建筑门窗抗风压性能计算书.doc

建筑门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 113-2009钢结构设计规范 GB 50017-2003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铝合金门窗 GB/T 8478-2008铝合金结构设计规范 GB 50429-2007建筑门窗术语 GB/T 5823-2008建筑门窗洞口尺寸系列 GB/T 5824-2008建筑外门窗保温性能分级及检测方法 GB/T 8484-2008建筑外门窗空气声隔声性能分级及检测方法 GB/T 8485-2008建筑外门窗气密、水密、抗风压性能分级及检测方法GB/T 7106-2008铝合金建筑型材 第一部分：基材 GB 5237.1-2008铝合金建筑型材 第二部分：阳极氧化型材 GB 5237.2-2008铝合金建筑型材 第三部分：电泳涂漆型材 GB 5237.3-2008铝合金建筑型材 第四部分：粉末喷涂型材 GB 5237.4-2008铝合金建筑型材 第五部分：氟碳漆喷涂型材 GB 5237.5-2008铝合金建筑型材 第六部分：隔热型材 GB 5237.6-2008II、详细计算一、风荷载计算 1)工程所在省市：安徽 2)工程所在城市：安庆市 3)门窗安装最大高度z：20 米 4)门窗系列：栋梁铝材-115平开窗 5)门窗尺寸： 门窗宽度W6000 mm 门窗高度H5000 mm 6)门窗样式图：1 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= 400 N/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0.3 KN/m21.2 阵风系数gz 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； 安装高度z5米时,按5米时的阵风系数取值。 本工程按： C.有密集建筑群的城市市区 取值。 gz=0.85*(1+2f) f=0.5*35(1.8*(0.06)*(z/10)(-0.22) =0.85*(1+2*(0.5*35(1.8*(0.06)*(20/10)(-0.22) =1.921 (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计算: 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： C.有密集建筑群的城市市区 取值。 z=0.616 * (20 / 10) 0.44 =0.836 (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： 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 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A1m2的情况，当围护构件的从属面积A10m2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A10m2而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)logA 受力杆件中从属面积最大的杆件为：横向杆件中的(C.有密集建筑群的城市市区) =0.000 支持结构的构件从属面积A1 m2 s1(0.000)=.8 s1=s1(0.000)+0.2 =.8+0.2 =1.000 因此：支撑结构局部风压体型系数s1取：1.0001.4.2 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：=0.000 m2)来计算： 面板材料的构件从属面积A1 m2 s1(0.000)=.8 s1=s1(0.000)+0.2 =.8+0.2 =1.000 因此：面板材料局部风压体型系数s1取：1.000 1.5 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 =1.921*0.836*1.000*400 =642.3821.5.2 面板材料风荷载标准值计算: Wk(N/m2)=gz*z*S1*W0 =1.921*0.836*1.000*400 =642.382 2 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*642.382 =899.3352.2 面板结构风荷载设计值计算： W(N/m2)=1.4*Wk =1.4*642.382 =899.335 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： 2)双层玻璃，柔性镶嵌： 3)单层玻璃，刚性镶嵌： 其中：fmax:为受力杆件最在变形量(mm) L:为受力杆件长度(mm) 本窗型选用:单层玻璃，柔性镶嵌：校核依据 fmax/L 1/100 且 famx 20 mm1.2 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。 