建筑外窗抗风压性能计算书.doc

清流水韵花园塑钢90系列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：安徽省 2)工程所在城市：滁县 3)门窗安装最大高度z(m)：90 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):17001 风荷载标准值计算:Wk = gz*S*Z*w0 (按建筑结构荷载规范GB 50009-2001 7.1.1-2)1.1 基本风压 W0=350N/m2 (按建筑结构荷载规范GB 50009-2001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：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*(90/10)(-0.22)*2) =1.61951 (按建筑结构荷载规范GB 50009-2001 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：C类 有密集建筑群的城市市区取值。 Z=0.616*(90/10)0.44 =1.61975 (按建筑结构荷载规范GB 50009-2001 7.2.1规定)1.4 风荷载体型系数:s=1.2 (按建筑结构荷载规范GB 50009-2001 表7.3.1规定)1.5 风荷载标准值计算: Wk(N/m2)=gz*S*Z*w0 =1.61951*1.61975*1.2*350 =1101.7452 风荷载设计值计算： W(N/m2)=1.4*Wk =1.4*1101.745 =1542.443二、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 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).塑钢:框中梃 (此处放置“框中梃”的截面图) 截面参数如下： 惯性矩：1097161.56 抵抗矩：24108.42 面积矩：15868.46 截面面积：1202.04 腹板厚度：1.5 (2).衬钢:钢衬 (此处放置“钢衬”的截面图) 截面参数如下： 惯性矩：32488.68 抵抗矩：1624.43 面积矩：1028.2 截面面积：168 腹板厚度：1.52.1.1 中横的刚度计算 1.框中梃的弯曲刚度计算 D(N.mm2)=E*I=2200*1097161.56=2413755432 框中梃的剪切刚度计算 D(N.mm2)=G*F=2060*1202.04=2476202.4 2.钢衬的弯曲刚度计算 D(N.mm2)=E*I=206000*32488.68=6692668080 钢衬的剪切刚度计算 D(N.mm2)=G*F=79000*168=13272000 3.中横的组合受力杆件的总弯曲刚度计算 D(N.mm2)=2413755432+6692668080=9106423512 中横的组合受力杆件的总剪切刚度计算 D(N.mm2)=2476202.4+13272000=15748202.42.1.2 中横的受荷面积计算 1.上1的受荷面积计算(三角形) A(mm2)=(750*750/2)/2=140625 2.上2的受荷面积计算(三角形) A(mm2)=(750*750/2)/2=140625 3.下的受荷面积计算(梯形) A(mm2)=(3000-511)*511/4=317969.75 4.中横的总受荷面积计算 A(mm2)=140625+140625+317969.75=599219.752.1.3 中横所受均布荷载计算 Q(N)=Wk*A =1101.745*599219.75/1000000 =660.1872.1.4 中横在均布荷载作用下的挠度、弯矩、剪力计算2.1.4.1 在均布荷载作用下的挠度计算 1.框中梃在均布荷载作用下的挠度计算 按弯曲刚度比例分配荷载 分配荷载:Q框中梃=Q总*(D框中梃/D总) =660.187*(2413755432/9106423512) =174.990 本窗型在风荷载作用下，可简化为承受矩形均布荷载 Fmax(mm)=Q*L3/(76.8*D) =174.99*15003/(76.8*2413755432) =3.19 2.钢衬在均布荷载作用下的挠度计算 按弯曲刚度比例分配荷载 分配荷载:Q钢衬=Q总*(D钢衬/D总) =660.187*(6692668080/9106423512) =485.197 本窗型在风荷载作用下，可简化为承受矩形均布荷载 Fmax(mm)=Q*L3/(76.8*D) =485.197*15003/(76.8*6692668080) =3.192.1.4.2 在均布荷载作用下的弯矩计算 1.框中梃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框中梃=Q总*(D框中梃/D总) =660.187(2413755432/9106423512) =174.990 所受荷载的设计值计算:Q=1.4*Q =1.4*174.99 =244.986 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 =244.986*1500/8 =45934.88 2.钢衬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钢衬=Q总*(D钢衬/D总) =660.187(6692668080/9106423512) =485.197 所受荷载的设计值计算:Q=1.4*Q =1.4*485.197 =679.2758 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 =679.2758*1500/8 =127364.212.1.4.3 在均布荷载作用下的剪力计算 1.框中梃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框中梃=Q总*(D框中梃/D总) =660.187*(2476202.4/15748202.4) =103.806 所受荷载的设计值计算:Q=1.4*Q =1.4*103.806 =145.3284 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 =145.3284/2 =72.66 2.