建筑外窗抗风压性能计算书.doc

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1、建筑外窗抗风压性能计算书I、计算依据建筑玻璃应用技术规程 JGJ 113-2003钢结构设计规范 GB 50017-2003建筑外窗抗风压性能分级表 GB/T7106-2002建筑结构荷载规范 GB 50009-2001 2006版未增塑聚氯乙烯(PVC-U)塑料门 JG/T 180-2005未增塑聚氯乙烯(PVC-U)塑料窗 JG/T 140-2005铝合金窗 GB/T8479-2003铝合金门 GB/T8478-2003II、设计计算一、风荷载计算 1)工程所在省市：河北 2)工程所在城市：唐山 3)门窗安装最大高度z(m)：20 4)门窗类型:平开窗 5)窗型样式: 6)窗型尺寸: 窗宽

2、W(mm):3150 窗高H(mm):27501 风荷载标准值计算:Wk = gz*S1*Z*w0 (按建筑结构荷载规范GB 50009-2001 2006版 7.1.1-2)1.1 基本风压 W0=400N/m2 (按建筑结构荷载规范GB 50009-20012006版规定,采用50年一遇的风压，但不得小于0.3KN/m2)1.2 阵风系数计算: 1)A类地区：gz=0.92*(1+2f) 其中：f=0.5*35(1.8*(-0.04)*(z/10)(-0.12),z为安装高度； 2)B类地区：gz=0.89*(1+2f) 其中：f=0.5*35(1.8*(0)*(z/10)(-0.16),

3、z为安装高度； 3)C类地区：gz=0.85*(1+2f) 其中：f=0.5*35(1.8*(0.06)*(z/10)(-0.22),z为安装高度； 4)D类地区：gz=0.80*(1+2f) 其中：f=0.5*35(1.8*(0.14)*(z/10)(-0.30),z为安装高度； 本工程按：C类 有密集建筑群的城市市区取值。安装高度5米时,按5米时的阵风系数取值。 gz=0.85*(1+(0.734*(20/10)(-0.22)*2) =1.92132 (按建筑结构荷载规范GB 50009-2001 2006版7.5.1规定)1.3 风压高度变化系数z: 1)A类地区：Z=1.379 * (

4、z / 10) 0.24,z为安装高度； 2)B类地区：Z=(z / 10) 0.32,z为安装高度； 3)C类地区：Z=0.616 * (z / 10) 0.44,z为安装高度； 4)D类地区：Z=0.318 * (z / 10) 0.6,z为安装高度； 本工程按：C类 有密集建筑群的城市市区取值。 Z=0.616*(20/10)0.44 =0.83567 (按建筑结构荷载规范GB 50009-2001 2006版 7.2.1规定)1.4 局部风压体型系数s1的计算： s1：局部风压体型系数，根据计算点体型位置取0.8； 按建筑结构荷载规范GB50009-2001(2006年版)第7.3.3

5、条：验算围护构件及其连接的强度时，可按下列规定采用局部风压体型系数s1： 一、外表面 1. 正压区 按表7.3.1采用； 2. 负压区 - 对墙面， 取-1.0 - 对墙角边， 取-1.8 二、内表面 对封闭式建筑物，按表面风压的正负情况取-0.2或0.2。 另注：上述的局部体型系数s1(1)是适用于围护构件的从属面积A小于或等于1m2的情况，当围护构件的从属面积A大于或等于10m2时，局部风压体型系数s1(10)可乘以折减系数0.8，当构件的从属面积小于10m2而大于1m2时，局部风压体型系数s1(A)可按面积的对数线性插值，即：s1(A)=s1(1)+s1(10)-s1(1)logA1.4

6、.1 支撑结构局部风压体型系数s1的计算： 受力杆件中从属面积最大的杆件为：横向杆件中的 其从属面积为A=上亮:0.75+左扇:0.75+右扇:0.75=2.25 支撑结构的构件从属面积A1平方米 LogA=Log(2.25)=0.35218 s1(2.25)=s1(1)+s1(10)-s1(1)*logA =0.8+0.8*0.8-0.8*0.35218 =0.7436512 s1=s1(2.25)+0.2 =0.7436512+0.2 =0.9436512 因此：支撑结构局部风压体型系数s1取：0.94365121.4.2 面板材料的局部风压体型系数s1的计算： 面板材料的局部风压体型系数

