型材计算(亚铝).doc

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 JGJ 113-2003钢结构设计规范 GB 50017-2003建筑外窗抗风压性能分级表 GB/T7106-2002建筑结构荷载规范 GB 50009-2001未增塑聚氯乙烯(PVC-U)塑料门 JG/T 180-2005未增塑聚氯乙烯(PVC-U)塑料窗 JG/T 140-2005铝合金窗 GB/T8479-2003铝合金门 GB/T8478-2003II、设计计算一、风荷载计算 1)工程所在省市：河南 2)工程所在城市：洛阳市 3)门窗安装最大高度z(m)：80 4)门窗类型:平开窗 5)窗型样式: 6)窗型尺寸: 窗宽W(mm):1600 窗高H(mm):22001 风荷载标准值计算:Wk = gz*S*Z*w0 (按建筑结构荷载规范GB 50009-2001 7.1.1-2)1.1 基本风压 W0=400N/m2 (按建筑结构荷载规范GB 50009-2001规定,采用50年一遇的风压，但不得小于0.3KN/m2)1.2 阵风系数计算: 1)A类地区：gz=0.92*(1+2f) 其中：f=0.5*35(1.8*(-0.04)*(z/10)(-0.12),z为安装高度； 2)B类地区：gz=0.89*(1+2f) 其中：f=0.5*35(1.8*(0)*(z/10)(-0.16),z为安装高度； 3)C类地区：gz=0.85*(1+2f) 其中：f=0.5*35(1.8*(0.06)*(z/10)(-0.22),z为安装高度； 4)D类地区：gz=0.80*(1+2f) 其中：f=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。 gz=0.85*(1+(0.734*(80/10)(-0.22)*2) =1.63971 (按建筑结构荷载规范GB 50009-2001 7.5.1规定)1.3 风压高度变化系数z: 1)A类地区：Z=1.379 * (z / 10) 0.24,z为安装高度； 2)B类地区：Z=(z / 10) 0.32,z为安装高度； 3)C类地区：Z=0.616 * (z / 10) 0.44,z为安装高度； 4)D类地区：Z=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。 Z=0.616*(80/10)0.44 =1.53794 (按建筑结构荷载规范GB 50009-2001 7.2.1规定)1.4 风荷载体型系数:s=1.2 (按建筑结构荷载规范GB 50009-2001 表7.3.1规定)1.5 风荷载标准值计算: Wk(N/m2)=gz*S*Z*w0 =1.63971*1.53794*1.2*400 =1210.4522 风荷载设计值计算： W(N/m2)=1.4*Wk =1.4*1210.452 =1694.6328二、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： max=M/W= :材料的抗弯曲应力(N/mm2) max: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)1.3 剪切应力校验依据： max=(Q*S)/(I*)= :材料的抗剪允许应力(N/mm2) max: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(mm4) :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 左横梃的挠度、弯曲应力、剪切应力计算: 构件“左横梃”的各受荷单元基本情况如下图： 构件“左横梃”的由以下各型材(衬钢)组合而成，它们共同承担“左横梃”上的全部荷载： (1).铝合金:右横梃 截面参数如下： 惯性矩：137267.24 抵抗矩：4242.69 面积矩：3439.14 截面面积：472.79 腹板厚度：1.42.1.1 左横梃的刚度计算 1.右横梃的弯曲刚度计算 D(N.mm2)=E*I=70000*137267.24=9608706800 右横梃的剪切刚度计算 D(N.mm2)=G*F=26000*472.79=12292540 2.左横梃的组合受力杆件的总弯曲刚度计算 D(N.mm2)=9608706800=9608706800 左横梃的组合受力杆件的总剪切刚度计算 D(N.mm2)=12292540=122925402.1.2 左横梃的受荷面积计算 1.左横梃上的受荷面积计算(三角形) A(mm2)=(1000*1000/2)/2=250000 2.左横梃下的受荷面积计算(梯形) A(mm2)=(2000-900)*900/4=247500 3.左横梃的总受荷面积计算 A(mm2)=250000+247500=4975002.1.3 左横梃所受均布荷载计算 Q(N)=Wk*A =1210.452*497500/1000000 =602.22.1.4 左横梃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.右横梃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右横梃=Q总*(D右横梃/D总) =602.2*(9608706800/9608706800) =602.200 本窗型在风荷载作用下，可简化为承受三角形均布荷载 Fmax(mm)=Q*L3/(60*D) =602.2*10003/(60*9608706800) =1.042.1.4.2 在均布荷载作用下的弯矩计算 1.右横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右横梃=Q总*(D右横梃/D总) =602.2(9608706800/9608706800) =602.200 所受荷载的设计值计算:Q=1.4*Q =1.4*602.2 =843.08 本窗型在风荷载作用下，可简化为承受三角形均布荷载 Mmax(N.mm)=Q*L/6 =843.08*1000/6 =140513.332.1.4.3 在均布荷载作用下的剪力计算 1.