窗抗风载荷计算Word下载.docx
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=
5qL^4
/（384EI）
（资料②P494表5-31）
其中线荷载计算值：
q
awk
/2
（资料②P494）
装单层玻璃时，型材许允挠度：
μmax<
L
/120，且绝对挠不大于15mm（资料③）
则有：
5awk
L^4
/（2x384EI）<
L/120
当L/120≥15时，则有：
L4
15
E-铝合金型材的弹性模量，取E=0.7×
105
（1）平开窗受力杆件的长度为2400mm其两边最大的受力宽度为1375mm时满足要求的型材截面惯性矩：
I>
5×
120awk
L^3
/（2×
384E）=263513.25mm^4>
118684mm^4
则构件的截面惯性矩不能满足挠度要求,故需在铝合金型材内加经防腐处理的冷轧槽钢。
冷轧钢衬的截面惯性矩:
I钢=（263513.25-118684）/3=48276.42mm^4
钢衬的截面抗弯模量为：
W=I/h=2099
mm^3
（2）推拉窗受力杆件的长度为1960mm其两边最大的受力宽度为1480mm时满足要求的型材截面惯性矩：
384E）=154488.43
mm^4>
119638.67
mm^4
I钢=（153597-119638.67）/3=11616.59
W=I/h=726
mm^3
3、型材的强度校核
（1）平开窗受力杆件长度为2400mm其两边最大的受力宽度为1375mm时作用在受力构件上的荷载按均布荷载计算（偏于安全）则载荷作用下受力构件上的最大弯矩为：
Mmax=ql^2/8=
awkl^2/（2×
8）=632431.8N.mm
加入钢衬后铝合金受力构件所承担的弯矩为：
M铝=I铝Mmax/I总=284841.6N.mm
M钢=I钢Mmax/I总=347590.2N.mm
此时铝合金型材的截面应力为：
б=M/W=284841.6/5395=52.8N/mm^2<
84.2
N/mm^2
同理钢衬的截面应力为：
165.6N/mm^2<
375
故加入钢衬后完全可以满足要求。
（2）推拉窗受力杆件长度为1960mm其两边最大的受力宽度为1480mm时作用在受力构件上的荷载按均布荷载计算（偏于安全）则载荷作用下受力构件上的最大弯矩为：
8）=454006.82N.mm
M铝=I铝Mmax/I总=351591.19N.mm
M钢=I钢Mmax/I总=102415.63N.mm
б=M/W=351591.19/7477.42=47.02N/mm^2<
141.06N/mm^2<
四、玻璃的选用
标高60米处风荷载标准值为1.28KPa根据资料④表A.0.1,5mm普通浮法玻璃，最大许允面积为2.41平方米；
5mm+6（A）+5mm中空玻璃的最大许允面积为3.62平方米。
根据资料④表6.1.2-1,5mm钢化化玻璃，人体冲击安全规定的最大许允面积为3.0平方米。
本工程所用转角窗玻璃最大面积1.8平方米，故选用5mm浮法玻璃能够满足强度要求。
附：
参考资料
1、《铝合金门窗工程设计、施工及验收规范》
DBJ
15-30-2002
2、《玻璃幕墙工程技术规范应用手册》
中国建筑工业出版社
3、《建筑结构荷载规范》
GB
5009-2001
4、《机械设计手册》
机械工业出版社
5、《建筑玻璃应用技术规程》
JGJ
113-2003
建筑门窗的抗风压计算
一、概况
1.1计算依据
风荷载标准按GB50009-2001《建筑结构荷载规范》的规定计算
任何材料制作的门窗玻璃按JGJ113-2003《建筑玻璃应用技术规范》的规定计算
玻璃幕墙按JGJ102-2003《玻璃幕墙工程技术规范》的规定计算
建筑外窗抗风强度计算方法
1.2说明
