建筑外窗抗风压性能计算书

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

30、.61*1.2) =4.0624.062=p0=66.286(n) nv=932.66(n)=p0=66.286(n) 竖扇端部连接螺栓的抗剪和承压能力都能满足要求。2.2.9 竖扇综合抗风压能力计算 竖扇在均布荷载和集中荷载作用下总受荷面积计算： a=234375+234375 =468750mm2 该受力杆件在风荷载作用下，可简化为承受梯形均布荷载 根据:l/180=(q*a)*l3/(61.05*d) q(n/mm2)=61.05*d/(l2*180*a) =61.05*2282322700/(10002*180*468750)*1000 =1.65(kpa)3 该门窗的综合抗风压能力为

31、:qmax=1.65n/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。” 该门窗最大抗风压能力可达:2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中滑15000.00190.0056是45.70685.5是6.

32、91549.6是内开扇10000.0020.0056是35.7185.5是4.06249.6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):642.236 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*750 =10503 上亮玻璃强度校核：3.1 玻璃弯矩

33、系数计算： 玻璃短边长度a(mm):500 玻璃长边长度b(mm):1500 玻璃短边/长边a/b=500/1500=0.33333 根据a/b系数，用插入法查表取得弯矩系数m=0.117693.2 玻璃折减系数计算：3.2.1 参数计算： 玻璃短边长度a(mm):500 风荷载标准值wk(n/m2):750 玻璃弹性模量e(n/mm2)=72000 =wk*a4/e/t4 =750*5004/72000/64/1000000 =0.502353.2.2 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):1050 内片玻璃厚度t(mm):

34、5 外片玻璃厚度t(mm):5 玻璃计算厚度t(mm)=1.2*5=6 玻璃应力折减系数:1 max=6*m*w*a2/t2* =6*0.11769*1050*5002/62*1/1000000 =5.1493.4 玻璃强度校核： max= 即:5.149=84 玻璃应力满足要求。4 左扇玻璃强度校核：4.1 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):1000 玻璃短边/长边a/b=750/1000=0.75 根据a/b系数，用插入法查表取得弯矩系数m=0.06834.2 玻璃折减系数计算：4.2.1 参数计算： 玻璃短边长度a(mm):750 风荷载标准值wk(n/m2):750 玻璃弹性模量e(n/mm2)=72000 =wk*a4/e/t4 =750*7504/72000/64/1000000 =2.543134.2.2 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):1050 内片玻璃厚度t(mm):5 外片玻璃厚度t(mm):5 玻璃计算厚度t(mm)=1.2*5=6 玻璃应力折减系数:1 max=6*m*w*a2/t2* =6*0.0683*1050*7502/