建筑外窗抗风压性能计算书塑料拼管.docx
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建筑外窗抗风压性能计算书塑料拼管
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JGJ113-2009〉
《钢结构设计规范GB50017-2003〉
《建筑外门窗气密、水密、抗风压性能分级及检测方法》GB/T7106-2008》
《建筑结构荷载规范GB50009-2001（2006版）》
《未增塑聚氯乙烯（PVC-U）塑料门JG/T180-2005》
《未增塑聚氯乙烯（PVC-U）塑料窗JG/T140-2005》
《建筑门窗术语GB/T5823-2008》
《建筑门窗洞口尺寸系列GB/T5824-2008》
《建筑外门窗保温性能分级及检测方法GB/T8484-2008》
《建筑外门窗空气声隔声性能分级及检测方法GB/T8485-2008》
《铝合金结构设计规范GB50429-2007》
《聚氯乙烯（PVC-U）门窗增强型钢JG/T131-2000〉
《门、窗用未增聚氯乙烯（PVC-U）型材GB/T8814-2004》
II、设计计算
、风荷载计算
1）工程所在省市：
江西
2）工程所在城市：
南昌市
3）所在地类型：
A类（近海海面和海岛、海岸、湖岸及沙漠地区）
4）门窗安装最大高度z（m）：
5米
5）建筑平面形状：
正多边形平面（包括矩形）
6）门窗安装位置：
墙面
7）建筑的体形类别：
封闭式的建筑
8）门窗类型：
推拉窗型材厂家:
海螺型材门窗系列:
80系列玻璃厂家:
河南振华
玻璃规格:
5mm
9）窗型样式：
10）窗型尺寸：
窗宽W（mm）:
3600
窗高H（mm）:
3600
1围护结构的风荷载标准值计算：
（按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001（2006版）7.1.1-2）
Wk=Bgz*口si*口Z*w0
Wk:
风载荷标准值
Bgz:
阵风系数
卩si:
局部风压体形系数
卩Z:
风压高度变化系数
wO:
基本风压
1.1基本风压
（按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001（2006版）规定,
采用50年一遇的风压，但不得小于0.3KN/m2）
经软件计算，基本风压W0=0.45kN/m2
1.2阵风系数
当建筑为封闭式时，其体形系数=外表面体形系数+内表面体形系数当建筑为敞开式时，其体形系数=外表面体形系数
外表面系数二外表面正压+外表面负压
正压区（按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001（2006版）7.3.1）
负压区
——对墙面，取1.0;
――对墙角边，取1.8;
――对屋面局部部位（周边和屋面坡度大于10°的屋脊部位），取2.2;
――对檐口、雨篷、遮阳板等突出构件，取2.0。
注：
对墙角边和屋面局部部位的作用宽度为房屋宽度的0.1或房屋平均
高度的0.4,取其小者，但不小于1.5m。
经软件计算，风载荷体形系数卩sl=0.84
1.5风荷载标准值计算
Wk=Bgz*口si*口Z*w0
经软件计算，风荷载标准值Wk=0.749
2围护结构的风荷载设计值计算
（按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001（2006版）3.2.5）
分项系数一般情况下取1.4,
对标准值大于4kN/m2的工业房屋楼面结构的活荷载取1.3
W=分项系数*Wk
经软件计算，风荷载设计值W=1.049
、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:
根据铝合金门窗GBT8478-2008
1）单层玻璃，夹层玻璃：
fmaxv=L/100
2）双层玻璃，中空玻璃：
fmax<=L/150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：
（Tmax=M/Wv=0]
[（T]:
材料的抗弯曲应力（N/mm2）
（Tmax:
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：
tmax=（Q*S）/（l*S）<=[t]
[t]:
材料的抗剪允许应力（N/mm2）
tmax:
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（mmA4）
S:
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拼管的挠度、弯曲应力、剪切应力计算：
构件“拼管”的各受荷单元基本情况如下图:
构件“拼管”的由以下各型材（衬钢）组合而成，它们共同承担“拼管”上的
全部荷载：
（1）.铝合金:
方管
截面参数如下：
惯性矩：
582733.28
抵抗矩：
11654.66
面积矩：
7223.04
截面面积：
450.56
腹板厚度：
1.6
2.1.1拼管的刚度计算
1方管的弯曲刚度计算
D（N.mm2）=E*l=72000*582733.280=41956796160.000
方管的剪切刚度计算
D（N.mm2）=G*F=26000*450.560=11714560.000
2.拼管的总弯曲刚度计算
D（N.mm2）=41956796160.000
拼管的总剪切刚度计算
D（N.mm2）=11714560.000
2.1.2拼管的受荷面积计算
1.拼管的受荷面积计算
A（mm2）=（3800-1800）*1800/4=900000（梯形）
