不锈钢栏杆计算

设计：校对：审核：批准：

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 栏杆承受荷载计算 ........................................................................................................................................... 3 3 栏杆横杆计算 ................................................................................................................................................... 3

3.1 杆件强度计算 ........................................................................................................................................ 4 3.2 杆件剪力计算 ........................................................................................................................................ 5 3.3 杆件刚度计算 ........................................................................................................................................ 6 4 附录 常用材料的力学及其它物理性能 ......................................................................................................... 7

栏杆计算·建筑护栏设计计算书

全金属栏杆设计计算书

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：

《铝合金结构设计规范》 GB50429-2007 《玻璃幕墙工程技术规范》 JGJ102-2003 《建筑玻璃应用技术规程》 JGJ113-2009 《建筑幕墙》 GB/T21086-2007 《建筑玻璃采光顶》 JG/T231-2007 《建筑用玻璃与金属护栏》 JG/T342-2012 《建筑幕墙工程技术规范》 DGJ08-56-2012

1.2 建筑设计规范：

《地震震级的规定》 GB/T17740-1999 《钢结构设计规范》 GB50017-2003 《高层建筑混凝土结构技术规程》 JGJ3-2010 《高处作业吊蓝》 GB19155-2003 《工程抗震术语标准》 JGJ/T97-2011 《混凝土结构后锚固技术规程》 JGJ145-2004 《混凝土结构加固设计规范》 GB50367-2006 《混凝土结构设计规范》 GB50010-2010 《混凝土用膨胀型、扩孔型建筑锚栓》 JG160-2004 《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 《建筑结构荷载规范》 GB50009-2012 《建筑结构可靠度设计统一标准》 GB50068-2001 《建筑抗震设计规范》 GB50011-2010 《建筑设计防火规范》 GB50016-2006 《建筑物防雷设计规范》 GB50057-2010 《冷弯薄壁型钢结构技术规范》 GB50018-2002

1.3 玻璃规范：

《镀膜玻璃 第1部分：阳光控制镀膜玻璃》 GB/T115.1-2002 《镀膜玻璃 第2部分：低辐射镀膜玻璃》 GB/T115.2-2002 《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 《半钢化玻璃》 GB/T17841-2008 《热弯玻璃》 JC/T915-2003 《压花玻璃》 JC/T511-2002

1

栏杆计算·建筑护栏设计计算书

《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 《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/T5118-1995 《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/T5117-1995 《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

2

栏杆计算·建筑护栏设计计算书

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 栏杆承受荷载计算

本处栏杆为全金属杆结构，这种结构自身在风压和地震作用下的荷载非常小，主要承受的是规范GB50009-2012第5.5.2条规定要求的人为荷载，这个荷载是均布在横杆上并由横杆传到竖杆的，规范的要求如下：

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；

结合本计算的实际情况，考虑qk=1.0KN/m的顶部水平均布荷载标准值，忽略风荷载及抗震等其它作用。

3 栏杆横杆计算

选定杆件材料类别: 不锈钢 选用杆件型材名称: FT80X60X3

2

型材强度设计值: 180N/mm

2

型材弹性模量: E=206000N/mm

4

X轴惯性矩: Ix=70.0466cm

4

Y轴惯性矩: Iy=44.08cm

3

X轴上部抵抗矩: Wx1=17.5116cm

3

X轴下部抵抗矩: Wx2=17.5116cm

3

Y轴左部抵抗矩: Wy1=14.9636cm

3

Y轴右部抵抗矩: Wy2=14.9636cm

2

型材截面积: A=7.80823cm

型材计算校核处抗剪壁厚: t=3mm

3

型材截面面积矩: Ss=10.58cm 塑性发展系数: γ=1.05

3

栏杆计算·建筑护栏设计计算书

3.1 杆件强度计算

(1)荷载线分布最大荷载集度设计值(矩形分布) q: 荷载线分布最大荷载集度设计值(kN/m) q =1kN/m (2)荷载组合

杆件节点及单元编号图如下:

N0B05400雨篷横梁计算简图N1

杆件所受组合荷载简图如下:

YX5400雨篷横梁受力简图q=1.000kN/m

(3)杆件弯矩:

通过有限元分析计算得到杆件的弯矩图如下:

YX5400雨篷横梁弯矩图 杆件弯矩分布如下表:

Mmax=2.430kN.m 列表条目 偏移(m) 弯矩(kN.m) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0.000 0.608 1.215 1.822 2.430 2.970 3.577 4.185 4.792 5.400 2.430 0.974 -0.112 -0.830 -1.179 -1.179 -0.830 -0.112 0.974 2.430 最大弯矩发生在5.4m处

