三、吊顶主龙骨的计算

1 基本参数：

　   （1）主龙骨跨度：L = 3000 mm；

　   （2）分格宽度：B = 1500 mm；

　   （3）材料名称：钢管，Q235(热轧型钢)；

　             截面惯性矩：520000 mm⁴；

　             截面抗弯矩：7300 mm³；

　   吊顶的主龙骨采用简支梁模型分析内力，并按拉弯构件验算截面强度。

2 主龙骨的强度计算

校核依据：

　   f —— 选择的主龙骨材料的强度设计值（N/mm²）；

　   W —— 材料的截面抗弯矩（mm³）

　   M —— 主龙骨弯矩设计值（N•mm）；

　   γ —— 塑性发展系数：

　   对于冷弯薄壁型钢龙骨，按《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB 50018-2002，取1.00；

　   对于热轧型钢龙骨，按JGJ133或JGJ102规范,取1.05；

　   对于铝合金龙骨，按最新《铝合金结构设计规范》GB 50429-2007，取1.00；

　   q —— 作用在吊顶表面的线荷载设计值组合（N/mm）；

　　—— 最不利状态的荷载设计值组合（N/mm²）；

　   B —— 分格宽度（mm）；

　   L —— 龙骨跨度长度（mm）；

　   主龙骨抗弯强度不满足要求！

3 主龙骨的挠度计算

校核依据：

　　—— 主龙骨的挠度计算值（mm）；

　　—— 材料的挠度限值，对钢材取跨度的1/250，对铝材取跨度的1/180；

　   E —— 材料的弹性模量（N/mm²）；

　   I —— 材料的惯性矩（mm⁴）；

　   L —— 主龙骨跨度（mm）；

　　—— 作用在吊顶表面的线荷载标准值组合（N/mm）；

　　—— 最不利状态的荷载标准值组合；

　   主龙骨挠度不满足要求！

 四、吊顶副龙骨的计算

1 基本参数：

　   （1）分格宽度：B = 1500 mm；

　   （2）分格高度：H = 1500 mm；

　   （3）材料名称：钢管，Q235(热轧型钢)；

　             截面惯性矩：100000 mm⁴；

　             截面抗弯矩：100000 mm³；

　   由于B≤H，本处采用三角形荷载分布，简图如下：

2 副龙骨的强度计算

校核依据：

　   f —— 选择的副龙骨材料的强度设计值（N/mm²）；

　   W —— 材料的截面抗弯矩（mm³）

　   M —— 副龙骨弯矩设计值（N•mm）；

　   γ —— 塑性发展系数：

　   对于冷弯薄壁型钢龙骨，按《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB 50018-2002，取1.00；

　   对于热轧型钢龙骨，按JGJ133或JGJ102规范,取1.05；

　   对于铝合金龙骨，按最新《铝合金结构设计规范》GB 50429-2007，取1.00；

　   q —— 作用在吊顶表面的线荷载设计值组合（N/mm）；

　　—— 最不利状态的荷载设计值组合；

　　（Q235(热轧型钢)）

　   副龙骨的抗弯强度满足要求！

3 副龙骨的挠度计算

校核依据：

　　　       （三角形荷载）

　　—— 主龙骨的挠度计算值（mm）

　　—— 材料的挠度限值，对钢材取跨度的1/250，对铝材取跨度的1/180；

　　—— 作用在吊顶表面的线荷载标准值组合（N/mm）；

　　—— 最不利状态的荷载标准值组合；

　   E —— 材料的弹性模量（N/mm²）；

　   I —— 材料的惯性矩（mm⁴）；

　   副龙骨挠度满足要求！下载本文