建筑外门窗抗风压性能估算报告.doc

建筑外门窗抗风压性能估算报告I、计算依据铝合金结构设计规范 GB 50429-2007铝合金门窗 GB/T8478-2008建筑玻璃应用技术规程 JGJ 113-2009钢结构设计规范 GB 50017-2003建筑外门窗气密、水密、抗风压性能分级及检测方法GB/T7106-2008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建筑门窗术语 GB/T5823-2008建筑门窗洞口尺寸系列 GB/T5824-2008建筑外门窗保温性能分级及检测方法 GB/T8484-2008建筑外门窗空气声隔声性能分级及检测方法 GB/T8485-2008铝合金建筑型材 第一部分：基材 GB5237.1-2008铝合金建筑型材 第二部分：阳极氧化型材 GB5237.2-2008铝合金建筑型材 第三部分：电泳涂漆型材 GB5237.3-2008铝合金建筑型材 第四部分：粉末喷涂型材 GB5237.4-2008铝合金建筑型材 第五部分：氟碳漆喷涂型材 GB5237.5-2008铝合金建筑型材 第五部分：隔热型材 GB5237.6-2004II、设计计算一、风荷载计算 1)工程所在省市：湖南 2)工程所在城市：长沙市 3)门窗安装最大高度z(m)：15 4)门窗类型:推拉窗 5)窗型样式: 6)窗型尺寸: 窗宽W(mm):1500 窗高H(mm):18001 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=350N/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),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：B类 田野、乡村、丛林、丘陵以及房层比较稀疏的乡镇和城市郊区取值。安装高度<5米时,按5米时的阵风系数取值。 gz=0.89*(1+(0.5*(15/10)(-0.16)*2) =1.72409 (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 * (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：B类 田野、乡村、丛林、丘陵以及房层比较稀疏的乡镇和城市郊区取值。 Z=(15/10)0.32 =1.13854 (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)logA1.4.1 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<上固中滑> 其从属面积为A=上固定:0.9+左下扇:0.9+右下扇:0.9=2.7 支撑结构的构件从属面积A<10平方米,且>1平方米 LogA=Log(2.7)=0.43136 s1(2.7)=s1(1)+s1(10)-s1(1)*logA =0.8+0.8*0.8-0.8*0.43136 =0.7309824 s1=s1(2.7)+0.2 =0.7309824+0.2 =0.9309824 因此：支撑结构局部风压体型系数s1取：0.93098241.4.2 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按面积最大的玻璃板块(即：1500*600=0.9平方)来计算： 面板材料的构件从属面积A<=1平方米 s1(0.9)=0.8 s1=s1(0.9)+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 =1.72409*1.13854*0.9309824*350 =639.6141.5.2 面板材料风荷载标准值计算: Wk(N/m2)=gz*Z*S1*w0 =1.72409*1.13854*1*350 =687.0312 风荷载设计值计算：2.1 支撑结构风荷载设计值计算： W(N/m2)=1.4*Wk =1.4*639.614 =895.45962.2 面板结构风荷载设计值计算： W(N/m2)=1.4*Wk =1.4*687.031 =961.8434二、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<=1/100 2)双层玻璃，柔性镶嵌：fmax/L<=1/150 fmax最大值不允许超过20mm 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 上固中滑的挠度、弯曲应力、剪切应力计算: 构件“上固中滑”的各受荷单元基本情况如下图： 构件“上固中滑”的由以下各型材(衬钢)组合而成，它们共同承担“上固中滑”上的全部荷载： (1).铝合金:上固定中 截面参数如下： 惯性矩：144621.72 抵抗矩：4199.23 面积矩：3626.08 截面面积：542.42 腹板厚度：1.42.1.1 上固中滑的刚度计算 1.上固定中的弯曲刚度计算 D(N.mm2)=E*I=70000*144621.72=10123520400 上固定中的剪切刚度计算 D(N.mm2)=G*F=27000*542.42=14645340 2.上固中滑的组合受力杆件的总弯曲刚度计算 D(N.mm2)=10123520400=10123520400 上固中滑的组合受力杆件的总剪切刚度计算 D(N.mm2)=14645340=146453402.1.2 上固中滑的受荷面积计算 1.