M: 幕墙杆件在组合荷载作用下产生弯矩(kN·m) M=2.43kN·m

杆件在荷载作用下的支座反力信息如下表: 支座编号 N0 N1 X向反力(kN) -0.000 -0.000 Y向反力(kN) 2.700 2.700 转角反力(kN.m) 2.430 -2.430 M

(4)校核依据: ≤ｆa (JGJ102-2003 6.2.4)

γ×w σ: 杆件计算强度(N/mm)

4

2

栏杆计算·建筑护栏设计计算书

A: 杆件型材截面积: 7.80823cm

3

Wx: 杆件截面抵抗矩: 17.5116cm γ: 塑性发展系数: 1.05 M×10

σ= 1.05×Wx2.43×10 =

1.05×17.5116

=132.157N/mm

22

132.157N/mm ≤ｆa=180N/mm 杆件强度满足要求

233

2

3.2 杆件剪力计算

校核依据: τmax≤[τ]=105N/mm

通过有限元分析计算得到杆件的剪力图如下:

Qmax=2.700kNYX5400雨篷横梁剪力图2

杆件剪力分布如下表: 列表条目 偏移(m) 剪力(kN) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0.000 0.608 1.215 1.822 2.430 2.970 3.577 4.185 4.792 5.400 2.700 2.093 1.485 0.878 0.270 -0.270 -0.877 -1.485 -2.092 -2.700 最大剪力发生在0m处

τ: 杆件剪应力:

Q: 杆件最大剪力: 2.7kN

3

Ss: 杆件型材截面面积矩: 10.58cm

4

Ix: 杆件型材截面惯性矩: 70.0466cm t: 杆件抗剪壁厚: 3mm Q×Ss×100 τ= Iz×t2.7×10.58×100

=

70.0466×3 =13.5938N/mm

22

13.5938N/mm≤105N/mm 杆件抗剪强度可以满足

2

5

栏杆计算·建筑护栏设计计算书

3.3 杆件刚度计算

校核依据: Umax≤

L 300

Dfmax: 杆件最大允许挠度:

通过有限元分析计算得到杆件的挠度图如下:

YX5400Dmax=15.346mm 列表条目 偏移(m) 挠度(mm) 雨篷横梁位移图 杆件挠度分布如下表: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0.000 0.608 1.215 1.822 2.430 2.970 3.577 4.185 4.792 5.400 0.000 -2.448 -7.466 -----7.466 -2.448 0.000 12.275 15.040 15.040 12.275 最大挠度发生在2.7m处,最大挠度为15.3458mm Hvmax

Dfmax=×1000

3005.4

=×1000

300

=18mm

杆件最大挠度Umax为: 15.3458mm≤18mm 挠度满足要求

6

栏杆计算·建筑护栏设计计算书

4 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 fg(MPa)

JGJ102-2003表5.2.1

种类 普通玻璃 浮法玻璃 厚度(mm) 5 5～12 15～19 ≥20 5～12 钢化玻璃 15～19 ≥20 大面 28.0 28.0 24.0 20.0 84.0 72.0 59.0 侧面 19.5 19.5 17.0 14.0 58.8 50.4 41.3 二、 长期荷载作用下玻璃的强度设计值 fg(MPa)

JGJ113-2009表4.1.9

种类 平板玻璃 厚度(mm) 5～12 15～19 ≥20 5～12 半钢化玻璃 15～19 ≥20 5～12 半钢化玻璃 15～19 ≥20 大面 9 7 6 28 24 20 42 36 30 侧面 6 5 4 20 17 14 30 26 21 三、 铝合金型材的强度设计值 (MPa )

GB50429-2007表4.3.4 厚度 铝合金牌号 状态 T4 T6 T5 T6 T5 T6 (mm) 不区分 不区分 不区分 不区分 ≤10 ≤10 强度设计值 抗拉、抗压 90 200 90 150 135 160 抗剪 55 115 55 85 75 90 6061 6063 6063A 四、 钢材的强度设计值(1-热轧钢材) fs(MPa)

JGJ102-2003表5.2.3

钢材牌号 Q235 Q345 厚度或直径d(mm) d≤16 d≤16 7

抗拉、抗压、抗弯 215 310 抗剪 125 180 端面承压 325 400 栏杆计算·建筑护栏设计计算书

五、 钢材的强度设计值(2-冷弯薄壁型钢) fs(MPa)

