建筑门窗动风压性能及标准

建筑门窗动风压性能及标准第1页/共72页

建筑门窗物理性能检测标准GB/T7106-2002建筑外窗抗风压性能分级及其检测方法GB/T7107-2002建筑外窗空气渗透性能分级及其检测方法GB/T7108-2002建筑外窗雨水渗漏性能分级及其检测方法GB/T8484-2002建筑外窗保温性能分级及其检测方法GB/T8485-2002建筑外窗空气隔声性能分级及其检测方法GB/T11976-2002建筑外窗采光性能分级及其检测方法GB/T13685-92建筑外门风压变形性能分级及其检测方法GB/T13686-92建筑外门空气渗透性能和雨水渗漏性能分级及其检测方法GB/T16729-97建筑外门保温性能分级及其检测方法第2页/共72页第一节 抗风压性能一．风压：

1.风的产生风是由于空气从气压大的方向向气压小的地方流动产生的，不同的风有不同的特征。一般风力强度用风速来表达，常用的有蒲福风速表，将其分为18个等级，也称为蒲氏风级表。第3页/共72页风力等级名称距地10m高处相当风速风力等级名称距地10m高处相当风速0静0～0.29烈20.8～24.41软0.3～1.510狂24.5～28.42轻1.6～3.311暴28.5～32.63微3.4～5.412台风飓风32.7～36.94和5.5～7.913--37.0～41.45清8.0～10.714--41.5～46.16强10.8～13.815--46.2～50.97疾风13.9～17.116--51.0～56.08大17.2～20.717--56.1～61.2蒲氏风级表第4页/共72页对于不可压缩的理想流体质点作稳定运动的伯努利方程计算得到风作用在建筑上的风压W0和风速v的关系为W0=ρv2/2=γv2/2g

r------------空气容重

v------------风速

g------------重力加速度()

在标准大气压101.325kPa(760mmHg)，常温15℃时的干空气密度0.012018kN/m3，纬度45°处海平面上的重力加速度9.8m/s2γv2/2g=1/1630≈1/1600(内陆海拔高度500m以下地区)

现行荷载规范风压-风速公式为

W=v2/1600

(kN/m2)风的作用第5页/共72页地区城市海拔高度m

风压系数kNs2/m4

东南沿海南京61.51/1680青海77.01/1680上海5.01/1700杭州7.21/1700福州88.41/1730广州6.31/1700海口17．61/1700内陆平原天津16.01/1640汉口22.81/1580徐州34.31/1630沈阳41.61/1610北京52.31/1590济南55.11/1580哈尔滨145.11/1600内陆高原贵阳1071.21/1860昆明1891.31/2000昌都3176.41/2500日喀则3800.01/2600我国主要城市的风压系数表

第6页/共72页风荷载按照现行GB50009-2001《建筑结构荷载规范》计算：

Wk=βzμzμsW0

（不小于1.0KPa）二．风荷载计算

Wk---------作用在门窗上的风荷载标准值（kPa）βz---------瞬时风压的阵风系数，可取为２．２５μs---------荷载体型系数，一般竖直幕墙门窗外表面可按１.５取用；倾斜幕墙门窗的风荷载体型系数可根据实际情况，按现行国家标准《建筑结构荷载规范》采用。当建筑物进行了风洞试验时，玻璃幕墙的风荷载体型系数可根据风洞试验结果确定

第7页/共72页μz-----------风压高度变化系数

μzA

=1.379（z/10）0.24(z≤300m)

μzB

=1.000（z/10）0.32(z≤350m)

μzC

=0.713（z/10）0.40(z≤400m)

μzD

=0.318（z/10）0.60(z≤500m)

μzA、μzB、μzC、μzD分别为地面粗糙度Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ类地区的风压高度变化系数；对于C、D类地貌下部μz低于0.62

者，规范规定取为0.62；Z为离地平面的高度(m)；

W0---------基本风压（kN/m2），应根据现行国家标准GB50009-2001《建筑结构荷载规范》附图中的数值来用。第8页/共72页1.风压的作用对门窗的影响：第一类：功能变化