1.2.1门窗幕墙不是承重结构，是围护结构，应采用围栏结构的计算公式。
什么是围护结构呢？
指建筑物及房间的围档物，包括墙壁、挡板等，按是否及室内外空气分割而言，包括内外围护结构，有透明及不透明之分。
1.2.2GB50009中第7.1.2条也是强制性条文。
“对于高层建筑、高耸结构以及对风荷载比较敏感的其他结构，基本风压应适当提高，并应由有关的结构设计规范具体规定。
”
提出了几个问题：
一、高层建筑，二、高耸结构，三、比较敏感的其他结构，四、有关的结构设计规范。
如何理解和应用的问题。
高层建筑：
定义、基准，可从下列资料中找到。
JGJ37-87
《民用建筑设计通则》
GB50096-99
《住宅设计规范》
GB50045-95
《高层民用建筑设计防火规范》
GBJ
16-87
《建筑设计防火规范》
3-2002
《高层建筑混凝土结构技术规程》
有一句基本雷同的说法：
在通则及防火等规范中指出为：
居住建筑
大于10层（约30M）
公用建筑
大于24M
在JGJ3中定义为：
10层及10层以上或房屋高度大于28M的建筑物。
高耸结构
在GBJ135-90中规定，如电视塔、发射塔、微波塔、拉绳桅杆、石油化工塔、大气污染检测塔、烟囱、排气塔、碾井架等。
有的塔有可能使用门窗、幕墙，例如上海、北京等地电视塔等。
有关结构设计规范
JGJ113-2003中第4.1.2条规定，计算的风荷载标准值小于0.75KPa时，应按0.75KPa采用，高层建筑风荷载标准值宜按计算值加大10％采用。
换句话讲，也就是玻璃承载能力要降低10％。
风荷载标准值起点为0.75kPa；
但比门窗产品抗风压检测标准GB7106-2002规定为1.0kPa要低，建议按门窗产品检测标准为准，较为妥善。
JGJ102-2003中第5.3.2条规定，当计算结果小于1.0kPa也按1.0kPa取值计算。
二、风荷载计算标准值
2.1风荷载标准值
垂直于建筑物表面上的风荷载标准值，应按下述公式式计算：
当计算围护结构时
WK=βgZ*μs*μz*
W0
式中：
WK为风荷载标准值；
μz为风压高度变化系数；
μs为风荷载体型系数；
βgZ为高度Z处的阵风系数；
W0为建筑物当地的基本风压。
2.2风压高度变化系数μz（摘自GB
50009－2001
建筑结构荷载规范第7.2.1条）
风压随高度的不同而变化，其变化规律及地面粗糙程度有关，对于平坦或稍有起伏的地形，风压高度变化系数应按地面粗糙度类别按下表确定。
离地面或海平面高度Z（米）地面粗糙度类别
ABCD
51.171.000.740.62
101.381.000.740.62
151.521.140.740.62
201.631.250.840.62
301.801.421.000.62
401.921.561.130.73
502.031.671.250.84
602.121.771.350.93
702.201.861.451.02
802.271.951.541.11
902.342.021.621.19
1002.402.091.701.27
1502.642.382.031.61
地面粗糙度可分为A、B、C、D四类
A类：
近海海面，海岛，海岸，湖岸及沙漠地区；
B类：
田野，乡村，从林，丘陵以及房屋比较稀疏的乡镇及大城市郊区；
C类：
有密集建筑群的城市市区；
D类：
有密集建筑群且房屋较高的城市中心区。
将A、B、C、D四类数据化：
即当拟建房2km为半径的迎风半径影响范围内的房屋高度和密集度区分。
取该地区主导风和最大风向为准。
以建筑物平均高度Ћ来划分地面粗糙度。
当Ћ≥18M为D类；
9M<
Ћ≤18M为C类；
Ћ<
9M为B类；
2.3风荷载体型系数μs（摘自GB
建筑结构荷载规范）
2.3.1外表面
正压区：
按表7.3.1采用，可风洞试验结果，也可按表7.3.1条取，最不利表面+1.3－0.2=+1.1
