建筑外门窗抗风压性能估算报告.docx
《建筑外门窗抗风压性能估算报告.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《建筑外门窗抗风压性能估算报告.docx（20页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
建筑外门窗抗风压性能估算报告
建筑外门窗抗风压性能估算报告
I、计算依据
《建筑结构荷载规范GB50009-20012006版》
《铝合金结构设计规范GB50429-2007》
《铝合金门窗GB/T8478-2008》
《铝合金门窗工程技术规范JGJ214-2010》
《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》
《塑料门窗工程技术规程JGJ103-2008》
《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GB5237.6-2004》
II、设计计算
一、风荷载计算
1）工程所在省市：
山东省
2）工程所在城市：
邹城
3）门窗安装最大高度z（m）：
16
4）门窗类型:
平开窗
5）窗型样式:
6）窗型尺寸:
窗宽W（mm）:
1400
窗高H（mm）:
2200
1风荷载标准值计算:
Wk=βgz*μS1*μZ*w0
（按《建筑结构荷载规范》GB50009-20012006版7.1.1-2）
1.1基本风压W0=400N/m^2
（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/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：
D类有密集建筑群且房屋较高的城市市区取值。
安装高度<5米时,按5米时的阵风系数取值。
βgz=0.8*（1+（1.2248*（16/10）^（-0.3））*2）
=2.50196
（按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001 2006版 7.5.1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：
D类有密集建筑群且房屋较高的城市市区取值。
μZ=0.318*（16/10）^0.6
=0.4216
按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001 2006版表7.2.1的规定，μZ取最小值0.62
1.4局部风压体型系数μs1的计算：
μs1：
局部风压体型系数，根据计算点体型位置取0.8；
按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001（2006年版）第7.3.3条：
验算围护构件及其连接的强度时，可按下列规定采用局部风压体型系数μs1：
一、外表面
1.正压区按表7.3.1采用；
2.负压区
-对墙面，取-1.0
-对墙角边，取-1.8
二、内表面
对封闭式建筑物，按表面风压的正负情况取-0.2或0.2。
另注：
上述的局部体型系数μs1
（1）是适用于围护构件的从属面积A小于或等于1m2的情况，当围护构件的从属面积A大于或等于10m2时，局部风压体型系数μs1（10）可乘以折减系数0.8，当构件的从属面积小于10m2而大于1m2时，局部风压体型系数μs1（A）可按面积的对数线性插值，即：
μs1（A）=μs1
（1）+[μs1（10）-μs1
（1）]logA
1.4.1支撑结构局部风压体型系数μs1的计算：
受力杆件中从属面积最大的杆件为：
竖向杆件中的<竖梃>
其从属面积为A=左扇:
1.12+右固定:
1.12=2.24
支撑结构的构件从属面积A<10平方米,且>1平方米
LogA=Log（2.24）=0.35025
μs1（2.24）=μs1
（1）+[μs1（10）-μs1
（1）]*logA
=0.8+[0.8*0.8-0.8]*0.35025
=0.74396
μs1=μs1（2.24）+0.2
=0.74396+0.2
=0.94396
因此：
支撑结构局部风压体型系数μs1取：
0.94396
1.4.2面板材料的局部风压体型系数μs1的计算：
面板材料的局部风压体型系数按面积最大的玻璃板块（即：
700*1600=1.12平方）来计算：
面板材料的构件从属面积A<10平方米,且>1平方米
LogA=Log（1.12）=0.04922
μs1（1.12）=μs1
（1）+[μs1（10）-μs1
（1）]*logA
=0.8+[0.8*0.8-0.8]*0.04922
=0.7921248
μs1=μs1（1.12）+0.2
