建筑工程管控建筑外窗抗风压性能计算书.docx
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建筑工程管控建筑外窗抗风压性能计算书
（建筑工程管理）建筑外窗抗风压性能计算书
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JGJ113-2003》
《钢结构设计规范GB50017-2003》
《建筑外窗抗风压性能分级表GB/T7106-2002》
《建筑结构荷载规范GB50009-2001》
《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》
《铝合金窗GB/T8479-2003》
《铝合金门GB/T8478-2003》
II、设计计算
壹、风荷载计算
1）工程所在省市：
内蒙古
2）工程所在城市：
呼和浩特
3）门窗安装最大高度z（m）：
35
4）门窗类型:
平开窗
5）窗型样式:
6）窗型尺寸:
窗宽W（mm）:
2370
窗高H（mm）:
2470
1风荷载标准值计算:
Wk=βgz*μS*μZ*w0
（按《建筑结构荷载规范》GB50009-20017.1.1-2）
1.1基本风压W0=550N/m^2
（按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001规定,采用50年壹遇的风压，但不得小于0.3KN/m^2）
1.2阵风系数计算:
1）A类地区：
βgz=0.92*（1+2μf）
其中：
μf=0.5*35^（1.8*（-0.04））*（z/10）^（-0.12）,z为安装高度；
2）B类地区：
βgz=0.89*（1+2μf）
其中：
μf=0.5*35^（1.8*（0））*（z/10）^（-0.16）,z为安装高度；
3）C类地区：
βgz=0.85*（1+2μf）
其中：
μf=0.5*35^（1.8*（0.06））*（z/10）^（-0.22）,z为安装高度；
4）D类地区：
βgz=0.80*（1+2μf）
其中：
μf=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。
βgz=0.85*（1+（0.734*（35/10）^（-0.22））*2）
=1.79722
（按《建筑结构荷载规范》GB50009-20017.5.1规定）
1.3风压高度变化系数μz:
1）A类地区：
μZ=1.379*（z/10）^0.24,z为安装高度；
2）B类地区：
μZ=（z/10）^0.32,z为安装高度；
3）C类地区：
μZ=0.616*（z/10）^0.44,z为安装高度；
4）D类地区：
μZ=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。
μZ=0.616*（35/10）^0.44
=1.06898
（按《建筑结构荷载规范》GB50009-20017.2.1规定）
1.4风荷载体型系数:
μs=1.2
（按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001表7.3.1规定）
1.5风荷载标准值计算:
Wk（N/m^2）=βgz*μS*μZ*w0
=1.79722*1.06898*1.2*550
=1267.987
2风荷载设计值计算：
W（N/m2）=1.4*Wk
=1.4*1267.987
=1775.1818
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：
σmax=M/W<=[σ]
[σ]:
材料的抗弯曲应力（N/mm^2）
σmax:
计算截面上的最大弯曲应力（N/mm^2）
M:
受力杆件承受的最大弯矩（N.mm）
W:
净截面抵抗矩（mm^3）
1.3剪切应力校验依据：
τmax=（Q*S）/（I*δ）<=[τ]
[τ]:
材料的抗剪允许应力（N/mm^2）
τmax:
计算截面上的最大剪切应力（N/mm^2）
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（mm^3）
I:
材料惯性矩（mm^4）
δ:
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，承受的是和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，使其和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。
这样的近似简化和精确解相比有足够的准确度，结果偏于安全，能够满足工程设计计算和使用的需要。
由于窗的四周和墙体相连，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竖料的挠度、弯曲应力、剪切应力计算:
构件“竖料”的各受荷单元基本情况如下图：
构件“竖料”的由以下各型材（衬钢）组合而成，它们共同承担“竖料”上的全部荷载：
（1）.铝合金:
加強中梃/GR6310/GR6310
（此处放置“加強中梃/GR6310/GR6310”的截面图）
截面参数如下：
惯性矩：
528197.66
抵抗矩：
10068.12
面积矩：
7802.43
截面面积：
706.09
腹板厚度：
1.4
2.1.1竖料的刚度计算
1.加強中梃/GR6310/GR6310的弯曲刚度计算
D（N.mm^2）=E*I=70000*528197.66=36973836200
加強中梃/GR6310/GR6310的剪切刚度计算
D（N.mm^2）=G*F=26000*706.09=18358340
2.竖料的组合受力杆件的总弯曲刚度计算
D（N.mm^2）=36973836200=36973836200
竖料的组合受力杆件的总剪切刚度计算
D（N.mm^2）=18358340=18358340
