框支承采光顶玻璃设计计算书.doc

框支承采光顶玻璃设计计算书 工程所在地：兰州，地区类型：C ，采光顶标高 = 5.0m .设计依据: 建筑结构可靠度设计统一标准 GB 50068-2001 建筑结构荷载规范 GB 50009-2012 建筑抗震设计规范 GB 50011-2010 混凝土结构设计规范 GB 50010-2002 钢结构设计规范 GB 50017-2003 铝合金建筑型材 第1部分：基材 GB/T 5237.1-2008 铝合金建筑型材 第2部分：阳极氧化型材 GB 5237.2-2008 平板玻璃 GB 11614-2009 半钢化玻璃 GB/T 17841-2008 建筑用安全玻璃 第2部分： 钢化玻璃 GB 15763.2-2005 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 紧固件机械性能 螺栓、螺钉和螺柱 GB 3098.1-2000 紧固件机械性能 螺母 粗牙螺纹 GB 3098.2-2000 紧固件机械性能 自攻螺钉 GB 3098.5-2000 紧固件机械性能 不锈钢螺栓、螺钉和螺柱 GB 3098.6-2000 紧固件机械性能 不锈钢螺母 GB 3098.15-2000 建筑结构静力计算手册 (第二版) 现代建筑装饰-铝合金玻璃幕墙与玻璃采光顶.设计方法和指标: 本工程设计采用概率极限状态设计法,根据GB50009-2012规定 各种载荷的分项系数如下： 1.永久载荷分项系数rg： 1)当其效应对结构不利时 对由可变荷载效应控制的组合，应取1.2； 对由永久荷载效应控制的组合，应取1.35； 2)当其效应对结构有利时 一般情况下应取1.0； 对结构的倾覆、滑移或漂浮验算，应取0.9。 2.可变荷载的分项系数： 一般情况下应取1.4； 对标准值大于4kN/m2的工业房屋楼面结构的活荷载应取1.3。 对于某些特殊情况，可按建筑结构有关设计规范的规定确定。 在设计中采用可变荷载效应控制的组合，各项的分项系数取值如下 永久载荷分项系数rg为： 1.2 风载荷分项系数rw为： 1.4 雪载荷分项系数rs为： 1.4 活载荷分项系数rq为： 1.3 在设计中采用永久荷载效应控制的组合，各项的分项系数取值如下 永久载荷分项系数rg为： 1.35 风载荷分项系数rw为： 1.4 雪载荷分项系数rs为： 1.4 活载荷分项系数rq为： 1.3 3.采光顶顶标高Z： A类地区，在5米以下按5米计算，300以上按300算； B类地区，在10米以下按10米计算，350以上按350算； C类地区，在15米以下按15米计算，450以上按450算； D类地区，在30米以下按30米计算，550以上按550算；一、采光顶承受荷载计算 1. 风荷载标准值计算: Wk: 作用在采光顶上的风荷载标准值(kN/m2) W0 : 兰州50年一遇的风压基本值: 0.300kN/m2 根据现行GB50009-2012取值 gz: 瞬时风压的阵风系数，根据校核处标高取定。 gz: 5.0m高处阵风系数(按C类区计算): (GB50009-2012) gz=1+1.15(Z/10)-0.22=2.050 (15米以下按15米计算) z: 5.0m高处风压高度变化系数(按C类区计算): (GB50009-2012) z=0.544(Z/10)0.44 (C类区，在15米以下按15米计算) =0.544(15.0/10)0.44=0.650 s: 风荷载体型系数: 1.600 Wk=gzzsW0 (5.2.2) =2.0500.6501.6000.300 =0.640 kN/m2 因为Wk=1.0kN/m2,取Wk=1.000 kN/m22. 风荷载设计值: W: 风荷载设计值(kN/m2) rw: 风荷载作用效应的分项系数：1.4 按铝门窗幕墙技术资料汇编(一)表3-1 各种荷载分顶系数采用 W=rwWk=1.41.000=1.400kN/m23. 雪载荷标准值计算: Sk: 作用在采光顶上的雪荷载标准值(kN/m2) S0: 基本雪压,兰州50年一遇最大积雪的自重: 0.150kN/m2 根据现行GB50009-2012取值 r: 屋面积雪分布系数为 1.000 根据GB50009-2012公式7.1.1屋面雪载荷按下式计算 Sk=rS0 =1.0000.150 =0.150kN/m24. 