栏杆计算书-GIL

栏杆计算书-GIL

商务城人才公寓

玻璃护栏

设计计算书

设计: 校对: 审核:

批准:

苏州工业园区国发国际建筑装饰工程有限公司

二〇一〇年十月

目录

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 玻璃规

范: .................................................................... ........................................................................ (2)

1.4 钢材规

范: .................................................................... ........................................................................ (2)

1.5 胶类及密封材料规

范: .................................................................... . (2)

1.6 《建筑结构静力计算手册》(第二

版) .................................................................... .. (3)

1.7 土建图

纸: .................................................................... ........................................................................ ... 3 2 基本参

数 ..................................................................... ........................................................................ .. (3)

2.1 栏杆所在地

区 ..................................................................... . (3)

2.2 地面粗糙度分类等

级 ..................................................................... . (3)

2.3 抗震设

防 ..................................................................... ........................................................................ ...... 3 3 栏杆承受荷载计

算 ..................................................................... .........................................................................

4

3.1 风荷载标准值的计算方

法 ..................................................................... .. (4)

3.2 计算支撑结构时的风荷载标准

值 ..................................................................... .. (5)

3.3 计算面板材料时的风荷载标准

值 ..................................................................... .. (5)

3.4 垂直于栏杆平面的分布水平地震作用标准

值 ..................................................................... (5)

3.5 作用效应组

合 ..................................................................... . (6)

4 栏杆横杆计

算 .....................................................................

........................................................................ (6)

4.1 栏杆横杆荷载计

算 ..................................................................... .. (7)

4.2 栏杆横杆强度计

算 ..................................................................... .. (7)

4.3 栏杆横杆挠度计

算 ..................................................................... .............................................................. 8 5 栏杆立杆计

算 ..................................................................... ........................................................................ (8)

5.1 栏杆立杆荷载计

算 ..................................................................... .. (8)

5.2 栏杆立杆抗弯强度校

核 ..................................................................... . (10)

5.3 栏杆立杆挠度计

算 ..................................................................... ............................................................ 10 6 栏杆玻

璃的计

算 ..................................................................... ........................................................................ (11)

6.1 玻璃板块荷载计

算 ..................................................................... (12)

6.2 玻璃的强度计

算 ..................................................................... . (13)

6.3 玻璃最大挠度校

核 ..................................................................... ............................................................ 13 7 栏杆与主体结构连接计

算 ..................................................................... .. (14)

7.1 后置埋件计

算 ..................................................................... .. (14)

7.2 栏杆与锚板焊缝连接验

算 ..................................................................... (19)

玻璃护栏设计计算书

1 计算引用的规范、标准及资料

1.1 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》 JGJ113-2009 《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 1.2 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

1

《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

1.3 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 《平板玻璃》 GB11614-2009 《建筑用安全玻璃第3部分:夹层玻璃》

GB15763.3-2009 《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》 GB15763.1-2009

2008 《幕墙用钢化玻璃与半钢化玻璃》 GB17841-

《热弯玻璃》 JC/T915-2003 《压花玻璃》 JC/T511-2002 《中空玻璃》

GB/T11944-2002 1.4 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 2009 《不锈钢冷加工钢棒》 GB/T4226-《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/T4240-2009 《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

2006 《彩色涂层钢板和钢带》 GB/T12754-《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 1.5 胶类及密封材料规范:

《丙烯酸酯建筑密封膏》 JC484-2006

2

《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 2005 《建筑用硅酮结构密封胶》 GB16776-《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 1.6《建筑结构静力计算手册》 (第二版)

1.7 土建图纸:

2 基本参数

2.1 栏杆所在地区

上海地区;

2.2 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B类地形考虑。

2.3 抗震设防

按《建筑工程抗震设防分类标准》，建筑工程应分为以下四个抗震设防类别:

3

1.特殊设防类:指使用上有特殊设施，涉及国家公共安全的重大建筑工程和地震时可能发生严重次生灾害等特别重大灾害后果，需要进行特殊设防的建筑，简称甲类;

2.重点设防类:指地震时使用功能不能中断或需尽快恢复的生命线相关建筑，以及地震时可能导致大量人员伤亡等重大灾害后果，需要提高设防标准的建筑，简称乙类;

3.标准设防类:指大量的除1、2、4款以外按标准要求进行设防的建筑，简称丙类;

