铝合金窗结构设计计算书.doc

铝合金窗结构设计计算书基本参数: 上海地区 门窗所在位置标高=20.000(m) .设计依据 建筑外窗抗风压性能分级及检测方法 GB/T 7106-2002建筑外窗气密性能分级及检测方法 GB/T 7107-2002建筑外窗水密性能分级及检测方法 GB/T 7108-2002建筑外窗保温性能分级及检测方法 GB/T 8484-2002建筑外窗空气声隔声性能分级及检测方法 GB/T 8485-2002建筑外窗采光性能分级及检测方法 GB/T 11976-2002建筑结构荷载规范 GB 50009-2001(2006年版)铝合金门 GB/T 8478-2003铝合金窗 GB/T 8479-2003建筑玻璃应用技术规程 JGJ 113-2003玻璃幕墙工程技术规范 JGJ 102-2003建筑结构静力计算手册 (第二版) BKCADPM集成系统(BKCADPM2007版).参考资料 窗的性能分级表主要依据：铝合金窗GB/T 8479-2003建筑外窗保温性能分级及检测方法 GB/T 8484-2002窗的主要性能窗的性能应根据建筑物所在地区的地理、气候和周围环境以及建筑物的高度、体型、重要性等选定。1 抗风压性能分级指标值P3按表7规定。表 7 抗风压性能分级 单位为千帕分级12345指标值1.0P31.51.5P32.02.0P32.52.5P33.03.0P33.5分级678指标值3.5P34.04.0P34.54.5P35.0P35.0注：表示用5.0kPa的具体的值，取代分级代号。 在各分级指标值中，窗主要受力构件相对挠度单层、夹层玻璃挠度L/120，中空玻璃挠度L/180。其绝对值不应超过15mm，取其较小值。 2 水密能性 分级指标值P按表8规定。表 8 水密性能分级单位为帕分级12345指标值100P150150P250250P350350P500500P700P700注：表示用700Pa的具体值取代分级代号，适用于热带风暴和台风袭击地区的建筑。3 气密性能分级指标值q1，q2按表9规定。 表 9 气密性能分级分级345单位缝长指标值q1/( m 3/mh)2.5q11.51.5q10.5q10.5单位面积指标值q2/( m 3/ m 2h)7.5q24.54.5q21.5q21.54 保温性能分级指标值K按表10规定。 表10 保温性能分级 单位为瓦每平方米开分级12345指标值K5.55.5K5.05.0K4.54.5K4.04.0K3.5分级678910指标值3.5K3.03.0K2.53.5K2.02.0K1.5K1.55 空气声隔声性能分级指标值RW按表11规定。 表11 空气声隔声性能分级 单位为分贝分级23456指标值25RW3030RW3535RW4040RW45RW456 采光性能分级指标值Tr按表12规定。表 12 采光性能分级分级12345指标值0.20Tr0.300.30Tr0.400.40Tr0.500.50Tr0.60Tr0.607 启闭力 启闭力应不大于50N。8 反复启闭性能 反复启闭应不少于1万次，启闭无异常，使用无障碍。一、门窗承受荷载计算: 标高为20.0m处风荷载计算 W0:基本风压 W0=0.55 kN/m2 gz: 20.0m高处阵风系数(按B类区计算) gz=0.891+(Z/10)-0.16=1.687 z: 20.0m高处风压高度变化系数(按B类区计算): (GB50009-2001)(2006年版) z=(Z/10)0.32 =(20.0/10)0.32=1.248 sl:局部风压体型系数(墙面区)1、板块 1200.00mm1800.00mm=2.16m2 该处从属面积为：2.16m2 sl (A)=sl (1)+sl (10)-sl (1)log(A) =-1.0+0.81.0-1.00.334 =-0.933 sl=-0.933+(-0.2)=-1.133 该处局部风压体型系数sl=1.133 风荷载标准值: Wk=gzzslW0 (GB50009-2001)（2006年版） =1.6871.2481.1330.550 =1.312 kN/m2 风荷载设计值: W: 风荷载设计值(kN/m2) w: 风荷载作用效应的分项系数：1.4 按建筑结构荷载规范GB50009-2001 3.2.5 规定采用 W=wWk=1.41.312=1.837kN/m22、支承结构 2400mm2600mm=6.24m2 该处从属面积为：6.24m2 sl (A)=sl (1)+sl (10)-sl (1)log(A) =-1.0+0.81.0-1.00.795 =-0.841 sl=-0.841+(-0.2)=-1.041 该处局部风压体型系数sl=1.041 风荷载标准值: Wk=gzzslW0 (GB50009-2001)（2006年版） =1.6871.2481.0410.550 =1.205 kN/m2 风荷载设计值: W: 风荷载设计值(kN/m2) w: 风荷载作用效应的分项系数：1.4 按建筑结构荷载规范GB50009-2001 3.2.5 规定采用 W=wWk=1.41.205=1.688kN/m2二、玻璃的选用与校核 本处选用玻璃种类为: 浮法平板玻璃1. 