包头时代广场G区铝合金窗工程 综合计算.docx
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包头时代广场G区铝合金窗工程综合计算
包头时代广场G区建筑铝合金窗工程
设计计算书
设计：
校对：
审核：
合肥达美建筑装饰工程有限责任公司
2011年7月18日
包头时代广场G区铝合金窗工程计算书
设计简介
门窗计算基本参数与主要材料规格
基本参数
Ⅰ.设计依据
Ⅱ.参考资料
ⅠⅡ.工程基本信息
1.窗设计计算书（墙面区）
（一）
2.窗设计计算书（墙角区）
（二）
3.窗设计计算书（墙面区）（三）
4.窗设计计算书（墙角区）（四）
5.窗热工性能计算书（五）
计算设计简介
一、工程概况
01、工程名称：
包头时代广场G区门窗工程
02、工程地点：
基地北与城市主干路-黄河路，南侧为时代广场一街
03、建设单位：
中冶置业（包头）有限责任公司
04、建筑师：
北京奥思得建筑设计院
二、设计要求
本工程所有门窗的计算均按照国家的现行标准规范执行。
我们的门窗计算满足结构设计上的要求，能够保证满足门窗各项技术性能。
三、主要材料：
立柱、横梁和面板：
门窗计算基本参数与主要材料规格
计算书
序号
类别
标高m
跨度mm
位置
力学模型
计算面板分格mm宽×高
风荷载标准值KN/m2
规格
备注
立柱
面板
1
断桥铝合金窗
93.2
1950
墙面
2000x
1950
1.819
60系列铝合金断桥窗
6+12+6
Low-e钢化玻璃
2
断桥铝合金窗
93.2
1950
墙角
2000x
1950
2.887
60系列铝合金断桥窗
6+12+6
Low-e钢化玻璃
3
断桥铝合金窗
93.2
1950
墙面
1000x
1950
1.819
60系列铝合金断桥窗
6+12+6
Low-e钢化玻璃
4
断桥铝合金窗
93.2
1950
墙角
1000x
1950
3.019
60系列铝合金断桥窗
6+12+6
Low-e钢化玻璃
5
窗热工性能计算书
60系列铝合金断桥窗
6+12+6
Low-e钢化玻璃
四、计算结论
本工程的所有门窗计算，均按照国家现行的标准规范与法规，经过了严格、准确的结构计算，考虑了门窗的受力：
风荷载；对选取的各种材料规格的结构计算，说明是安全的。
进行了玻璃门窗的热工性能计算，结果满足包头地区公共建筑节能设计标准的要求。
Ⅰ.设计依据
《铝合金结构设计规范》GB50429-2007
《建筑外门窗气密、水密、抗风压性能分级及检测方法》GB/T7106-2008
《铝合金门窗工程设计、施工及验收规范》DBJ15-30-2002
《建筑外门窗保温性能分级及检测方法》GB/T8484-2008
《建筑门窗空气声隔声性能分级及检测方法》GB/T8485-2008
《建筑外窗采光性能分级及检测方法》GB/T11976-2008
《建筑结构荷载规范》GB50009-2001（2006年版）
《铝合金门窗》GB/T8478-2008
《建筑玻璃应用技术规程》JGJ113-2003
《玻璃门窗工程技术规范》JGJ102-2003
《建筑结构静力计算手册（第二版）》
Ⅱ.参考资料
窗的性能分级表
主要依据：
《铝合金门窗》GB/T8478-2008
《建筑外门窗保温性能分级及检测方法》GB/T8484-2008
窗的主要性能
窗的性能应根据建筑物所在地区的地理、气候和周围环境以及建筑物的高度、体型、重要性等选定。
1抗风压性能
外门窗的抗风压性能分级及指标值P3应符合表8的规定。
表8外门窗抗风压性能分级
单位为千帕
分级
1
2
3
4
5
分级指标值P3
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
分级
6
7
8
9
分级指标值P3
3.5≤P3＜4.0
4.0≤P3＜4.5
4.5≤P3＜5.0
P3≥5.0
注：
第9级应在分级后同时注明具体检测压力差值。
外门窗在各性能分级指标值风压作用下，主要受力杆件相对（面法线）挠度应符合表9的规定；风压作用后，门窗不应出现使用功能障碍和损坏。
表9门窗主要受力杆件相对面法线挠度要求
单位为毫米
支承玻璃种类
