石材幕墙焊缝设计计算

石材幕墙焊缝设计计算

钢角码与预埋件间采用L型围焊连接，每个水平焊缝长度为L h ＝80mm, 竖向焊缝长度为L v＝120mm,焊脚尺寸h f=7mm。

焊缝所受的内力设计值如下：

竖框所受的水平线荷载设计值为

q＝(1.0×1.4×W k＋0.6×1.3×q Ek)×B

＝(1×1.4×1.362＋0.6×1.3×.616)×1.1

＝2.626KN／m

则每个钢脚码焊缝所受的内力为：

剪力V＝1.2·t·γ石·1.1·B·L/2

＝1.2×25×28×1.1×1.1×3.3/2

＝1677.1N

轴力N＝q·L/2

＝2.626×3.3×103/2

＝4332.9N

式中：γ石——石材的密度，取28 KN／m3

t ——石材的总厚度 mm；

焊缝计算：

焊缝计算厚度为： h e＝0.7·h f

＝0.7×7

＝4.9mm

根据规范对围焊在计算时需在端点减去h f，则实际计算焊缝的宽度

为：b0=b-h f=80-7=73，计算高度为：h0=h-h f=120-7=113，

竖框与钢角码连接螺栓距焊缝形心点距离为：

e＝200 mm

e fx＝b-b0·b0/(2·b0+2·h)

＝80-73×73/(2×73+2×120)

＝66.194 mm

e fy＝h/2-h0·h0/(2·b0+2·h)

＝120/2-113×113/(2×73+2×120)

＝26.92 mm

焊缝所围区域的几何特性为：

焊缝总面积 A＝h e·(h+b0)

＝4.9×(120+73)