右横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右横梃=Q总*(D右横梃/D总) =602.2*(12292540/12292540) =602.200 所受荷载的设计值计算:Q=1.4*Q =1.4*602.2 =843.08 本窗型在风荷载作用下，可简化为承受三角形均布荷载 Qmax(N)=Q/4 =843.08/4 =210.772.1.5 左横梃在集中荷载作用下的挠度、弯矩、剪力计算2.1.6 左横梃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 右横梃总挠度校核2.1.6.1.1 右横梃总变形计算 F总=F均布+F集中 =1.04 =1.042.1.6.1.2 右横梃挠跨比计算 挠跨比=F总/L =1.04/1000 =0.0010.001=1/180右横梃的挠度符合要求。2.1.7 左横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 右横梃抗弯曲强度校核2.1.7.1.1 右横梃总弯矩计算 M总=M均布+M集中 =140513.33 =140513.332.1.7.1.2 右横梃弯曲应力计算 max=M/W max: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 =140513.33/4242.69 =33.11933.119=140右横梃的抗弯强度满足要求。2.1.8 左横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 右横梃抗剪切强度校核2.1.8.1.1 右横梃总剪力计算 Q总=Q均布+Q集中 =210.77 =210.772.1.8.1.2 右横梃剪切应力计算 max=(Q*S)/(I*) max: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 :腹板的厚度 =210.77*3439.14/(137267.24*1.4) =3.7723.772=p0=70.257(N) Nv=932.66(N)=P0=70.257(N) 左横梃端部连接螺栓的抗剪和承压能力都能满足要求。2.1.9 左横梃综合抗风压能力计算 该受力杆件在风荷载作用下，可简化为承受三角形均布荷载 根据:L/180=(q*A)*L3/(60.0*D) q(N/mm2)=60.0*D/(L2*180*A) =60.0*9608706800/(10002*180*497500)*1000 =6.44(kPa)2.2 右横梃的挠度、弯曲应力、剪切应力计算: 构件“右横梃”的各受荷单元基本情况如下图： 构件“右横梃”的由以下各型材(衬钢)组合而成，它们共同承担“右横梃”上的全部荷载： (1).铝合金:右横梃 截面参数如下： 惯性矩：137267.24 抵抗矩：4242.69 面积矩：3439.14 截面面积：472.79 腹板厚度：1.42.2.1 右横梃的刚度计算 1.右横梃的弯曲刚度计算 D(N.mm2)=E*I=70000*137267.24=9608706800 右横梃的剪切刚度计算 D(N.mm2)=G*F=26000*472.79=12292540 2.右横梃的组合受力杆件的总弯曲刚度计算 D(N.mm2)=9608706800=9608706800 右横梃的组合受力杆件的总剪切刚度计算 D(N.mm2)=12292540=122925402.2.2 右横梃的受荷面积计算 1.右横梃上的受荷面积计算(三角形) A(mm2)=(600*600/2)/2=90000 2.右横梃下的受荷面积计算(三角形) A(mm2)=(600*600/2)/2=90000 3.右横梃的总受荷面积计算 A(mm2)=90000+90000=1800002.2.3 右横梃所受均布荷载计算 Q(N)=Wk*A =1210.452*180000/1000000 =217.8812.2.4 右横梃在均布荷载作用下的挠度、弯矩、剪力计算2.2.4.1 在均布荷载作用下的挠度计算 1.右横梃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右横梃=Q总*(D右横梃/D总) =217.881*(9608706800/9608706800) =217.881 本窗型在风荷载作用下，可简化为承受三角形均布荷载 Fmax(mm)=Q*L3/(60*D) =217.881*6003/(60*9608706800) =0.082.2.4.2 在均布荷载作用下的弯矩计算 1.右横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右横梃=Q总*(D右横梃/D总) =217.881(9608706800/9608706800) =217.881 所受荷载的设计值计算:Q=1.4*Q =1.4*217.881 =305.0334 本窗型在风荷载作用下，可简化为承受三角形均布荷载 Mmax(N.mm)=Q*L/6 =305.0334*600/6 =30503.342.2.4.3 在均布荷载作用下的剪力计算 1.右横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右横梃=Q总*(D右横梃/D总) =217.881*(12292540/12292540) =217.881 所受荷载的设计值计算:Q=1.4*Q =1.4*217.881 =305.0334 本窗型在风荷载作用下，可简化为承受三角形均布荷载 Qmax(N)=Q/4 =305.0334/4 =76.262.2.5 右横梃在集中荷载作用下的挠度、弯矩、剪力计算2.2.6 右横梃在均布荷载和集中荷载共同作用下的总挠度校核2.2.6.1 右横梃总挠度校核2.2.6.1.1 右横梃总变形计算 F总=F均布+F集中 =0.08 =0.082.2.6.1.2 右横梃挠跨比计算 挠跨比=F总/L =0.08/600 =0.00010.0001=1/180右横梃的挠度符合要求。