门窗计算书.docx
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门窗计算书
北京XX大学体育馆
门窗
设计计算书
设计：
校对：
审核：
批准：
沈阳YY幕墙工程有限公司
二〇〇六年三月二十九日
门窗设计计算书
一、计算引用的规范、标准及资料
1.幕墙设计规范：
《建筑幕墙》JG3035-1996
《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003
《金属与石材幕墙工程技术规范》JGJ133-2001
《点支式玻璃幕墙工程技术规程》CECS127-2001
《全玻璃幕墙工程技术规程》DBJ/CT014-2001
《玻璃幕墙光学性能》GB/T18091-2000
《建筑幕墙物理性能分级》GB/T15225-94
《建筑幕墙空气渗透性能测试方法》GB/T15226-94
《建筑幕墙风压变形性能测试方法》GB/T15227-94
《建筑幕墙雨水渗透性能测试方法》GB/T15228-94
《建筑幕墙平面内变形性能检测方法》GB/T18250-2000
《建筑幕墙抗震性能振动台试验方法》GB/T18575-2001
《点支式玻璃幕墙支承装置》JG138-2001
《吊挂式玻璃幕墙支承装置》JG139-2001
2.建筑设计规范：
《建筑结构荷载规范》GB50009-2001
《钢结构设计规范》GB50017-2003
《冷弯薄壁型钢结构设计规范》GB50018-2002
《高层民用钢结构技术规程》JGJ99-98
《建筑设计防火规范》GBJ16-87（2001版）
《高层民用建筑设计防火规范》GB50045-2001
《建筑物防雷设计规范》GB50057-2000
《工程抗震术语标准》JGJ/T97-95
《中国地震烈度表》GB/T17742-1999
《建筑抗震设计规范》GB50011-2001
《建筑抗震设防分类标准》GB50223-2004
《中国地震动参数区划图》GB18306-2000
《采暖通风与空气调节设计规范》GB50019-2003
《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2002
《混凝土结构设计规范》GB50010-2002
《民用建筑热工设计规范》GB50176-93
《民用建筑隔声设计规范》GBJ118-88
《建筑结构可靠度设计统一标准》GB50068-2001
《建筑装饰工程施工质量验收规范》GB50210-2001
《建筑钢结构焊接技术规程》JGJ81-2002
《钢结构防火涂料》GB14907-2002
《碳钢焊条》GB/T5117-1995
《低合金钢焊条》GB/T5118-1995
《铝型材截面几何参数算法及计算机程序要求》YS/T437-2000
3.铝材规范：
《铝幕墙板板基》YS/T429.1-2000
《铝幕墙板氟碳喷漆铝单板》YS/T429.2-2000
《铝及铝合金彩色涂层板、带材》YS/T431-2000
《铝塑复合板用铝带》YS/T432-2000
《铝合金建筑型材》GB/T5237-2000
《建筑铝型材基材》GB/T5237.1-2004
《建筑铝型材阳极氧化、着色型材》GB/T5237.2-2004
《建筑铝型材电泳涂漆型材》GB/T5237.3-2004
《建筑铝型材粉末喷涂型材》GB/T5237.4-2004
《建筑铝型材氟碳漆喷涂型材》GB/T5237.5-2004
《变形铝及铝合金化学成份》GB/T3190-1996
《铝及铝合金轧制板材》GB/T3880-1997
《建筑用铝型材、铝板氟碳涂层》JG/T133-2000
4.金属板及石材规范：
《天然花岗石荒料》JC/T204-2001
《天然大理石荒料》JC/T202-2001
《天然板石》GB/T18600-2001
《天然花岗石建筑板材》GB/T18601-2001
《天然大理石建筑板材》JC/T79-2001
《干挂石材幕墙用环氧胶粘剂》JC/T887-2001
《天然饰面石材术语》GB/T13890-92
《建筑材料放射性核素限量》GB6566-2001
《铝塑复合板》GB/T17748-1999
《建筑瓷板装饰工程技术规范》CECS101：
98
《建筑装饰用微晶玻璃》JC/T872-2000
5.玻璃规范：
《建筑玻璃应用技术规程》JGJ113-2003
《普通平板玻璃》GB4871-1995
《浮法玻璃》GB11614－1999
《钢化玻璃》GB/T9963-1998
《幕墙用钢化玻璃与半钢化玻璃》GB/T17841-1999