GB50018-2002表4.2.1 钢材牌号 Q235 Q345 抗拉、抗压、抗弯 205 300 抗剪 120 175 端面承压 310 400 六、 材料的弹性模量E(MPa)

JGJ102-2003表5.2.8、JGJ133-2001表5.3.9

材料 玻璃 铝合金、单层铝板 钢、不锈钢 消除应力的高强钢丝 蜂窝铝板 10mm 蜂窝铝板 15mm 蜂窝铝板 20mm E 0.72×10 0.70×10 52.06×10 52.05×10 0.35×10 50.27×10 0.21×10 5555材料 不锈钢绞线 高强钢绞线 钢丝绳 花岗石板 铝塑复合板 4mm 铝塑复合板 6mm 5E 1.2×10～1.5×10 1.95×10 550.8×10～1.0×10 50.8×10 0.2×10 50.3×10 555七、 材料的泊松比υ

JGJ102-2003表5.2.9、JGJ133-2001表5.3.10、GB50429-2007表4.3.7

材料 玻璃 铝合金 铝塑复合板 花岗岩 υ 0.2 0.3(按GB50429) 0.25 0.125 材料 钢、不锈钢 高强钢丝、钢绞线 蜂窝铝板 υ 0.3 0.3 0.25 八、 材料的膨胀系数α(1/℃)

JGJ102-2003表5.2.10、JGJ133-2001表5.3.11、GB50429-2007表4.3.7 材料 玻璃 钢材 铝塑复合板 花岗岩 3-5α 0.8×10～1.0×10 1.20×10 ≤4.0×10 0.8×10 -5-5-5-5-5材料 不锈钢板 混凝土 砖砌体 蜂窝铝板 α 1.80×10 1.00×10 0.50×10 2.4×10 -5-5-5-5铝合金、单层铝板 2.3×10(按GB50429) 九、 材料的重力密度γg (KN/m)

JGJ102-2003表5.3.1、GB50429-2007表4.3.7 材料 普通玻璃、夹层玻璃 钢化、半钢化玻璃 钢材 铝合金 γg 25．6 78．5 2700kg/m(按GB50429) 3材料 矿棉 玻璃棉 岩棉 γg 1.2～1.5 0.5～1.0 0.5～2.5 十、 板材单位面积重力标准值（MPa）

JGJ133-2001表5.2.2

板材 厚度 （mm） qk 2(N/m) 板材 厚度 （mm） qk 2(N/m) 8

栏杆计算·建筑护栏设计计算书

单层铝板 2.5 3.0 4.0 4.0 6.0 10.0 15.0 20.0 67.5 81.0 112.0 55.0 73.6 53.0 70.0 74.0 不锈钢板 铝塑复合板 蜂窝铝板（铝箔芯） 1.5 2.0 2.5 3.0 20.0 25.0 30.0 117.8 157.0 196.3 235.5 500～560 625～700 750～840 花岗石板 十一、 螺栓连接的强度设计值一(MPa)

JGJ102-2003表B.0.1-1

普通螺栓 螺栓的性能等级 抗锚栓和构件钢材的牌号 拉 bC级螺栓 抗剪 bA、B级螺栓 承压 fc - - - - - b锚栓 抗拉 ft - - - 140 180 - - - - - b承压型连接高强度螺栓 抗拉 ft - - - - - b抗拉 ft - b抗剪 fv - b承压 fc - - - - - - - 405 510 530 b抗剪 fv - - - - - b承压 fc - - - - - b4.6、4.8级 普通螺栓 5.6级 8.8级 Q235钢 Q345钢 8.8级 10.9级 Q235钢 Q345钢 Q390钢 ft fv 170 140 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 210 190 400 320 - - - - - - - - - - - - - - 锚栓 承压型连接高强度螺栓 构件 - - 305 385 400 400 250 - 500 310 - - - 470 - - - - 590 615 十二、 螺栓连接的强度设计值二(MPa)

GB50429-2007表4.3.5-1 普通螺栓 螺栓的材料、性能等级 和构件铝合金牌号 2B11 普铝合金 2A90 通A2-50、A4-50 螺不锈钢 A2-70、A4-70 栓 钢 4.6、4.8级 6061-T4 6061-T6 构件 6063-T5 6063-T6 6063A-T5 6063A-T6 5083-O/F/H112 铝合金 不锈钢 钢 抗拉 抗剪 承压 抗拉 抗剪 承压 抗拉 抗剪 承压 vbbvbbvbbft fv fc ft fv fc ft fv fc 170 150 — — — — — — — — — — 160 145 — — — — — — — — — — — — — — — 210 305 185 240 220 255 315 9