上固定的受荷面积计算(梯形) A(mm2)=(3000-600)*600/4=360000 2.左下扇的受荷面积计算(三角形) A(mm2)=(750*750/2)/2=140625 3.右下扇的受荷面积计算(三角形) A(mm2)=(750*750/2)/2=140625 4.上固中滑的总受荷面积计算 A(mm2)=360000+140625+140625=6412502.1.3 上固中滑所受均布荷载计算 Q(N)=Wk*A =639.614*641250/1000000 =410.1522.1.4 上固中滑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.上固定中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上固定中=Q总*(D上固定中/D总) =410.152*(10123520400/10123520400) =410.152 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) =410.152*15003/(76.8*10123520400) =1.782.1.4.2 在均布荷载作用下的弯矩计算 1.上固定中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上固定中=Q总*(D上固定中/D总) =410.152(10123520400/10123520400) =410.152 所受荷载的设计值计算:Q=1.4*Q =1.4*410.152 =574.2128 本窗型在风荷载作用下，可简化为承受矩形均布荷载 Mmax(N.mm)=Q*L/8 =574.2128*1500/8 =107664.92.1.4.3 在均布荷载作用下的剪力计算 1.上固定中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上固定中=Q总*(D上固定中/D总) =410.152*(14645340/14645340) =410.152 所受荷载的设计值计算:Q=1.4*Q =1.4*410.152 =574.2128 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 =574.2128/2 =287.1062.1.5 上固中滑在集中荷载作用下的中点挠度、弯矩、剪力计算2.1.5.1左下扇产生的集中荷载对上固中滑作用产生的中点挠度、弯矩、剪力计算 1.受荷面积计算 A(mm2)=(1200*2 - 750)*750/4 =309375 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 =(639.614*309375)/2/1000000 =98.94 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 =(639.614*309375)/2/1000000 =98.94 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)上固定中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上固定中=Q总*(D上固定中/D总) =98.94*(10123520400/10123520400) =98.940 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) =98.94*15003/(48*10123520400) =0.687 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)上固定中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上固定中=Q总*(D上固定中/D总) =98.94*(10123520400/10123520400) =98.940 所受荷载的设计值计算:Q=1.4*Q =1.4*98.94 =138.516 该分格右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 =138.516*1500/4 =51943.5 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)上固定中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上固定中=Q总*(D上固定中/D总) =98.94*(14645340/14645340) =98.940 所受荷载的设计值计算:Q=1.4*Q =1.4*98.94 =138.516 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 =138.516/2 =69.262.1.5.2右下扇产生的集中荷载对上固中滑作用产生的中点挠度、弯矩、剪力计算 1.