单层玻璃、夹层玻璃
中空玻璃
相对挠度
L/100
L/150
相对挠度最大值
20
注：
L为主要受力杆件的支承跨距
2水密能性
外门窗的水密性能分级及指标值应符合表10的规定。
表10外门窗水密性能分级
单位为帕
分级
1
2
3
4
5
6
分级指标值△P
100≤△P＜150
150≤△P＜250
250≤△P＜350
350≤△P＜500
500≤△P＜700
△P≥700
注：
第6级应在分级后同时注明具体检测压力差值。
3气密性能
门窗的气密性能分级及指标绝对值应符合表11的规定。
注：
门窗的气密性能即单位开启缝长或单位面积空气渗透量可分为正压和负压下测量的正值和负值。
表11门窗气密性能分级
分级
1
2
3
4
单位开启缝长
分级指标值q1
（m3/（m·h））
4.0≥q1
＞3.5
3.5≥q1
＞3.0
3.0≥q1
＞2.5
2.5≥q1
＞2.0
单位面积
分级指标值q2
（m3/（m2·h））
12≥q2
＞10.5
10.5≥q2
＞9.0
9.0≥q2
＞7.5
7.5≥q2
＞6.0
分级
5
6
7
8
单位开启缝长
分级指标值q1
（m3/（m·h））
2.0≥q1
＞1.5
1.5≥q1
＞1.0
1.0≥q1
＞0.5
q1≤0.5
单位面积
分级指标值q2
（m3/（m2·h））
6.0≥q2
＞4.5
4.5≥q2
＞3.0
3.0≥q2
＞1.5
q2≤1.5
门窗试件在标准状态下，压力差为10Pa时的单位开启缝长空气渗透量q1和单位面积空气渗透量q2不应超过表11中各分级相应的指标值。
4保温性能
门、窗保温性能分级及指标值分别应符合表12的规定。
表12门窗保温性能分级
单位为瓦每平方米开
分级
1
2
3
4
5
分级指
标值
K≥5.0
5.0＞K≥4.0
4.0＞K≥3.5
3.5＞K≥3.0
3.0＞K≥2.5
分级
6
7
8
9
10
分级指
标值
2.5＞K≥2.0
2.0＞K≥1.6
1.6＞K≥1.3
1.3＞K≥1.1
K＜1.1
5空气声隔声性能
门、窗的空气声隔声性能分级及指标值应符合表13的规定。
表13门窗的空气声隔声性能分级
单位为分贝
分级
外门、外窗的分级指标值
内门、内窗的分级指标值
1
20≤Rw+Ctr＜25
20≤Rw+C＜25
2
25≤Rw+Ctr＜30
25≤Rw+C＜30
3
30≤Rw+Ctr＜35
30≤Rw+C＜35
4
35≤Rw+Ctr＜40
35≤Rw+C＜40
5
40≤Rw+Ctr＜45
40≤Rw+C＜45
6
Rw+Ctr≥45
Rw+C≥45
注：
用于对建筑内机器、设备噪声源隔声的建筑内门窗，对中低频噪声宜用外门窗的指标值进行分级；对中高频噪声仍可采用内门窗的指标值进行分级。
6采光性能（外窗）
外窗采光性能以透光折减系数Tr表示，其分级及指标值应符合表14的规定。
表14外窗采光性能分级
分级
1
2
3
4
5
分级指标值Tr
0.20≤Tr＜0.30
0.30≤Tr＜0.40
0.40≤Tr＜0.50
0.50≤Tr＜0.60
Tr≥0.60
注：
Tr值大于0.60时应给出具体值。
有天然采光要求的外窗，其透光折减系数Tr不应小于0.45。
同时有遮阳性能要求的外窗，应综合考虑遮阳系数的要求确定。
7启闭力
门、窗应在不超过50N的启、闭力作用下，能灵活开启和关闭。
8反复启闭性能
窗的反复启闭次数应不少于1万次，启闭无异常，使用无障碍。
1.门窗设计计算书一
基本参数:
包头地区门窗所在位置标高=93.200（m）
1.1、门窗承受荷载计算:
标高为93.2m处风荷载计算
W0:
基本风压
W0=0.60kN/m2
βgz:
93.2m高处阵风系数（按C类区计算）
βgz=0.85×[1+350.108×（Z/10）-0.22]=1.614
μz:
93.2m高处风压高度变化系数（按C类区计算）:
（GB50009-2001）（2006年版）
μz=0.616×（Z/10）0.44
=0.616×（93.2/10）0.44=1.645
μsl:
局部风压体型系数（墙面区）
1.1.1、板块
1000.00mm×1950.00mm=1.95m2
该处从属面积为：