=0.7921248+0.2
=0.9921248
因此：
面板材料局部风压体型系数μs1取：
0.9921248
1.5风荷载标准值计算:
1.5.1支撑结构风荷载标准值计算:
Wk（N/m^2）=βgz*μZ*μS1*w0
=2.50196*0.62*0.94396*400
=585.714
Wk（N/m^2）<1000时，按1000（N/m^2）取值。
即：
Wk（N/m^2）=1000
1.5.2面板材料风荷载标准值计算:
Wk（N/m^2）=βgz*μZ*μS1*w0
=2.50196*0.62*0.9921248*400
=615.6
Wk（N/m^2）<1000时，按1000（N/m^2）取值。
即：
Wk（N/m^2）=1000
2风荷载设计值计算：
2.1支撑结构风荷载设计值计算：
W（N/m2）=1.4*Wk
=1.4*1000
=1400
2.2面板结构风荷载设计值计算：
W（N/m2）=1.4*Wk
=1.4*1000
=1400
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<=1/100
2）双层玻璃，柔性镶嵌：
fmax/L<=1/150
fmax最大值不允许超过20mm
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竖梃的挠度、弯曲应力、剪切应力计算:
构件“竖梃”的各受荷单元基本情况如下图：
构件“竖梃”的由以下各型材（衬钢）组合而成，它们共同承担“竖梃”上的全部荷载：
（1）.铝合金:
中梃
截面参数如下：
惯性矩：
3571.72
抵抗矩：
502.81
面积矩：
372.75
截面面积：
212.89
腹板厚度：
1.4
2.1.1竖梃的刚度计算
1.中梃的弯曲刚度计算
D（N.mm^2）=E*I=70000*3571.72=250020400
中梃的剪切刚度计算
D（N.mm^2）=G*F=27000*212.89=5748030
2.竖梃的组合受力杆件的总弯曲刚度计算
D（N.mm^2）=250020400=250020400
竖梃的组合受力杆件的总剪切刚度计算
D（N.mm^2）=5748030=5748030
2.1.2竖梃的受荷面积计算
1.左扇的受荷面积计算（梯形）
A（mm^2）=（3200-700）*700/4=437500
2.右固定的受荷面积计算（梯形）
A（mm^2）=（3200-700）*700/4=437500
3.竖梃的总受荷面积计算
A（mm^2）=437500+437500=875000
2.1.3竖梃所受均布荷载计算
Q（N）=Wk*A
=1000*875000/1000000
=875
2.1.4竖梃在均布荷载作用下的中点挠度、弯矩、剪力计算
2.1.4.1在均布荷载作用下的中点挠度计算
1.中梃在均布荷载作用下的中点挠度计算
按弯曲刚度比例分配荷载
分配荷载:
Q中梃=Q总*（D中梃/D总）
=875*（250020400/250020400）
=875.000
本窗型在风荷载作用下，可简化为承受梯形均布荷载
Fmid（mm）=Q*L^3/（64.992*D）
=875*1600^3/（64.992*250020400）
=220.563
2.1.4.2在均布荷载作用下的弯矩计算
1.中梃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中梃=Q总*（D中梃/D总）
=875（250020400/250020400）
=875.000
所受荷载的设计值计算:
Q=1.4*Q
=1.4*875
=1225
本窗型在风荷载作用下，可简化为承受梯形均布荷载
Mmax（N.mm）=Q*L/6.684
=1225*1600/6.684
=293237.58
2.1.4.3在均布荷载作用下的剪力计算
1.中梃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中梃=Q总*（D中梃/D总）
=875*（5748030/5748030）
=875.000
所受荷载的设计值计算:
Q=1.4*Q
=1.4*875
=1225
本窗型在风荷载作用下，可简化为承受梯形均布荷载
Qmax（N）=±Q*（1-a/L）/2
=1225*（1-0.219）/2
=478.363
2.1.5竖梃在集中荷载作用下的中点挠度、弯矩、剪力计算
竖梃不存在集中荷载。
2.1.6竖梃在均布荷载和集中荷载共同作用下的中点总挠度校核
2.1.6.1中梃中点总挠度校核
2.1.6.1.1中梃中点总变形计算
F总=F均布+ΣF集中
=220.563
=220.563
2.1.6.1.2中梃挠跨比计算
挠跨比=F总/L
=220.563/1600