负压区：
按7.3.3条规定
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>
10°
的屋脊部位），取－2.2；
对檐口、雨棚、遮阳板等突出构件，取－2.0；
注：
屋面、墙角边的划分：
作用宽度0.1，作用高度0.4，起点应大于1.5m。
2.3.2内表面
对封闭式建筑物，按外表面风压的正负情况取－0.2或0.2。
2.4阵风系数βgZ（摘自GB
建筑结构荷载规范第7.5.1条）
离地面高度
（米）地面粗糙度类别
51.691.882.303.21
101.631.782.102.76
151.601.721.992.54
201.581.691.922.39
301.541.641.832.21
401.521.601.772.09
501.511.581.732.01
601.491.561.691.94
701.481.541.661.89
801.471.531.641.85
901.471.521.621.81
1001.461.511.601.78
1501.431.471.541.67
2.4基本风压W0（摘自GB
建筑结构荷载规范附表D4）
围护结构按50年选取，专业规范另有规定的除外，例JGJ113-2003要加大10%等。
全国主要城市的50年一遇风压（kN/m2）
城市名称风压值城市名称风压值城市名称风压值城市名称风压值城市名称风压值
北京0.45锦州0.60无锡0.45西安0.35汕头0.80
天津0.50鞍山0.50连云港0.55铜川0.35深圳0.75
上海0.55营口0.60南通0.45兰州0.30南宁0.35
重庆0.40丹东0.55常州0.40银川0.65桂林0.30
石家庄0.35大连0.65溧阳0.40西宁0.35柳州0.30
承德0.40长春0.65吴县东山0.45乌鲁木齐0.60北海0.75
秦皇岛0.45吉林0.50杭州0.45克拉玛依0.90海口0.75
唐山0.40哈尔滨0.55慈溪0.45郑州0.45三亚0.85
保定0.40齐齐哈尔0.45舟山0.85新乡0.40成都0.30
沧州0.40济南0.45金华0.35开封0.45宜宾0.30
太原0.40德州0.45宁波0.50商丘0.35贵阳0.30
大同0.55烟台0.55温州0.60武汉0.35昆明0.30
运城0.40威海0.65合肥0.35宜昌0.30丽江0.30
呼和浩特0.55青岛0.60南昌0.45黄石0.35拉萨0.30
满洲里0.65南京0.40赣州0.30长沙0.35台北0.70
海拉尔0.65徐州0.35福州0.70广州0.50香港0.90
沈阳0.55镇江0.40厦门0.80韶光0.35澳门0.85
2.5风荷载标准值计算
a
根据GB50009-2001的规定，可以区分为标准型及非标准型二大类：
非标准型，即山坡、海岛、群体效应和需调查等状态而言。
公式
Wk=βɡzμsμzW0
式中，Wk——风荷载标准值
kPa（kN/㎡）
μs
——体型系数
※正压区，按7.3.1条规定，可风洞试验结果，也可按表7.3.1条取，最不利表面+1.3－0.2=+1.1
※负压区，按7.3.3条规定有
墙面，取－1.0+（－0.2）=－1.2
墙角，取－1.8+（—0.2）=－2.0
屋脊，取－2.2+（—0.2）=－2.4
檐口，雨棚，遮阳板，取－2.0+（－0.2）=－2.2
μz
——高度系数：
可查表7.2.1规定，也可自行计算。
计算时按，
W0——基本风压
※可从附图D5.3或附表D4中查到。
计算实例
例，北京市有一幢100M高建筑物，求风荷载标准值。
未交待型体、具体地点、风洞试验、群体干扰等情况。
解：
式中参数选取：
βɡz——查表为A—1.46，B—1.52，C—1.62；
D—1.81；
