玻璃护栏设计计算书.docx
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玻璃护栏设计计算书
北京XX中心
玻璃护栏
设计计算书
设计:
校对:
审核:
批准:
沈阳YY幕墙装饰工程有限公司
二〇〇九年五月十二日
1计算引用的规范、标准及资料1
1.1幕墙设计规范:
1
1.2建筑设计规范:
1
1.3铝材规范:
2
1.4金属板及石材规范:
2
1.5玻璃规范:
2
1.6钢材规范:
3
1.7胶类及密封材料规范:
3
1.8门窗及五金件规范:
4
1.9相关物理性能等级测试方法:
5
1.10《建筑结构静力计算手册》(第二版)5
1.11土建图纸:
5
2基本参数6
2.1栏杆所在地区:
6
2.2地面粗糙度分类等级:
6
2.3抗震烈度:
6
3栏杆承受荷载计算6
3.1风荷载标准值的计算方法:
6
3.2计算支撑结构时的风荷载标准值:
7
3.3计算面板材料时的风荷载标准值:
7
3.4垂直于栏杆平面的分布水平地震作用标准值:
7
3.5作用效应组合:
8
4护栏横杆计算8
4.1护栏横杆荷载计算:
9
4.2护栏横杆强度计算:
9
4.3护栏横杆挠度计算:
10
5护栏立杆计算10
5.1护栏立杆荷载计算:
11
5.2护栏立杆抗弯强度校核:
12
5.3护栏立杆挠度计算:
12
6栏杆玻璃的计算14
6.1玻璃板块荷载计算:
14
6.2玻璃的强度计算:
15
6.3玻璃最大挠度校核:
15
7附录常用材料的力学及其它物理性能17
玻璃护栏设计计算书
11计算引用的规范、标准及资料
11.1幕墙设计规范:
《铝合金结构设计规范》GB50429-2007
《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003
《点支式玻璃幕墙工程技术规程》CECS127-2001
《点支式玻璃幕墙支承装置》JG138-2001
《吊挂式玻璃幕墙支承装置》JG139-2001
《建筑玻璃应用技术规程》JGJ113-2003
《建筑瓷板装饰工程技术规范》CECS101:
98
《建筑幕墙》GB/T21086-2007
《金属与石材幕墙工程技术规范》JGJ133-2001
《小单元建筑幕墙》JG/T216-2008
11.2建筑设计规范:
《地震震级的规定》GB/T17740-1999
《钢结构防火涂料》GB14907-2002
《钢结构设计规范》GB50017-2003
《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2002
《高层民用建筑设计防火规范》GB50045-95(2005年版)
《高处作业吊蓝》GB19155-2003
《工程抗震术语标准》JGJ/T97-95
《工程网络计划技术规程》JGJ/T121-99
《混凝土结构后锚固技术规程》JGJ145-2004
《混凝土结构设计规范》GB50010-2002
《混凝土用膨胀型、扩孔型建筑锚栓》JG160-2004
《建筑表面用有机硅防水剂》JC/T902-2002
《建筑材料放射性核素限量》GB6566-2001
《建筑防火封堵应用技术规程》CECS154:
2003
《建筑钢结构焊接技术规程》JGJ81-2002
《建筑工程抗震设防分类标准》GB50223-2008
《建筑工程预应力施工规程》CECS180:
2005
《建筑结构荷载规范》GB50009-2001(2006年版、局部修订)
《建筑结构可靠度设计统一标准》GB50068-2001
《建筑抗震设计规范》GB50011-2001(2008年版)
《建筑设计防火规范》GB50016-2006
《建筑物防雷设计规范》GB50057-94(2000年版)
《冷弯薄壁型钢结构设计规范》GB50018-2002
《民用建筑设计通则》GB50352-2005
《预应力筋用锚具、夹具和连接器应用技术规程》JGJ85-2002
11.3铝材规范:
《变形铝及铝合金化学成份》GB/T3190-2008
《建筑用隔热铝合金型材-穿条式》JG/T175-2005
《建筑用铝型材、铝板氟碳涂层》JG/T133-2000
《铝合金建筑型材第1部分基材》GB5237.1-2008
《铝合金建筑型材第2部分阳极氧化、着色型材》GB5237.2-2008
《铝合金建筑型材第3部分电泳涂漆型材》GB5237.3-2008
《铝合金建筑型材第4部分粉末喷涂型材》GB5237.4-2008