2.2.7 右横梃在均布荷载和集中荷载共同作用下的抗弯曲强度校核2.2.7.1 右横梃抗弯曲强度校核2.2.7.1.1 右横梃总弯矩计算 M总=M均布+M集中 =30503.34 =30503.342.2.7.1.2 右横梃弯曲应力计算 max=M/W max: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 =30503.34/4242.69 =7.197.19=140右横梃的抗弯强度满足要求。2.2.8 右横梃在均布荷载和集中荷载共同作用下的抗剪切强度校核2.2.8.1 右横梃抗剪切强度校核2.2.8.1.1 右横梃总剪力计算 Q总=Q均布+Q集中 =76.26 =76.262.2.8.1.2 右横梃剪切应力计算 max=(Q*S)/(I*) max: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 :腹板的厚度 =76.26*3439.14/(137267.24*1.4) =1.3651.365=p0=25.419(N) Nv=932.66(N)=P0=25.419(N) 右横梃端部连接螺栓的抗剪和承压能力都能满足要求。2.2.9 右横梃综合抗风压能力计算 该受力杆件在风荷载作用下，可简化为承受三角形均布荷载 根据:L/180=(q*A)*L3/(60.0*D) q(N/mm2)=60.0*D/(L2*180*A) =60.0*9608706800/(6002*180*180000)*1000 =49.43(kPa)2.3 加强中梃的挠度、弯曲应力、剪切应力计算: 构件“加强中梃”的各受荷单元基本情况如下图： 构件“加强中梃”的由以下各型材(衬钢)组合而成，它们共同承担“加强中梃”上的全部荷载： (1).铝合金:加强中梃 截面参数如下： 惯性矩：314943.43 抵抗矩：7209.81 面积矩：5585.6 截面面积：593.97 腹板厚度：1.42.3.1 加强中梃的刚度计算 1.加强中梃的弯曲刚度计算 D(N.mm2)=E*I=70000*314943.43=22046040100 加强中梃的剪切刚度计算 D(N.mm2)=G*F=26000*593.97=15443220 2.加强中梃的组合受力杆件的总弯曲刚度计算 D(N.mm2)=22046040100=22046040100 加强中梃的组合受力杆件的总剪切刚度计算 D(N.mm2)=15443220=154432202.3.2 加强中梃的受荷面积计算 1.竖中梃左的受荷面积计算(梯形) A(mm2)=(4400-1000)*1000/4=850000 2.竖中梃右的受荷面积计算(梯形) A(mm2)=(4400-600)*600/4=570000 3.加强中梃的总受荷面积计算 A(mm2)=850000+570000=14200002.3.3 加强中梃所受均布荷载计算 Q(N)=Wk*A =1210.452*1420000/1000000 =1718.8422.3.4 加强中梃在均布荷载作用下的挠度、弯矩、剪力计算2.3.4.1 在均布荷载作用下的挠度计算 1.加强中梃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加强中梃=Q总*(D加强中梃/D总) =1718.842*(22046040100/22046040100) =1718.842 本窗型在风荷载作用下，可简化为承受梯形均布荷载 Fmax(mm)=Q*L3/(68.544*D) =1718.842*22003/(68.544*22046040100) =12.112.3.4.2 在均布荷载作用下的弯矩计算 1.加强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加强中梃=Q总*(D加强中梃/D总) =1718.842(22046040100/22046040100) =1718.842 所受荷载的设计值计算:Q=1.4*Q =1.4*1718.842 =2406.3788 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/7.1056 =2406.3788*2200/7.1056 =745050.862.3.4.3 在均布荷载作用下的剪力计算 1.加强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加强中梃=Q总*(D加强中梃/D总) =1718.842*(15443220/15443220) =1718.842 所受荷载的设计值计算:Q=1.4*Q =1.4*1718.842 =2406.3788 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 =2406.3788*(1-0.136)/2 =1039.562.3.5 加强中梃在集中荷载作用下的挠度、弯矩、剪力计算2.3.6 加强中梃在均布荷载和集中荷载共同作用下的总挠度校核2.3.6.1 加强中梃总挠度校核2.3.6.1.1 加强中梃总变形计算 F总=F均布+F集中 =12.11 =12.112.3.6.1.2 加强中梃挠跨比计算 挠跨比=F总/L =12.11/2200 =0.00550.0055=1/180加强中梃的挠度符合要求。2.3.7 加强中梃在均布荷载和集中荷载共同作用下的抗弯曲强度校核2.3.7.1 加强中梃抗弯曲强度校核2.3.7.1.1 加强中梃总弯矩计算 M总=M均布+M集中 =745050.86 =745050.862.3.7.1.2 加强中梃弯曲应力计算 max=M/W max: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 =745050.86/7209.81 =103.338103.338=140加强中梃的抗弯强度满足要求。