雪载荷设计值计算: S: 雪载荷设计值(kN/m2) rs: 雪载荷分项系数为 1.4 按铝门窗幕墙技术资料汇编(一)表3-1 各种荷载分顶系数采用 S=rsSk =1.40.150 =0.210kN/m25.采光顶玻璃自重荷载设计值计算: G1、G2: 采光顶玻璃自重荷载设计值(kN/m2) Gk: 采光顶玻璃自重标准值为0.461kN/m2 rg: 恒载荷分项系数，在可变载荷效应控制的组合中，取1.2；在永久载荷效应控制的组合中，取1.35。 按铝门窗幕墙技术资料汇编(一)表3-1 各种荷载分顶系数采用 (1)由可变载荷效应起控制作用时: G1=rgGk =1.20.461 =0.553kN/m2 (2)由永久载荷效应起控制作用时: G2=rgGk =1.350.461 =0.622kN/m26. 采光顶坡面活荷载设计值计算: Q: 采光顶坡面活载荷设计值(kN/m2) rq: 活载荷分项系数为1.3 Qk: 采光顶坡面活载荷标准值为0.500kN/m2 Q=rqQk =1.30.500 =0.650kN/m27. 采光顶玻璃计算中最不利荷载组合确定: 计算采光顶玻璃和结构应力时的载荷组合(沿坡面分布) 根据GB50009-2012规定(见第3章3.2节),计算载荷如下:(在载荷组合中，雪载荷与活载荷二者只取较大者参与组合) 由以上计算可知：SQ，故在载荷组合中考虑活载荷，雪载荷不予考虑。 (1)由可变载荷效应控制的组合:1)计算恒载荷+风载荷+活载荷组合: 计算荷载为恒载荷+风载荷+活载荷组合: W: 风载荷设计值1.400kN/m2 G1: 采光顶结构平均自重设计值为0.553kN/m2 Q: 活载荷设计值为0.650kN/m2 : 采光顶坡面水平夹角为35.000 Zk1: 载荷组合之一(kN/m2) Zk1=(G1+W)1/cos+0.7Qcos =(0.553+1.400)1/cos35.000+0.70.650cos35.000 =2.326kN/m22)计算恒载荷+活载荷+风载荷组合: 计算荷载为恒载荷+活载荷+风载荷组合: W: 风载荷设计值1.400kN/m2 G1: 采光顶结构平均自重设计值为0.553kN/m2 Q: 活载荷设计值为0.650kN/m2 : 采光顶坡面水平夹角为35.000 Zk2: 载荷组合之二(kN/m2) Zk2=(G1+Q)1/cos+0.6Wcos =(0.553+0.650)1/cos35.000+0.61.400cos35.000 =1.891kN/m2 (2)由永久载荷效应控制的组合: 计算恒载荷+风载荷+活载荷组合: 计算荷载为恒载荷+风载荷+活载荷组合: W: 风载荷设计值1.400kN/m2 G2: 采光顶结构平均自重设计值为0.622kN/m2 Q: 活载荷设计值为0.650kN/m2 : 采光顶坡面水平夹角为35.000 Zk3: 载荷组合之三(kN/m2) Zk3=(G2+0.6W)1/cos+0.7Qcos =(0.622+0.61.400)1/cos35.000+0.70.650cos35.000 =1.835kN/m2 (3)设计荷载取上述组合中的最大者,即: 由可变载荷效应起控制作用时，恒载荷+风载荷+活载荷为最大载荷组合(载荷组合之一) Z1=MAX(Zk1,Zk2,Zk3) =MAX(2.326,1.891,1.835) =2.326kN/m2二、玻璃的选用与校核 1. 本处采用:内夹层中空玻璃 玻璃种类为: 内片外层：钢化玻璃，内片内层：钢化玻璃，外片：钢化玻璃 玻璃的重力密度为: 25.6(kN/m3) BT_LI: 内夹层中空玻璃内片内层玻璃厚度为: 6.000(mm) BT_LO: 内夹层中空玻璃内片外层玻璃厚度为: 6.000(mm) BT_W: 内夹层中空玻璃外片玻璃厚度为: 6.000(mm) 外片玻璃自重标准值: GAK1=25.6BT_W/1000 =25.66.000/1000 =0.154kN/m2 内片玻璃自重标准值: GAK2=25.6(BT_LI+BT_LO)/1000 =25.6(6.000+6.000)/1000 =0.307kN/m22. 