《建筑用安全玻璃防火玻璃》GB15763.1-2001
《中空玻璃》GB/T11944-2002
《夹层玻璃》GB9962-1999
《镀膜玻璃第一部分阳光控制镀膜玻璃》GB/T18915.1-2002
《镀膜玻璃第二部分低辐射镀膜玻璃》GB/T18915.2-2002
《热反射玻璃》JC693-1998
《热弯玻璃》JC/T915-2003
6.钢材规范：
《不锈钢棒》GB/T1220-1992
《不锈钢冷加工钢棒》GB/T4226-1984
《不锈钢冷扎钢板》GB/T3280-1992
《不锈钢热扎钢板》GB/T4237-1992
《不锈钢热扎钢带》GB/T5090
《冷拔异形钢管》GB/T3094-2000
《碳素结构钢》GB/T700-1988
《优质碳素结构钢》GB/T699-1999
《合金结构钢》GB/T3077-1999
《不锈钢和耐热钢冷扎带钢》GB/T4239-1991
《高耐候结构钢》GB/T4171-2000
《焊接结构用耐候钢》GB/T4172-2000
《低合金高强度结构钢》GB/T1591-1994
《碳素结构和低合金结构钢热轧薄钢板及钢带》GB/T912-1989
《碳素结构和低合金结构钢热轧厚钢板及钢带》GB/T3274-1988
《结构用无缝钢管》JBJ102
《金属覆盖层钢铁制品热镀锌层技术要求》GB/T13912-1992
7.胶类及密封材料规范：
《混凝土接缝用密封胶》JC/T881-2001
《硅酮建筑密封胶》GB/14683-2003
《建筑用硅酮结构密封胶》GB16776-2003
《聚硫建筑密封胶》JC483-1992
《中空玻璃用弹性密封剂》JC486-2001
《幕墙玻璃接缝用密封胶》JC/T882-2001
《石材幕墙接缝用密封胶》JC/T883-2001
《中空玻璃用丁基热熔密封胶》JC/T914-2003
《彩色钢板用建筑密封胶》JC/T884-2001
《工业用橡胶板》GB/T5574-1994
《绝热用岩棉、矿棉及其制品》GB/T11835-98
《建筑用防霉密封胶》JC/T885-2001
《建筑表面用有机硅防水剂》JC/T902-2002
《聚氨酯建筑密封胶》JC/T482-2003
8.门窗及五金件规范：
《铝合金门》GB/T8478-2003
《铝合金窗》GB/T8479-2003
《建筑外窗抗风压性能分级及检测方法》GB/T7106-2002
《建筑外窗气密性能分级及检测方法》GB/T7107-2002
《建筑外窗水密性能分级及检测方法》GB/T7108-2002
《建筑外窗空气隔声性能分级及检测方法》GB/T8485-2002
《铝合金门窗工程设计、施工及验收规范》DBJ15-30-2002
《建筑外窗采光性能分级及检测方法》GB/T11976-2002
《地弹簧》GB/T9296-1988
《平开铝合金窗执手》GB/T9298-1988
《铝合金窗不锈钢滑撑》GB/T9300-1988
《铝合金门插销》GB/T9297-1988
《铝合金窗撑挡》GB/T9299-1988
《铝合金门窗拉手》GB/T9301-1988
《铝合金窗锁》GB/T9302-1988
《铝合金门锁》GB/T9303-1988
《闭门器》GB/T9305-1988
《推拉铝合金门窗用滑轮》GB/T9304-1988
《紧固件螺栓和螺钉》GB/T5277
《十字槽盘头螺钉》GB/T818-2000
《紧固件机械性能螺栓、螺钉和螺柱》GB3098.1-2000
《紧固件机械性能螺母粗牙螺纹》GB3098.2-2000
《紧固件机械性能螺母细牙螺纹》GB3098.4-2000
《紧固件机械性能自攻螺钉》GB3098.5-2000
《紧固件机械性能不锈钢螺栓、螺钉、螺柱》GB3098.6-2000
《紧固件机械性能不锈钢螺母》GB3098.15-2000
《螺纹紧固件应力截面积和承载面积》GB/T16823.1-1997
9.《建筑结构静力计算手册》（第二版）
10.土建图纸：
二、基本参数
1.门窗所在地区：
北京地区；
2.地面粗糙度分类等级：
按《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）
A类：
指近海海面和海岛、海岸、湖岸及沙漠地区；
B类：
指田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏的乡镇和城市郊区；
C类：
指有密集建筑群的城市市区；
D类：
指有密集建筑群且房屋较高的城市市区；
依照上面分类标准，本工程按C类地区考虑。
三、门窗承受荷载计算