3.整窗抗风压等级计算 通过以上构件的综合抗风压能力计算(如果P31 kpa ，取P31 kpa)，做出如下取值: P3=10000.00 (kpa) ，结合下表，进行整窗的抗风压等级计算：建筑外窗抗风压性能分级表杆件长度挠度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分级指标值P31P31.51.5P322P32.52.5P333P33.53.5P344P34.54.5P35P35.0说明：第9级应在分级后同时注明具体检测压力差值。通过查询建筑外窗抗风压性能分级表,可知该门窗的抗风压性能达到 9 (10000.0 kpa ) 级 全部受力杆的挠度、抗弯能力、抗剪能力校核结果一览表三、玻璃计算3.1 本门窗中面积最大的玻璃是： 区域的玻璃 宽度：0 mm 高度：0 mm 面积：0.000 m2 厚度：5 mm3.2 最大许用面积计算 据建筑玻璃应用技术规程JGJ 113-2009 4.2.2 当玻璃厚度t 6mm时， 当玻璃厚度t 6mm时， 式中 k 风荷载标准值，kPa Amax 玻璃的最大许用面积，m2 t 玻璃的厚度，mm； 钢化、半钢化、夹丝、压花玻璃按单片玻璃厚度进行计算； 夹层玻璃按总厚度进行计算； 中空玻璃按两单片玻璃中薄片厚度进行计算； 抗风压调整系数，由玻璃类型决定取值； 若夹层玻璃工作温度超过70C，调整系数应为0.6； 钢化玻璃的抗风压调整系数应经实验确定，建议取2.0； 组合玻璃的抗风压调整系数应采用不同类型玻璃抗风压调整系数的乘积。抗风压调整系数（）玻璃种类普通退火玻璃半钢化玻璃钢化玻璃夹层玻璃中空玻璃夹丝玻璃压花玻璃单片防火玻璃调整系数1.001.62.03.00.81.50.50.63.04.5 本门窗选用的玻璃是：普通玻璃 5mm 28 N/mm2 ,调整系数 =1.0 因为厚度 5 6mm,故采用 Amax=0.2*1.0*51.8/0.750 =4.832 玻璃最大面积:0.000 玻璃最大许用面积:4.832,故面积满足要求.3.2 玻璃板块自重: GAk: 玻璃板块平均自重(不包括铝框) 玻璃的体积密度:25.6 kN/m3 t: 玻璃板块厚度: 5 mm GAk=25.6*t/1000 =25.6*5/1000 =0.128 kN/m23.3 玻璃强度校核 玻璃在垂直于玻璃平面的风荷载作用下的最大应力计算公式： 式中 w风荷载作用下玻璃最大应力（N/mm2） 风荷载设计值（N/mm2），取=k a 玻璃短边边长（mm）， t 玻璃厚度（mm）， 中空玻璃的厚度取单片外侧玻璃厚度的1.2倍； 夹层玻璃的厚度一般取单片玻璃厚度的1.26倍； 弯曲系数，可按边长比a/b由下表用插入法查得（b为长边边长）；弯曲系数表a/b0.000.250.330.400.500.550.600.650.12500.12300.11800.11150.10000.09340.08680.0804a/b0.700.750.800.850.900.951.000.07420.06830.06280.05760.05280.04830.0442 最大面积玻璃短边 a=0 mm,最大面积玻璃长边 b=0 mm 最大应力计算:w=(6*a2)/(t2*1000) =(6*-1.#IND*0.750*02)/(52*1000) =-1.#IND 经校核，玻璃的最大应力-1.#IND 玻璃的强度设计值28.00，故满足强度要求。最大面积玻璃的弯曲应力、最大面积校核结果一览表名称宽度高度面积许用面积校核结果最大应力许用值校核结果000.0004.832是-1.#IND28.00是四、连接计算 门窗连接件主要承受来自于风荷载的剪力 按照材料力学要求需要对每个连接件进行抗剪和承压计算4.1 风荷载设计值计算： 风荷载标准值Wk(N/m2):642.382 W=1.4*Wk =1.4*642.382 =899.3354.2 每个连接件需要承受的最小荷载计算： P0:每个连接件承受荷载的安全值(N) W:风荷载设计值(N/m2):899.335 B:门窗宽度(mm):6000 H:门窗高度(mm):5000 n:连接件总数(个):12 P0=W*B*H/n =899.335*6*5/12 =2248.3374.3 每个连接件的抗剪能力计算： 连接件类型:A、B级螺栓(5.6级) v连接件抗剪设计值(N/mm2):190 Jm每个连接件的承剪面(个):1 d连接件直径(mm):5 圆周率:3.1415926 Nv(N)=Jm*d2*v/4 =1*3.1415926*52*190/4 =3730.641 按照钢结构设计规