钢衬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钢衬=Q总*(D钢衬/D总) =660.187*(13272000/15748202.4) =556.381 所受荷载的设计值计算:Q=1.4*Q =1.4*556.381 =778.9334 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 =778.9334/2 =389.472.1.5 中横在集中荷载作用下的挠度、弯矩、剪力计算2.1.5.1上1产生的集中荷载对中横作用产生的挠度、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 =(1101.745*309375)/2/1000000 =170.426 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)框中梃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框中梃=Q总*(D框中梃/D总) =170.426*(2413755432/9106423512) =45.173 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 Fmax(mm)=P*L3/(48*D) =45.173*15003/(48*2413755432) =1.32 (2)钢衬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钢衬=Q总*(D钢衬/D总) =170.426*(6692668080/9106423512) =125.253 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 Fmax(mm)=P*L3/(48*D) =125.253*15003/(48*6692668080) =1.32 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)框中梃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框中梃=Q总*(D框中梃/D总) =170.426*(2413755432/9106423512) =45.173 所受荷载的设计值计算:Q=1.4*Q =1.4*45.173 =63.2422 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 =63.2422*1500/4 =23715.82 (2)钢衬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钢衬=Q总*(D钢衬/D总) =170.426*(6692668080/9106423512) =125.253 所受荷载的设计值计算:Q=1.4*Q =1.4*125.253 =175.3542 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 =175.3542*1500/4 =65757.83 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)框中梃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框中梃=Q总*(D框中梃/D总) =170.426*(2476202.4/15748202.4) =26.797 所受荷载的设计值计算:Q=1.4*Q =1.4*26.797 =37.5158 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 =37.5158/2 =18.76 (2)钢衬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钢衬=Q总*(D钢衬/D总) =170.426*(13272000/15748202.4) =143.629 所受荷载的设计值计算:Q=1.4*Q =1.4*143.629 =201.0806 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 =201.0806/2 =100.542.1.5.2上2产生的集中荷载对中横作用产生的挠度、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 =(1101.745*309375)/2/1000000 =170.426 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 =(1101.745*309375)/2/1000000 =170.426 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)框中梃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框中梃=Q总*(D框中梃/D总) =170.426*(2413755432/9106423512) =45.173 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 Fmax(mm)=P*L3/(48*D) =45.173*15003/(48*2413755432) =1.32 (2)钢衬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钢衬=Q总*(D钢衬/D总) =170.426*(6692668080/9106423512) =125.253 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 Fmax(mm)=P*L3/(48*D) =125.253*15003/(48*6692668080) =1.32 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)框中梃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框中梃=Q总*(D框中梃/D总) =170.426*(2413755432/9106423512) =45.173 所受荷载的设计值计算:Q=1.4*Q =1.4*45.173 =63.2422 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 =63.2422*1500/4 =23715.82 (2)钢衬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钢衬=Q总*(D钢衬/D总) =170.426*(6692668080/9106423512) =125.253 所受荷载的设计值计算:Q=1.4*Q =1.4*125.253 =175.3542 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 =175.3542*1500/4 =65757.83 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)框中梃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框中梃=Q总*(D框中梃/D总) =170.426*(2476202.4/15748202.4) =26.797 所受荷载的设计值计算:Q=1.4*Q =1.4*26.797 =37.5158 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 =37.5158/2 =18.76 (2)钢衬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钢衬=Q总*(D钢衬/D总) =170.426*(13272000/15748202.4) =143.629 所受荷载的设计值计算:Q=1.4*Q =1.4*143.629 =201.0806 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 =201.0806/2 =100.542.1.6 中横在均布荷载和集中荷载共同作用下的总挠度校核2.1.6.1 框中梃总挠度校核2.1.6.1.1 框中梃总变形计算 F总=F均布+F集中 =3.19+2.64 =5.832.1.6.1.2 框中梃挠跨比计算 挠跨比=F总/L =5.83/1500 =0.00390.0039=1/180框中梃的挠度符合要求。