4.适度设防类:指使用上人员稀少且震损不致产生次生灾害，允许在一定条件下适度降低要求的建筑，简称丁类;

在维护结构抗震设计计算中:

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，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;

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，同时，应按本地

区抗震设防烈度确定其地震作用;

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;

4.适度设防类，应按本地区抗震设防烈度确定其抗震措施和地震作用;

根据国家规范《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001 2008版)，上海地区地震基本烈度为:7度，地震动峰值加速度为0.1g，由于本工程是标准设防类，因此实际抗震计算中的水平地震影响系数最大值应按本地区抗震设防烈度选取，也就是取:α=0.08; max

3 栏杆承受荷载计算

3.1 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(GB50009-2001 2006年版)计算: w=βμμw ……7.1.1-2[GB50009-2001 2006年版] kgzzs10

上式中:

w:作用在栏杆上的风荷载标准值(MPa); k

Z:计算点标高:5.4m;

β:瞬时风压的阵风系数; gz

根据不同场地类型,按以下公式计算(高度不足5m按5m计算):

β=K(1+2μ) gzf

其中K为地面粗糙度调整系数，μ为脉动系数 f-0.12 A类场地:

β=0.92×(1+2μ) 其中:μ=0.387×(Z/10) gzff-0.16 B类场地:

β=0.89×(1+2μ) 其中:μ=0.5(Z/10) gzff-0.22 C类场地: β=0.85×(1+2μ) 其中:μ=0.734(Z/10) gzff-0.3 D类场地: β=0.80×(1+2μ) 其

中:μ=1.2248(Z/10) gzff

对于B类地形，5.4m高度处瞬时风压的阵风系数: -0.16

β=0.89×(1+2×(0.5(Z/10)))=1.8722 gz

μ:风压高度变化系数; z

根据不同场地类型,按以下公式计算: 0.24 A类场地: μ=1.379×(Z/10) z 当Z>300m时，取Z=300m，当Z<5m时，取Z=5m; 0.32 B类场地: μ=(Z/10) z 当Z>350m时，取Z=350m，当Z<10m时，取Z=10m; 0.44 C类场地:

μ=0.616×(Z/10) z

4

当Z>400m时，取Z=400m，当Z<15m时，取Z=15m; 0.60 D类场地:

μ=0.318×(Z/10) z

当Z>450m时，取Z=450m，当Z<30m时，取Z=30m; 对于B类地形，5.4m高度处风压高度变化系数: 0.32 μ=1.000×(Z/10)=1 z

μ:局部风压体型系数; s1

按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001(2006年版)，本处栏杆结构的体型系数μ(1)为1。 s12 另注:上述的局部体型系数μ(1)是适用于围护构件的从属面积A 小于或等于1m的情况，当s12围护构件的从属面积A大于或等于10m时，局部风压体型系数μ(10)可乘以折减系数0.8，当构s122件的从属面积小于10m而大于1m时，局部风压体型系数μ(A)可按面积的对数线性插值，即: s1 μ(A)=μ(1)+[μ(10)-μ(1)]logA s1s1s1s12222 在上式中:当A?10m时取

A=10m;当A?1m时取A=1m;

w: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02分布图)中数值采用，但不小于0.3KN/m，按重现期50年，上海地区取0.00055MPa;

3.2 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: 2A=1.26×1.2=1.512m

LogA=0.18

μ(A)=μ(1)+[μ(10)-μ(1)]logA s1s1s1s1

=0.964

w=βμμw kgzzs10

=1.8722×1×0.964×0.00055

=0.000993MPa 因为w<0.001MPa,所以按JGJ102-2003，取w=0.001MPa. kk3.3 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: 2 A=0.72×1.2=0.864m

LogA=0

μ(A)=μ(1)+[μ(10)-μ(1)]logA s1s1s1s1

=1

w=βμμw kgzzs10

=1.8722×1×1×0.00055

=0.00103MPa

3.4 垂直于栏杆平面的分布水平地震作用标准值

q=βαG/A ……5.3.4[JGJ102-2003] EAkEmaxk

q:垂直于栏杆平面的分布水平地震作用标准值(MPa); EAk

β:动力放大系数,取5.0; E

α:水平地震影响系数最大值，取0.08; max

G:栏杆构件的重力荷载标准值(N); k2 A:栏杆构件的面积(mm);