《铝合金建筑型材第5部分氟碳漆喷涂型材》GB5237.5-2008
《铝合金建筑型材第6部分隔热型材》GB5237.6-2004
《铝及铝合金彩色涂层板、带材》YS/T431-2000
《一般工业用铝及铝合金板、带材》GB/T3880.1~3-2006
《铝型材截面几何参数算法及计算机程序要求》YS/T437-2000
《有色电泳涂漆铝合金建筑型材》YS/T459-2003
11.4金属板及石材规范:
《干挂饰面石材及其金属挂件》JC830.1、2-2005
《建筑装饰用微晶玻璃》JC/T872-2000
《建筑幕墙用瓷板》JG/T217-2007
《建筑装饰用搪瓷钢板》JG/T234-2008
《微晶玻璃陶瓷复合砖》JC/T994-2006
《超薄天然石材复合板》JC/T1049-2007
《铝幕墙板、板基》YS/T429.1-2000
《铝幕墙板、氟碳喷漆铝单板》YS/T429.2-2000
《建筑幕墙用铝塑复合板》GB/T17748-2008
《铝塑复合板用铝带》YS/T432-2000
《天然板石》GB/T18600-2001
《天然大理石荒料》JC/T202-2001
《天然大理石建筑板材》GB/T19766-2005
《天然花岗石荒料》JC/T204-2001
《天然花岗石建筑板材》GB/T18601-2001
《天然石材统一编号》GB/T17670-2008
《天然饰面石材术语》GB/T13890-2008
11.5玻璃规范:
《镀膜玻璃第1部分:
阳光控制镀膜玻璃》GB/T18915.1-2002
《镀膜玻璃第2部分:
低辐射镀膜玻璃》GB/T18915.2-2002
《防弹玻璃》GB17840-1999
《浮法玻璃》GB11614-1999
《夹层玻璃》GB/T9962-1999
《建筑用安全玻璃第2部分:
钢化玻璃》GB15763.2-2005
《建筑用安全玻璃防火玻璃》GB15763.1-2001
《幕墙用钢化玻璃与半钢化玻璃》GB17841-2008
《普通平板玻璃》GB4871-1995
《热弯玻璃》JC/T915-2003
《压花玻璃》JC/T511-2002
《中空玻璃》GB/T11944-2002
《着色玻璃》GB/T18701-2002
11.6钢材规范:
《建筑结构用冷弯矩形钢管》JG/T178-2005
《不锈钢棒》GB/T1220-2007
《不锈钢冷加工钢棒》GB/T4226-1984
《不锈钢冷轧钢板及钢带》GB/T3280-2007
《不锈钢热轧钢板及钢带》GB/T4237-2007
《不锈钢丝》GB/T4240-93
《建筑用不锈钢绞线》JG/T200-2007
《不锈钢小直径无缝钢管》GB/T3090-2000
《擦窗机》GB19154-2003
《彩色涂层钢板和钢带》GB/T12754-2006
《低合金钢焊条》GB/T5118-1995
《低合金高强度结构钢》GB/T1591-2008
《建筑幕墙用钢索压管接头》JG/T201-2007
《耐候结构钢》GB/T4171-2008
《高碳铬不锈钢丝》YB/T096—1997
《合金结构钢》GB/T3077-1999
《金属覆盖层钢铁制品热镀锌层技术要求》GB/T13912-2002
《冷拔异形钢管》GB/T3094-2000
《碳钢焊条》GB/T5117-1999
《碳素结构钢》GB/T700-2006
《碳素结构钢和低合金结构钢热轧薄钢板及钢带》GB/T912-2008
《碳素结构钢和低合金结构钢热轧厚钢板及钢带》GB/T3274-2007
《优质碳素结构钢》GB/T699-1999
《预应力筋用锚具、夹具和连接器》GB/T14370-2000
11.7胶类及密封材料规范:
《丙烯酸酯建筑密封膏》JC484-2006
《幕墙玻璃接缝用密封胶》JC/T882-2001
《彩色涂层钢板用建筑密封胶》JC/T884-2001
《丁基橡胶防水密封胶粘带》JC/T942-2004
《干挂石材幕墙用环氧胶粘剂》JC887-2001
《工业用橡胶板》GB/T5574-1994
《混凝土建筑接缝用密封胶》JC/T881-2001
《建筑窗用弹性密封剂》JC485-2007
《建筑密封材料试验方法》GB/T13477.1~20-2002
《建筑用防霉密封胶》JC/T885-2001
《建筑用硅酮结构密封胶》GB16776-2005
《建筑用岩棉、矿渣棉绝热制品》GB/T19686-2005
《建筑用硬质塑料隔热条》JG/T174-2005