1.95m2
μsl（A）=μsl
（1）+[μsl（10）-μsl
（1）]×log（A）
=-{1.0+[0.8×1.0-1.0]×0.290}
=-0.942
μsl=-0.942+（-0.2）=-1.142
该处局部风压体型系数μsl=1.142
风荷载标准值:
Wk=βgz×μz×μsl×W0（GB50009-2001）（2006年版）
=1.614×1.645×1.142×0.600
=1.819kN/m2
风荷载设计值:
W:
风荷载设计值（kN/m2）
γw:
风荷载作用效应的分项系数：
1.4
按《建筑结构荷载规范》GB50009-20013.2.5规定采用
W=γw×Wk=1.4×1.819=2.546kN/m2
1.1.2、支承结构
2000mm×1950mm=3.90m2
该处从属面积为：
3.90m2
μsl（A）=μsl
（1）+[μsl（10）-μsl
（1）]×log（A）
=-{1.0+[0.8×1.0-1.0]×0.591}
=-0.882
μsl=-0.882+（-0.2）=-1.082
该处局部风压体型系数μsl=1.082
风荷载标准值:
Wk=βgz×μz×μsl×W0（GB50009-2001）（2006年版）
=1.614×1.645×1.082×0.600
=1.723kN/m2
风荷载设计值:
W:
风荷载设计值（kN/m2）
γw:
风荷载作用效应的分项系数：
1.4
按《建筑结构荷载规范》GB50009-20013.2.5规定采用
W=γw×Wk=1.4×1.723=2.412kN/m2
1.2、玻璃的选用与校核
本处选用玻璃种类为:
钢化玻璃
1.2.1.玻璃面积:
B:
该处玻璃分格宽:
1.000m
H:
该处玻璃分格高:
1.950m
A:
该处玻璃板块面积:
A=B×H
=1.000×1.950
=1.950m2
1.2.2.该处玻璃板块自重:
GAK:
玻璃板块自重:
选择玻璃是中空玻璃。
玻璃的重力密度为:
25.6（KN/m3）
BT_L中空玻璃内侧玻璃厚度为:
6.000（mm）
BT_w中空玻璃外侧玻璃厚度为:
6.000（mm）
GAK=25.6×（Bt_L+Bt_w）/1000
=25.6×（6.000+6.000）/1000
=0.307KN/m2
1.2.3.玻璃的强度计算:
内侧玻璃校核依据:
σ≤ｆg=84.000N/mm2
外侧玻璃校核依据:
σ≤ｆg=84.000N/mm2
Wk:
垂直于玻璃平面的风荷载标准值（N/mm2）
σWk:
在垂直于玻璃平面的风荷载作用下玻璃截面的最大应力标准值（N/mm2）
θ:
参数
η:
折减系数，可由参数θ按JGJ102-2003表6.1.2-2采用
a:
玻璃短边边长:
1000.0mm
b:
玻璃长边边长:
1950.0mm
BT_L中空玻璃内侧玻璃厚度为:
6.000（mm）
BT_w中空玻璃外侧玻璃厚度为:
6.000（mm）
m:
玻璃板的弯矩系数,按边长比a/b查JGJ102-2003表6.1.2-1得:
m=0.0983
表6.1.2-1四边支承玻璃板的弯矩系数m
a/b
0.00
0.25
0.33
0.40
0.50
0.55
0.60
0.65
m
0.1250
0.1230
0.1180
0.1115
0.1000
0.0934
0.0868
0.0804
a/b
0.70
0.75
0.80
0.85
0.90
0.95
1.00
m
0.0742
0.0683
0.0628
0.0576
0.0528
0.0483
0.0442
Wk1中空玻璃分配到外侧玻璃的风荷载标准值（N/mm2）
Wk2中空玻璃分配到内侧玻璃的风荷载标准值（N/mm2）
Wk1=1.1×Wk×BT_w3/（BT_w3+BT_L3）=1.000（kN/m2）
Wk2=Wk×BT_L3/（BT_w3+BT_L3）=0.910（kN/m2）
在垂直于玻璃平面的风荷载作用下玻璃截面的最大应力标准值计算（N/mm2）
在风荷载作用下外侧玻璃参数θ=Wk1×a4/（E×t4）
=10.72
η:
折减系数，按θ=10.72
查JGJ102-2003表6.1.2-2得:
η=0.96
