建筑外窗抗风压性能计算书.docx

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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JGJ113-2009》

《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GB50009-2012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》

《铝合金门窗GB/T8478-2008》

《铝合金建筑型材第一部分：

基材GB5237.1-2008》

《铝合金建筑型材第二部分：

阳极氧化型材GB5237.2-2008》

《铝合金建筑型材第三部分：

电泳涂漆型材GB5237.3-2008》

《铝合金建筑型材第四部分：

粉末喷涂型材GB5237.4-2008》

《铝合金建筑型材第五部分：

氟碳漆喷涂型材GB5237.5-2008》

《铝合金建筑型材第六部分：

隔热型材GB5237.6-2012》

《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》

《塑料门窗工程技术规程JGJ103-2008》

II、设计计算

一、风荷载计算

1）工程所在省市：

北京

2）工程所在城市：

北京市

3）所在地类型：

D类（有密集建筑群且房屋较高的城市市区）

4）门窗安装最大高度z（m）：

85米

5）门窗类型:

平开窗

6）窗型样式:

7）窗型尺寸:

窗宽W（mm）:

2070

窗高H（mm）:

1720

1风荷载标准值计算

Wk=βgz*μsl*μz*W0

其中：

Wk---风载荷标准值

βgz---阵风系数

μsl---局部风压体形系数

μz---风压高度变化系数

W0---基本风压

（按《建筑结构荷载规范》GB50009-2012版8.1.1-2）

1.1基本风压

W0=0.45kN/m²

（按《建筑结构荷载规范》GB50009-2012版规定,采用50年一遇的风压，但不得小于0.3KN/m²）

1.2阵风系数

根据不同场地类型，按以下公式计算：

βgz=1+2*g*I10*（（Z/10）^（-α））

其中g为峰值因子取为2.5，I10为10米高名义湍流度，α为地面粗糙度指数

A类场地:

I10=0.12,α=0.12<=1.65

B类场地:

I10=0.14,α=0.15<=1.7

C类场地:

I10=0.23,α=0.22<=2.05

D类场地:

I10=0.39,α=0.30<=2.4

按85米高度的D类（有密集建筑群且房屋较高的城市市区）计算:

阵风系数βgz=1+2*2.5*（（85/10）^（-0.3））=2.0261

（按《建筑结构荷载规范》GB50009-2012版　8.6.1规定）

1.3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=1.284×（（Z/10）^0.24）>=1.09

B类场地:

μz=0.100×（（Z/10）^0.30）>=1.0

C类场地:

μz=0.544×（（Z/10）^0.44）>=0.65

D类场地:

μz=0.262×（（Z/10）^0.60）>=0.51

本工程按85米高度的D类（有密集建筑群且房屋较高的城市市区）计算:

高度变化系数μz=0.262*（85/10）^0.6）=0.9461

（按《建筑结构荷载规范》GB50009-2012版8.2.1规定）

1.4局部风压体型系数

按《建筑结构荷载规范》GB50009-2012第8.3.3条：

计算围护结构及其连接的风荷载时，可按下列规定采用局部体型系数μs1：

1封闭矩形平面房屋的墙面及屋面可按表8.3.3-1的规定采用；

2檐口、雨篷、遮阳板、边棱处的装饰条等突出构件，取-2.0；

3其它房屋和构筑物可按本规范第8.3.1条规定体型系数的1.25倍取值。

本计算点为墙面位置，按如上说明，查表得：

μsl

（1）=1.0

按《建筑结构荷载规范》GB50009-2012第8.3.4条：

计算非直接承受风荷载的围护构件风荷载时，局部体型系数可按构件的从属面积折减，折减系数按下列规定采用：

1当从属面积不大于1m²时，折减系数取1.0；

2当从属面积大于或等于25m²时，对墙面折减系数取0.8，对局部体型系数绝对值大于1.0的屋面区域折减系数取0.6，对其它屋面区域折减系数取1.0；

3当从属面积大于1m²且小于25m²时，墙面和绝对值大于1.0的屋面局部体型系数可采用对数插值，即按下式计算局部体型系数：

μs1（A）=μs1

（1）+[μs1（25）-μs1

（1）]logA/1.4……8.3.4[GB50009-2012]