2.1.2竖料的受荷面积计算
1.的受荷面积计算（梯形）
A（mm^2）=（2860-600）*600/4=339000
2.的受荷面积计算（三角形）
A（mm^2）=（500*500/2）/2=62500
3.的受荷面积计算（梯形）
A（mm^2）=（3860-1200）*1200/4=798000
4.竖料的总受荷面积计算
A（mm^2）=339000+62500+798000=1199500
2.1.3竖料所受均布荷载计算
Q（N）=Wk*A
=1267.987*1199500/1000000
=1520.95
2.1.4竖料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.加強中梃/GR6310/GR6310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加強中梃/GR6310/GR6310=Q总*（D加強中梃/GR6310/GR6310/D总）
=1520.95*（36973836200/36973836200）
=1520.950
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*L^3/（76.8*D）
=1520.95*1930^3/（76.8*36973836200）
=3.85
2.1.4.2在均布荷载作用下的弯矩计算
1.加強中梃/GR6310/GR6310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加強中梃/GR6310/GR6310=Q总*（D加強中梃/GR6310/GR6310/D总）
=1520.95（36973836200/36973836200）
=1520.950
所受荷载的设计值计算:
Q=1.4*Q
=1.4*1520.95
=2129.33
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
=2129.33*1930/8
=513700.86
2.1.4.3在均布荷载作用下的剪力计算
1.加強中梃/GR6310/GR6310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加強中梃/GR6310/GR6310=Q总*（D加強中梃/GR6310/GR6310/D总）
=1520.95*（18358340/18358340）
=1520.950
所受荷载的设计值计算:
Q=1.4*Q
=1.4*1520.95
=2129.33
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
=2129.33/2
=1064.67
2.1.5竖料在集中荷载作用下的挠度、弯矩、剪力计算
2.1.5.1产生的集中荷载对竖料作用产生的挠度、弯矩、剪力计算
1.受荷面积计算
A（mm^2）=（600*600/2）/2=90000
=90000
2.该分格传递到主受力杆件上的全部集中荷载
通过下边杆件传递到主受力杆件上的集中荷载计算
P（N）=（wk*A）/2
=（1267.987*90000）/2/1000000
=57.059
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）加強中梃/GR6310/GR6310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加強中梃/GR6310/GR6310=Q总*（D加強中梃/GR6310/GR6310/D总）
=57.059*（36973836200/36973836200）
=57.059
该分格下部任意点处的集中荷载，在该任意点处产生的最大挠度计算
Fmax（mm）=P*L1*L2*（L+L2）*sqrt（3*L1*（L+L2））/（27*D*L）
=57.059*1430*500*（1930*500）*sqrt（3*1430*（1930+500））/（27*36973836200*1930）
=0.17
该分格下部任意点处的集中荷载，产生的跨中挠度计算
Fmax（mm）=P*L2*（3*L^2-4*L2^2）/（48*D）
=57.059*500*（3*1930^2+4*500^2）/（48*36973836200）
=0.16
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）加強中梃/GR6310/GR6310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加強中梃/GR6310/GR6310=Q总*（D加強中梃/GR6310/GR6310/D总）
=57.059*（36973836200/36973836200）
=57.059
所受荷载的设计值计算:
Q=1.4*Q
=1.4*57.059
=79.8826
该分格下部任意点集中荷载对受力杆件产生的弯矩计算
Mmax（N.mm）=P*L1*L2/L
=79.8826*1430*500/1930
=29593.81
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）加強中梃/GR6310/GR6310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加強中梃/GR6310/GR6310=Q总*（D加強中梃/GR6310/GR6310/D总）
=57.059*（18358340/18358340）
=57.059
所受荷载的设计值计算:
Q=1.4*Q
=1.4*57.059
=79.8826
该分格下部任意点集中荷载对受力杆件产生的剪力计算
Qmax（N）=P*L1/L
=79.8826*1430/1930
=59.19
2.1.5.2产生的集中荷载对竖料作用产生的挠度、弯矩、剪力计算