（1）

变形引起的气密、水密等项功能改变，使窗正常使用功能改变（2）

窗的配件、零附件损坏，改变门窗的正常使用功能

第二类：损坏

（1）变形引起的气密、水密等项功能降低至等外（2）构件、镶嵌材料变形导致主要材料发生破坏，使窗失去正常使用功能，甚至危及人身安全（3）窗的配件、零附件损坏，随窗型使窗失去正常使用功能（4）产生过大的残余变形，影响门窗的正常使用功能。三．抗风压性能第9页/共72页2.破坏程度的界定：（1）现行标准以外窗产生残余留变形、五金零件失灵、玻璃破裂或型材破坏等现象，作为门窗失去基本安全性能的判定依据。（2）未发生损坏时的最大风压P3为正常使用极限荷载，对应风荷载计算中的风荷载标准值Wk，即相应于50年一遇瞬间风速风压作为设计或检测压差值。第10页/共72页典型风压破坏的情况第11页/共72页3.性能分级分级指标值：采用安全检测压力差值(P3)，即相应于50年一遇瞬间风速的风压为分级指标。分级下限值列于下表：

等级代号12345678P3kPa1.0≤P3

＜1.51.5≤P3

＜2.02.0≤P3

＜2.52.5≤P3

＜3.03.0≤P3

＜3.53.5≤P3

＜4.04.0≤P3

＜4.54.5≤P3

＜5.0第12页/共72页

检测设备采用国际上惯用的静压箱法四．检测设备原理a静压箱b调压阀c供压系统d压力计e镶嵌框f试件g进气口挡板第13页/共72页第14页/共72页返回现场检测设备第15页/共72页五.检测程序1.根据窗规格确定设备安装洞口尺寸2.一般采用夹具模拟门窗在建筑上的安装方式将其安装在洞口上3.安装用于检测门窗杆件变形量的仪表4.正常使用启闭功能确认5.根据GB7106确定的方法进行检测6.安装方式对不同窗型结构的影响（1）内开、外开的影响（2）推拉窗的安装（3）边框刚度的影响第16页/共72页

六.检测压差顺序图第17页/共72页在进行正负变形检测前，分别提供三个压力脉冲，压力差P0绝对值为500Pa，加载速度约为100Pa/s，压力稳定作用时间为3s，泄压时间不少于1s。预备加压第18页/共72页变形检测先进行正压检测，后进行负压检测。检测压力逐级升、降。每级升降压力差值不超过250Pa，每级检测压力差稳定作用时间约为10s。压力升降直到面法线挠度值达到±l/300时为止，不超过±2000Pa

。记录每级压力差作用下的面法线位移量,并依据达到±l/300面法线挠度时的检测压力级的压力值，利用压力差和变形之间的相对关系求出±l/300面法线挠度的对应压力差值作为变形检测压力差值，标以±P1。工程检测中，所对应的压力差已超过P3’时，检测至P3’为止。第19页/共72页反复加压检测

检测前可取下位移计，装上安全设施。检测压力从零升到P2后降至零，P2=1.5P1，不超过3000Pa，反复5次；再由零降至-P2后升至零，-P2=1.5（-P1），不超过-3000Pa，反复5次。

加压速度为300～500Pa/s，泄压时间不少于1s，每次压力差作用时间为3s。当工程设计值小于2.5倍P1时以

0.6倍工程设计值进行反复加压检测。正负反复加压后各将试件可开关部分开关5次，最后关紧。记录试验过程中发生损坏（指玻璃破裂、五金件损坏、窗扇掉落或被打开以及可以观察到的不可恢复的变形等现象）和功能性障碍（指外窗的启闭功能发生障碍、胶条脱落等现象）的部位。

第20页/共72页定级检测或工程检测

①定级检测

使检测压力从零升至P3后降至零，P3=2.5P1，再降至-P3后升至零，-P3=2.5（-P1）。加压速度为300～500Pa/s,泄压时间不少于1s,持续时间为3s。正、负加压后各将试件可开关部分开关5次,最后关紧,并记录试验过程中发生损坏和功能障碍的部位。第21页/共72页②工程检测当工程设计值小于或等于2.5P1倍时,才按工程检测进行。压力加至工程设计值P3’后降至零，再降至-P3’后升至零，加压速度为300～500Pa/s，泄压时间不少于1s，持续时间为3s。加正、负压后各将试件可开关部分开关5次，最后关紧，并记录试验过程中发生损坏和功能障碍的部位，当工程设计值大于2.5P1倍时，以定级检测取代工程检测。