=0.1379
中梃的挠度符合要求。
2.1.7竖梃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中梃抗弯曲强度校核
2.1.7.1.1中梃总弯矩计算
M总=M均布+ΣM集中
=293237.58
=293237.58
2.1.7.1.2中梃弯曲应力计算
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
=293237.58/502.81
=583.198
583.198>90
中梃的抗弯强度满足要求。
2.1.8竖梃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中梃抗剪切强度校核
2.1.8.1.1中梃总剪力计算
Q总=Q均布+ΣQ集中
=478.363
=478.363
2.1.8.1.2中梃剪切应力计算
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
=478.363*372.75/（3571.72*1.4）
=35.659
35.659<=55
中梃的抗剪切能力满足要求。
2.1.9竖梃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竖梃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*875/4
=306.25（N）
2.1.9.2竖梃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）:
4
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*4^2*190/4
=2387.62
按照《钢结构设计规范GB50017-2003》7.2.1-1至7.2.1-2
2.1.9.3竖梃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）:
4
Σt连接件中腹板的厚度=1.4
[σc]螺栓承压允许应力:
405（N/mm^2）
Nc（N）=d*Σt*[σc]
=4*1.4*405
=2268
按照《钢结构设计规范GB50017-2003》7.2.1-3至7.2.1-4
2.1.9.4竖梃型材端部单个连接螺栓的抗剪、承压能力校核：
Nc=2268（N）>=p0=306.25（N）
Nv=2387.62（N）>=P0=306.25（N）
竖梃端部连接螺栓的抗剪和承压能力都能满足要求。
2.1.10竖梃综合抗风压能力计算
竖梃在均布荷载和集中荷载作用下总受荷面积计算：
A=437500+437500
=875000mm^2
该受力杆件在风荷载作用下，可简化为承受梯形均布荷载
根据:
L/150=（q*A）*L^3/（64.992*D）
q（N/mm^2）=64.992*D/（L^2*150*A）
=64.992*250020400/（1600^2*150*875000）*1000
=3.21（kPa）
3该门窗的综合抗风压能力为:
Qmax=3.21N/mm^2
（按《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
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：
第9级应在分级后同时注明具体检测压力差值。
”
该门窗最大抗风压能力5级，可以满足要求。
各受力杆的挠度、抗弯能力、抗剪能力校核结果一览表
名称
长度
挠跨比
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
中梃
1600
0.1379
0.0067
是
583.198
90
是
35.659
55
是
三、玻璃强度校核
1风荷载标准值：
Wk（N/m^2）:
1000
2.1左扇承载力极限状态设计
1）分格宽度:
B（mm）=700
2）分格高度:
H（mm）=1600
3）玻璃类型:
钢化玻璃
4）玻璃强度设计值:
fg（N/mm^2）=59
5）外层玻璃厚度:
5mm
6）内层玻璃厚度:
5mm
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）:
700
玻璃板块长边边长b（mm）:
1600
b/a=2.286
2.3四边支承外片玻璃板的风荷载标准值、设计值计算
1）外片玻璃承受的荷载分配系数计算
ξ1=1.1*t1^3/（t1^3+t2^3）
（按《建筑玻璃应用技术规程》JGJ113-20095.2.4-1）
t1（mm）:
外片玻璃厚度
t2（mm）:
内片玻璃厚度
=1.1*5^3/（5^3+5^3）
