全玻栏杆计算书.
武汉东西湖保税区国际商品展示交易中心外装饰
幕墙工程
建筑护栏
设计计算书
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校对：
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批准：
武汉创高幕墙装饰工程有限责任公司
二〇一三年十月十三日
目录
1 计算引用的规范、标准及资料 . ............................................................................................................ 1
1.1 幕墙及采光顶相关设计规范： .................................................................................................. 1
1.2 建筑设计规范： ........................................................................................................................ 1
1.3 玻璃规范：................................................................................................................................ 1
1.4 钢材规范：................................................................................................................................ 2
1.5 胶类及密封材料规范： ............................................................................................................. 2
1.6 相关物理性能等级测试方法： .................................................................................................. 3
1.7 《建筑结构静力计算手册》(第二版) . ........................................................................................ 3
1.8 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 计算面板材料时的风荷载标准值 . .............................................................................................. 5
3.3 垂直于栏杆平面的分布水平地震作用标准值 ............................................................................ 5
3.4 平行于栏杆平面的集中水平地震作用标准值 ............................................................................ 5
3.5 作用效应组合 ............................................................................................................................ 5
4 玻璃栏板的计算 . .................................................................................................................................. 6
4.1 玻璃栏板荷载计算 . .................................................................................................................... 6
4.2 玻璃的最大弯矩计算 ................................................................................................................. 7
4.3 玻璃强度校核 ............................................................................................................................ 8
4.4 玻璃最大挠度校核 . .................................................................................................................... 8
5 附录 常用材料的力学及其它物理性能 .............................................................................................. 10
建筑护栏设计计算书
1 计算引用的规范、标准及资料
1.1 幕墙及采光顶相关设计规范：
1.2 建筑设计规范：
1.3 玻璃规范：
第1部分：阳光控制镀膜玻璃》
第2部分：低辐射镀膜玻璃》
第3部分：夹层玻璃》
第2部分：钢化玻璃》 GB50429-2007 JGJ102-2003 JGJ113-2009 GB/T21086-2007 JG/T231-2007 JG/T342-2012 DGJ08-56-2012 GB/T17740-1999 GB50017-2003 JGJ3-2010 GB19155-2003 JGJ/T97-2011 JGJ145-2013 GB50367-2013 GB50010-2010 JG160-2004 CECS154：2003 JGJ81-2002 GB50223-2008 GB50009-2012 GB50068-2001 GB50011-2010 GB50016-2006 GB50057-2010 GB50018-2002 GB/T18915.1-2013 GB/T18915.2-2013 GB17840-1999 GB11614-2009 GB15763.3-2009 GB15763.2-2005 《铝合金结构设计规范》 《玻璃幕墙工程技术规范》 《建筑玻璃应用技术规程》 《建筑幕墙》 《建筑玻璃采光顶》 《建筑用玻璃与金属护栏》 《建筑幕墙工程技术规范》 《地震震级的规定》 《钢结构设计规范》 《高层建筑混凝土结构技术规程》 《高处作业吊蓝》 《工程抗震术语标准》 《混凝土结构后锚固技术规程》 《混凝土结构加固设计规范》 《混凝土结构设计规范》 《混凝土用膨胀型、扩孔型建筑锚栓》 《建筑防火封堵应用技术规程》 《建筑钢结构焊接技术规程》 《建筑工程抗震设防分类标准》 《建筑结构荷载规范》 《建筑结构可靠度设计统一标准》 《建筑抗震设计规范》 《建筑设计防火规范》 《建筑物防雷设计规范》 《冷弯薄壁型钢结构技术规范》 《镀膜玻璃 《镀膜玻璃 《防弹玻璃》 《平板玻璃》 《建筑用安全玻璃 《建筑用安全玻璃