③试验过程中试件出现破坏时，记录试件破坏时的压力差值

第22页/共72页第23页/共72页1.增加外窗的定义2．取消主要受力杆件的提法3.最高级别达到5.0kPa以上

新增第9级P3≥5.0，以实际检测压力差为分级值，与工程风荷载Wk相对应4.改变了分级顺序七.新标准的变化等级代号12345678P3kPa1.0≤P3

＜1.51.5≤P3

＜2.02.0≤P3

＜2.52.5≤P3

＜3.03.0≤P3

＜3.53.5≤P3

＜4.04.0≤P3

＜4.54.5≤P3

＜5.0第24页/共72页5．区分定级检测或工程检测6.由P2=0.6P1改为P2=1.5P17.关于残余变形8.增加检测加压速度规定9.工程设计值与P1的关系10.明确以正负P3中小者定级11.检测设备的精度规定12.对试件的要求13.取消的内容第25页/共72页（1）受力分析根据现行标准GB7106-86提出的方法，对于广泛应用的平开窗和推拉窗的的受力荷载分布，视为四边铰接的简支板，风荷载按照450分布，传递给相邻的杆件，相邻的杆件则可以简化为受简支梁近似承受矩形、三角型、梯形的均布荷载。

a.简单杆件：直接按照矩形、三角型、梯形的均布荷载计算

b.复杂杆件：简化规定见标准，一般简化成为矩形荷载

c.特殊情况：当外开窗受负压时或内开窗受正压时其窗扇的荷载传递方式与固定窗不同，在执手部位为集中力作用在杆件上，而此时的荷载按照矩形计算P=Q1+Q2)Q1Q2八．提高门窗抗风压强度的方法第26页/共72页主要受力杆件刚度计算挠度值的计算：

5QL3

矩形荷载：fmax=384EIQL3

三角形荷载：fmax=60EI

梯形荷载：相当于两个三角形荷载的叠加，简化计算见标准附表第27页/共72页Bh窗型如图，承受均布荷载W（kN/m2），显然荷载的大小与窗的高度h、宽度b有关：W=f(h3,b)P=W×B×h/2(kN)

Fmax=PL3/48EI按照检测标准GB/T7106的要求，最大允许的挠度值为H/120mm则Bh3=96EI/120W结论：受力杆件的三次方与型材刚度成正比；与荷载成反比第28页/共72页受力杆件强度计算最大弯矩计算：矩形荷载：M=QL/8

三角形荷载：M=QL/6

梯形荷载：相当于两个三角形荷载的叠加，简化计算见标准附表弯曲应力：

Mσ=≤[σ]W第29页/共72页第30页/共72页第31页/共72页第32页/共72页窗型材料检测结果原因分析推拉窗塑料分布平均型材刚度取决于衬金，须窗型设计合理铝合金1级达到74%必须加上亮，否则集中在5级玻璃钢3级占66%型材刚度差，须窗型设计合理不锈钢分布平均，集中在2~4级断面简单，型材壁薄彩板1级达到40%型材刚度好，强度与窗型有关平开窗塑料1级达到65.4%决定于窗型及窗型铝合金1级达到78%玻璃及五金问题玻璃钢等外达到50%型材尺寸精度低刚度小，窗型不合理彩板1级达到78%一般为窗型及五金问题检测结果综合分析第33页/共72页第二节

气密性能●气密性能的概念●产生不良空气渗透的三要素压力差缝隙温差第34页/共72页一．压差-----产生空气渗透的动力（1）风压计算外窗冷风渗透量的风速取各地冬季室外计算风速，它是历年最冷三个月平均风速的平均值。室外计算风速和其所产生的风压间的关系以下式表示；

Pw=CwγV02b/2g

Pw--------------风压，单位为Pa

Cw--------------风压系数

r----------------空气的容重kg/m3

g----------------重力加速度m/s2

V0--------------冬季室外计算风速m/s第35页/共72页（2）热压当建筑物内外存在温差时，由于空气的容重差而形成热压。建筑内部热空气上浮，在中和层以上各层形成负压，在中和层以下各层形成正压。热压值可以下式求取：

PH=CH(γ0-γi)h

PH

----------热压差，单位为Pa

γ0

----------室内空气容重[kg/m3]