＝ 945.7 mm2

对形心点的惯性矩和极惯性矩为：

I x＝h e·b0·(h/2-e fx)2+h e·[(e fy+h/2-h f)3-(e fy-h/2)3]/3

＝ 4.9×73×(120/2-66.194)2＋4.9×[(26.92+120/2-7)3-(26.92-120/2)3]/3

＝ 1284312mm4

I y＝h e·h0·(b-e fx)2+h e·[(b-e fx)3+(e fx-h f)3]/3

＝4.9×113×(80-66.194)2+4.9×[(80-66.194)3+(66.194)3]/3 ＝ 448608.8mm4

I p＝I x+I y

＝1284312+448608.8

＝ 1732920mm4

把与竖框连接螺栓点部位所受的反力移到形心点，则形心点所受内力为：

N＝4332.9N

V＝1677.1N

形心点的弯距为：

M x＝V·e+N·e fy

＝1677.1×200+4332.9×26.92

＝1202000N·mm

M y＝N·e fx

＝4332.9×66.194

＝286812N·mm

M z＝V·(e fx2+e fy2)0.5

＝1677.1×(66.1942+26.922)0.5

＝119843.2N·mm

根据分析认为焊缝最危险点为图中的A、B两点

A、B两点到形心点的距离分别为：

r a＝[(e fx-h f)2+(h/2-e fy)2]0.5

＝[(66.194-7)2+(120/2-26.92)2]0.5

＝67.81mm

r b＝[(b-e fx)2+(h/2-e fy)2]0.5

＝[(80-66.194)2+(120/2-26.92)2]0.5

＝35.845mm

A点所受正应力和剪应力分别为：

σ＝N/A+M x·(h/2-e fy)/I x+M y·e fx/I y

＝

4332.9/945.7+1202000×(120/2-26.92)/1284312+286812×66.194/ 448608.8

＝77.862N/mm2

τ＝M z·r a/I p

＝119843.2×67.81/1732920

＝4.69N/mm2

B点所受正应力和剪应力分别为：

σ＝N/A+M x·(h/2-e fy)/I x+M y·(b-e fx)/I y

＝

4332.9/945.7+1202000×(120/2-26.92)/1284312+286812×(80-66. 194)/448608.8

＝44.368N/mm2

τ＝{(M z·r b/I p)2+[V/(h·h e)]2}0.5

＝{(119843.2×35.845/1732920)2+[1677.1/(120×4.9)]2}0.5

＝3.779N/mm2

这里认为剪力主要由向焊缝承担

焊缝所采用的焊条为E43型手工焊条，则角焊缝的抗拉、抗压和抗

剪许可强度为160MPa，因此由上计算结果可知，焊缝强度满足要求。钢角码根部计算：

钢角码根部截面形状为矩形，矩形截面的宽度为钢角码的厚度t，长度为h。

则矩形截面的面积为：

A＝h·t

＝120×7

＝840mm2

截面的抗弯模量为：

W x＝h·h·t/6

＝120×120×7/6

＝16800mm3

把与竖框连接螺栓点部位所受的反力移到根部，则钢角码根部所受内力为：

N＝4332.9N

V＝1677.1N

弯距为：

M＝V·e

＝1677.1×200

＝335420N·mm

则截面所受抗弯应力和剪应力分别为：

σ＝N/A+M/W x

＝4332.9/840+335420/16800

＝25.124N/mm2

τ＝V/A

＝1677.1/840

＝1.997N/mm2

钢角码采用材质为Q235，其厚度小于16mm，根据规范其抗弯强度为215Mpa，抗剪强度为125Mpa，因此由上计算结果可知，截面强度满足要求。

石材幕墙埋件设计计算

采用80米标高处的竖框上端埋件做计算。该处层间高L=3.3米，分格宽B=1.1米。

幕墙所在计算单元自重为

G k＝γ石·L·B·t·1.1·10-3

＝28×3.3×1.1×25×1.1×10-3

＝2.795KN

幕墙所受的水平分布地震作用为

q Ek＝βe·αmax·G k/(L·B)

＝5×.16×.77

＝.616KN/m2

竖框所受的水平线荷载设计值为

q＝(1.0×1.4×W k＋0.6×1.3×q Ek)×B

＝(1×1.4×1.362＋0.6×1.3×.616)×1.1

＝2.626KN／m

一个埋件所受的内力为

剪力V＝1.2×G k＝1.2×2.795×103＝3354N

弯矩M＝V×e0＝3354×200＝670800N·mm

其中: e0——竖框螺栓到埋件间距 mm；

轴向拉力N＝q×L

＝2.626×3.3×103

＝8665.8N

一个预埋件锚筋的总截面面积A s应同时满足下式：

A s≥V/a r a v f y＋N/0.8a b f y＋M/1.3a r a b f y Z

A s≥N/0.8a b f y＋M/0.4a r a b f y Z

式中，a r——钢筋层数影响系数，本计算取1

z——最上排与最下排锚筋间距(mm)

a v——钢筋受剪承载力系数,当a v大于0.7时，取a v 等于0.7

a b——锚板弯曲变形折减系数

a v＝(4.0-0.08d)×(f c/f y)0.5

＝(4.0-0.08×12)×(14.3/210)0.5

＝.79

这里a v取.7

式中， f c——砼轴心受压强度设计值(N/mm2)

f y——锚筋抗拉强度设计值(N/mm2)

a b——锚板弯曲变形折减系数

a b＝0.6＋0.25t/d

＝0.6＋0.25×10/12

＝.81

式中， t——预埋板厚度(mm)

d——锚筋直径(mm)

实际采用的锚筋总截面面积为

A s＝4×(0.25×π×12 2)

＝452.4mm2

则： V / a r a v f y + N / 0.8a b f y + M / 1.3a r a b f y Z

＝

3354/(1×.7×210)+8665.8/(0.8×.81×210)+670800/(1.3×1×.8 1×210×100)

＝116.8mm2≤A s＝452.4mm2

N/0.8a b f y＋M/0.4a r a b f y Z

＝

8665.8/(0.8×.81×210)+670800/(0.4×1×.81×210×100)＝162.3mm2≤A s＝452.4mm2

所以，预埋件锚筋总截面积满足承载力。

锚筋长度计算：

当计算中充分利用锚筋的抗拉强度时，其锚固长度应按下式计算：l a=1.1×a×(f y/f t)×d

=1.1×.16×(210/1.43)×12

=310.154mm

式中， l a——受拉钢筋锚固长度 mm

f t——混凝土轴心抗拉强度设计值 N/mm2

d——锚筋公称直径 mm

a——锚筋外形系数，光圆钢筋取0.16，带肋钢筋取0.14 1.1——按《玻璃幕墙工程技术规范》c.0.5.2 采用