7、按面积最大的玻璃板块(即：1500*500=0.75平方)来计算： 面板材料的构件从属面积A=1平方米 s1(0.75)=0.8 s1=s1(0.75)+0.2 =0.8+0.2 =1 因此：面板材料局部风压体型系数s1取：11.5 风荷载标准值计算:1.5.1 支撑结构风荷载标准值计算: Wk(N/m2)=gz*Z*S1*w0 =1.92132*0.83567*0.9436512*400 =606.0471.5.2 面板材料风荷载标准值计算: Wk(N/m2)=gz*Z*S1*w0 =1.92132*0.83567*1*400 =642.2362 风荷载设计值计算：2.1 支撑结构风荷载设计

8、值计算： W(N/m2)=1.4*Wk =1.4*606.047 =848.46582.2 面板结构风荷载设计值计算： W(N/m2)=1.4*Wk =1.4*642.236 =899.1304二、门窗主要受力杆件的挠度、弯曲应力、剪切应力校核:1 校验依据：1.1 挠度校验依据： 1)单层玻璃，柔性镶嵌：fmax/L=1/120 2)双层玻璃，柔性镶嵌：fmax/L=1/180 3)单层玻璃，刚性镶嵌：fmax/L=1/160 其中：fmax:为受力杆件最在变形量(mm) L:为受力杆件长度(mm)1.2 弯曲应力校验依据： max=M/W= :材料的抗弯曲应力(N/mm2) max:计算截

9、面上的最大弯曲应力(N/mm2) M:受力杆件承受的最大弯矩(N.mm) W:净截面抵抗矩(mm3)1.3 剪切应力校验依据： max=(Q*S)/(I*)= :材料的抗剪允许应力(N/mm2) max:计算截面上的最大剪切应力(N/mm2) Q:受力杆件计算截面上所承受的最大剪切力(N) S:材料面积矩(mm3) I:材料惯性矩(mm4) :腹板的厚度(mm)2 主要受力杆件的挠度、弯曲应力、剪切应力计算： 因建筑外窗在风荷载作用下，承受的是与外窗垂直的横向水平力，外窗各框料间构成的受荷单元，可视为四边铰接的简支板。在每个受荷单元的四角各作45度斜线，使其与平行于长边的中线相交。这些线把受荷

10、单元分成4块，每块面积所承受的风荷载传递给其相邻的构件，每个构件可近似地简化为简支梁上呈矩形、梯形或三角形的均布荷载。这样的近似简化与精确解相比有足够的准确度，结果偏于安全，可以满足工程设计计算和使用的需要。由于窗的四周与墙体相连，作用在玻璃上的风荷载由窗框传递给墙体，故不作受力杆件考虑，只需对选用的中梃进行校核。2.1 中横的挠度、弯曲应力、剪切应力计算: 构件“中横”的各受荷单元基本情况如下图： 构件“中横”的由以下各型材(衬钢)组合而成，它们共同承担“中横”上的全部荷载： (1).铝合金:中滑 (此处放置“中滑”的截面图) 截面参数如下： 惯性矩：127392.74 抵抗矩：3698.1

11、9 面积矩：3510.7 截面面积：512.83 腹板厚度：1.42.1.1 中横的刚度计算 1.中滑的弯曲刚度计算 D(N.mm2)=E*I=70000*127392.74=8917491800 中滑的剪切刚度计算 D(N.mm2)=G*F=26000*512.83=13333580 2.中横的组合受力杆件的总弯曲刚度计算 D(N.mm2)=8917491800=8917491800 中横的组合受力杆件的总剪切刚度计算 D(N.mm2)=13333580=133335802.1.2 中横的受荷面积计算 1.上亮的受荷面积计算(梯形) A(mm2)=(3000-500)*500/4=31250