按建筑结构荷载规范（GB50009-2001）计算：
wk=βgzμzμsw0……7.1.1-2[GB50009-2001]
上式中：
wk：
作用在门窗上的风荷载标准值（MPa）；
Z：
计算点标高：
100m；
βgz：
瞬时风压的阵风系数；
根据不同场地类型,按以下公式计算:
βgz=K（1+2μf）
其中K为地面粗糙度调整系数，μf为脉动系数
A类场地:
βgz=0.92×（1+2μf）其中：
μf=0.387×（Z/10）-0.12
B类场地:
βgz=0.89×（1+2μf）其中：
μf=0.5（Z/10）-0.16
C类场地:
βgz=0.85×（1+2μf）其中：
μf=0.734（Z/10）-0.22
D类场地:
βgz=0.80×（1+2μf）其中：
μf=1.2248（Z/10）-0.3
对于C类地区，100m高度处瞬时风压的阵风系数：
βgz=0.85×（1+2×（0.734（Z/10）-0.22））=1.6019
μz：
风压高度变化系数；
根据不同场地类型,按以下公式计算:
A类场地:
μz=1.379×（Z/10）0.24
当Z>300m时，取Z=300m，当Z<5m时，取Z=5m；
B类场地:
μz=（Z/10）0.32
当Z>350m时，取Z=350m，当Z<10m时，取Z=10m；
C类场地:
μz=0.616×（Z/10）0.44
当Z>400m时，取Z=400m，当Z<15m时，取Z=15m；
D类场地:
μz=0.318×（Z/10）0.60
当Z>450m时，取Z=450m，当Z<30m时，取Z=30m；
对于C类地区，100m高度处风压高度变化系数：
μz=0.616×（Z/10）0.44=1.6966
μs：
风荷载体型系数，根据计算点体型位置取1.2；
w0：
基本风压值（MPa），根据现行<<建筑结构荷载规范>>GB50009-2001附表D.4（全国基本风压分布图）中数值采用，按重现期50年，北京地区取0.00045MPa；
wk=βgzμzμsw0
=1.6019×1.6966×1.2×0.00045
=0.001468MPa
四、门窗玻璃的选用与校核
基本参数：
1：
计算点标高：
100m；
2：
玻璃板尺寸：
宽×高=B×H=1000mm×1280mm；
3：
玻璃配置：
单片玻璃，钢化玻璃：
4mm；；
模型简图为：
1.玻璃的强度计算：
校核依据：
σ≤[fg]
θ：
玻璃的计算参数；
η：
玻璃的折减系数；
wk：
风荷载标准值（MPa）；
a：
分格短边长度（mm）；
E：
玻璃的弹性模量（MPa）；
t：
玻璃厚度（mm）；
θ=wka4/Et4……6.1.2-3[JGJ102-2003]
=0.001468×10004/72000/44
=79.644
按系数θ，查表6.1.2-2[JGJ102-2003]，η=0.731；
σ：
玻璃在组合荷载作用下的板中最大应力设计值（MPa）；
w：
风荷载设计值（MPa）；
a：
玻璃短边边长（mm）；
b：
玻璃长边边长（mm）；
t：
玻璃厚度（mm）；
m：
玻璃弯矩系数,按边长比a/b查表6.1.2-1[JGJ102-2003]得m=0.0649；
σ=6mwa2η/t2……6.1.2[JGJ102-2003]
=6×0.0649×1.4×0.001468×10002×0.731/42
=36.563MPa
36.563MPa≤fg=84MPa（钢化玻璃）
玻璃的强度满足要求!
2.玻璃最大挠度校核：
校核依据：
df=ημwka4/D≤df,lim……6.1.3-2[JGJ102-2003]
上面公式中：
df：
玻璃板挠度计算值（mm）；
η：
玻璃挠度的折减系数，根据前面的计算，为0.731；
μ：
玻璃挠度系数，按边长比a/b查表6.1.3[JGJ102-2003]得μ=0.00626；
wk：
风荷载标准值（MPa）
a：
玻璃板块短边尺寸（mm）；
D：
玻璃的弯曲刚度（N·mm）；
df,lim：
许用挠度，取短边长的1/60，为16.667mm；
其中：
D=Et3/（12（1-υ2））……6.1.3-1[JGJ102-2003]
上式中：
E：
玻璃的弹性模量（MPa）；
t：
玻璃的厚度（mm）；
υ：
玻璃材料泊松比，为0.2；
D=Et3/（12（1-υ2））
=72000×43/（12×（1-0.22））
=400000N·mm
df=ημwka4/D
=0.731×0.00626×0.001468×10004/400000
=16.794mm
16.794mm>df,lim=16.667mm（钢化玻璃）
玻璃的挠度不满足要求!