5

3.5 作用效应组合

荷载和作用效应按下式进行组合:

S=γS+ψγS+ψγS ……5.4.1[JGJ102-2003] GGkwwwkEEEk

上式中:

S:作用效应组合的设计值;

S:重力荷载作为永久荷载产生的效应标准值; Gk

S、S:分别为风荷载，地震作用作为可变荷载产生的效应标准值; wkEk

γ、γ、γ:各效应的分项系数; GwE

ψ、ψ:分别为风荷载，地震作用效应的组合系数。 wE

上面的γ、γ、γ为分项系数，按5.4.2、5.4.3、5.4.4[JGJ102-2003]规定如下: GwE

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:γ:1.2; G

风荷载:γ:1.4; w

地震作用:γ:1.3; E

进行挠度计算时;

重力荷载:γ:1.0; G

风荷载:γ:1.0; w

地震作用:可不做组合考虑; 上式中，风荷载的组合系数ψ为1.0; w

地震作用的组合系数ψ为0.5; E

4 栏杆横杆计算

基本参数:

1:计算点标高:5.4m;

2:力学模型:简支梁;

3:横杆跨度:W=1200mm;

4:栏杆用途: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:60x60x2不锈钢管

杆件材料:不锈钢;

抗弯强度:185MPa; 4 荷载方向(水平)惯性矩:260458mm; 3 荷载方向(水平)抵抗矩:8681mm; 2 横杆截面面积:464mm; 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:

6

上图参数:

A=100mm

B=80mm

C=135mm

D=720mm

E=235mm

L=1260mm

W=1200mm

4.1 栏杆横杆荷载计算按规范GB50009-2001第4.

5.2条规定:

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q=0.5N/mm的均布荷载标准值。 k1

4.2 栏杆横杆强度计算 (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); 2 M=qW/8 12 =1.4×qW/8 k12 =1.4×0.5×1200/8

=126000N?mm

(2)抗弯强度校核:

按简支梁抗弯强度公式,应满足:

M/γW?f n

上式中:

M:弯矩计算值(N?mm); 3 W:在弯矩作用方向的净截面抵抗矩(mm); n

γ:塑性发展系数:

7

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》GB 50429-2007，取1.00; 此处取:γ=1.05;

f:横杆的抗弯强度计算值，取185MPa; 则:

M/γW=126000/1.05/8681 n

=13.823MPa?185MPa 横杆的抗弯强度满足要求。

4.3 栏杆横杆挠度计算

4 I:横杆惯性矩:260458mm 4E:钢材的弹性模量，为206000mm

q:横杆上作用的均布荷载(N/mm); k1

实际挠度计算值为: 4 d=5qW/384EI fk14 =5×0.5×1200/384/206000/260458 =0.252mm

而d=1200/250 f,lim

=4.8mm

所以横杆的挠度满足设计要求～

5 栏杆立杆计算

基本参数:

1:计算点标高:5.4m;

2:力学模型:悬臂梁;

3:立杆跨度:L=1260mm;

4:玻璃连接形式:四点驳接;

5:立杆材料及特性:60x60x2不锈钢管

杆件材料:不锈钢

抗弯强度:185MPa 4 荷载方向惯性矩:260458mm 3 荷载方向抵抗矩:8681mm 2 立杆截面面积:464mm 本处立杆按悬臂梁力学模型进行设计计算。 5.1 栏杆立杆荷载计算

(1)横杆传递的作用力:

P=qW 1

=1.4×qW k1

=1.4×0.5×1200

=840N

(2)玻璃板在风荷载作用下的荷载:

q=wWD wkk

8

=0.001×1200×720

=864N

q=1.4q wwk

=1.4×864

=1209.6N (3)玻璃板在地震作用下的荷载:

q:垂直于幕墙平面的分布水平地震作用标准值(MPa); EAk

β:动力放大系数,取5.0; E

α:水平地震影响系数最大值，取0.08; max

G:玻璃构件的重力荷载标准值(N)，按0.0005MPa近似选取; k2 A:幕墙构件的面积(mm);

q=βαG/A ……5.3.4[JGJ102-2003] EAkEmaxk

=5.0×0.08×0.0005

=0.0002MPa

q:水平地震作用荷载标准值(N/mm); Ek

W:横杆跨度(mm);