受荷面积计算 A(mm2)=(1200*2 - 750)*750/4 =309375 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 =(639.614*309375)/2/1000000 =98.94 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)上固定中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上固定中=Q总*(D上固定中/D总) =98.94*(10123520400/10123520400) =98.940 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(mm)=P*L3/(48*D) =98.94*15003/(48*10123520400) =0.687 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)上固定中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上固定中=Q总*(D上固定中/D总) =98.94*(10123520400/10123520400) =98.940 所受荷载的设计值计算:Q=1.4*Q =1.4*98.94 =138.516 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 =138.516*1500/4 =51943.5 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)上固定中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上固定中=Q总*(D上固定中/D总) =98.94*(14645340/14645340) =98.940 所受荷载的设计值计算:Q=1.4*Q =1.4*98.94 =138.516 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 =138.516/2 =69.262.1.6 上固中滑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 上固定中中点总挠度校核2.1.6.1.1 上固定中中点总变形计算 F总=F均布+F集中 =1.78+1.374 =3.1542.1.6.1.2 上固定中挠跨比计算 挠跨比=F总/L =3.154/1500 =0.00210.0021<=1/150挠跨比符合要求，3.154<=20挠度绝对值符合要求。上固定中的挠度符合要求。2.1.7 上固中滑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 上固定中抗弯曲强度校核2.1.7.1.1 上固定中总弯矩计算 M总=M均布+M集中 =107664.9+103887 =211551.92.1.7.1.2 上固定中弯曲应力计算 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 =211551.9/4199.23 =50.37950.379<=90上固定中的抗弯强度满足要求。2.1.8 上固中滑在均布荷载和集中荷载共同作用下的抗剪切强度校核2.1.8.1 上固定中抗剪切强度校核2.1.8.1.1 上固定中总剪力计算 Q总=Q均布+Q集中 =287.106+138.52 =425.6262.1.8.1.2 上固定中剪切应力计算 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 =425.626*3626.08/(144621.72*1.4) =7.6237.623<=55上固定中的抗剪切能力满足要求。2.1.9 上固中滑在均布荷载和集中荷载共同作用下的受力杆件端部连接强度校核2.1.9.1 上固中滑型材端部单个连接螺栓所承受的最大荷载设计值 p0=1.4*Q总/n n:型材两端连接螺栓总个数 =1.4*410.152/4 =143.553(N)2.1.9.2 上固中滑型材端部单个连接螺栓的抗剪允许承载力 Jm每个连接件的承剪面(个):1个 d连接螺栓螺纹处的外径(mm):2.5 圆周率:3.1416 v螺栓抗剪允许应力:190(N/mm2) Nv(N)=Jm*d2*v/4 =1*3.1416*2.52*190/4 =932.66 按照钢结构设计规范 GB 50017-2003 7.2.1-1至7.2.1-22.1.9.3 上固中滑型材端部单个连接螺栓的承压允许承载力 d连接螺栓螺纹处的外径(mm):2.5 t连接件中腹板的厚度=1.4 c螺栓承压允许应力:405(N/mm2) Nc(N)=d*t*c =2.5*1.4*405 =1417.5 按照钢结构设计规范 GB 50017-2003 7.2.1-3至7.2.1-42.1.9.4 上固中滑型材端部单个连接螺栓的抗剪、承压能力校核： Nc=1417.5(N)>=p0=143.553(N) Nv=932.66(N)>=P0=143.553(N) 上固中滑端部连接螺栓的抗剪和承压能力都能满足要求。