12、0 2.左扇的受荷面积计算(三角形) A(mm2)=(750*750/2)/2=140625 3.右扇的受荷面积计算(三角形) A(mm2)=(750*750/2)/2=140625 4.中横的总受荷面积计算 A(mm2)=312500+140625+140625=5937502.1.3 中横所受均布荷载计算 Q(N)=Wk*A =606.047*593750/1000000 =359.842.1.4 中横在均布荷载作用下的中点挠度、弯矩、剪力计算2.1.4.1 在均布荷载作用下的中点挠度计算 1.中滑在均布荷载作用下的中点挠度计算 按弯曲刚度比例分配荷载 分配荷载:Q中滑=Q总*(D中滑/D

13、总) =359.84*(8917491800/8917491800) =359.840 本窗型在风荷载作用下，可简化为承受矩形均布荷载 Fmid(mm)=Q*L3/(76.8*D) =359.84*15003/(76.8*8917491800) =1.7732.1.4.2 在均布荷载作用下的弯矩计算 1.中滑在均布荷载作用下的弯矩计算 按弯曲刚度比例分配荷载 分配荷载:Q中滑=Q总*(D中滑/D总) =359.84(8917491800/8917491800) =359.840 所受荷载的设计值计算:Q=1.4*Q =1.4*359.84 =503.776 本窗型在风荷载作用下，可简化为承受矩

14、形均布荷载 Mmax(N.mm)=Q*L/8 =503.776*1500/8 =944582.1.4.3 在均布荷载作用下的剪力计算 1.中滑在均布荷载作用下的剪力计算 按剪切刚度比例分配荷载 分配荷载:Q中滑=Q总*(D中滑/D总) =359.84*(13333580/13333580) =359.840 所受荷载的设计值计算:Q=1.4*Q =1.4*359.84 =503.776 本窗型在风荷载作用下，可简化为承受矩形均布荷载 Qmax(N)=Q/2 =503.776/2 =251.8882.1.5 中横在集中荷载作用下的中点挠度、弯矩、剪力计算2.1.5.1左扇产生的集中荷载对中横作用

15、产生的中点挠度、弯矩、剪力计算 1.受荷面积计算 A(mm2)=(1000*2 - 750)*750/4 =234375 2.该分格传递到主受力杆件上的全部集中荷载 通过左侧杆件传递到主受力杆件上的集中荷载计算 P(N)=(wk*A)/2 =(606.047*234375)/2/1000000 =71.021 通过右侧杆件传递到主受力杆件上的集中荷载计算 P(N)=(wk*A)/2 =(606.047*234375)/2/1000000 =71.021 3.该分格产生的集中荷载对受力杆件跨中产生的总挠度 (1)中滑在集中荷载作用下产生的跨中挠度 按弯曲刚度比例分配荷载 分配荷载:Q中滑=Q总*

16、(D中滑/D总) =71.021*(8917491800/8917491800) =71.021 该分格右侧的跨中集中荷载对受力杆件跨中产生的挠度计算 Fmid(mm)=P*L3/(48*D) =71.021*15003/(48*8917491800) =0.56 4.该分格产生的集中荷载对受力杆件跨中产生的总弯矩 (1)中滑在集中荷载作用下产生的弯矩 按弯曲刚度比例分配荷载 分配荷载:Q中滑=Q总*(D中滑/D总) =71.021*(8917491800/8917491800) =71.021 所受荷载的设计值计算:Q=1.4*Q =1.4*71.021 =99.4294 该分格右侧的跨中集

17、中荷载对受力杆件产生的弯矩计算 Mmax(N.mm)=P*L/4 =99.4294*1500/4 =37286.03 5.该分格产生的集中荷载对受力杆件跨中产生的总剪力 (1)中滑在集中荷载作用下产生的总剪力 按剪切刚度比例分配荷载 分配荷载:Q中滑=Q总*(D中滑/D总) =71.021*(13333580/13333580) =71.021 所受荷载的设计值计算:Q=1.4*Q =1.4*71.021 =99.4294 该分格右侧的跨中集中荷载对受力杆件产生的剪力计算 Qmax(N)=P*L/2 =99.4294/2 =49.712.1.5.2右扇产生的集中荷载对中横作用产生的中点挠度、弯