五、门窗竖中挺计算
基本参数：
1：
计算点标高：
100m；
2：
力学模型：
单跨简支梁；
3：
竖中挺跨度：
H=1600mm；
4：
竖中挺左受荷单元宽：
W1=600mm；竖中挺右受荷单元宽：
W2=1500mm；
5：
竖中挺材质：
6063-T5；
1.竖中挺受荷单元分析：
（1）竖中挺计算简图的确定：
因为：
W1W2所以，左受荷单元作用在竖中挺上是梯形荷载；
右受荷单元作用在竖中挺上是梯形荷载
（2）竖中挺在左受荷单元力作用下的受力分析：
wk：
风荷载标准值（MPa）；
W1：
左受荷单元宽（mm）；
H：
竖中挺的跨度（mm）；
qk1：
在左受荷单元作用下的风荷载线集度标准值（N/mm）；
q1：
在左受荷单元作用下的风荷载线集度设计值（N/mm）；
qk1=wk×W1/2
=0.001468×600/2
=0.44N/mm
q1=1.4×qk1
=1.4×0.44
=0.616N/mm
M1：
在左受荷单元力作用下的跨中最大弯矩（N·mm）；
M1=q1×H2/24×（3-（W1/H）2）
=0.616×16002/24×（3-（600/1600）2）
=187880N·mm
Vk1：
在左受荷单元力作用下的剪力标准值（N）；
Vk1=q1H/2×（1-W1/2/H）
=0.616×1600/2×（1-600/2/1600）
=400.4N
V1：
在左受荷单元力作用下的剪力设计值（N）；
V1=1.4Vk1
=1.4×400.4
=560.56N
（3）竖中挺在右受荷单元力作用下的受力分析：
wk：
风荷载标准值（MPa）；
W2：
右受荷单元宽（mm）；
H：
竖中挺的跨度（mm）；
qk2：
在右受荷单元作用下的风荷载线集度标准值（N/mm）；
q2：
在右受荷单元作用下的风荷载线集度设计值（N/mm）；
qk2=wk×W2/2
=0.001468×1500/2
=1.101N/mm
q2=1.4×qk2
=1.4×1.101
=1.541N/mm
M2：
在右受荷单元力作用下的跨中最大弯矩（N·mm）；
M2=q2×H2/24×（3-（W2/H）2）
=1.541×16002/24×（3-（1500/1600）2）
=348651.25N·mm
Vk2：
在右受荷单元力作用下的剪力标准值（N）；
Vk2=q2H/2×（1-W2/2/H）
=1.541×1600/2×（1-1500/2/1600）
=654.925N
V2：
在右受荷单元力作用下的剪力设计值（N）；
V2=1.4Vk2
=1.4×654.925
=916.895N
2.选用竖中挺型材的截面特性：
选用型材号：
50系列
型材的抗弯强度设计值：
f=85.5MPa
型材的抗剪强度设计值：
τ=49.6MPa
型材弹性模量：
E=70000MPa
绕X轴惯性矩：
Ix=154440mm4
绕Y轴惯性矩：
Iy=18930mm4
绕X轴净截面抵抗矩：
Wnx1=4013mm3
绕X轴净截面抵抗矩：
Wnx2=5824mm3
型材净截面面积：
An=385.8mm2
型材截面垂直于X轴腹板的截面总宽度：
t=3mm
型材受力面对中性轴的面积矩：
Sx=3299mm3
塑性发展系数：
γ=1.05
3.竖中挺的抗弯强度计算：
按下面的公式进行强度校核，应满足：
（M1+M2）/γWnx≤f
上式中：
M1：
在左受荷单元力作用下的跨中最大弯矩（N·mm）；
M2：
在右受荷单元力作用下的跨中最大弯矩（N·mm）；
Wnx：
在弯矩作用方向的净截面抵抗矩（mm3）；
γ：
塑性发展系数，取1.05；
f：
型材的抗弯强度设计值，取85.5MPa；
则：
（M1+M2）/γWnx=（187880+348651.25）/1.05/4013
=127.332MPa>85.5MPa
竖中挺抗弯强度不满足要求。
4.竖中挺的挠度计算：
（1）竖中挺在左受荷单元力作用下的挠度计算：
df1：
竖中挺在左受荷单元力作用下的挠度（mm）；
df1=qk1H4/240EI×（25/8-5×（W1/2/H）2+2×（W1/2/H）4）
=0.44×16004/240/70000/154440×（25/8-5×（600/2/1600）2+2×（600/2/1600）4）
=3.28mm