=0.55
2）外片玻璃承受的荷载标准值、设计值计算
Wk（N/m^2）=ξ1*Wk
（按《建筑玻璃应用技术规程》JGJ113-20095.2.2）
ξ1:
为外片玻璃荷载分配系数
（按《建筑玻璃应用技术规程》JGJ113-2009表4.1.4）
=0.55*1000
=550
W（N/m^2）=1.4*Wk
=1.4*550
=770
2.4外片玻璃承载力极限状态计算
1）按长宽比2.25计算的玻璃最大许用跨度
L（mm）=k1*（W+k2）^k3+k4
（按《建筑玻璃应用技术规程》JGJ113-20095.2.2）
根据玻璃类型:
钢化玻璃、玻璃厚度:
5、长宽比:
2.25,从《建筑玻璃应用技术规程》JGJ113-2009附录C中查得：
k1:
3696
k2:
0.684935
k3:
-0.7255
k4:
4.8
荷载设计值W（KN/mm^2）:
0.77
=3696*（0.77+0.684935）^-0.7255+4.8
=2820.517
2）按长宽比3计算的玻璃最大许用跨度
L（mm）=k1*（W+k2）^k3+k4
（按《建筑玻璃应用技术规程》JGJ113-20095.2.2）
根据玻璃类型:
钢化玻璃、玻璃厚度:
5、长宽比:
3,从《建筑玻璃应用技术规程》JGJ113-2009附录C中查得：
k1:
1712.3
k2:
-0.1
k3:
-0.4881
k4:
-14.4
荷载设计值W（KN/mm^2）:
0.77
=1712.3*（0.77-0.1）^-0.4881-14.4
=2067.562
3）用插值法计算长宽比为2.286时的玻璃最大许用跨度
L（mm）=2784.375
外片玻璃跨度a:
700<=外片玻璃最大许用跨度L:
2784.375因此，外片玻璃满足承载力极限状态设计要求。
2.5外片玻璃正常使用极限状态[L/t]计算
1）按长宽比2.25计算的外片玻璃单位厚度跨度限值[L/t]
L/t=k5*（Wk+k6）^k7+k8
（按《建筑玻璃应用技术规程》JGJ113-20095.2.3）
根据玻璃长宽比:
2.25,从《建筑玻璃应用技术规程》JGJ113-2009附录C中查得：
k5:
222.19
k6:
-0.1
k7:
-0.3556
k8:
0.29
荷载设计值Wk（KN/m^2）:
0.55
=222.19*（0.55-0.1）^-0.3556+0.29
=295.44
2）按长宽比3计算的外片玻璃单位厚度跨度限值[L/t]
L/t=k5*（Wk+k6）^k7+k8
（按《建筑玻璃应用技术规程》JGJ113-20095.2.3）
根据玻璃长宽比:
3,从《建筑玻璃应用技术规程》JGJ113-2009附录C中查得：
k5:
204.68
k6:
-0.1
k7:
-0.3335
k8:
-0.05
荷载设计值Wk（KN/m^2）:
0.55
=204.68*（0.55-0.1）^-0.3335-0.05
=267.084
3）用插值法计算长宽比为2.286时的外片玻璃最大许用跨度
[L/t]=294.079
2.6外片玻璃实际跨度厚比[a/t]计算
[a/t]=700/5
=140
[a/t]:
140<=[L/t]:
294.079因此，外片玻璃满足正常使用极限状态设计要求。
2.7四边支承内片玻璃板的风荷载标准值、设计值计算
1）内片玻璃承受的荷载分配系数计算
ξ2=t2^3/（t1^3+t2^3）
（按《建筑玻璃应用技术规程》JGJ113-20095.2.4-2）
t1（mm）:
外片玻璃厚度
t2（mm）:
内片玻璃厚度
=5^3/（5^3+5^3）
=0.5
2）内片玻璃承受的荷载标准值、设计值计算
Wk（N/m^2）=ξ2*Wk
（按《建筑玻璃应用技术规程》JGJ113-20095.2.2）
ξ2:
为内片玻璃荷载分配系数
（按《建筑玻璃应用技术规程》JGJ113-2009表4.1.4）
=0.5*1000
=500
W（N/m^2）=1.4*Wk
=1.4*500
=700
2.8内片玻璃承载力极限状态计算
1）按长宽比2.25计算的内片玻璃最大许用跨度
L（mm）=k1*（W+k2）^k3+k4
（按《建筑玻璃应用技术规程》JGJ113-20095.2.2）
根据玻璃类型:
钢化玻璃、玻璃厚度:
5、长宽比:
2.25,从《建筑玻璃应用技术规程》JGJ113-2009附录C中查得：
k1:
3696
k2:
0.684935
k3:
-0.7255
k4:
4.8
荷载设计值W（KN/mm^2）:
0.7
=3696*（0.7+0.684935）^-0.7255+4.8
=2923.066
2）按长宽比3计算的内片玻璃最大许用跨度
L（mm）=k1*（W+k2）^k3+k4
（按《建筑玻璃应用技术规程》JGJ113-20
升级会员 