表6.1.2-2折减系数η
θ
≤5.0
10.0
20.0
40.0
60.0
80.0
100.0
η
1.00
0.96
0.92
0.84
0.78
0.73
0.68
θ
120.0
150.0
200.0
250.0
300.0
350.0
≥400.0
η
0.65
0.61
0.57
0.54
0.52
0.51
0.50
在风荷载作用下外侧玻璃最大应力标准值σWk=6×m×Wk1×a2×η/t2
=15.693N/mm2
σ:
外侧玻璃所受应力:
σ=1.4×σWK
=1.4×15.693
=21.970N/mm2
在风荷载作用下内侧玻璃参数θ=Wk2×a4/（E×t4）
=9.75
η:
折减系数，按θ=9.75
查JGJ102-2003表6.1.2-2得:
η=0.96
在风荷载作用下内侧玻璃最大应力标准值σWk=6×m×Wk2×a2×η/t2
=14.325N/mm2
σ:
内侧玻璃所受应力:
σ=1.4×σWK
=1.4×14.325
=20.054N/mm2
外侧玻璃最大应力设计值σ=21.970N/mm2<ｆg=84.000N/mm2
内侧玻璃最大应力设计值σ=20.054N/mm2<ｆg=84.000N/mm2
中空玻璃强度满足要求!
1.2.4.中空玻璃的挠度计算:
df:
在风荷载标准值作用下挠度最大值（mm）
D:
玻璃的刚度（N.mm）
te:
玻璃等效厚度te=0.95×（Bt_L3+Bt_w3）^（1/3）=7.2mm
ν:
泊松比，按JGJ102-20035.2.9条采用，取值为0.20
表5.2.9材料的泊松比υ
材料
υ
材料
υ
玻璃
0.2
钢、不锈钢
0.3
铝合金
0.33
高强钢丝、钢绞线
0.3
μ:
挠度系数:
按边长比a/b查JGJ102-2003表6.1.2-3得:
μ=0.00995
表6.1.3四边支承板的挠度系数μ
a/b
0.00
0.20
0.25
0.33
0.50
μ
0.01302
0.01297
0.01282
0.01223
0.01013
a/b
0.55
0.60
0.65
0.70
0.75
μ
0.00940
0.00867
0.00796
0.00727
0.00663
a/b
0.80
0.85
0.90
0.95
1.00
μ
0.00603
0.00547
0.00496
0.00449
0.00406
θ=Wk×a4/（E×te4）
=9.50
η:
折减系数，按θ=9.50
查JGJ102-2003表6.1.2-2得:
η=0.96
D=（E×te3）/12（1-ν2）
=2314912.42（N.mm）
df=μ×Wk×a4×η/D
=7.5（mm）
由于玻璃的最大挠度df=7.5mm,小于玻璃短边边长的60分之一16.7（mm）
玻璃的挠度满足要求!
1.3、门窗受力构件计算:
竖向受力构件强度的计算:
（1）风荷载作用下受力构件弯矩的计算
Wk:
风荷载标准值:
1.723kN/m2
Mw:
风荷载作用下受力构件的总弯矩标准值（kN·m）
Hsk:
受力构件扇框位置受荷单元高:
0.950（m）
Wsk1:
受力构件扇框位置第一受荷单元宽:
1.000（m）
Wsk2:
受力构件扇框位置第二受荷单元宽:
1.000（m）
Hsl:
受力构件上亮位置受荷单元高:
1.000（m）
Wsl1:
受力构件上亮位置第一受荷单元宽:
1.000（m）
Wsl2:
受力构件上亮位置第二受荷单元宽:
1.000（m）
qsk1:
受力构件在扇框位置第一受荷单元作用下风荷载线分布最大荷载集度（kN/m）
qsk2:
受力构件在扇框位置第二受荷单元作用下风荷载线分布最大荷载集度（kN/m）
qsl1:
受力构件在上亮位置第一受荷单元作用下风荷载线分布最大荷载集度（kN/m）
qsl2:
受力构件在上亮位置第二受荷单元作用下风荷载线分布最大荷载集度（kN/m）
Mw1:
受力构件在扇框位置第一受荷单元作用下的弯矩（kN·m）
Mw2:
受力构件在扇框位置第二受荷单元作用下的弯矩（kN·m）
Mw3:
受力构件在上亮位置受荷单元作用下的弯矩（kN·m）
Mw4:
受力构件在上亮位置受荷单元作用下的弯矩（kN·m）