γi

-----------室外空气容重[kg/m3]

h-----------所求窗口中心至中和层的高度[m]。窗口高于中和层为负值，低于中和层为正值

CH

---------热压系数，主要取决于建筑物的内部阻力。第36页/共72页a迎风面b背风面图5风压和热压综合作用下压差分布（3）风压和热压的综合作用

图4热压作用下压差分布第37页/共72页二.缝隙门窗的重要作用之一是通风换气，为了达到通风换气的目的，需要在窗上设置开启扇，当室内需要换气时，打开开启扇。开启扇在关闭时的密封性能取决于框扇搭接处的密封，在室内测量取开启缝隙的长度之和，称为窗的开启缝隙长度。玻璃的镶嵌缝隙处也会产生渗漏。目前的镶嵌方式主要分两种：干法和湿法。干法是采用橡胶等材料设计成特殊断面，将玻璃卡在窗框型材上，必要时在转角处适当涂胶密封；湿法采用硅胶等材料，将玻璃粘接在窗框上。无论采取那种镶嵌方式，都会由于型材结构、材料老化、操作水平等原因产生缝隙而渗漏，特别是采用干法镶嵌方式更易渗漏。第38页/共72页三．气密性能空气在通过狭小缝隙时渗透量-作用压差的基本关系式：

q0=aΔPn式中：q0---------单位缝长的空气渗透率m3/hm

a----------缝隙空气渗透系数

ΔP-------缝隙两侧的作用压差Pa

n----------指数值，0.5～1.0之间第39页/共72页分别对等式两边取对数，得到：lnq0=lna+nlnΔP可以得到在双对数坐标下压差和流量的对数呈直线关系，lna为截距，标准制定时采用公斤米秒制，当压差ΔP=1kg/m2时（10Pa）q0=a

，此时的a值为分级值，其含义为在压力差为10Pa时的单位缝长空气渗透量。根据现行标准分为五个等级，见分级曲线,其含义为每条直线下为该等级所属区域

第40页/共72页四．气密性能分级及其检测方法

1.分级指标值，采用压力差为10Pa(1mmH2O)时的单位缝长空气渗透量作为分级指标。分级指标下限值：列于下表。

空气渗透性能分级表等级123456.04.02.51.50.5渗透量m3/hm第41页/共72页五．检测原理（1）检测设备及原理：采用国际上惯用的静压箱法a静压箱b调压阀c供压系统d压力计e镶嵌框f试件g集流管h扣箱i进气口挡板第42页/共72页新标准加压顺序图检测压差示意图第43页/共72页预备加压在正负压检测前分别施加三个压力脉冲。压力差绝对值为500Pa，加载速度约为100Pa/s，压力稳定作用时间为3s，泄压时间不少于1s，待压力差归零后，将试件上所有可开启部分开关5次，最后关紧。

第44页/共72页检测程序a）附加渗透量的测定

充分密封试件上的可开启缝隙和镶嵌缝隙，或用不透气的盖板将箱体开口部盖严，然后按照加压顺序逐级加压，每级压力作用时间约为10s，先逐级正压，后逐级负压，记录各级测量值。附加空气渗透量系指除通过试件本身的空气渗透量以外的通过设备和镶嵌框，以及各部分之间连接缝等部位的空气渗透量。

b）总渗透量的测定

去除试件上所加密封措施或打开密封盖板后进行检测，检测程序同a）。

第45页/共72页六．新标准变化：1.增加按照单位面积渗透量的计算方法，对于有些固定窗没有开启，所以按照面积渗透量计算2.改变分级顺序3.增加“窗面积”和“单位面积”空气渗透量的定义4.增加了检测负压差下的空气渗透量的内容新标准加压顺序第46页/共72页5.检测设备精度规定对试件的要求取消不便操作的部分增加升压速度的要求，规范检测过程。在加压程序中减少了加压级数采用统一的单位取消气密分级图面积渗透与缝长渗透的关系第47页/共72页设计原则：1．密封条：平开窗密封条不能有弯曲变形，转角处理不能形成硬死角；推拉窗毛条密封到位，与型材良好接触，防盗、防风块确实起到作用。此外，排水孔严禁直接连通室内外。2．密封配件及组装：保证框、扇搭接量尺寸3．五金件：合叶、执手紧密，保证窗扇四周均匀受力七．提高气密性能的方法第48页/共72页第49页/共72页第50页/共72页窗型材料检测结果原因分析推拉窗塑料大部分在三级以上型材端面尺寸大，具备较好的密封条件铝合金大部分在三级以上型材尺寸精度高，密封易保证玻璃钢等外达到33%型材尺寸精度低，断面简单不锈钢分布平均，集中在2~4级断面简单彩板分布平均，集中在2~4级密封材料存在问题平开窗塑料全部在三级以上大部分为一级，质量稳定铝合金基本在二级以上少数为密封条材质问题或组装质量玻璃钢等外达到50%型材尺寸精度低，断面简单，密封条质量差彩板全部4级以上，一级占62%型材刚度好检测结果综合分析第51页/共72页一．概述：防止雨水渗漏是建筑外窗的基本功能之一。雨水通过外窗孔缝渗入室内，会浸染房间内部装修和室内陈设物件，不仅影响室内正常活动并且使居民在心理上形成不能满足建筑基本要求的不安全感。雨水流入窗框型材中如不及时排除，在冬季有将型材冻裂的可能。长期滞留在型材腔内的积水还会腐蚀金属材料、五金零件，影响正常开关，缩短窗户的寿命。，因此外窗阻止雨水渗漏的功能是十分重要的。随高层建筑采用大面积的窗和幕墙的日益增多，对水密要求不断提高，例如日本在1966年的JIS标准中所规定的防止雨水渗漏分级最高的为25mm(H2O)，而在1976年的修订本中提高到50mm(H2O)，最新标准中则规定采用动压检测。第三节.水密性能第52页/共72页1．雨水渗漏的主要原因：