（2）竖中挺在右受荷单元力作用下的挠度计算：
df2：
竖中挺在右受荷单元力作用下的挠度（mm）；
df2=qk2H4/240EI×（25/8-5×（W2/2/H）2+2×（W2/2/H）4）
=1.101×16004/240/70000/154440×（25/8-5×（1500/2/1600）2+2×（1500/2/1600）4）
=5.904mm
（3）竖中挺在风荷载作用下的总体挠度：
df=df1+df2
=3.28+5.904
=9.184mm
挠度的限值取杆件总长的1/120，即13.333mm，且不应大于15mm。
9.184mm≤13.333mm
9.184mm≤15mm
所以，挠度满足要求！
5.竖中挺的抗剪计算：
校核依据：
τmax≤τ=49.6MPa（材料的抗剪强度设计值）
在上面的公式中：
τmax：
竖中挺最大剪应力（N）；
V1：
在左受荷单元力作用下的剪力设计值（N）；
V2：
在右受荷单元力作用下的剪力设计值（N）；
Sx：
竖中挺型材受力面对中性轴的面积矩（mm3）；
Ix：
竖中挺型材截面惯性矩（mm4）；
t：
型材截面垂直于X轴腹板的截面总宽度（mm）；
τmax=（V1+V2）Sx/Ixt
=（560.56+916.895）×3299/154440/3
=10.52MPa
10.52MPa≤49.6MPa
竖中挺抗剪强度能满足要求!
六、门窗横中挺计算
基本参数：
1：
计算点标高：
100m；
2：
力学模型：
单跨简支梁；
3：
横中挺跨度：
W=1500mm；
4：
横中挺上受荷单元高：
H1=400mm；横中挺下受荷单元高：
H2=1200mm；
5：
横中挺材质：
6063-T5；
1.横中挺受荷单元分析：
（1）横中挺计算简图的确定：
因为：
H1H2所以，上受荷单元作用在横中挺上是梯形荷载；
下受荷单元作用在横中挺上是梯形荷载
（2）横中挺在上受荷单元力作用下的受力分析：
wk：
风荷载标准值（MPa）；
H1：
上受荷单元高（mm）；
W：
横中挺的跨度（mm）；
qk1：
在上受荷单元作用下的风荷载线集度标准值（N/mm）；
q1：
在上受荷单元作用下的风荷载线集度设计值（N/mm）；
qk1=wk×H1/2
=0.001468×400/2
=0.294N/mm
q1=1.4×qk1
=1.4×0.294
=0.412N/mm
M1：
在上受荷单元力作用下的跨中最大弯矩（N·mm）；
M1=q1×W2/24×（3-（H1/W）2）
=0.412×15002/24×（3-（400/1500）2）
=113128.333N·mm
Vk1：
在上受荷单元力作用下的剪力标准值（N）；
Vk1=q1W/2×（1-H1/2/W）
=0.412×1500/2×（1-400/2/1500）
=267.8N
V1：
在上受荷单元力作用下的剪力设计值（N）；
V1=1.4Vk1
=1.4×267.8
=374.92N
（3）横中挺在下受荷单元力作用下的受力分析：
wk：
风荷载标准值（MPa）；
H2：
下受荷单元高（mm）；
W：
横中挺的跨度（mm）；
qk2：
在下受荷单元作用下的风荷载线集度标准值（N/mm）；
q2：
在下受荷单元作用下的风荷载线集度设计值（N/mm）；
qk2=wk×H2/2
=0.001468×1200/2
=0.881N/mm
q2=1.4×qk2
=1.4×0.881
=1.233N/mm
M2：
在下受荷单元力作用下的跨中最大弯矩（N·mm）；
M2=q2×W2/24×（3-（H2/W）2）
=1.233×15002/24×（3-（1200/1500）2）
=272801.25N·mm
Vk2：
在下受荷单元力作用下的剪力标准值（N）；
Vk2=q2W/2×（1-H2/2/W）
=1.233×1500/2×（1-1200/2/1500）
=554.85N
V2：
在下受荷单元力作用下的剪力设计值（N）；
V2=1.4Vk2
=1.4×554.85
=776.79N
2.选用横中挺型材的截面特性：
选用型材号：
50系列
型材的抗弯强度设计值：
f=85.5MPa
型材的抗剪强度设计值：
τ
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