18、矩、剪力计算 1.受荷面积计算 A(mm2)=(1000*2 - 750)*750/4 =234375 2.该分格传递到主受力杆件上的全部集中荷载 通过左侧杆件传递到主受力杆件上的集中荷载计算 P(N)=(wk*A)/2 =(606.047*234375)/2/1000000 =71.021 3.该分格产生的集中荷载对受力杆件跨中产生的总挠度 (1)中滑在集中荷载作用下产生的跨中挠度 按弯曲刚度比例分配荷载 分配荷载:Q中滑=Q总*(D中滑/D总) =71.021*(8917491800/8917491800) =71.021 该分格左侧的跨中集中荷载对受力杆件跨中产生的挠度计算 Fmid(m

19、m)=P*L3/(48*D) =71.021*15003/(48*8917491800) =0.56 4.该分格产生的集中荷载对受力杆件跨中产生的总弯矩 (1)中滑在集中荷载作用下产生的弯矩 按弯曲刚度比例分配荷载 分配荷载:Q中滑=Q总*(D中滑/D总) =71.021*(8917491800/8917491800) =71.021 所受荷载的设计值计算:Q=1.4*Q =1.4*71.021 =99.4294 该分格左侧的跨中集中荷载对受力杆件产生的弯矩计算 Mmax(N.mm)=P*L/4 =99.4294*1500/4 =37286.03 5.该分格产生的集中荷载对受力杆件跨中产生的总

20、剪力 (1)中滑在集中荷载作用下产生的总剪力 按剪切刚度比例分配荷载 分配荷载:Q中滑=Q总*(D中滑/D总) =71.021*(13333580/13333580) =71.021 所受荷载的设计值计算:Q=1.4*Q =1.4*71.021 =99.4294 该分格左侧的跨中集中荷载对受力杆件产生的剪力计算 Qmax(N)=P/2 =99.4294/2 =49.712.1.6 中横在均布荷载和集中荷载共同作用下的中点总挠度校核2.1.6.1 中滑中点总挠度校核2.1.6.1.1 中滑中点总变形计算 F总=F均布+F集中 =1.773+1.12 =2.8932.1.6.1.2 中滑挠跨比计算

21、 挠跨比=F总/L =2.893/1500 =0.00190.0019=1/180中滑的挠度符合要求。2.1.7 中横在均布荷载和集中荷载共同作用下的抗弯曲强度校核2.1.7.1 中滑抗弯曲强度校核2.1.7.1.1 中滑总弯矩计算 M总=M均布+M集中 =94458+74572.06 =169030.062.1.7.1.2 中滑弯曲应力计算 max=M/W max:计算截面上的最大弯曲应力 M:受力杆件承受的最大弯矩 W:净截面抵抗矩 =169030.06/3698.19 =45.70645.706=85.5中滑的抗弯强度满足要求。2.1.8 中横在均布荷载和集中荷载共同作用下的抗剪切强度校

22、核2.1.8.1 中滑抗剪切强度校核2.1.8.1.1 中滑总剪力计算 Q总=Q均布+Q集中 =251.888+99.42 =351.3082.1.8.1.2 中滑剪切应力计算 max=(Q*S)/(I*) max:计算截面上的最大剪切应力 Q:受力杆件计算截面上所承受的最大剪切力 S:材料面积矩 I:材料惯性矩 :腹板的厚度 =351.308*3510.7/(127392.74*1.4) =6.9156.915=p0=83.963(N) Nv=932.66(N)=P0=83.963(N) 中横端部连接螺栓的抗剪和承压能力都能满足要求。2.1.9 中横综合抗风压能力计算 中横在均布荷载和集中荷

23、载作用下总受荷面积计算： A=312500+140625+140625+234375/2+234375/2 =828125mm2 该受力杆件在风荷载作用下，可简化为承受矩形均布荷载 根据:L/180=(q*A)*L3/(76.8*D) q(N/mm2)=76.8*D/(L2*180*A) =76.8*8917491800/(15002*180*828125)*1000 =2.04(kPa)2.2 竖扇的挠度、弯曲应力、剪切应力计算: 构件“竖扇”的各受荷单元基本情况如下图： 构件“竖扇”的由以下各型材(衬钢)组合而成，它们共同承担“竖扇”上的全部荷载： (1).铝合金:内开扇 (此处放置“内开

