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。