1.受荷面积计算
A（mm^2）=（600*2-500）*500/4
=87500
2.该分格传递到主受力杆件上的全部集中荷载
通过上边杆件传递到主受力杆件上的集中荷载计算
P（N）=（wk*A）/2
=（1267.987*87500）/2/1000000
=55.474
通过下边杆件传递到主受力杆件上的集中荷载计算
P（N）=（wk*A）/2
=（1267.987*87500）/2/1000000
=55.474
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）加強中梃/GR6310/GR6310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加強中梃/GR6310/GR6310=Q总*（D加強中梃/GR6310/GR6310/D总）
=55.474*（36973836200/36973836200）
=55.474
该分格上部任意点处的集中荷载，在该任意点处产生的最大挠度计算
Fmax（mm）=P*L1*L2*（L+L2）*sqrt（3*L1*（L+L2））/（27*D*L）
=55.474*1430*500*（1930*500）*sqrt（3*1430*（1930+500））/（27*36973836200*1930）
=0.16
该分格上部任意点处的集中荷载，产生的跨中挠度计算
Fmax（mm）=P*L2*（3*L^2-4*L2^2）/（48*D）
=55.474*500*（3*1930^2+4*500^2）/（48*36973836200）
=0.16
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）加強中梃/GR6310/GR6310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加強中梃/GR6310/GR6310=Q总*（D加強中梃/GR6310/GR6310/D总）
=55.474*（36973836200/36973836200）
=55.474
所受荷载的设计值计算:
Q=1.4*Q
=1.4*55.474
=77.6636
该分格上部任意点集中荷载对受力杆件产生的弯矩计算
Mmax（N.mm）=P*L1*L2/L
=77.6636*1430*500/1930
=28771.75
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）加強中梃/GR6310/GR6310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加強中梃/GR6310/GR6310=Q总*（D加強中梃/GR6310/GR6310/D总）
=55.474*（18358340/18358340）
=55.474
所受荷载的设计值计算:
Q=1.4*Q
=1.4*55.474
=77.6636
该分格上部任意点集中荷载对受力杆件产生的剪力计算
Qmax（N）=P*L1/L
=77.6636*1430/1930
=57.54
2.1.6竖料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加強中梃/GR6310/GR6310总挠度校核
2.1.6.1.1加強中梃/GR6310/GR6310总变形计算
F总=F均布+ΣF集中
=3.85+0.32
=4.17
2.1.6.1.2加強中梃/GR6310/GR6310挠跨比计算
挠跨比=F总/L
=4.17/1930
=0.0022
0.0022<=1/180
加強中梃/GR6310/GR6310的挠度符合要求。
2.1.7竖料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加強中梃/GR6310/GR6310抗弯曲强度校核
2.1.7.1.1加強中梃/GR6310/GR6310总弯矩计算
M总=M均布+ΣM集中
=513700.86+58365.56
=572066.42
2.1.7.1.2加強中梃/GR6310/GR6310弯曲应力计算
σmax=M/W
σmax:
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
=572066.42/10068.12
=56.82
56.82<=85.5
加強中梃/GR6310/GR6310的抗弯强度满足要求。
2.1.8竖料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加強中梃/GR6310/GR6310抗剪切强度校核
2.1.8.1.1加強中梃/GR6310/GR6310总剪力计算
Q总=Q均布+ΣQ集中
=1064.67+116.73
=1181.4
2.1.8.1.2加強中梃/GR6310/GR6310剪切应力计算
τmax=（Q*S）/（I*δ）
τmax:
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
δ:
腹板的厚度
=1181.4*7802.43/（528197.66*1.4）
=12.465
12.465<=49.6
加強中梃/GR6310/GR6310的抗剪切能力满足要求。
2.1.9竖料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竖料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:
型材俩端连接螺栓总个数
=1.4*1520.95/4
=532.333（N）
2.1.9.2竖料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）:
2.5
π圆周率:
3.1416
[σv]螺栓抗剪允许应力:
190（N/mm^2）