玻璃验算荷载组合: Wk: 风载荷标准值1.000kN/m2 W: 风载荷设计值1.400kN/m2 Gbk: 玻璃平均自重标准值为0.461kN/m2 Gb1: 玻璃平均自重设计值为0.553kN/m2 Qk: 活载荷标准值为0.500kN/m2 Q: 活载荷设计值为0.650kN/m2 : 采光顶坡面水平夹角为35.000 计算由可变载荷效应起控制作用时，恒载荷+风载荷+活载荷为最大载荷组合1) 载荷标准值组合: Zbk=(Gbk+Wk)1/cos+0.7Qkcos =(0.461+1.000)1/cos35.000+0.70.500cos35.000 =1.748kN/m22) 载荷设计值组合: Zb=(Gb1+W)1/cos+0.7Qcos =(0.553+1.400)1/cos35.000+0.70.650cos35.000 =2.326kN/m23. 玻璃的强度计算: Zbk: 作用于玻璃平面的荷载标准值(kN/m2) : 荷载作用下玻璃截面的最大应力设计值(N/mm2) : 参数 : 折减系数，可由参数按JGJ102-2003表6.1.2-2采用表 6.1.2-2 折减系数5.010.020.040.060.080.0100.01.000.960.920.840.780.730.68120.0150.0200.0250.0300.0350.0400.00.650.610.570.540.520.510.50 a: 玻璃纵向边边长: 600.000mm b: 玻璃横向边边长: 600.000mm四边简支玻璃简图： m: 玻璃板的弯矩系数 查JGJ102-2003表6.1.2-1， 按边长比b/a=600.000/600.000=1.00，采用: 0.0422表6.1.2-1 四边支承玻璃板的弯矩系数ma/b0.000.250.330.400.500.550.600.65m0.12500.12300.11800.11150.10000.09340.08680.0804a/b0.700.750.800.850.900.951.00m0.07420.06830.06280.05760.05280.04830.0442 玻璃内片夹层玻璃的等效厚度te2=(BT_LI3+BT_LO3)(1/3) =(6.0003+6.0003)(1/3) =7.560 mm Zbk1: 分配到外侧玻璃的荷载标准值(kN/m2) Zbk2: 分配到内侧玻璃的荷载标准值(kN/m2) Zbk1=(GAK1+1.1WkBT_W3/(BT_W3+te23)1/cos+0.71.1QkBT_W3/(BT_W3+te23)cos =(0.154+1.11.0006.0003/(6.0003+7.5603)1/cos35.000 +0.71.10.5006.0003/(6.0003+7.5603)cos35.000 =0.625 (kN/m2) Zbk2=(GAK2+Wkte23/(BT_W3+te23)1/cos+0.7Qkte23/(BT_W3+te23)cos =(0.307+1.0007.5603/(6.0003+7.5603)1/cos35.000 +0.70.5007.5603/(6.0003+7.5603)cos35.000 =1.165 (kN/m2) Zb1: 分配到外侧玻璃的荷载设计值(kN/m2) Zb2: 分配到内侧玻璃的荷载设计值(kN/m2) Zb1=(1.2GAK1+1.1WBT_W3/(BT_W3+te23)1/cos+0.71.1QBT_W3/(BT_W3+te23)cos =(1.20.154+1.11.4006.0003/(6.0003+7.5603)1/cos35.000 +0.71.10.6506.0003/(6.0003+7.5603)cos35.000 =0.834 (kN/m2) Zb2=(1.2GAK2+Wte23/(BT_W3+te23)1/cos+0.7Qte23/(BT_W3+te23)cos =(1.20.307+1.4007.5603/(6.0003+7.5603)1/cos35.000 +0.70.6507.5603/(6.0003+7.5603)cos35.000 =1.550 (kN/m2) 折减计算系数=Zbk1b4/(Et4) =0.62510(-3)600.0004/(0.721056.0004) =0.9 : 折减系数，按=0.9 查6.1.2-2表得:=1.00 荷载作用下外片玻璃最大应力设计值=6mZb1b2/t2 =60.04220.83410(-3)600.00021.00/6.0002 =2.112N/mm2 Zbk21: 分配到内片外层玻璃上的荷载组合标准值(kN/m2) Zbk21=Zbk2BT_LO3/(BT_LI3+BT_LO3) =1.1656.0003/(6.0003+6.0003) =0.583 (kN/m2) 折减计算系数=Zbk21b4/(Et4) =0.58310(-3)600.0004/(0.721056.0004) =0.8 : 折减系数，按=0.8 查6.1.2-2表得:=1.00 Zbk22: 分配到内片内层玻璃上的荷载组合标准值(kN/m2) Zbk22=Zbk2BT_LI3/(BT_LI3+BT_LO3) =1.1656.0003/(6.0003+6.0003) =0.583 (kN/m2) 折减计算系数=Zbk22b4/(Et4) =0.58310(-3)600.0004/(0.721056.0004) =0.8 : 折减系数，按=0.8 查6.1.2-2表得:=1.00 Zb21: 分配到内片外层玻璃上的荷载组合设计值(kN/m2) Zb21=Zb2BT_LO3/(BT_LI3+BT_LO3) =1.5506.0003/(6.0003+6.0003) =0.775 (kN/m2) Zb22: 分配到内片内层玻璃上的荷载组合设计值(kN/m2) Zb22=Zb2BT_LI3/(BT_LI3+BT_LO3) =1.5506.0003/(6.0003+6.0003) =0.775 (kN/m2) 荷载作用下内片外层玻璃最大应力设计值=6mZb21b2/t2 =60.04220.77510(-3)600.00021.00/6.0002 =1.963N/mm2 荷载作用下内片内层玻璃最大应力设计值=6mZb22b2/t2 =60.04220.77510(-3)600.00021.00/6.0002 =1.963N/mm2 外片玻璃最大应力设计值=2.112N/mm2 g=84.000N/mm2 (短期作用) 内片外层玻璃最大应力设计值=1.963N/mm2 g=84.000N/mm2 (短期作用) 内片内层玻璃最大应力设计值=1.963N/mm2 g=84.000N/mm2 (短期作用) 玻璃强度满足要求! 4. 玻璃的挠度计算: df: 在风荷载标准值作用下挠度最大值(mm) D: 玻璃的刚度(N.mm) 玻璃内片夹层玻璃的等效厚度te2=(BT_LI3+BT_LO3)(1/3) =(6.0003+6.0003)(1/3) =7.560 mm te: 内夹层中空玻璃等效厚度te=0.95(te23+BT_W3)(1/3) =0.95(7.5603+6.0003)(1/3) =8.221mm : 泊松比，按JGJ102-2003 5.2.9条采用，取值为 0.20表5.2.9 材料的泊松比材 料材 料玻璃0.20钢、不锈钢0.30铝合金0.33高强钢丝、钢绞线0.30 : 挠度系数:查JGJ102-2003表6.1.3， 按边长比b/a=600.000/600.000=1.00，采用 =0.00406表6.1.3 四边支承板的挠度系数a/b0.000.200.250.330.500.013020.012970.012820.012230.01013a/b0.550.600.650.700.750.009400.008670.007960.007270.00663a/b0.800.850.900.951.000.006030.005470.004960.004490.00406 =Zbkb4/(Ete4) =1.74810(-3)600.0004/(0.721058.2214) =0.7 : 折减系数，按=0.7 查JGJ102-2003表6.1.2-2得:=1.00 D=(Ete3)/(12(1-2) =(0.721058.2213)/(12(1-0.202) =3472368.81 (N.mm) df=Zbkb4/D =0.004061.74810(-3)600.00041.00/3472368.81 =0.265 (mm) df/b 1/60 【玻璃的挠度满足!】钢结构计算书中荷载工况及分项、组合系数恒荷载 0.5 kN/m2 荷载工况0 分项系数1.2 组合系数1.0活荷载 0.5 kN/m2 荷载工况1 分项系数1.3 组合系数1.0风荷载 1.0 kN/m2 荷载工况2 分项系数1.4 组合系数1.0