幕墙横梁计算

时间:2024-10-15 08:13:28

基本参数:

1:计算点标高:100m;

2:横梁跨度:B=1100m罪焐芡拂m;

3:横梁上分格高:1380mm;横梁下分格高:1380mm;

4:横梁计算间距(指横梁上下分格平均高度):H=1380mm;

5:力学模型:三角荷载简支梁;

6:板块配置:石材;

7:横梁材质:Q235;

因为B≤H,所以本处幕墙横梁按三角形荷载简支梁力学模型进行设计计算,受力模型如下:

1.横梁型材选材计算:

(1)横梁在风荷载作用下的线荷载集度(按三角形分布):

qwk:风荷载线分布最大荷载集度标准值(N/mm);

wk:风荷载标准值(MPa);

B:横梁跨度(mm);

qwk=wkB

=0.001468×1100

=1.615N/mm

qw:风荷载线分布最大荷载集度设计值(N/mm);

qw=1.4qwk

=1.4×1.615

=2.261N/mm

(2)垂直于幕墙平面的分布水平地震作用的线荷载集度(按三角形分布):

qEAk:垂直于幕墙平面的分布水平地震作用(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:幕墙构件的重力荷载标准值(N),(主要指面板组件);

A:幕墙平面面积(mm2);

qEAk=βEαmaxGk/A……5.3.4[JGJ102-2003]

=5.0×0.16×0.001

=0.0008MPa

qEk:横梁受水平地震作用线荷载集度标准值(N/mm);

B:横梁跨度(mm);

qEk=qEAkB

=0.0008×1100

=0.88N/mm

qE:横梁受水平地震作用线荷载集度设计值(N/mm);

qE=1.3qEk

=1.3×0.88

=1.144N/mm

(3)幕墙横梁受荷载集度组合:

用于强度计算时,采用Sw+0.5SE设计值组合:……5.4.1[JGJ102-2003]

q=qw+0.5qE

=2.261+0.5×1.144

=2.833N/mm

用于挠度计算时,采用Sw标准值:……5.4.1[JGJ102-2003]

qk=qwk

=1.615N/mm

(4)横梁在风荷载及地震组合作用下的弯矩值(按三角形分布):

My:横梁受风荷载及地震作用弯矩组合设计值(N·mm);

Mw:风荷载作用下横梁产生的弯矩(N·mm);

ME:地震作用下横梁产生的弯矩(N·mm);

B:横梁跨度(mm);

Mw=qwB2/12

ME=qEB2/12

采用Sw+0.5SE组合:

My=Mw+0.5ME

=qB2/12

=2.833×11002/12

=285660.833N·mm

(5)横梁在自重荷载作用下的弯矩值(按矩形分布):

Gk:横梁自重线荷载标准值(N/mm);

H:横梁计算间距(mm);

Gk=0.001×H

=0.001×1380

=1.38N/mm

G:横梁自重线荷载设计值(N/mm);

G=1.2Gk

=1.2×1.38

=1.656N/mm

Mx:横梁在自重荷载作用下的弯矩设计值(N·mm);

B:横梁跨度(mm);

Mx=GB2/8

=1.656×11002/8

=250470N·mm

2.确定材料的截面参数:

(1)横梁抵抗矩预选:

Wnx:绕X轴横梁净截面抵抗矩预选值(mm3);

Wny:绕Y轴横梁净截面抵抗矩预选值(mm3);

Mx:横梁在自重荷载作用下的弯矩设计值(N·mm);

My:风荷载及地震作用弯矩组合设计值(N·mm);

γ:塑性发展系数:取1.05;

fs:型材抗弯强度设计值(MPa),对Q235取215;

按下面公式计算:

Wnx=Mx/γfs

=250470/1.05/215

=1109.502mm3

Wny=My/γfs

=285660.833/1.05/215

=1265.386mm3

(2)横梁惯性矩预选:

df,lim:按规范要求,横梁的挠度限值(mm);

B:横梁跨度(mm);

B/250=1100/250=4.4mm

取:

df,lim=4.4mm

qk:风荷载作用线荷载集度标准值(N/mm);

E:型材的弹性模量(MPa),对Q235取206000MPa;

Iymin:绕Y轴最小惯性矩(mm4);

B:横梁跨度(mm);

df,lim=qkB4/120EIymin……(受风荷载与地震作用的挠度计算)

Iymin=qkB4/120Edf,lim

=1.615×11004/120/206000/4.4

=21739.128mm4

Ixmin:绕X轴最小惯性矩(mm4);

Gk:横梁自重线荷载标准值(N/mm);

df,lim=5GkB4/384EIxmin……(自重作用下产生的挠度计算)

Ixmin=5GkB4/384Edf,lim

=5×1.38×11004/384/206000/4.4

=29024.765mm4

3.选用横梁型材的截面特性:

按照上面的预选结果选取型材:

选用型材号:40/60系列

型材抗弯强度设计值:215MPa

型材抗剪强度设计值:125MPa

型材弹性模量:E=206000MPa

绕X轴惯性矩:Ix=115810mm4

绕Y轴惯性矩:Iy=123650mm4

绕X轴净截面抵抗矩:Wnx1=4100mm3

绕X轴净截面抵抗矩:Wnx2=3662mm3

绕Y轴净截面抵抗矩::Wny1=5763mm3

绕Y轴净截面抵抗矩::Wny2=6639mm3

型材净截面面积:An=449.3mm2

型材线密度:γg=0.03527N/mm

横梁与立柱连接时角片与横梁连接处横梁壁厚:t=3mm

横梁截面垂直于X轴腹板的截面总宽度:tx=5mm

横梁截面垂直于Y轴腹板的截面总宽度:ty=3mm

型材受力面对中性轴的面积矩(绕X轴):Sx=2994mm3

型材受力面对中性轴的面积矩(绕Y轴):Sy=3546mm3

塑性发展系数:γ=1.05

4.幕墙横梁的抗弯强度计算:

按横梁抗弯强度计算公式,应满足:

Mx/γWnx+My/γWny≤fs……6.2.4[JGJ102-2003]

上式中:

Mx:横梁绕X轴方向(幕墙平面内方向)的弯矩设计值(N·mm);

My:横梁绕Y轴方向(垂直于幕墙平面方向)的弯矩设计值(N·mm);

Wnx:横梁绕X轴方向(幕墙平面内方向)的净截面抵抗矩(mm3);

Wny:横梁绕Y轴方向(垂直于幕墙平面方向)的净截面抵抗矩(mm3);

γ:塑性发展系数,取1.05;

fs:型材的抗弯强度设计值,取215MPa。

采用SG+Sw+0.5SE组合,则:

Mx/γWnx+My/γWny=250470/1.05/3662+285660.833/1.05/5763

=112.348MPa≤215MPa

横梁抗弯强度满足要求。

5.横梁的挠度计算:

因为惯性矩预选是根据挠度限值计算的,所以只要选择的横梁惯性矩大于预选值,挠度就满足要求:

实际选用的型材惯性矩为:

Ix=115810mm4

Iy=123650mm4

预选值为:

Ixmin=29024.765mm4

Iymin=21739.128mm4

横梁挠度的实际计算值如下:

df1=qkB4/120EIy

=1.615×11004/120/206000/123650

=0.774mm

df2=5GkB4/384EIx

=5×1.38×11004/384/206000/115810

=1.103mm

而df,lim=4.4mm

所以,横梁挠度满足规范要求。

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