《建筑装饰用天然石材防护剂》JC/T973-2005
《聚氨酯建筑密封胶》JC/T482-2003
《聚硫建筑密封胶》JC/T483-2006
《绝热用岩棉、矿棉及其制品》GB/T11835-2007
《硫化橡胶或热塑性橡胶撕裂强度的测定》GB/T529-1999
《石材用建筑密封胶》JC/T883-2001
《橡胶袖珍硬度计压入硬度试验方法》GB/T531-1999
《修补用天然橡胶胶粘剂》HG/T3318-2002
《中空玻璃用弹性密封胶》JC/T486-2001
《中空玻璃用丁基热熔密封胶》JC/T914-2003
11.8门窗及五金件规范:
《封闭型沉头抽芯铆钉》GB/T12616-2004
《封闭型平圆头抽芯铆钉》GB/T12615-2004
《紧固件螺栓和螺钉》GB/T5277-1985
《紧固件公差螺栓、螺钉、螺柱和螺母》GB/T3103.1-2002
《紧固件机械性能不锈钢螺母》GB/T3098.15-2000
《紧固件机械性能不锈钢螺栓、螺钉、螺柱》GB/T3098.6-2000
《紧固件机械性能抽芯铆钉》GB/T3098.19-2004
《紧固件机械性能螺母、粗牙螺纹》GB/T3098.2-2000
《紧固件机械性能螺母、细牙螺纹》GB/T3098.4-2000
《紧固件机械性能螺栓、螺钉和螺柱》GB/T3098.1-2000
《紧固件机械性能自攻螺钉》GB/T3098.5-2000
《紧固件术语盲铆钉》GB/T3099-2004
《铝合金门窗》GB/T8478-2008
《螺纹紧固件应力截面积和承载面积》GB/T16823.1-1997
《十字槽盘头螺钉》GB/T818-2000
《地弹簧》QB/T2697-2005
《铝合金门插锁》QB/T3885-1999
《平开铝合金窗把手》QB/T3886-1999
《铝合金撑挡》QB/T3887-1999
《铝合金窗不锈钢滑撑》QB/T3888-1999
《铝合金门窗拉手》QB/T3889-1999
《铝合金窗锁》QB/T3900-1999
《铝合金门锁》QB/T3901-1999
《推拉铝合金门用滑轮》QB/T3902-1999
《闭合器》QB/T3893-1999
《外装门锁》QB/T2473-2000
《弹子插芯门锁》GB/T2474-2000
《叶片门锁》QB/T2475-2000
《球型门锁》QB/T2476-2000
《铜合金铸件》GB/T13819-1992
《锌合压铸件》GB/T13821-1992
《铝合金压铸件》GB/T15114-1994
《铸件尺寸公差与机械加工余量》QB/T6414-1999
《建筑门窗五金件插销》JG214-2007
《建筑门窗五金件传动机构用执手》JG124-2007
《建筑门窗五金件旋压执手》JG213-2007
《建筑门窗五金件合页(铰链)》JG125-2007
《建筑门窗五金件传动锁闭器》JG126-2007
《建筑门窗五金件滑撑》JG127-2007
《建筑门窗五金件滑轮》JG129-2007
《建筑门窗五金件多点锁闭器》JG215-2007
《建筑门窗五金件撑挡》JG128-2007
《建筑门窗五金件通用要求》JG212-2007
《建筑门窗五金件单点锁闭器》JG130-2007
《建筑门窗内平开下悬五金系统》JG168-2004
《钢塑共挤门窗》JG207-2007
《电动采光排烟窗》JG189-2006
11.9相关物理性能等级测试方法:
《玻璃幕墙工程质量检验标准》JGJ/T139-2001
《玻璃幕墙光学性能》GB/T18091-2000
《采暖居住建筑节能检验标准》JGJ132-2001
《彩色涂层钢板和钢带试验方法》GB/T13448-2006
《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205-2001
《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB50204-2002
《建筑防水材料老化试验方法》GB/T18244-2000
《建筑幕墙气密、水密、抗风压性能检测方法》GB/T15227-2007
《建筑幕墙抗震性能振动台试验方法》GB/T18575-2001
《建筑幕墙平面内变形性能检测方法》GB/T18250-2000
《建筑外门窗保温性能分级及检测方法》GB/T8484-2008
《建筑外窗采光性能分级及检测方法》GB/T11976-2002