《建筑用安全玻璃 防火玻璃》 GB15763.1-2009
《半钢化玻璃》 GB/T17841-2008
《热弯玻璃》 JC/T915-2003
《压花玻璃》 JC/T511-2002
《中空玻璃》 GB/T11944-2012
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
《不锈钢冷加工钢棒》 GB/T4226-2009
《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
《彩色涂层钢板和钢带》 GB/T12754-2006
《低合金钢焊条》 GB/T5118-2012
《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/T3094-2012
《碳钢焊条》 GB/T5117-2012
《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
1.5 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
《工业用橡胶板》 GB/T5574-2008
《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
《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/T529-2008
《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 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
《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(2011版)
《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
《建筑装饰装修工程质量验收规范》 GB50210-2001
《金属材料室温拉伸试验方法》 GB/T228-2002
1.7 《建筑结构静力计算手册》(第二版)
1.8 土建图纸：
2 基本参数
2.1 栏杆所在地区
武汉地区；
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》(GB50009-2012)
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：
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；
在围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》GB50011-2010，武汉地区地震基本烈度为：6度，地震动峰值加速度为0.05g ，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：αmax =0.04；
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》(GB50009-2012)计算：
w k =βgz μz μs1w 0 ……8.1.1-2[GB50009-2012年版]
上式中：
w k ：作用在栏杆上的风荷载标准值(MPa)；
Z ：计算点标高：2m ；
βgz ：高度z 处的阵风系数；
根据不同场地类型, 按以下公式计算：
βgz =1+2gI10(z/10)-α ……条文说明部分8.6.1[GB50009-2012]
其中A 、B 、C 、D 四类地貌类别截断高度分别为：5m 、10m 、15m 、30m ；
A 、B 、C 、D 四类地貌类别梯度高度分别为：300m 、350m 、450m 、550m ； 也就是：
对A 类场地：当z>300m时，取z=300m，当z
对B 类场地：当z>350m时，取z=350m，当z
对C 类场地：当z>450m时，取z=450m，当z
对D 类场地：当z>550m时，取z=550m，当z
g ：峰值因子，取2.5；
I 10：10m 高名义湍流度，对应A 、B 、C 、D 地面粗糙度，可分别取0.12、0.14、0.23和0.39；
α：地面粗糙度指数，对应A 、B 、C 、D 地面粗糙度，可分别取0.12、0.15、0.22和0.30；
对于B 类地形，2m 高度处的阵风系数为：
βgz =1+2×2.5×0.14×(10/10)-0.15=1.7
μz ：风压高度变化系数；
根据不同场地类型, 按《建筑结构荷载规范》条文说明部分8.2.1提供的公式计算：
A 类场地：μz A =1.284×(z/10)0.24
B 类场地：μz B =1.000×(z/10)0.30
C 类场地：μz C =0.544×(z/10)0.44
D 类场地：μz D =0.262×(z/10)0.60
公式中的截断高度和梯度高度与计算阵风系数时相同，也就是：
对A 类场地：当z>300m时，取z=300m，当z
对B 类场地：当z>350m时，取z=350m，当z
对C 类场地：当z>450m时，取z=450m，当z
对D 类场地：当z>550m时，取z=550m，当z
对于B 类地形，2m 高度处风压高度变化系数：
μz =1.000×(10/10)0.30=1
μs1：局部风压体型系数；
按《建筑结构荷载规范》GB50009-2012第8.3.3条：计算围护结构及其连接的风荷载时，可按下列规定采用局部体型系数μs1：
1 封闭矩形平面房屋的墙面及屋面可按表8.3.3-1的规定采用；
2 檐口、雨篷、遮阳板、边棱处的装饰条等突出构件，取-2.0；
3 其它房屋和构筑物可按本规范第8.3.1条规定体型系数的1.25倍取值。
对于栏杆来说，其取值查表得：
μs1(1)=1.625
3.2 计算面板材料时的风荷载标准值
w k =βgz μz μs1w 0
=1.7×1×1.625×0.00035
=0.000967MPa 因为w k
3.3 垂直于栏杆平面的分布水平地震作用标准值