计算支撑结构时的构件从属面积：

A=（左上）1.7399m²+（左下）0.6165m²+（右上）0.889m²+（右下）0.315m²=24.9228m²

1m²

（1）+[μsl（25）-μsl

（1）]logA/1.4=0.800486

按《建筑结构荷载规范》GB50009-2012第8.3.5条：

计算围护结构风荷载时，建筑物内部压力的局部体型系数可按下列规定采用：

1封闭式建筑物，按其外表面风压的正负情况取-0.2或0.2；

2仅一面墙有主导洞口的建筑物：

—当开洞率大于0.02且小于或等于0.10时，取0.4μsl；

—当开洞率大于0.10且小于或等于0.30时，取0.6μsl；

—当开洞率大于0.30时，取0.8μsl；

3其它情况，应按开放式建筑物的μsl取值；

注：

1：

主导洞口的开洞率是指单个主导洞口与该墙面全部面积之比；

2：

μs1应取主导洞口对应位置的值；

本计算中建筑物内部压力的局部体型系数采用：

封闭式建筑物，按其外表面风压的正负情况取-0.2或0.2。

主要受力杆件局部风压体型系数μsl的计算:

μsl=0.800486+0.2=1.000486

面板等其他构件的局部风压体型系数μsl的计算：

μsl=1+0.2=1.2

1.5风荷载标准值计算

主要受力杆件的风荷载标准值计算

Wk=βgz*μsl*μz*W0

=2.0261*1.000486*0.9461*0.45

=0.863021kPa

面板等其他构件的风荷载标准值计算

Wk=βgz*μsl*μz*W0

=2.0261*1.2*0.9461*0.45

=1.035122kPa

2风荷载设计值计算

按《建筑结构荷载规范》GB50009-2012版3.2.4

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

主要受力杆件的风荷载设计值计算：

W=1.4*0.863021

=1.208229KPa

面板等其他构件的风荷载设计值计算：

W=1.4*1.035122

=1.449171kPa

3该门窗抗风压等级

按《建筑门窗气密、水密、抗风压性能分级及检测方法》GB/T7106-20084.3.2表3

建筑外窗抗风压性能分级表

分级代号

1

2

3

4

5

6

7

8

9

分级指标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

3.5<=P3<4.0

4.0<=P3<4.5

4.5<=P3<5.0

P3>=5.0

该门窗的综合抗风压等级为:

1级

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荷载计算依据

Qk=Wk*A

其中：

Qk为受力杆件所承受的总荷载标准值，单位为牛顿（N）

A为受力杆件所承受的受荷面积，单位为平方米（m²）

Wk施加在受荷面积上的单位风荷载标准值，单位为帕（Pa）

（根据建筑外门窗坑风压强度、挠度计算方法JG/T140-2005、JG/T180-2005D.1取定）

1.2弯矩M计算依据

均布荷载作用下：

受矩形分布荷载时，M=Q*L/8.00

受梯形分布荷载时，M=（3-4a²）*Q*L/（24-24a）

受三角形分布荷载时，M=Q*L/6.00

集中荷载作用下：

跨中时:

M=P*L/4

任意点:

M=p*L1*L2/L

其中：

M为受力杆件受荷载作用下的弯矩

Q为受力杆件所受的荷载设计值

L为受力杆件的长度

P为受力杆件所受的集中荷载和

a为梯形系数a=α/L

建筑外窗受力杆件上有均布荷载和集中荷载同时作用时，其弯矩为他们各自产生的弯矩叠加的代数和

（根据铝合金门窗工程技术规范JGJ214-2010B.0.2-1取定，

建筑外门窗坑风压强度、挠度计算方法JG/T140-2005、JG/T180-2005D.4.1取定）

1.3剪力Q'计算依据

均布荷载作用下：

受矩形分布荷载时，Q'=Q/2

受梯形分布荷载时，Q'=Q*（1-a/L）/2

受三角形形分布荷载时，Q'=Q/4

集中荷载作用下：

跨中时：

Q'=p/2

任意点：

Q'=p*L2/L

Q'=p*L1/L

建筑外窗受力杆件上有均布荷载和集中荷载同时作用时，其剪力为他们各自产生的剪力叠加的代数和

（根据建筑外门窗坑风压强度、挠度计算方法JG/T140-2005、JG/T180-2005D.4.3取定）

1.4弯曲应力计算依据：

σmax=M/W<=[σ]

[σ]:

材料的抗弯曲应力（N/mm²）

σmax:

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）

（根据建筑外门窗坑风压强度、挠度计算方法JG/T140-2005、JG/T180-2005D.4.2取定）

1.5剪切应力计算依据：

τmax=（Q'*S）/（I*δ）<=[τ]

[τ]:

材料的抗剪允许应力（N/mm²）

τmax:

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（mm^4）

δ:

腹板的厚度（mm）

（根据建筑外门窗坑风压强度、挠度计算方法JG/T140-2005、JG/T180-2005D.4.4取定）

1.6挠度计算依据

均布荷载作用下：

受矩形分布荷载时，u=5*Qk*L³/（384*E*I）

受梯形分布荷载时，u=（1.25-a²）²*Qk*L³/{120*（1-a）*E*I}

受三角形分布荷载时，u=Qk*L³/（60*E*I）

集中荷载作用下：

跨中点：

u=Pk*L³/（48*E*I）

任意点：

u=Pk*L1*L2*（L+L2）*{3*L1*（L+L2）}^0.5/（27*E*I*L）

其中：

E为材料弹性模量

I界面的惯性矩

u为受力杆件弯曲挠度值（mm）

Qk、Pk受力杆件受承受的荷载标准值

建筑外窗受力杆件上有均布荷载和集中荷载同时作用时，其挠度为他们各自产生的挠度叠加的代数和

（根据铝合金门窗工程技术规范JGJ214-2010B.0.2-1取定，

建筑外门窗坑风压强度、挠度计算方法JG/T140-2005、JG/T180-2005D.4.3取定）

2主要受力杆件的挠度、弯曲应力、剪切应力计算

2.1杆件“中梃”的弯曲应力、剪切应力、挠度计算

杆件“中梃”的各受荷单元基本情况如下图：

杆件“中梃”的由以下各型材组合而成，它们共同承担“中梃”上的全部荷载：

2.1.1杆件“中梃”在均布荷载下参数计算

2.1.1.1杆件“中梃”在均布荷载下的荷载面积计算

1.荷载施加单元[左上]受荷面积（三角形）计算

A（mm²）=1270*1270/4=403225

2.荷载施加单元[左下]受荷面积（三角形）计算

A（mm²）=450*450/4=50625

3.荷载施加单元[右上]受荷面积（梯形）计算

A（mm²）=（2540-700）*700/4=322000

4.荷载施加单元[右下]受荷面积（三角形）计算

A（mm²）=450*450/4=50625

2.1.1.2杆件“中梃”在均布荷载下的总荷载标准值计算

Qk（N）=Wk*A

=0.863021*826475/1000

=713.2653

2.1.1.3杆件“中梃”在均布荷载下的总荷载设计值计算

Q（N）=W*A

=1.208229*826475/1000

=998.5711

2.1.1.4杆件“中梃”在均布荷载下的总弯矩计算

本窗型在风荷载作用下，可简化为承受矩形均布荷载

M（N.mm）=Q*L/8

=998.5711*1720/8

=214692.7865

2.1.1.5杆件“中梃”在均布荷载下的总剪力计算

本窗型在风荷载作用下，可简化为承受矩形均布荷载

Q'（N）=Q/2

=998.5711/2

=499.2856

2.1.2杆件“中梃”（竖向）在集中荷载下参数计算

2.1.2.1杆件“中梃”在集中荷载下的荷载面积计算

左部受荷单元1受荷面积（梯形）计算

A（mm²）=（2740-1270）*1270/4=466725

左部受荷单元2受荷面积（梯形）计算

A（mm²）=（2740-450）*450/4=257625

右部受荷单元1受荷面积（三角形）计算

A（mm²）=700*700/4=122500

右部受荷单元2受荷面积（梯形）计算

A（mm²）=（1400-450）*450/4=106875

2.1.2.2杆件“中梃”在集中荷载下的总荷载标准值计算

Pk（N）=Wk*A/2

=0.863021*953725/2000

=411.5424

2.1.2.3杆件“中梃”在集中荷载下的总荷载设计值计算

P（N）=W*A/2

=1.208229*953725/2000

=576.1591

2.1.2.4杆件“中梃”左部在集中荷载下的总弯矩计算

M（N.mm）=P*L1*L2/L

=576.1591*1270*450/1720

=191438.9103

2.1.2.5杆件“中梃”左部在集中荷载下的总剪力计算

Q'1（N）=p*L1/L

=576.1591*1270/1720

=425.4198

Q'2（N）=p*L2/L

=576.1591*450/1720

=150.7393

取最大值Q'（N）=425.4198

2.1.2.6杆件“中梃”右部在集中荷载下的总弯矩计算

M（N.mm）=P*L1*L2/L

=576.1591*1270*450/1720

=191438.9103

2.1.2.7杆件“中梃”右部在集中荷载下的总剪力计算

Q'1（N）=p*L1/L

=576.1591*1270/1720

=425.4198

Q'2（N）=p*L2/L

=576.1591*450/1720

=150.7393

取最大值Q'（N）=425.4198

2.1.2.8杆件“中梃”在集中荷载下的总弯矩取最大值计算

M集中=191438.9103

2.1.2.9杆件“中梃”在集中荷载下的总剪力取最大值计算

Q集中=425.4198

2.1.3杆件“中梃”在均布和集中荷载下参数计算

2.1.3.1杆件“中梃”总弯矩计算

M总=M均布+M集中

=214692.7865+191438.9103

=406131.6968

2.1.3.2杆件“中梃”总剪力计算

Q总=Q均布+Q集中

=499.2856+425.4198

=924.7054

2.1.3.3杆件“中梃”弯曲应力、剪切应力、总挠度计算

杆件“中梃”的由以下各型材（衬钢）组合而成，它们共同承担“中梃”上的全部荷载

（1）.衬钢:

中梃钢衬

截面参数如下：

惯性矩：

61836.29

抵抗矩：

5876.76

面积矩：

505.35

截面面积：

99.00

腹板厚度：

1.5

衬钢:

中梃钢衬弯曲应力计算：

σmax=M总/W

=406131.6968/5876.76

=69.11

69.11<=215衬钢:

中梃钢衬的抗弯强度满足要求

衬钢:

中梃钢衬剪切应力计算：

τmax=（Q'总*S）/（I*δ）

=（924.7054*505.35）/（61836.29*1.5）

=5.04

5.04<=125衬钢:

中梃钢衬的抗剪切能力满足要求

衬钢:

中梃钢衬在均布荷载下的挠度计算

本窗型在风荷载作用下，可简化为承受矩形均布荷载

u均布（mm）=5*Qk*L³/（384*E*I）

=713.2653*1720³/（76.8*206000*61836.29）

=3.71

衬钢:

中梃钢衬在集中荷载下的挠度计算

u集中（mm）=Pk*L1*L2*（L+L2）*{3*L1*（L+L2）}^0.5/（27*E*I*L）

=411.5424*1270*450*2170*2875.3608/（27*206000*61836.29*1720）

=2.48

衬钢:

中梃钢衬总挠度计算：

u总（mm）=u均布+u集中

=3.71+2.48

=6.19

6.19<=1720/180=9.5556衬钢:

中梃钢衬的挠度满足要求

（2）.塑钢:

60中梃

截面参数如下：

惯性矩：

955984.95

抵抗矩：

58527.91

面积矩：

11804.63

截面面积：

1108.37

腹板厚度：

2.5

塑钢:

60中梃弯曲应力计算：

σmax=M总/W

=406131.6968/58527.91

=6.94

6.94<=37塑钢:

60中梃的抗弯强度满足要求

塑钢:

60中梃剪切应力计算：

τmax=（Q'总*S）/（I*δ）

=（924.7054*11804.63）/（955984.95*2.5）

=4.57

4.57<=23塑钢:

60中梃的抗剪切能力满足要求

塑钢:

60中梃在均布荷载下的挠度计算

本窗型在风荷载作用下，可简化为承受矩形均布荷载

u均布（mm）=5*Qk*L³/（384*E*I）

=713.2653*1720³/（76.8*2200*955984.95）

=6.47

塑钢:

60中梃在集中荷载下的挠度计算

u集中（mm）=Pk*L1*L2*（L+L2）*{3*L1*（L+L2）}^0.5/（27*E*I*L）

=411.5424*1270*450*2170*2875.3608/（27*2200*955984.95*1720）

=3.03

塑钢:

60中梃总挠度计算：

u总（mm）=u均布+u集中

=6.47+3.03

=9.5

9.5<=1720/180=9.5556塑钢:

60中梃的挠度满足要求

2.1.4杆件“中梃”的端部联接计算

本窗型受力杆件与窗框采用焊接

2.1.4.1端部焊缝处的剪切应力计算

τ=（1.5*Q'）/（δ*Lj）

其中：

τ为型材端部焊缝的剪切应力

Q'为作用于联接处的剪力

Lj为焊缝计算长度

δ为连接件中腹板的厚度

（建筑外门窗坑风压强度、挠度计算方法JG/T140-2005、JG/T180-2005D.6.1取定）

τ=（1.5*499.2856）/（1.2*70）

=8.9158

8.9158<=35中梃的端部焊缝抗剪切能力满足要求。

各受力杆的挠度、抗弯能力、抗剪能力校核结果一览表

杆件

长度

组成

挠度

允许值

校核结果

弯曲应力

允许值

校核结果

剪切应力

允许值

校核结果

中梃

1720

中梃钢衬

6.19

9.5556

满足

69.11

215

满足

5.04

125

满足

中梃

1720

60中梃

37.5

9.5556

满足

6.94

37

满足

4.57

23

满足

三、玻璃强度校核

1风荷载取值：

风载荷标准值Wk（kPa）:

1.035122

（根据本计算书第一部分风荷载计算1.5取定）

风载荷设计值W（kPa）:

1.449171

（根据本计算书第一部分风荷载计算2取定）

2各受力单元玻璃的抗风压设计计算

1单元<左上>中玻璃的抗风压设计

1）玻璃板块短边:

B（mm）=1270

2）玻璃板块长边:

H（mm）=1370

3）玻璃镶嵌方式:

中空

4）玻璃种类:

钢化玻璃

5）玻璃总厚度:

25mm

6）玻璃板块长宽比b/a系数计算

玻璃板块短边边长a（mm）:

1270

玻璃板块长边边长b（mm）:

1370

b/a=1.08

7）中空玻璃承受的风荷载标准值、设计值计算

1直接承受风荷载作用的单片玻璃（外片）

ξ1=1.1*t1³/（t1³+t2³）

（按《建筑玻璃应用技术规程》JGJ113-20095.2.4-1）

其中：

t1（mm）:

外片玻璃厚度

t2（mm）:

内片玻璃厚度

ξ1=1.1*5³/（5³+5³）

=0.55

外片玻璃承受的荷载标准值、设计值计算

Wk（N/m²）=ξ1*Wk

=0.5693

W（N/m²）=1.4*Wk

=0.797

2不直接承受风荷载作用的单片玻璃（内片）

ξ2=t2³/（t1³+t2³）

（按《建筑玻璃应用技术规程》JGJ113-20095.2.4-1）

其中：

t1（mm）:

外片玻璃厚度

t2（