2.1.10 上固中滑综合抗风压能力计算 上固中滑在均布荷载和集中荷载作用下总受荷面积计算： A=360000+140625+140625+309375/2+309375/2 =950625mm2 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/150=(q*A)*L3/(76.8*D) q(N/mm2)=76.8*D/(L2*150*A) =76.8*10123520400/(15002*150*950625)*1000 =2.42(kPa)3 该门窗的综合抗风压能力为:Qmax=2.42N/mm2 (按建筑外门窗气密、水密、抗风压性能分级及检测方法GB/T7106-2008) 建筑外窗抗风压性能分级表 分级代号123456789分级指标1.0<=P3<1.51.5<=P3<2.02.0<=P3<2.52.5<=P3<3.03.0<=P3<3.53.5<=P3<4.04.0<=P3<4.54.5<=P3<5.0P3>=5.0注：第9级应在分级后同时注明具体检测压力差值。” 该门窗最大抗风压能力可达:3级 各受力杆的挠度、抗弯能力、抗剪能力校核结果一览表名称长度挠跨比允许值校核结果弯曲应力许用值校核结果剪切应力许用值校核结果上固定中15000.00210.0067是50.37990是7.62355是三、玻璃强度校核1 风荷载标准值： Wk(N/m2):687.031 风荷载标准值：687.031<1000N/m2时,按1000N/m2计算。 因此，风荷载标准值Wk(N/m2)取:1000 根据建筑玻璃应用技术规程 JGJ 113-2009 5.1.22.1 上固定承载力极限状态设计 1)分格宽度:B(mm)=600 2)分格高度:H(mm)=1500 3)玻璃类型:普通玻璃 4)玻璃强度设计值:fg(N/mm2)=28 5)外层玻璃厚度:5mm 6)内层玻璃厚度:5mm2.2 玻璃板块长宽比b/a系数计算 玻璃板块短边边长a(mm):600 玻璃板块长边边长b(mm):1500 b/a=2.52.3 四边支承外片玻璃板的风荷载标准值、设计值计算 1)外片玻璃承受的荷载分配系数计算 1=1.1*t13/(t13+t23) (按建筑玻璃应用技术规程JGJ113-2009 5.2.4-1) t1(mm):外片玻璃厚度 t2(mm):内片玻璃厚度 =1.1*53/(53+53) =0.55 2)外片玻璃承受的荷载标准值、设计值计算 Wk(N/m2)=1*Wk (按建筑玻璃应用技术规程JGJ113-2009 5.2.2) 1:为外片玻璃荷载分配系数 (按建筑玻璃应用技术规程JGJ113-2009 表4.1.4) =0.55*1000 =550 W(N/m2)=1.4*Wk =1.4*550 =7702.4 外片玻璃承载力极限状态计算 1)按长宽比2.25计算的玻璃最大许用跨度 L(mm)=k1*(W+k2)k3+k4 (按建筑玻璃应用技术规程JGJ113-2009 5.2.2) 根据玻璃类型:普通玻璃、玻璃厚度:5、长宽比:2.25,从建筑玻璃应用技术规程JGJ113-2009 附录C中查得： k1:1901.2 k2:0.273974 k3:-0.7255 k4:4.8 荷载设计值W(KN/mm2):0.77 =1901.2*(0.77+0.273974)-0.7255+4.8 =1847.559 2)按长宽比3计算的玻璃最大许用跨度 L(mm)=k1*(W+k2)k3+k4 (按建筑玻璃应用技术规程JGJ113-2009 5.2.2) 根据玻璃类型:普通玻璃、玻璃厚度:5、长宽比:3,从建筑玻璃应用技术规程JGJ113-2009 附录C中查得： k1:1094.8 k2:-0.27397 k3:-0.4881 k4:-14.4 荷载设计值W(KN/mm2):0.77 =1094.8*(0.77-0.27397)-0.4881-14.4 =1527.149 3)用插值法计算长宽比为2.5时的玻璃最大许用跨度 L(mm)=1740.756 外片玻璃跨度a:600<=外片玻璃最大许用跨度L:1740.756因此，外片玻璃满足承载力极限状态设计要求。2.5 外片玻璃正常使用极限状态L/t计算 1)按长宽比2.25计算的外片玻璃单位厚度跨度限值L/t L/t=k5*(Wk+k6)k7+k8 (按建筑玻璃应用技术规程JGJ113-2009 5.2.3) 根据玻璃长宽比:2.25,从建筑玻璃应用技术规程JGJ113-2009 附录C中查得： k5:222.19 k6:-0.1 k7:-0.3556 k8:0.29 荷载设计值Wk(KN/m2):0.55 =222.19*(0.55-0.1)-0.3556+0.29 =295.44 2)按长宽比3计算的外片玻璃单位厚度跨度限值L/t L/t=k5*(Wk+k6)k7+k8 (按建筑玻璃应用技术规程JGJ113-2009 5.2.3) 根据玻璃长宽比:3,从建筑玻璃应用技术规程JGJ113-2009 附录C中查得： k5:204.68 k6:-0.1 k7:-0.3335 k8:-0.05 荷载设计值Wk(KN/m2):0.55 =204.68*(0.55-0.1)-0.3335-0.05 =267.084 3)用插值法计算长宽比为2.5时的外片玻璃最大许用跨度 L/t=285.9882.6 外片玻璃实际跨度厚比a/t计算 a/t=600/5 =120 a/t:120<=L/t:285.988因此，外片玻璃满足正常使用极限状态设计要求。2.7 四边支承内片玻璃板的风荷载标准值、设计值计算 1)内片玻璃承受的荷载分配系数计算 2=t23/(t13+t23) (按建筑玻璃应用技术规程JGJ113-2009 5.2.4-2) t1(mm):外片玻璃厚度 t2(mm):内片玻璃厚度 =53/(53+53) =0.5 2)内片玻璃承受的荷载标准值、设计值计算 Wk(N/m2)=2*Wk (