— — 200 280 — — — — — — — — — — 190 265 — — — — — — — — — — — — — 210 305 185 240 220 255 315 — — — — 170 — — — — — — — — — — — 140 — — — — — — — — — — — — 210 305 185 240 220 255 315 栏杆计算·建筑护栏设计计算书

十三、 焊缝的强度设计值(MPa)

JGJ102-2003表B.0.1-3 构件钢材 焊接方法和焊条型号 自动焊、半自动焊和E43型焊条的手工焊 自动焊、半自动焊和E50型焊条的手工焊 自动焊、半自动焊和E55型焊条的手工焊 自动焊、半自动焊和E55型焊条的手工焊 牌号 厚度或直径 d（mm） d≤16 16＜d≤40 40＜d≤60 d≤16 16＜d≤35 35＜d≤50 d≤16 16＜d≤35 35＜d≤50 d≤16 16＜d≤35 35＜d≤50 抗压wfc 215 205 200 310 295 265 350 335 315 380 360 240 对接焊缝 抗拉和抗弯受拉ft 一级、二级 215 205 200 310 295 265 350 335 315 380 360 240 三级 185 175 170 265 250 225 300 285 270 320 305 290 w 角焊缝 抗剪 wfv 125 120 115 180 170 155 205 190 180 220 210 195 抗拉、 抗压和 w抗剪ff 160 160 160 200 200 200 220 220 220 220 220 220 Q235钢 Q345钢 Q390钢 Q420钢 十四、 不锈钢螺栓连接的强度设计值(MPa)

JGJ102-2003表B.0.3

类别 A(奥氏体) 组别 A1、A2 A3、A4 A5 C1 C(马氏体) C3 C4 F(铁素体) F1 性能等级 50 70 80 50 70 100 80 50 70 45 60 σb 500 700 800 500 700 1000 800 500 700 450 600 抗拉 抗剪 230 320 370 230 320 460 370 230 320 210 275 175 245 280 175 245 350 280 175 245 160 210 十五、 楼层弹性层间位移角限值

GB/T21086-2007表20 建筑高度 结构类型 框架 板柱-剪力墙 框架-剪力墙、框架-核心筒 筒中筒 剪力墙 框支层 建筑高度H（m） H≤150 1/550 1/800 1/800 1/1000 1/1000 1/1000 150＜H≤250 — — 线性插值 线性插值 线性插值 — H＞250 — — 1/500 — 10

栏杆计算·建筑护栏设计计算书

多、高层钢结构 1/250（GB50011-2010） 十六、 部分单层铝合板强度设计值（MPa）

JGJ133-2001表5.3.2

牌号 2A11 2A12 7A04 7A09 试样状态 T42 T42 T62 T62 厚度（mm） 0.5～2.9 ＞2.9～10.0 0.5～2.9 ＞2.9～10.0 0.5～2.9 ＞2.9～10.0 0.5～2.9 ＞2.9～10.0 抗拉强度fa1 129.5 136.5 171.5 185.5 273.0 287.0 273.0 287.0 tt抗剪强度fa1 75.1 79.2 99.5 107.6 158.4 166.5 158.4 166.5 vv上海规范表3.2.9【DGJ08-56-2012】 牌号 状 态 规定非比例延伸应力δp0.2 抗拉强度fa1 抗剪强度fa1 70 75 95 125 115 60 120 110 65 54 58 74 97 47 93 86 50 32 34 43 56 52 27 54 50 29 1060 H14、H24 1050 H14、H24 1100 H14、H24 3003 3003 3004 5005 5052 H14 H24 O H14 H24、H34 O 十七、 铝塑复合板强度设计值（MPa）

JGJ133-2001表5.3.3

板厚t(mm) 4 抗拉强度fa2 70 t抗剪强度fa2 20 v十八、 蜂窝铝板强度设计值（MPa）

JGJ133-2001表5.3.4

板厚t(mm) 20 抗拉强度fa3 10.5 t抗剪强度fa3 1.4 v十九、 不锈钢板强度设计值（MPa）

JGJ133-2001表5.3.5 序号 1 2 3 4

11

屈服强度标准值σ0.2 170 200 220 250 抗弯、抗拉强度fs1 154 180 200 226 t抗剪强度fs1 120 140 155 176 v