玻璃面积: B: 该处玻璃分格宽: 1.200m H: 该处玻璃分格高: 1.800m A: 该处玻璃板块面积: A=BH =1.2001.800 =2.160m22. 该处玻璃板块自重: GAK: 玻璃板块自重: 选择玻璃是中空玻璃。 玻璃的重力密度为: 25.6(KN/m3) BT_L 中空玻璃内侧玻璃厚度为: 5.000(mm) BT_w 中空玻璃外侧玻璃厚度为: 5.000(mm) GAK=25.6(Bt_L+Bt_w)/1000 =25.6(5.000+5.000)/1000 =0.256KN/m23. 玻璃的强度计算: 内侧玻璃校核依据: g=28.000 N/mm2 外侧玻璃校核依据: g=28.000 N/mm2 Wk: 垂直于玻璃平面的风荷载标准值(N/mm2) Wk: 在垂直于玻璃平面的风荷载作用下玻璃截面的最大应力标准值(N/mm2) : 参数 : 折减系数，可由参数按JGJ102-2003 表6.1.2-2采用 a: 玻璃短边边长: 1200.0mm b: 玻璃长边边长: 1800.0mm BT_L 中空玻璃内侧玻璃厚度为: 5.000(mm) BT_w 中空玻璃外侧玻璃厚度为: 5.000(mm) m: 玻璃板的弯矩系数, 按边长比a/b查JGJ102-2003 表6.1.2-1得: m=0.0783表 6.1.2-1 四边支承玻璃板的弯矩系数ma/b0.000.250.330.400.500.550.600.65m0.12500.12300.11800.11150.10000.09340.08680.0804a/b0.700.750.800.850.900.951.00m0.07420.06830.06280.05760.05280.04830.0442 Wk1 中空玻璃分配到外侧玻璃的风荷载标准值 (N/mm2) Wk2 中空玻璃分配到内侧玻璃的风荷载标准值 (N/mm2) Wk1=1.1WkBT_w3/(BT_w3+BT_L3)=0.722 (kN/m2) Wk2=WkBT_L3/(BT_w3+BT_L3)=0.656 (kN/m2) 在垂直于玻璃平面的风荷载作用下玻璃截面的最大应力标准值计算(N/mm2) 在风荷载作用下外侧玻璃参数=Wk1a4/(Et4) =33.25 : 折减系数，按=33.25 查JGJ102-2003 表6.1.2-2得:=0.87表 6.1.2-2 折减系数5.010.0 20.0 40.0 60.0 80.0 100.0 1.00 0.96 0.92 0.84 0.78 0.73 0.68 120.0 150.0 200.0 250.0 300.0 350.0 400.00.65 0.61 0.57 0.54 0.52 0.51 0.50 在风荷载作用下外侧玻璃最大应力标准值Wk=6mWk1a2/t2 =16.937N/mm2 : 外侧玻璃所受应力: =1.4WK =1.416.937 =23.712N/mm2 在风荷载作用下内侧玻璃参数=Wk2a4/(Et4) =30.23 : 折减系数，按=30.23 查JGJ102-2003 表6.1.2-2得:=0.88 在风荷载作用下内侧玻璃最大应力标准值Wk=6mWk2a2/t2 =15.612N/mm2 : 内侧玻璃所受应力: =1.4WK =1.415.612 =21.857N/mm2 外侧玻璃最大应力设计值=23.712N/mm2 g=28.000N/mm2 内侧玻璃最大应力设计值=21.857N/mm2 g=28.000N/mm2 中空玻璃强度满足要求! 4. 