24、扇”的截面图) 截面参数如下： 惯性矩：32604.61 抵抗矩：1806.57 面积矩：1278.7 截面面积：235.25 腹板厚度：1.22.2.1 竖扇的刚度计算 1.内开扇的弯曲刚度计算 D(N.mm2)=E*I=70000*32604.61=2282322700 内开扇的剪切刚度计算 D(N.mm2)=G*F=26000*235.25=6116500 2.竖扇的组合受力杆件的总弯曲刚度计算 D(N.mm2)=2282322700=2282322700 竖扇的组合受力杆件的总剪切刚度计算 D(N.mm2)=6116500=61165002.2.2 竖扇的受荷面积计算 1.右扇的受荷面

25、积计算(梯形) A(mm2)=(2000-750)*750/4=234375 2.左扇的受荷面积计算(梯形) A(mm2)=(2000-750)*750/4=234375 3.竖扇的总受荷面积计算 A(mm2)=234375+234375=4687502.2.3 竖扇所受均布荷载计算 Q(N)=Wk*A =606.047*468750/1000000 =284.0852.2.4 竖扇在均布荷载作用下的中点挠度、弯矩、剪力计算2.2.4.1 在均布荷载作用下的中点挠度计算 1.内开扇在均布荷载作用下的中点挠度计算 按弯曲刚度比例分配荷载 分配荷载:Q内开扇=Q总*(D内开扇/D总) =284.0

26、85*(2282322700/2282322700) =284.085 本窗型在风荷载作用下，可简化为承受梯形均布荷载 Fmid(mm)=Q*L3/(61.05*D) =284.085*10003/(61.05*2282322700) =2.0392.2.4.2 在均布荷载作用下的弯矩计算 1.内开扇在均布荷载作用下的弯矩计算 按弯曲刚度比例分配荷载 分配荷载:Q内开扇=Q总*(D内开扇/D总) =284.085(2282322700/2282322700) =284.085 所受荷载的设计值计算:Q=1.4*Q =1.4*284.085 =397.719 本窗型在风荷载作用下，可简化为承受梯

27、形均布荷载 Mmax(N.mm)=Q*L/6.165 =397.719*1000/6.165 =64512.412.2.4.3 在均布荷载作用下的剪力计算 1.内开扇在均布荷载作用下的剪力计算 按剪切刚度比例分配荷载 分配荷载:Q内开扇=Q总*(D内开扇/D总) =284.085*(6116500/6116500) =284.085 所受荷载的设计值计算:Q=1.4*Q =1.4*284.085 =397.719 本窗型在风荷载作用下，可简化为承受梯形均布荷载 Qmax(N)=Q*(1-a/L)/2 =397.719*(1-0.375)/2 =124.2872.2.5 竖扇在集中荷载作用下的中

28、点挠度、弯矩、剪力计算2.2.6 竖扇在均布荷载和集中荷载共同作用下的中点总挠度校核2.2.6.1 内开扇中点总挠度校核2.2.6.1.1 内开扇中点总变形计算 F总=F均布+F集中 =2.039 =2.0392.2.6.1.2 内开扇挠跨比计算 挠跨比=F总/L =2.039/1000 =0.0020.002=1/180内开扇的挠度符合要求。2.2.7 竖扇在均布荷载和集中荷载共同作用下的抗弯曲强度校核2.2.7.1 内开扇抗弯曲强度校核2.2.7.1.1 内开扇总弯矩计算 M总=M均布+M集中 =64512.41 =64512.412.2.7.1.2 内开扇弯曲应力计算 max=M/W m

29、ax:计算截面上的最大弯曲应力 M:受力杆件承受的最大弯矩 W:净截面抵抗矩 =64512.41/1806.57 =35.7135.71=85.5内开扇的抗弯强度满足要求。2.2.8 竖扇在均布荷载和集中荷载共同作用下的抗剪切强度校核2.2.8.1 内开扇抗剪切强度校核2.2.8.1.1 内开扇总剪力计算 Q总=Q均布+Q集中 =124.287 =124.2872.2.8.1.2 内开扇剪切应力计算 max=(Q*S)/(I*) max:计算截面上的最大剪切应力 Q:受力杆件计算截面上所承受的最大剪切力 S:材料面积矩 I:材料惯性矩 :腹板的厚度 =124.287*1278.7/(32604.61*1.2) =4.0624.062=p0=66.286(N) Nv=932.66