Mw5:
受力构件受到的集中荷载的弯矩（kN·m）
Pw1:
受力构件在扇框位置第一受荷单元作用下产生的集中荷载（kN）
Pw2:
受力构件在扇框位置第二受荷单元作用下产生的集中荷载（kN）
Pw3:
受力构件在上亮位置第一受荷单元作用下产生的集中荷载（kN）
Pw4:
受力构件在上亮位置第一受荷单元作用下产生的集中荷载（kN）
qsk1=Wk×Hsk/2
=1.723×0.950/2
=0.818（kN/m）
Mw1=（qsk1×Hsk2×Hsl）/（4×（Hsk+Hsl））
=0.095kN·m
qsk2=Wk×Hsk/2
=1.723×0.950/2
=0.818（kN/m）
Mw2=（qsk1×Hsk2×Hsl）/（4×（Hsk+Hsl））
=0.095kN·m
qsl1=Wk×Hsl/2
=1.723×1.000/2
=0.862（kN/m）
Mw3=（qsl1×Hsl2×Hsk）/（4×（Hsk+Hsl））
=0.105kN·m
qsl2=Wk×Hsl/2
=1.723×1.000/2
=0.862（kN/m）
Mw4=（qsl2×Hsl2×Hsk）/（4×（Hsk+Hsl））
=0.105kN·m
求受力构件受到的集中荷载的弯矩Mw5（kN·m）
Ba=Hsk/2
=0.475
Pw1=qsk1×（Wsk1-Ba）/2
=0.818×（1.000-0.475）/2
=0.215（kN）
Ba=Hsk/2
=0.475
Pw2=qsk2×（Wsk2-Ba）/2
=0.818×（1.000-0.475）/2
=0.215（kN）
Ba=Hsl/2
=0.500
Pw3=qsl1×（Wsl1-Ba）/2
=0.862×（1.000-0.500）/2
=0.215（kN）
Ba=Hsl/2
=0.500
Pw4=qsl2×（Wsl2-Ba）/2
=0.862×（1.000-0.500）/2
=0.215（kN）
Mw5=（Pw1+Pw2+Pw3+Pw4）×Hsl×Hsk/（Hsl+Hsk）
=0.419kN·m
Mw=Mw1+Mw2+Mw3+Mw4+Mw5
=0.819kN.m
（2）风荷载作用下受力构件剪力的计算（kN）
Qwk:
风荷载作用下剪力标准值（kN）
Qw1:
受力构件在扇框位置第一受荷单元作用下受到的剪力
Qw2:
受力构件在扇框位置第二受荷单元作用下受到的剪力
Qw3:
受力构件在上亮位置第一受荷单元作用下受到的剪力
Qw4:
受力构件在上亮位置第二受荷单元作用下受到的剪力
Qw5:
受力构件在集中荷载作用下产生的剪力
qsk1=Wk×Hsk/2
=0.818
Qw1=（qsk1×Hsk）/2/2
=（0.818×（0.950）/2/2
=0.194（kN）
qsk2=Wk×Wsk2/2
=0.862
Ba=Wsk2/2
=0.500
Qw2=qsk2×（Hsk-Ba）/2
=0.862×（0.950-0.500）/2
=0.194（kN）
qsl1=Wk×Wsl1/2
=0.862
Ba=Wsl1/2
=0.500
Qw3=qsl1×（Hsl-Ba）/2
=0.862×（1.000-0.500）/2
=0.215（kN）
qsl2=Wk×Wsl2/2
=0.862
Ba=Wsl2/2
=0.500
Qw4=qsl2×（Hsl-Ba）/2
=0.862×（1.000-0.500）/2
=0.215（kN）
Qw5=（Pw1+Pw2+Pw3+pw4）×Hsl/（Hsl+Hsk）
=0.441
Qwk=Qw1+Qw2+Qw3+Qw4+Qw5
=1.259（kN）
（3）杆件抗弯矩预选值的计算（cm3）
W:
杆件抗弯矩预选值（cm3）
W=1.4×Mw×103/84.2
=1.4×0.819×103/84.2
=13.618cm3
（4）选用型材的截面特性:
选用型材号:
XC2\CZT02,XC2\CZT2
型材强度设计值:
fa=85.5N/mm2
隔热型材强度设计值:
fa=85.5N/mm2
隔热型材弹性模量:
E=70000.00N/mm2
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