中空玻璃的挠度计算: df: 在风荷载标准值作用下挠度最大值(mm) D: 玻璃的刚度(N.mm) te: 玻璃等效厚度te=0.95(Bt_L3+Bt_w3)(1/3)=6.0mm : 泊松比，按JGJ 102-2003 5.2.9条采用，取值为 0.20表5.2.9 材料的泊松比材 料材 料玻璃0.2钢、不锈钢0.3铝合金0.33高强钢丝、钢绞线0.3 : 挠度系数:按边长比a/b查JGJ102-2003 表6.1.2-3得: =0.00773表6.1.3 四边支承板的挠度系数a/b0.000.200.250.330.500.013020.012970.012820.012230.01013a/b0.550.600.650.700.750.009400.008670.007960.007270.00663a/b0.800.850.900.951.000.006030.005470.004960.004490.00406 =Wka4/(Ete4) =29.46 : 折减系数，按=29.46 查JGJ102-2003 表6.1.2-2得:=0.88 D=(Ete3)/12(1-2) =1339648.38 (N.mm) df=Wka4/D =13.8 (mm) 由于玻璃的最大挠度df=13.8mm,小于玻璃短边边长的60分之一20.0 (mm) 玻璃的挠度满足要求! 三、门窗受力构件计算: (1)风荷载和玻璃自重作用下受力构件弯矩的计算 Wk:风荷载标准值: 1.205kN/m2 Mw:风荷载作用下受力构件的总弯矩标准值(kNm) Hsk:受力构件扇框位置受荷单元高:1.800(m) Wsk1:受力构件扇框位置受荷单元宽:0.800(m) Hsl:受力构件上亮位置受荷单元高:0.800(m) Wsl1:受力构件上亮位置受荷单元宽:1.500(m) qsk1:受力构件在扇框位置受荷单元作用下风荷载线分布最大荷载集度(kN/m) qsl1:受力构件在上亮位置受荷单元作用下风荷载线分布最大荷载集度(kN/m) Mw1:受力构件在扇框位置受荷单元作用下的弯矩(kNm) Mw2:受力构件在上亮位置受荷单元作用下的弯矩(kNm) qsk1=WkWsk1/2 =1.2050.800/2 =0.482(kN/m) Mw1=qsk1Wsk12/12 =0.4820.8002/12 =0.026kNm qsl1=WkHsl/2 =1.2050.800/2 =0.482(kN/m) Ba:中间变量,为受荷单元短边的一半(m) Ba=Hsl/2 =0.400m Mw2=(qsl1Wsl12)(3-4Ba2/Wsl12)/24 =(0.4821.5002)(3-40.4002/1.5002)/24 =0.123kNm Mw=Mw1+Mw2 =0.149kN.m 求横向受力构件在玻璃自重作用下产生的弯矩My(kNm) My=GWsl12/8 =0.2461.5002/8 =0.069kNm(2)风荷载作用下受力构件剪力的计算(kN) Qwk:风荷载作用下剪力标准值(kN) Qw1:受力构件在扇框位置受荷单元作用下受到的最大剪力(kN) Qw2:受力构件在上亮位置受荷单元作用下受到的最大剪力(kN) Qw1=(qsk1Wsk1)/4 =(0.4820.800)/4 =0.096kN (线荷载三角形分布) Qw2=(qsl1(Wsl1)/2(1-Ba/Wsl1) =(0.4821.500)/2(1-0.400/1.500) =0.265kN (线荷载梯形分布) Qwk=Qw1+Qw2 =0.361(3)杆件抗弯矩预选值的计算(cm3) W: 杆件抗弯矩预选值(cm3) W=1.4Mw103/84.2 =1.40.149103/84.2 =2.477cm3(4)选用型材的截面特性: 选用型材号: C1152TT中挺 型材强度设计值: fa=85.5N/mm2 型材弹性模量: E=70000N/mm2 X轴惯性矩: Ix=15.813cm4 Y轴惯性矩: Iy=17.313cm4 X轴抵抗矩: Wx1=4.511cm3 X轴抵抗矩: Wx2=9.385cm3 Y轴抵抗矩: Wy1=4.836cm3 Y轴抵抗矩: Wy2=4.836cm3 型材截面积: A=14.591cm2 型材计算校核处壁厚: t=1.4mm 型材截面面积矩: Ss=8.847cm3 型材计算用抵抗矩: Wx2=4.511cm3 型材计算用抵抗矩: Wy2=4.836cm3(5)型材的强度计算: 校核依据: (1.4Mw/Wx2+My/Wy2)/1.05fa=85.5N/mm2 =(1.4Mw103/Wx2+My103/Wy2)/1.05 =(1.40.149103/4.5110+0.069103/4.8357)/1.05 =57.654N/mm2 57.654N/mm2 fa=85.5N/mm2 杆件强度可以满足!(6)杆件抗剪计算: 校核依据: max49.6N/mm2 Qwk:风荷载作用下剪力标准值(kN) Q:风荷载作用下剪力设计值(kN) Q=1.4Qwk =1.40.361 =0.505kN(7)杆件剪应力: : 杆件剪应力: Ss: 杆件型材截面面积矩: 8.847cm3 Ix: 杆件型材截面惯性矩: 15