2.拼管的受荷面积计算
A（mm2）=1700*1700/4=722500（三角形）
3.拼管的受荷面积计算
A（mm2）=（3800-1800）*1800/4=900000（梯形）
4.拼管的受荷面积计算
A（mm2）=1700*1700/4=722500（三角形）
5.拼管的总受荷面积计算
A（mm2）=3245000
2.1.3拼管所受均布荷载计算
Q（N）=Wk*A
=0.749*3245000/1000
=2430.505
2.1.4拼管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•方管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方管=Q总*（D方管/D总）
=2430.505*（41956796160.000/41956796160.000）=2430.505
本窗型在风荷载作用下，可简化为承受矩形均布荷载
Fmax（mm）=5Q*L3/（384*D）=5*2430.505*36003（384*41956796160.000）=35.191
2.1.4.2在均布荷载作用下的弯矩计算
1.方管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方管=Q总*（D方管/D总）
=2430.505*（41956796160.000/41956796160.000）=2430.505
所受荷载的设计值计算：
Q=1.4*Q
=1.4*2430.505
=3402.707
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
=3402.707*3600/8
=1531218.150
2.1.4.3在均布荷载作用下的剪力计算
1.方管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方管=Q总*（D方管/D总）
=2430.505*（11714560.000/11714560.000）=2430.505
所受荷载的设计值计算：
Q=1.4*Q
=1.4*2430.505
=3402.707
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
=3402.707/2
=1701.353
2.1.5拼管在集中荷载作用下的挠度、弯矩、剪力计算
2.1.5.1拼管产生的集中荷载对受力杆作用生产的挠度、弯矩、剪力计算
1.拼管的受荷面积
A（mm2）=900000
2.该单元传递到主受力杆件上的全部集中荷载
P（N）=（wk*A）/2
=（0.749*900000）/2/1000
=337.050
3.该单元产生的集中荷载对主受力杆件跨中产生的总挠度
（1）方管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方管=Q总*（D方管/D总）
=337.050*（41956796160.000/41956796160.000）
=337.050
该单元的跨中集中荷载对主受力杆件跨中产生的挠度计算
Fmax（mm）=P*L2*（3*L2-4*L22）/（48*D）
=337.050*1700*（3*36002-4*17002）/（48*41956796160.000）
=7.772
4.该单元产生的集中荷载对受力杆件跨中产生的总弯矩
（1）方管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方管=Q总*（D方管/D总）
=337.050*（41956796160.000/41956796160.000）
=337.050
所受荷载的设计值计算：
Q=1.4*Q
=1.4*337.050
=471.871
该单元的跨中集中荷载对受力杆件产生的弯矩计算
Mmax（N.mm）=P*L1*L2/L
=471.871*1900*1700/3600
=423372.251
5.该单元产生的集中荷载对受力杆件跨中产生的总剪力
（1）方管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方管=Q总*（D方管/D总）
=337.050*（11714560.000/11714560.000）
=337.050
所受荷载的设计值计算：
Q=1.4*Q
=1.4*337.050
=471.871
该单元的跨中集中荷载对受力杆件产生的剪力计算
Qmax（N）=P*L1/L
=471.871*1900/3600
=249.042
2.1.5.2拼管产生的集中荷载对受力杆作用生产的挠度、弯矩、剪力计算
1.拼管的受荷面积
A（mm2）=722500
2.该单元传递到主受力杆件上的全部集中荷载
P（N）=（wk*A）/2
=（0.749*722500）/2/1000
=270.576
3.该单元产生的集中荷载对主受力杆件跨中产生的总挠度
（1）方管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方管=Q总*（D方管/D总）
=270.576*（41956796160.000/41956796160.000）=270.576
该单元的跨中集中荷载对主受力杆件跨中产生的挠度计算
Fmax（mm）=P*L2*（3*L2-4*L22）/（48*D）=270.576*1700*（3*36002-4*17002）/（48*41956796160.000）=6.239
4.该单元产生的集中荷载对受力杆件跨中产生的总弯矩