μs——取正压区为+1.3－0.2=+1.1
取负压区为－1.8+（－0.2）=－2.0
μz——查表为A—2.40，B—2.09，C—1.70，D—1.27；
W0——查表为50年一遇0.45KPa。
代入型式计算：
Wk-A类=1.46×
×
2.40×
0.45=
kPa
提高46%
Wk-B类=1.52×
2.09×
提高30%
Wk-C类=1.62×
1.70×
提高18%
Wk-D类=1.81×
1.27×
以此为100%
三、玻璃承载能力计算
3.1玻璃承载状态
门、窗、幕墙在风压作用下有两种状态：
一是四边支承，适用于有框门窗、幕墙。
二是二对边支承，适用于玻璃门等。
2．玻璃承受风荷载计算
a）从JGJ113中查到三组公式
四边支承时，当t≤6mm时，Wk=0.2α
占多数
当t>
6mm时，Wk=α（0.2t1.6+0.8）/Amax
少数
二对边支承时，
Wk
=0.142α
t/L
玻璃门
kPa
Amax——玻璃最大面积
㎡
L——玻璃许用跨度
m
t——玻璃厚度
mm
α——调整系数
见表4.2.2
表4.2.2
玻璃调整系数
玻璃种类
普通
半钢化
钢化
夹层
中空
夹丝
压花
防火
调整系数
1.0
1.6
2.0~3.0
0.8
1.5
0.5
0.6
3.0~4.5
b）实例计算
例一、采用外钢化、内浮法的中空玻璃，4钢+A+5的尺寸为1200×
1800，求玻璃承载能力？
公式：
Wk=0.2α
计算及取值：
Wk=0.2×
1.5×
41.8/1.2×
1.8=1.68kPa。
分析：
①钢化薄片及浮法组合时，按薄片计算有利，否则不利，成本也高；
②假定双片相等，外为钢化、内为浮法，未作交待；
③JGJ102则规定外侧为钢化，按外侧钢化计算。
例二、采用外层防火玻璃厚5mm，内层钢化玻璃厚4mm的夹层玻璃，其尺寸为1200×
Wk=α（0.2t1.6+0.8）/Amax
Wk=0.8（0.2×
91.6+0.8）/1.2×
1.8=2.78
①此时承载能力很大，但主要作用是防火，成本很高；
②钢化玻璃和单片防火玻璃的抗风压调整系数应经试验确定。
例三、采用15mm钢化玻璃，其尺寸为800×
2000mm的门，求玻璃承载能力？
t/L
=0.142×
2
15/2.0
①门用玻璃要求严格，且厚度大；
②L取最不利者为长边、短边则为1.94kPa；
③玻璃破损主要是张力破坏，不是压力破损，所以弯曲是主要矛盾方面。
3．计算中应注意的问题
a）JGJ113-2003及97的计算公式是一样的，但参数稍有变化。
例：
钢化玻璃由原有1.5~3.0改为2.0~3.0和增加防火玻璃调整系数。
b）幕墙用玻璃仍按JGJ102-×
的规定，两者有出入，不可混用。
c）钢化玻璃及浮法玻璃组成的中空玻璃，且两者厚度不同时，如何处理。
外层钢化+内层浮法，当两片相等时α取1.5；
外薄内厚时，取薄片，问题不大；
外厚内薄时，就不好用了。
d）夹层玻璃当使用条件超过70℃，α调整系数由0.8降为0.6，南方使用时需注意。
e）钢化玻璃，防火玻璃的调整系数给的是一个范围，如何取值，最好由生产厂家提供，否则取小值有利，包括钢化及防火组合时要试验确定在内。
f）钢化玻璃，各地不同，最好玻璃厂家提供，且要承担经济责任。
各地取值不同见下表。
JIS
ANSI
H•K
澳大利亚
中国
3.0
4.0
2.5
2.0～3.0
①ANSI是玻璃厂提供参数值，且保证质量；
②钢化玻璃有自暴问题存在，国外为8%0左右，国外大于此数值；
③钢化玻璃还有组装问题，型材变形问题，玻璃平整度为2%0，由此取下限有利。
g）玻璃计算问题，还有下列项目，不属此次范围内，但应注意。
如玻璃扰度、玻璃热应力、玻璃重力、玻璃间隙、玻璃热工性能、水下玻璃等。
四、建筑外窗抗风强度计算方法
3.1 适用范围