Nv（N）=Jm*π*d^2*[σv]/4
=1**3.1416*2.5^2*190/4
=932.66
按照《钢结构设计规范GB50017-2003》7.2.1-1至7.2.1-2
2.1.9.3竖料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）:
2.5
Σt连接件中腹板的厚度=1.2
[σc]螺栓承压允许应力:
405（N/mm^2）
Nc（N）=d*Σt*[σc]
=2.5*1.2*405
=1215
按照《钢结构设计规范GB50017-2003》7.2.1-3至7.2.1-4
2.1.9.4竖料型材端部单个连接螺栓的抗剪、承压能力校核：
Nc=1215（N）>=p0=532.333（N）
Nv=932.66（N）>=P0=532.333（N）
竖料端部连接螺栓的抗剪和承压能力都能满足要求。
2.1.9竖料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）*L^3/（76.8*D）
q（N/mm^2）=76.8*D/（L^2*180*A）
=76.8*36973836200/（1930^2*180*1199500）*1000
=3.53（kPa）
3该门窗的综合抗风压能力为:
Qmax=3.53N/mm^2
（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
1
2
3
4
5
6
7
8
X.X
分级
指标
1.0<=
P3<1.5
1.5<=
P3<2.0
2.0<=
P3<2.5
2.5<=
P3<3.0
3.0<=
P3<3.5
3.5<=
P3<4.0
4.0<=
P3<4.5
4.5<=
P3<5.0
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:
6级
各受力杆的挠度、抗弯能力、抗剪能力校核结果壹览表
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
加強中梃/GR6310/GR6310
三、玻璃强度校核
1校验依据：
σmax=6*m*W*a^2/t^2*μ<=[σ]
[σ]:
玻璃的允许应力（N/mm^2）
σmax:
玻璃板块所承最大应力（N/mm^2）
m:
玻璃弯曲系数
a:
玻璃短边尺寸（mm）
W:
风荷载设计值（N/m^2）
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/m^2）:
1267.987
风荷载标准值<0.75KN/m^2时,按0.75KN/m^2计算。
根据《建筑玻璃应用技术规程JGJ113-2003》
=1.4*1267.987
=1775.1818
3玻璃强度校核：
3.1玻璃弯矩系数计算：
玻璃短边长度a（mm）:
600
玻璃长边长度b（mm）:
1430
玻璃短边/长边a/b=600/1430=0.41958
根据a/b系数，用插入法查表取得弯矩系数m=0.10925
3.2玻璃折减系数计算：
3.2.1θ参数计算：
玻璃短边长度a（mm）:
600
风荷载标准值Wk（N/m^2）:
1267.987
玻璃弹性模量E（N/mm^2）=72000
θ=Wk*a^4/E/t^4
=1267.987*600^4/72000/6^4/1000000
=1.76109
3.2.2折减系数计算：
根据θ参数，用插入法查表取得折减系数μ=1
3.3玻璃应力计算：
风荷载设计值w（N/m^2）:
1775.1818
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
μ玻璃应力折减系数:
1
σmax=6*m*W*a^2/t^2*μ
=6*0.10925*1775.1818*600^2/6^2*1/1000000
=11.636
3.4玻璃强度校核：
σmax<=[σ]
即:
11.636<=24
玻璃应力满足要求。
4玻璃强度校核：
4.1玻璃弯矩系数计算：
玻璃短边长度a（mm）:
500
玻璃长边长度b（mm）:
600
玻璃短边/长边a/b=500/600=0.83333
根据a/b系数，用插入法查表取得弯矩系数m=0.05933
4.2玻璃折减系数计算：
4.2.1θ参数计算：
玻璃短边长度a（mm）:
500
风荷载标准值Wk（N/m^2）:
1267.987
玻璃弹性模量E（N/mm^2）=72000
θ=Wk*a^4/E/t^4
=1267.987*500^4/72000/6^4/1000000
=0.84929
4.2.2折减系数计算：
根据θ参数，用插入法查表取得折减系数μ=1
4.3玻璃应力计算：
风荷载设计值w（N/m^2）:
1775.1818
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
μ玻璃应力折减系数:
1
σmax=6*m*W*a^2/t^2*μ
=6*0.05933*1775.1818*500^2/6^2*1/1000000
=4.388
4.4玻璃强度校核：
σmax<=[σ]
即:
4.388<=24
玻璃应力满足要求。
5玻璃强度校核：
5.1玻璃弯矩系数计算：
玻璃短边长度a（mm）:
1200
玻璃长边长度b（mm）:
1930
玻璃短边/长边a/b=1200/1930=0.62176
根据a/b系数，用插入法查表取得弯矩系数m=0.08401
5.2玻璃折减系数计算：
5.2.1θ参数计算：
玻璃短边长度a（mm）:
1200
风荷载标准值Wk（N/m^2）:
1267.987
玻璃弹性模量E（N/mm^2）=72000
θ=Wk*a^4/E/t^4
=1267.987*1200^4/72000/6^4/1000000
=28.17749
5.2.2折减系数计
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