q Ek =βE αmax G k /A ……5.3.4[JGJ102-2003]
q Ek ：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0.04；
G k ：栏杆构件的重力荷载标准值(N)；
A ：栏杆构件的面积(mm2) ；
3.4 平行于栏杆平面的集中水平地震作用标准值
P Ek =βE αmax G k ……5.3.5[JGJ102-2003]
P Ek ：平行于栏杆平面的集中水平地震作用标准值(N)；
βE ：动力放大系数, 取5.0；
αmax ：水平地震影响系数最大值，取0.04；
G k ：栏杆构件的重力荷载标准值(N)；
按照JGJ102规范5.4节条文说明部分的规定，对于竖向栏杆和与水平面夹角大于75度、小于90度的斜玻璃栏杆，可不考虑竖向地震作用效应的计算和组合。
3.5 作用效应组合
荷载和作用效应按下式进行组合：
S=γG S Gk +ψw γw S wk +ψE γE S Ek ……5.4.1[JGJ102-2003]
上式中：
S ：作用效应组合的设计值；
S Gk ：重力荷载作为永久荷载产生的效应标准值；
S wk 、S Ek ：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5.4.2、5.4.3、5.4.4[JGJ102-2003]规定如下： 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；
4 玻璃栏板的计算
基本参数：
1：计算点标高：2m ；
2：分格尺寸：宽×高=W×L=2000mm×1600mm ；
3：玻璃配置：夹层玻璃，其中单片玻璃厚度15mm ；
4：力学模型：带悬臂的梁；
5：栏板用途：住宅、宿舍、办公楼、旅馆、医院、托儿所、幼儿园；
模型简图为：
4.1 玻璃栏板荷载计算
(1)风荷载与抗震荷载的计算：
t ：单片玻璃厚度(mm)；
w k ：作用在玻璃栏板上的风荷载标准值(MPa)；
G Ak ：夹层玻璃单位面积自重标准值(仅指玻璃)(MPa)；
q EAk ：夹层玻璃地震作用标准值(MPa)；
γg ：玻璃的体积密度(N/mm3) ；
q 1-2：分配到单片玻璃上的荷载组合设计值(MPa)；
G Ak =γg ×2t
=0.0000256×2×15
=0.000768MPa
q EAk =βE αmax G Ak
=5×0.04×0.000768
=0.000154MPa
q 1-2=0.5×(1.4×w k +0.5×1.3×q EAk ))
=0.5×(1.4×0.001+0.5×1.3×0.000154)
=0.00075MPa
(2)作用在玻璃顶部的栏杆活荷载取值：
《建筑结构荷载规范》GB50009-2012第5.5.2条规定：
住宅、宿舍、办公楼、旅馆、医院、托儿所、幼儿园，栏杆顶部的水平荷载应取1.0KN/m；
学校、食堂、剧场、电影院、车站、礼堂、展览馆、体育场，栏杆顶部的水平荷载应取1.0KN/m，竖向荷载应取1.2KN/m，水平荷载和竖向荷载应分别考虑(不同时考虑) ； 由于本计算结构是全玻璃栏板，竖向荷载不必考虑，仅考虑q 1k =1.0KN/m的顶部水平均布荷载即可。
4.2 玻璃的最大弯矩计算
因为内外等片，按6.1.4[JGJ102-2003]规定，两片强度计算值相同，以下以外片为例进行受力分析：
力学公式参看《建筑结构静力计算手册》第二版P118：
(1)顶部均布荷载作用下产生的最大弯矩：
q 1k ：顶部均布荷载标准值(N/mm)；
q 1：顶部均布荷载设计值(N/mm)；
q 1=1.4q1k /2
=1.4×1/2
=0.7N/mm
M 1=q1WL
=0.7×2000×1600
=2240000N·mm
(2)板面均布荷载作用下产生的最大弯矩：
M 2=q1-2WL 2/2
=0.00075×2000×16002/2
=1920000N·mm
(3)玻璃栏板的弯矩计算值：
考虑到不会出现极限风压和顶部均布荷载同时作用的情况，所有玻璃栏板最大弯矩为：
M=max(M1,M 2)
=2240000N·mm
4.3 玻璃强度校核
σ：玻璃在组合荷载作用下的板中最大应力设计值(MPa)；
W x ：玻璃板抗弯矩(mm3) ；
t ：玻璃厚度(mm)；
σ=M/Wx
=M/(Wt2/6)
=6M/(Wt2)
=6×2240000/(2000×152)
=29.867MPa
29.867MPa ≤f g =72MPa(钢化玻璃)
两片玻璃强度相同, 因此栏板玻璃的强度满足!
4.4 玻璃最大挠度校核
力学公式参看《建筑结构静力计算手册》第二版P118：
(1)玻璃的等效厚度计算：
t e ：玻璃的等效厚度(mm)；
t ：单片玻璃厚度(mm)；
t e =(2t3) 1/3 ……6.1.4-5[JGJ102-2003]
=(2×153) 1/3
=18.899mm
(1)在顶部均布荷载作用下玻璃的最大挠度：
d f1：玻璃板挠度计算值(mm)；
q 1k ：顶部均布荷载标准值(N/mm)；
E ：玻璃的弹性模量(MPa)；
I ：玻璃板惯性矩；
I=Wte 3/12
=2000×18.8993/12
=1125032.904mm4
d f1=q1k WL 2m(1+λ)/3EI
=1×2000×16002×200×(1+1600/200)/3/72000/1125032.904
=37.925mm
(2)板面均布荷载作用下玻璃的最大挠度：
d f2：玻璃板挠度计算值(mm)；
E ：玻璃的弹性模量(MPa)；
w k ：作用在幕墙上的风荷载标准值(MPa)；
I ：玻璃板惯性矩；
d f2=wk ×WL 3m(4+3λ)/24EI
=0.001×2000×16003×200×(4+3×1600/200)/24/72000/1125032.904
=23.598mm
考虑到不会出现极限风压和顶部均布荷载同时作用的情况，所有玻璃栏板最大挠度为：
d f =max(df1,d f2)
=37.925mm
d f,lim ：最大挠度限制值，对于悬臂玻璃结构，取跨度的1/30=53.333mm； 37.925mm ≤d f,lim =53.333mm(钢化玻璃) 玻璃挠度能够满足要求!
9
5 附录 常用材料的力学及其它物理性能
一、 玻璃的强度设计值 f g (MPa)
二、 长期荷载作用下玻璃的强度设计值 f g (MPa)
三、 铝合金型材的强度设计值 (MPa )
四、 钢材的强度设计值(1-热轧钢材) fs (MPa)
10
五、 钢材的强度设计值(2-冷弯薄壁型钢) fs (MPa)
六、 材料的弹性模量E(MPa)
七、 材料的泊松比υ
八、 材料的膨胀系数α(1/℃)
九、 材料的重力密度γ
g (KN/m)
十、 板材单位面积重力标准值（MPa ）
JGJ133-2001表5.2.2
11
十一、 螺栓连接的强度设计值一(MPa)
十二、 螺栓连接的强度设计值二(MPa)
12
十三、 焊缝的强度设计值(MPa)
十四、 不锈钢螺栓连接的强度设计值(MPa)
十五、 楼层弹性层间位移角限值
13