q=qWD EkEAk

=0.0002×1200×720

=172.8N

q:水平地震作用荷载计算值(N/mm); E

q=1.3q EEk

=1.3×172.8

=224.64N (4)立杆受玻璃传递来的水平荷载组合: 用于强度计算时，采用S+0.5S设计值组合: ……5.4.1[JGJ102-2003] wE

q=q+0.5q wE

=1209.6+0.5×224.64

=1321.92N

P=q/2 1

=1321.92/2

=660.96N 用于挠度计算时，采用S标准值: ……5.4.1[JGJ102-2003] w q=q kwk

=864N

P=q/2 k1k

=432N

(5)横杆力作用下在立杆根部产生的弯矩计算值:

M:横杆力作用下在立杆根部产生的弯矩计算值(N?mm); 01

P:横杆传递的作用力计算值(N);

M=P(C+D+E) 01

=840×(135+720+235)

=915600N?mm

(6)节点2处力P在立杆根部产生的弯矩计算值: 1

M:节点2处力P在立杆根部产生的弯矩计算值(N?mm); 021

M=P(C+D-A) 021

9

=660.96×(135+720-100)

=499024.8N?mm

(7)节点1处力P在立杆根部产生的弯矩计算值: 1

M:节点1处力P在立杆根部产生的弯矩计算值(N?mm); 031

M=P(A+C) 031

=660.96×(100+135)

=155325.6N?mm

(8)根部总弯矩计算:

对于栏杆结构，考虑到人为荷载和自然荷载同时作用几乎不可能，因此计算取两种状态下最

危险一种:

M:悬臂立杆根部总弯矩计算值(N?mm); 0

M=max(M,M+M) 0010203

=915600N?mm

5.2 栏杆立杆抗弯强度校核

按简支梁抗弯强度公式,应满足:

N/A+M/γW?f n

上式中:

N:立杆轴力，N=1.2×0.0005DW=518.4N; 2 A:立杆截面面积(mm)，A=464;

M:弯矩计算值(N?mm); 3 W:在弯矩作用方向的净截面抵抗矩(mm);

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;

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

此处取:γ=1.05;

f:立杆的抗弯强度计算值，取185MPa; 则:

N/A+M/γW=518.4/464+915600/1.05/8681 0n

=101.566MPa?185MPa 立杆的抗弯强度满足要求。

5.3 栏杆立杆挠度计算

(1)横杆力作用下在立杆悬臂端产生的挠度计算值:

d:横杆力作用下在立杆悬臂端产生的挠度计算值(N?mm); f14 I:立杆惯性矩:260458mm 4 E:钢材的弹性模量，为206000mm 2 d=PbL×(3-β)/6EI f1 b=C+D+E

β=b/L

带入各参数，得:

β=(C+D+E)/L

=(135+720+235)/1260

=0.865 2 d=P(C+D+E)L×(3-β)/6EI f1

10

2 =840×(135+720+235)×1260×(3-0.865)/6/206000/260458

=8.34mm

(2)节点2处集中力P作用下在立杆悬臂端产生的挠度计算值: 1

d:节点2处集中力P在立杆悬臂端产生的挠度计算值(N?mm); f214 I:立杆惯性矩:260458mm 4 E:钢材的弹性模量，为206000mm 2 d=PbL×(3-β)/6EI f2 b=D+C-A

β=b/L

带入各参数，得:

β=(D+C-A)/L

=(720+135-100)/1260

=0.599 2 d=P(D+C-A)L×(3-β)/6EI f212 =660.96×(720+135-

100)×1260×(3-0.599)/6/206000/260458

=3.541mm

(3)节点1处集中力P作用下在立杆悬臂端产生的挠度计算值: 1

d:节点1处集中力P在立杆悬臂端产生的挠度计算值(N?mm); f214 I:立杆惯性矩:260458mm 4 E:钢材的弹性模量，为206000mm 2 d=PbL×(3-β)/6EI f3 b=A+C

β=b/L

带入各参数，得:

β=(A+C)/L

=(100+135)/1260

=0.187 2 d=P(A+C)L×(3-β)/6EI f312 =660.96×(100+135)×1260×(3-0.187)/6/206000/260458

=0.402mm