《建筑门窗空气隔声性能分级及检测方法》GB/T8485-2008
《建筑外门窗气密、水密、抗风压性能分级及检测方法》GB/T7106-2008
《建筑装饰装修工程施工质量验收规范》GB50210-2001
《金属材料室温拉伸试验方法》GB/T228-2002
11.10《建筑结构静力计算手册》(第二版)
11.11土建图纸:
12基本参数
12.1栏杆所在地区:
北京地区;
12.2地面粗糙度分类等级:
栏杆属于外围护构件,按《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001)
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;
依照上面分类标准,本工程按C类地形考虑。
12.3抗震烈度:
根据国家规范《建筑抗震设计规范》(GB50011-20012008版),北京地区地震基本烈度为8度,地震动峰值加速度为0.2g,水平地震影响系数最大值为:
αmax=0.16。
13栏杆承受荷载计算
13.1风荷载标准值的计算方法:
栏杆属于外围护构件,按建筑结构荷载规范(GB50009-20012006年版)计算:
wk=βgzμzμs1w0……2006年版]
上式中:
wk:
作用在栏杆上的风荷载标准值(MPa);
Z:
计算点标高:
60m;
βgz:
瞬时风压的阵风系数;
根据不同场地类型,按以下公式计算(高度不足5m按5m计算):
βgz=K(1+2μf)
其中K为地面粗糙度调整系数,μf为脉动系数
A类场地:
βgz=0.92×(1+2μf)其中:
μf=0.387×(Z/10)-0.12
B类场地:
βgz=0.89×(1+2μf)其中:
μf=0.5(Z/10)-0.16
C类场地:
βgz=0.85×(1+2μf)其中:
μf=0.734(Z/10)-0.22
D类场地:
βgz=0.80×(1+2μf)其中:
μf=1.2248(Z/10)-0.3
对于C类地形,60m高度处瞬时风压的阵风系数:
βgz=0.85×(1+2×(0.734(Z/10)-0.22))=1.6913
μz:
风压高度变化系数;
根据不同场地类型,按以下公式计算:
A类场地:
μz=1.379×(Z/10)0.24
当Z>300m时,取Z=300m,当Z<5m时,取Z=5m;
B类场地:
μz=(Z/10)0.32
当Z>350m时,取Z=350m,当Z<10m时,取Z=10m;
C类场地:
μz=0.616×(Z/10)0.44
当Z>400m时,取Z=400m,当Z<15m时,取Z=15m;
D类场地:
μz=0.318×(Z/10)0.60
当Z>450m时,取Z=450m,当Z<30m时,取Z=30m;
对于C类地形,60m高度处风压高度变化系数:
μz=0.616×(Z/10)0.44=1.3551
μs1:
局部风压体型系数;
按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001(2006年版),本处护栏结构的体型系数μs1
(1)为1.3。
另注:
上述的局部体型系数μs1
(1)是适用于围护构件的从属面积A小于或等于1m2的情况,当围护构件的从属面积A大于或等于10m2时,局部风压体型系数μs1(10)可乘以折减系数0.8,当构件的从属面积小于10m2而大于1m2时,局部风压体型系数μs1(A)可按面积的对数线性插值,即:
μs1(A)=μs1
(1)+[μs1(10)-μs1
(1)]logA
在上式中:
当A≥10m2时取A=10m2;当A≤1m2时取A=1m2;
w0:
基本风压值(MPa),根据现行<<建筑结构荷载规范>>GB50009-2001附表D.4(全国基本风压分布图)中数值采用,但不小于0.3KN/m2,按重现期50年,北京地区取0.00045MPa;
13.2计算支撑结构时的风荷载标准值:
计算支撑结构时的构件从属面积:
A=1×1.5=1.5m2
LogA=0.176
μs1(A)=μs1
(1)+[μs1(10)-μs1
(1)]logA
=1.254
wk=βgzμzμs1w0
=1.6913×1.3551×1.254×0.00045
=0.001293MPa
13.3计算面板材料时的风荷载标准值:
计算面板材料时的构件从属面积:
A=0.6×1.5=0.9m2
LogA=0
μs1(A)=μs1
(1)+[μs1(10)-μs1
(1)]logA