（1）方管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方管=Q总*（D方管/D总）
=270.576*（41956796160.000/41956796160.000）
=270.576
所受荷载的设计值计算：
Q=1.4*Q
=1.4*270.576
=378.806
该单元的跨中集中荷载对受力杆件产生的弯矩计算
Mmax（N.mm）=P*L1*L2/L
=378.806*1900*1700/3600
=339873.834
5.该单元产生的集中荷载对受力杆件跨中产生的总剪力
（1）方管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方管=Q总*（D方管/D总）
=270.576*（11714560.000/11714560.000）
=270.576
所受荷载的设计值计算：
Q=1.4*Q
=1.4*270.576
=378.806
该单元的跨中集中荷载对受力杆件产生的剪力计算
Qmax（N）=P*L1/L
=378.806*1900/3600
=199.925
2.1.5.3拼管产生的集中荷载对受力杆作用生产的挠度、弯矩、剪力计算
1.拼管的受荷面积
A（mm2）=900000
2.该单元传递到主受力杆件上的全部集中荷载
P（N）=（wk*A）/2
=（0.749*900000）/2/1000
=337.050
3.该单元产生的集中荷载对主受力杆件跨中产生的总挠度
（1）方管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方管=Q总*（D方管/D总）
=337.050*（41956796160.000/41956796160.000）
=337.050
该单元的跨中集中荷载对主受力杆件跨中产生的挠度计算
Fmax（mm）=P*L2*（3*L2-4*L22）/（48*D）=337.050*1700*（3*36002-4*17002）/（48*41956796160.000）=7.772
4.该单元产生的集中荷载对受力杆件跨中产生的总弯矩
（1）方管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方管=Q总*（D方管/D总）
=337.050*（41956796160.000/41956796160.000）=337.050
所受荷载的设计值计算：
Q=1.4*Q
=1.4*337.050
=471.871
该单元的跨中集中荷载对受力杆件产生的弯矩计算
Mmax（N.mm）=P*L1*L2/L
=471.871*1900*1700/3600
=423372.251
5.该单元产生的集中荷载对受力杆件跨中产生的总剪力
（1）方管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方管=Q总*（D方管/D总）
=337.050*（11714560.000/11714560.000）=337.050
所受荷载的设计值计算：
Q=1.4*Q
=1.4*337.050
=471.871
该单元的跨中集中荷载对受力杆件产生的剪力计算
Qmax（N）=P*L1/L
=471.871*1900/3600
=249.042
2.1.5.4拼管产生的集中荷载对受力杆作用生产的挠度、弯矩、剪力计算
1.拼管的受荷面积
A（mm2）=722500
2.该单元传递到主受力杆件上的全部集中荷载
P（N）=（wk*A）/2
=（0.749*722500）/2/1000
=270.576
3.该单元产生的集中荷载对主受力杆件跨中产生的总挠度
（1）方管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方管=Q总*（D方管/D总）=270.576*（41956796160.000/41956796160.000）=270.576
该单元的跨中集中荷载对主受力杆件跨中产生的挠度计算
Fmax（mm）=P*L2*（3*L2-4*L22）/（48*D）=270.576*1700*（3*36002-4*17002）/（48*41956796160.000）=6.239
4.该单元产生的集中荷载对受力杆件跨中产生的总弯矩
（1）方管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方管=Q总*（D方管/D总）=270.576*（41956796160.000/41956796160.000）=270.576
所受荷载的设计值计算：
Q=1.4*Q
=1.4*270.576
=378.806
该单元的跨中集中荷载对受力杆件产生的弯矩计算
Mmax（N.mm）=P*L1*L2/L
=378.806*1900*1700/3600
=339873.834
5.该单元产生的集中荷载对受力杆件跨中产生的总剪力
（1）方管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方管=Q总*（D方管/D总）
=270.576*（11714560.000/11714560.000）
=270.576
所受荷载的设计值计算：
Q=1.4*Q
=1.4*270.576
=378.806
该单元的跨中集中荷载对受力杆件产生的剪力计算
Qmax（N）=P*L1/L
=378.806*1900/3600
=199.925
2.1.6拼管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方管总挠度校核
2.1.6.1.1方管实际挠度计算
F总=F均布+艺F集中
=35.191+28.022
=63.213
63.213>3600/100=36