门窗发生雨水渗漏有三个要素：

A、存在缝隙或孔洞

B、存在雨水

C、在门窗缝隙或孔洞的两侧存在压力差。

A+B+C=渗漏

2．雨水渗漏的主要方式及其对策：

二.雨水渗漏机理第53页/共72页重力：雨水下落的过程中遇到倾斜的缝隙直接流入室内

对策:采用向上倾斜的缝隙或增加挡水台阶张力：雨水下落的过程中沿流经材料表面的张力对策:在缝隙上部采用滴水檐口毛细现象：缝隙较小时会产生毛细现象

对策:加大缝隙宽度或局部空腔雨水流入室内运动：雨水下落的过程中因风速带动雨水进入缝隙对策:在缝隙中设置迷宫式结构消耗水滴的动能

压差：雨水下落的过程中因风力引起的室内外压差

对策:利用等压原理消除压差第54页/共72页3．等压原理及其应用：因压力差引起的雨水渗漏在以上五种渗漏中是最严重的，当室外压力P1大于室内压力P2时，室内侧水面上升，上升的高度H与压差一致，当ΔP采用毫米水柱压力单位时，其压力值就是水面上升的高度H（毫米）。或导压孔来解决。当H大于型材挡水高度时就会发生渗漏解决的办法是减少室内外压差，通常设计等压腔或均压孔来解决。

门窗采用的等压结构见图

ΔP=P1-P2P1P2P1P1P2第55页/共72页三．标准及分级等级ⅠⅡⅢⅣⅤⅥ(Pa)5003502501501050

新标准分级表

等级12345XXXX

(Pa)150＞≥100250＞≥150350＞≥250500＞≥350≥700原标准制定时根据当时的门窗制作水平，照顾到水密性能较低的钢门窗，最低分级为50Pa，新标准起点为100Pa；同时考虑近年门窗产品质量的提高，将上限暂定为700Pa，并且针对台风地区增加了动态压力检测。700＞≥500第56页/共72页四.检测方法（1）检测装置：

采用国际上惯用的静压箱法

a静压箱

b调压阀

c供压系统

d压力计

e流量计

f试件

g喷水咀

h水管

i进气口挡板

第57页/共72页老标准水密检验项目及结果判定方法

淋水量为3.L/m2min在加压的过程中观察并记录外窗的漏水情况，直到发生严重渗漏现象为止检测结果：三樘窗的严重渗漏压力检测结果取算术平均值后，向下取靠近的分级值作为综合判定水密分级值。第58页/共72页五.检测标准的变化增加外窗的定义取消最低级50Pa改变了分级顺序统一了单位增加了检测压力等级检测设备精度的规定雨水喷淋方式的规定对试件的要求内容的变化升压速度的规定三试件的综合判定方法波动加压的应用范围波动加压上限的规定修改原标准的表3修改原标准的图3第59页/共72页定级检验和工程所在地为非热带风暴和台风地区时，可用稳定压力差进行分级。当工程所在地为热带风暴和台风地区时，应采用波动压力差进行分级

新标准加压曲线第60页/共72页①

稳定加压法

(按图3、表1顺序加压)

a)