2.1.6.2 钢衬总挠度校核2.1.6.2.1 钢衬总变形计算 F总=F均布+F集中 =3.19+2.64 =5.832.1.6.2.2 钢衬挠跨比计算 挠跨比=F总/L =5.83/1500 =0.00390.0039=1/180钢衬的挠度符合要求。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 框中梃抗弯曲强度校核2.1.7.1.1 框中梃总弯矩计算 M总=M均布+M集中 =45934.88+47431.64 =93366.522.1.7.1.2 框中梃弯曲应力计算 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 =93366.52/24108.42 =3.8733.873=37框中梃的抗弯强度满足要求。2.1.7.2 钢衬抗弯曲强度校核2.1.7.2.1 钢衬总弯矩计算 M总=M均布+M集中 =127364.21+131515.66 =258879.872.1.7.2.2 钢衬弯曲应力计算 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 =258879.87/1624.43 =159.367159.367=215钢衬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核2.1.8.1 框中梃抗剪切强度校核2.1.8.1.1 框中梃总剪力计算 Q总=Q均布+Q集中 =72.66+37.52 =110.182.1.8.1.2 框中梃剪切应力计算 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 =110.18*15868.46/(1097161.56*1.5) =1.0621.062=23框中梃的抗剪切能力满足要求。2.1.8.2 钢衬抗剪切强度校核2.1.8.2.1 钢衬总剪力计算 Q总=Q均布+Q集中 =389.47+201.08 =590.552.1.8.2.2 钢衬剪切应力计算 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 =590.55*1028.2/(32488.68*1.5) =12.4612.46=p0=231.065(N) Nv=932.66(N)=P0=231.065(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 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*9106423512/(15002*180*599219.75)*1000 =2.88(kPa)3 该门窗的综合抗风压能力为:Qmax=2.88N/mm2 (按建筑外窗抗风压性能分级表GB/T7106-2002) 建筑外窗抗风压性能分级表 分级代号12345678X.X分级指标1.0=P31.51.5=P32.02.0=P32.52.5=P33.03.0=P33.53.5=P34.04.0=P34.54.5=P3=5.0注：表中X.X表示用=5.0KPa的具体值，取分组代号。但必须注明“已经超过8级。” 综合抗风压等级为:4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校核结果框中梃15000.00390.0056是3.87337是1.06223是钢衬15000.00390.0056是159.367215是12.46125是三、玻璃强度校核1 校验依据： max=6*m*W*a2/t2*= :玻璃的允许应力(N/mm2) max:玻璃板块所承最大应力(N/mm2) m:玻璃弯曲系数 a:玻璃短边尺寸(mm) W:风荷载设计值(N/m2) t:玻璃厚度(mm)2 风荷载设计值计算： w=1.4*Wk 风荷载标准值Wk(N/m2):1101.745 风荷载标准值0.75KN/m2时,按0.75KN/m2计算。 根据建筑玻璃应用技术规程 JGJ 113-2003 =1.4*1101.745 =1542.4433 上1玻璃强度校核：3.1 玻璃弯矩系数计算： 玻璃短边长度a(mm):750 玻璃长边长度b(mm):1200 玻璃短边/长边a/b=750/1200=0.625 根据a/b系数，用插入法查表取得弯矩系数m=0.08363.2 玻璃折减系数计算：3.2.1 参数计算： 玻璃短边长度a(mm):750 风荷载标准值Wk(N/m2):1101.745 玻璃弹性模量E(N/mm2)=72000 =Wk*a4/E/t4 =1101.745*7504/72000/64/1000000 =3.735843.2.2 折减系数计算： 根据参数，用插入法查表取得折减系数=13.3 玻璃应力计算： 风荷载设计值w(N/m2):1542.443 玻璃厚度t(mm):6 玻璃应力折减系数:1 max=6*m*W*a2/t2* =6*0.0836*1542.443*7502/62*1/1000000 =12.0893.4 玻璃强度校核： max= 即:12.089=20 玻璃应力满足要求。4 下玻璃强度校核：4.1 玻璃弯矩系数计算： 玻璃短边长度a(mm):511 玻璃长边长度b(mm):1500 玻璃短边/长边a/b=511/1500=0.34067 根据a/b系数，用插入法查表取得弯矩系数m=0.117014.2 玻璃折减系数计算：4.2.1 参数计算： 玻璃短边长度a(mm):511 风荷载标准值Wk(N/m2):1101.745 玻璃弹性模量E(N/mm2)=72000 =Wk*a4/E/t4 =1101.745*5114/72000/64/1000000 =0.805064.2.2 折减系数计算： 根据参数，用插入法查表取得折减系数=14.3 玻璃应力计算： 风荷载设计值w(N/m2):1542.443 玻璃厚度t(mm):6 玻璃应力折减系数:1 max=6*m*W*a2/t2* =6*0.11701*1542.443*5112/62*1/1000000 =7.8554.4 玻璃强度校核： max= 即:7.855=20 玻璃应力满足要求。5 玻璃最大许用面