=1.3
wk=βgzμzμs1w0
=1.6913×1.3551×1.3×0.00045
=0.001341MPa
13.4垂直于栏杆平面的分布水平地震作用标准值:
qEAk=βEαmaxGk/A……
qEAk:
垂直于栏杆平面的分布水平地震作用标准值(MPa);
βE:
动力放大系数,取5.0;
αmax:
水平地震影响系数最大值,取0.16;
Gk:
栏杆构件的重力荷载标准值(N);
A:
栏杆构件的面积(mm2);
13.5作用效应组合:
荷载和作用效应按下式进行组合:
S=γGSGk+ψwγwSwk+ψEγESEk……
上式中:
S:
作用效应组合的设计值;
SGk:
重力荷载作为永久荷载产生的效应标准值;
Swk、SEk:
分别为风荷载,地震作用作为可变荷载产生的效应标准值;
γG、γw、γE:
各效应的分项系数;
ψw、ψE:
分别为风荷载,地震作用效应的组合系数。
上面的γG、γw、γE为分项系数,按
进行栏杆构件强度、连接件和预埋件承载力计算时:
重力荷载:
γG:
1.2;
风荷载:
γw:
1.4;
地震作用:
γE:
1.3;
进行挠度计算时;
重力荷载:
γG:
1.0;
风荷载:
γw:
1.0;
地震作用:
可不做组合考虑;
上式中,风荷载的组合系数ψw为1.0;
地震作用的组合系数ψE为0.5;
14护栏横杆计算
基本参数:
1:
计算点标高:
60m;
2:
力学模型:
简支梁;
3:
横杆跨度:
W=1500mm;
4:
护栏用途:
住宅、宿舍、办公楼、旅馆、医院、托儿所、幼儿园;
5:
横杆材料及特性:
杆件材料:
Q235;
抗弯强度:
215MPa;
荷载方向(水平)惯性矩:
24000mm4;
荷载方向(水平)抵抗矩:
1600mm3;
横杆截面面积:
254.5mm2;
本处横杆按简支梁力学模型进行设计计算,实际栏杆结构示意图如下:
上图参数:
A=100mm
B=150mm
C=100mm
D=600mm
E=150mm
L=1000mm
W=1500mm
14.1护栏横杆荷载计算:
按规范GB50189-2001第
住宅、宿舍、办公楼、旅馆、医院、托儿所、幼儿园取0.5KN/m的均布荷载;
学校、食堂、剧场、电影院、车站、礼堂、展览馆、体育场取1.0KN/m的均布荷载;
本工程中考虑qk1=0.5N/mm的均布荷载标准值。
14.2护栏横杆强度计算:
(1)横杆在荷载作用下的弯矩计算值:
M:
弯矩计算值(N·mm);
q:
横杆上作用的均布荷载计算值(N/mm);
L:
横杆跨度(mm);
M=q1W2/8
=1.4×qk1W2/8
=1.4×0.5×15002/8
=196875N·mm
(2)抗弯强度校核:
按简支梁抗弯强度公式,应满足:
M/γWn≤f
上式中:
M:
弯矩计算值(N·mm);
Wn:
在弯矩作用方向的净截面抵抗矩(mm3);
γ:
塑性发展系数:
对于非铝合金龙骨,参照JGJ133或JGJ102规范,取1.05;
对于铝合金龙骨,参照最新《铝合金结构设计规范》GB50429-2007,取1.00;
此处取:
γ=1.05;
f:
横杆的抗弯强度计算值,取215MPa;
则:
M/γWn=196875/1.05/1600
=117.188MPa≤215MPa
横杆的抗弯强度满足要求。
14.3护栏横杆挠度计算:
I:
横杆惯性矩:
24000mm4
E:
钢材的弹性模量,为206000mm4
qk1:
横杆上作用的均布荷载(N/mm);
实际挠度计算值为:
df=5qk1W4/384EI
=5×0.5×15004/384/206000/24000
=6.666mm
而df,lim=1500/250
=6mm
所以横杆的挠度不满足设计要求!
15护栏立杆计算
基本参数:
1:
计算点标高:
60m;
2:
力学模型:
悬臂梁;
3:
立杆跨度:
L=1000mm;
4:
玻璃连接形式:
四点驳接;
5:
立杆材料及特性:
杆件材料:
Q235
抗弯强度:
215MPa
荷载方向惯性矩:
218000mm4
荷载方向抵抗矩:
7300mm3
立杆截面面积:
537.2mm2
本处立杆按悬臂梁力学模型进行设计计算。
15.1护栏立杆荷载计算:
(1)横杆传递的作用力:
P=q1W
=1.4×qk1W
=1.4×0.5×1500
=1050N
(2)玻璃板
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