2.3.8 加强中梃在均布荷载和集中荷载共同作用下的抗剪切强度校核2.3.8.1 加强中梃抗剪切强度校核2.3.8.1.1 加强中梃总剪力计算 Q总=Q均布+Q集中 =1039.56 =1039.562.3.8.1.2 加强中梃剪切应力计算 max=(Q*S)/(I*) max: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 :腹板的厚度 =1039.56*5585.6/(314943.43*1.4) =13.16913.169=p0=200.532(N) Nv=932.66(N)=P0=200.532(N) 加强中梃端部连接螺栓的抗剪和承压能力都能满足要求。2.3.9 加强中梃综合抗风压能力计算 该受力杆件在风荷载作用下，可简化为承受梯形均布荷载 根据:L/180=(q*A)*L3/(68.544*D) q(N/mm2)=68.544*D/(L2*180*A) =68.544*22046040100/(22002*180*1420000)*1000 =1.22(kPa)3 该门窗的综合抗风压能力为:Qmax=1.22N/mm2 (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12345678X.X分级指标1.0=P31.51.5=P32.02.0=P32.52.5=P33.03.0=P33.53.5=P34.04.0=P34.54.5=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:1级 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右横梃10000.0010.0056是33.119140是3.77281.2是右横梃6000.00010.0056是7.19140是1.36581.2是加强中梃22000.00550.0056是103.338140是13.16981.2是三、玻璃强度校核1 校验依据： max=6*m*W*a2/t2*= :玻璃的允许应力(N/mm2) max:玻璃板块所承最大应力(N/mm2) m:玻璃弯曲系数 a:玻璃短边尺寸(mm) W:风荷载设计值(N/m2) 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/m2):1210.452 风荷载标准值0.75KN/m2时,按0.75KN/m2计算。 根据建筑玻璃应用技术规程 JGJ 113-2003 =1.4*1210.452 =1694.63283 左横梃上玻璃强度校核：3.1 玻璃弯矩系数计算： 玻璃短边长度a(mm):1000 玻璃长边长度b(mm):1300 玻璃短边/长边a/b=1000/1300=0.76923 根据a/b系数，用插入法查表取得弯矩系数m=0.066183.2 玻璃折减系数计算：3.2.1 参数计算： 玻璃短边长度a(mm):1000 风荷载标准值Wk(N/m2):1210.452 玻璃弹性模量E(N/mm2)=72000 =Wk*a4/E/t4 =1210.452*10004/72000/64/1000000 =12.972093.2.2 折减系数计算： 根据参数，用插入法查表取得折减系数=0.948113.3 玻璃应力计算： 风荷载设计值w(N/m2):1694.6328 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 玻璃应力折减系数:0.94811 max=6*m*W*a2/t2* =6*0.06618*1694.6328*10002/62*0.94811/1000000 =17.7223.4 玻璃强度校核： max= 即:17.722=28 玻璃应力满足要求。4 左横梃下玻璃强度校核：4.1 玻璃弯矩系数计算： 玻璃短边长度a(mm):900 玻璃长边长度b(mm):1000 玻璃短边/长边a/b=900/1000=0.9 根据a/b系数，用插入法查表取得弯矩系数m=0.05284.2 玻璃折减系数计算：4.2.1 参数计算： 玻璃短边长度a(mm):900 风荷载标准值Wk(N/m2):1210.452 玻璃弹性模量E(N/mm2)=72000 =Wk*a4/E/t4 =1210.452*9004/72000/64/1000000 =8.510994.2.2 折减系数计算： 根据参数，用插入法查表取得折减系数=0.971914.3 玻璃应力计算： 风荷载设计值w(N/m2):1694.6328 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 玻璃应力折减系数:0.97191 max=6*m*W*a2/t2* =6*0.0528*1694.6328*9002/62*0.97191/1000000 =11.744.4 玻璃强度校核： max= 即:11.74=28 玻璃应力满足要求。5 右横梃上玻璃强度校核：5.1 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):1300 玻璃短边/长边a/b=600/1300=0.46154 根据a/b系数，用插入法查表取得弯矩系数m=0.104425.2 玻璃折减系数计算：5.2.1 参数计算： 玻璃短边长度a(mm):600 风荷载标准值Wk(N/m2):1210.452 玻璃弹性模量E(N/mm2)=72000 =Wk*a4/E/t4 =1210.452*6004/72000/64/1000000 =1.681185.2.2 折减系数计算： 根据参数，用插入法查表取得折减系数=15.3 玻璃应力计算： 风荷载设计值w(N/m2):1694.6328 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 玻璃应力折减系