方管的挠度不符合要求。
2.1.7拼管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方管抗弯曲强度校核
2.1.7.1.1方管总弯矩计算
M总=M均布+艺M集中
=1531218.150+1526492.170
=3057710.320
2.1.7.1.2方管弯曲应力计算
（Tmax=M/W
（Tmax:
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
=3057710.320/11654.660
=262.359
262.359>弯曲应力允许值:
85.5
方管的抗弯强度不满足要求。
2.1.8拼管在均布荷载和集中荷载共同作用下的抗剪切强度校核
2.181方管抗剪切强度校核
2.181.1方管总剪力计算
Q总=Q均布+工Q集中
=1701.353+897.934
=2599.287
2.1.8.1.2方管剪切应力计算
tmax=（Q*S）/（l*S）
tmax:
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
S:
腹板的厚度
=2599.287*7223.040/（582733.280*1.600）
=20.136
20.136<=剪切应力允许值:
49.6
方管的抗剪切能力满足要求。
2.1.9拼管在均布荷载和集中荷载共同作用下的受力杆件端部连接强度校核
2.1.9.1拼管型材端部单个连接螺栓所承受的最大荷载设计值
p0=1.4*Q总/n
n:
型材两端连接螺栓总个数
=1.4*2430.505/8
=425.338（N）
2.1.9.2拼管型材端部单个连接螺栓的抗剪允许承载力
Jm每个连接件的承剪面（个）:
1个
d连接螺栓螺纹处的外径（mm）:
5.0
n圆周率31416
[（Tv]螺栓抗剪允许应力：
190（N/mm2）
Nv（N）=（Jm*n*d2/4）*[cv]
=（1*3.1416*5.02/4）*190
=3730.651
按照《钢结构设计规范GB50017-2003〉7.2.1-1至7.2.1-2
2.1.9.3拼管型材端部单个连接螺栓的承压允许承载力
d连接螺栓螺纹处的外径（mm）:
5.0
工t连接件中腹板的厚度=1.2
[cc]螺栓承压允许应力:
405（N/mm2）
Nc（N）=d*艺t*[cc]
=5.000*1.200*405
=2430.000
按照《钢结构设计规范GB50017-2003〉7.2.1-3至7.2.1-4
2.1.9.4拼管型材端部单个连接螺栓的抗剪、承压能力校核：
Nc=3730.651（N）>=425.338（N）
拼管端部连接螺栓的抗剪能力满足要求。
Nv=2430.000（N）>=425.338（N）
拼管端部连接螺栓的承压能力满足要求。
2.1.9拼管综合抗风压能力计算
在均布荷载和集中荷载作用下总受荷面积计算：
A=3245000+722500/2+722500/2
=3967500
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/100=（q*A）*L3/（76.8*D）
q（N/mm2）=76.8*D/（L2*100*A）
=76.8*41956796160.000/（36002100*3967500）*1000=0.626（kPa）
3该门窗的综合抗风压能力为：
Qmax=0.626N/mm2
（按《建筑外窗抗风压性能分级表》GB/T7106-2008）
建筑外窗抗风压性能分级表
分级
1
2
3
4
5
6
7
8
9
代号
分级
1.0<=
1.5<=
2.0<=
2.5<=
3.0<=
3.5<=
4.0<=
4.5<=
P3>=
指标
P3<1.
P3<2.
P3<2.
P3<3.
P3<3.
P3<4.
P3<4.
P3<5.
5.0
P3
5
0
5
0
5
0
5
0
综合抗风压等级为：
不足1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
方管
3600
63.21
3
36
否
262.3
59
85.5
否
20.13
6
49.6
是
、玻璃强度校核
1风荷载计算：
风载荷标准值Wk（kPa）:
0.749
风荷载标准值：
0.749<1kPa时，按1kPa计算。
因此，风荷载标准值Wk（kPa）取:
1
根据《建筑玻璃应用技术规程JGJ113-20095.1.2风载荷设计值W（kPa）:
1.4
2.1单元<拼管〉承载力极限状态设计
1）玻璃板块短边：
B（mm）=1800
2）玻璃板块长边：
H（mm）=1900
3）玻璃类型:
普通玻璃
4）玻璃总厚度:
10mm
2.2玻璃板块长宽比b/a系数计算
玻璃板块短边边长a（mm）:
1800
玻璃板块长边边长b（mm）:
1900
b/a=1.055
2.3玻璃板的风荷载设计值计算
玻璃类型：
普通玻璃
（按《建筑玻璃应用技术规程》JGJ113-20095.2.2）
W=Wk*1.4=1.400
Wk=1
2.4玻璃承载力极限状态计算
1）按长宽比1计算的玻璃最大许用跨度
L（mm）=k1*（W+k2Fk3+k4
（按《建筑玻璃应用技术规程》JGJ113-20095.2.2）
根据玻璃类型：
普通玻璃、玻璃厚度：
10、长宽比：
1,从《建筑玻璃应用技术规程》JGJ113-2009附录C中查得：
k1:
4709
k2:
0.200004
k3:
-0.6124
k4:
14.55
=4709*（1.400+（0.200004））八-0.6
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