建筑外窗抗风强度计算方法适用于各种材质的平开式的平开式及推拉式建筑外窗的抗风强度的计算和验算。
也可用于四面支撑的其他开启形式的建筑外门和外窗的抗风强度的计算。
3.2 荷载分布及计算
3.2.1 荷载分布
建筑外窗在风荷载作用下，承受及外窗平面垂直的横向水平力。
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°
斜线，使其及平行于长边的中线相交。
这些线把受荷单元分成四块，每块面积所承受的风荷载传给其相邻的构件，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。
见图C.1～图C.5。
图C.3
图C.4
P1=
P2=
+
若
/
≥1/2或
≤1/2
且
≥
/3时，则按下图计算：
图C.5
3.2.2
荷载计算
建筑外窗在风荷载作用下，受力构件上的总荷载（Ｑ）为该构件所承受的受荷面积（A）及施加在该面积上的单位风荷载（W）之乘积，按式（C.1）计算：
Ｑ=A•W
……………………………………………（C.1）
Ｑ—受力构件所承受的总荷载；
A－受力构件所承受的受荷面积；
W－施加在受荷面积上的单位风荷载；
按现行《工业及民用建筑结构荷载规范》及《钢筋混凝土高层建筑结构设计及施工规定》中取值。
当进行建筑外窗的强度计算时，其受力构件上的总荷载（Ｑ）为该构件所承受的受荷面积（A）及该窗的强度等级相对应的单位荷载（WG）之乘积。
3.3 截面特性
建筑外窗的受力构件在材料、截面积和受荷状态确定的情况下，构件的承载能力主要取决于及截面形状有关的两个特性，即截面的惯性矩及抵抗矩。
3.3.1 截面的惯性矩（I），它及材料的弹性模量（E）共同决定着构件的挠度（
）。
3.3.2 截面的抵抗矩（Wj），当荷载条件一定时，它决定构件应力的大小。
3.3.3 截面特性的确定
当建筑外窗用料采用标准型材时，其截面特性可在《材料手册》中查得。
当建筑外窗用料采用非标准型材时，其截面特性需要通过计算来确定。
简单矩形截面的惯性矩：
b
•
h3/12；
截面的抵抗矩：
C。
3.4 强度计算
如C.2.1所述，建筑外窗受力构件受荷情况近似简化为简支梁上承受矩形、梯形或三角形的均布荷载。
有时还可能承受集中荷载。
其弯曲应力和剪切应力计算如下。
3.4.1 弯矩（M）的计算：
图C.6
注1：
—
在矩形荷载作用下简支梁的弯矩按M=
/6计算。
注2：
在梯形荷载作用下简支梁的弯矩见表C.1。
注3：
c
在三角形荷载作用下简支梁的弯矩按M=
表C.1
承受梯形荷载简支梁的弯矩
系数K=0K=0.1K=0.2K=0.3K=0.4K=0.5
ＱLＱLＱLＱLＱLＱL
8.007.306.766.366.106.00
图C.7
集中荷载作用于跨中时弯矩按
/4计算。
集中荷载作用于任意点上时弯矩按
•L1•L2
L计算。
当向外平开窗的窗扇受负压或向内平开窗的窗扇受正压时，其窗框的竖框受荷情况按紧固五金件处有集中荷载作用的简支梁计算；
其窗扇边梃受荷情况可近似简化为以紧固五金件处为固端的悬臂梁上承受矩形均布荷载，其弯矩按
/2计算（见图C.8）：
图C.8
建筑外窗受力构件上有均布荷载和集中荷载同时作用时，其弯矩为它们各自产生弯矩叠加的代数和。
3.4.2 弯曲应力
按式（C.2）计算：
≤
………………………………………………（C.2）
—受力构件承受的最大弯矩；
—净截面的抵抗矩；
—计算截面上的最大应力；
—计算截面的惯性矩；
—中和轴到截面边缘的最大距离；
—材料的抗弯允许应力。
3.4.3 剪力（Ｑ
）的计算：
图C.9
在矩形荷载作用下剪力按Ｑ
=±
Ｑ/2计算。
在梯形荷载作用下剪力按Ｑ
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