铝合金门窗工程计算书.docx
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铝合金门窗工程计算书
常熟东三环金瑞府8#楼铝合金门窗工程
设计计算书
设计：
校对：
审核：
批准：
万方建设
二〇一六年三月十六日
第1章ZJ88推拉窗C2148
11基本参数
11.1门窗所在地区
常熟地区；
11.2地面粗糙度分类等级
门窗属于外围护构件，按《建筑结构荷载规》（GB50009-2012）
A类：
指近海海面和海岛、海岸、湖岸及沙漠地区；
B类：
指田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏的乡镇和城市郊区；
C类：
指有密集建筑群的城市市区；
D类：
指有密集建筑群且房屋较高的城市市区；
依照上面分类标准，本工程按C类地形考虑。
11.3抗震设防
按《建筑工程抗震设防分类标准》，建筑工程应分为以下四个抗震设防类别：
1.特殊设防类：
指使用上有特殊设施，涉及国家公共安全的重大建筑工程和地震时可能发生严重次生灾害等特别重大灾害后果，需要进行特殊设防的建筑，简称甲类；
2.重点设防类：
指地震时使用功能不能中断或需尽快恢复的生命线相关建筑，以及地震时可能导致大量人员伤亡等重大灾害后果，需要提高设防标准的建筑，简称乙类；
3.标准设防类：
指大量的除1、2、4款以外按标准要求进行设防的建筑，简称丙类；
4.适度设防类：
指使用上人员稀少且震损不致产生次生灾害，允许在一定条件下适度降低要求的建筑，简称丁类；
在围护结构抗震设计计算中：
1.特殊设防类，应按高于本地区抗震设防烈度提高一度的要求加强其抗震措施，同时，应按批准的地震安全性评价的结果且高于本地区抗震设防烈度的要求确定其地震作用；
2.重点设防类，应按高于本地区抗震设防烈度一度的要求加强其抗震措施，同时，应按本地区抗震设防烈度确定其地震作用；
3.标准设防类，应按本地区抗震设防烈度确定其抗震措施和地震作用；
4.适度设防类，应按本地区抗震设防烈度确定其抗震措施和地震作用；
根据国家规《建筑抗震设计规》GB50011-2010，常熟地区地震基本烈度为：
6度，地震动峰值加速度为0.05g，由于本工程是标准设防类，因此实际抗震计算中的水平地震影响系数最大值应按本地区抗震设防烈度选取，也就是取：
αmax=0.04；
12门窗承受荷载计算
12.1风荷载标准值的计算方法
门窗属于外围护构件，按《建筑结构荷载规》（GB50009-2012）计算：
wk=βgzμs1μzw0……8.1.1-2[GB50009-2012]
上式中：
wk：
作用在门窗上的风荷载标准值（MPa）；
z：
计算点标高：
50.4m；
βgz：
高度z处的阵风系数；
根据不同场地类型,按以下公式计算：
βgz=1+2gI10（z/10）-α……条文说明部分8.6.1[GB50009-2012]
其中A、B、C、D四类地貌类别截断高度分别为：
5m、10m、15m、30m；
A、B、C、D四类地貌类别梯度高度分别为：
300m、350m、450m、550m；
也就是：
对A类场地：
当z>300m时，取z=300m，当z<5m时，取z=5m；
对B类场地：
当z>350m时，取z=350m，当z<10m时，取z=10m；
对C类场地：
当z>450m时，取z=450m，当z<15m时，取z=15m；
对D类场地：
当z>550m时，取z=550m，当z<30m时，取z=30m；
g：
峰值因子，取2.5；
I10：
10m高名义湍流度，对应A、B、C、D地面粗糙度，可分别取0.12、0.14、0.23和0.39；
α：
地面粗糙度指数，对应A、B、C、D地面粗糙度，可分别取0.12、0.15、0.22和0.30；
对于C类地形，50.4m高度处的阵风系数为：
βgz=1+2×2.5×0.23×（50.4/10）-0.22=1.8057
μz：
风压高度变化系数；
根据不同场地类型,按《建筑结构荷载规》条文说明部分8.2.1提供的公式计算：
A类场地：
μzA=1.284×（z/10）0.24
B类场地：
μzB=1.000×（z/10）0.30
C类场地：
μzC=0.544×（z/10）0.44
D类场地：
μzD=0.262×（z/10）0.60
公式中的截断高度和梯度高度与计算阵风系数时相同，也就是：
对A类场地：
当z>300m时，取z=300m，当z<5m时，取z=5m；
对B类场地：
当z>350m时，取z=350m，当z<10m时，取z=10m；
对C类场地：
当z>450m时，取z=450m，当z<15m时，取z=15m；
对D类场地：
当z>550m时，取z=550m，当z<30m时，取z=30m；
对于C类地形，50.4m高度处风压高度变化系数：
μz=0.544×（50.4/10）0.44=1.1083
μs1：
局部风压体型系数；
按《建筑结构荷载规》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第8.3.1条规定体型系数的1.25倍取值。
本计算点为墙面转角位置，按如上说明，查表得：
μs1
（1）=1.4
按《建筑结构荷载规》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]
其中：
μs1（25）=0.8μs1
（1）=1.12
计算支撑结构时的构件从属面积：
A=0.88×2.36=2.0768m2
LogA=0.317
则：
μs1（A）=μs1
（1）+[μs1（25）-μs1
（1）]logA/1.4
=1.337
按《建筑结构荷载规》GB50009-2012第8.3.5条：
计算围护结构风荷载时，建筑物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0.4μs1；
—当开洞率大于0.10且小于或等于0.30时，取0.6μs1；
—当开洞率大于0.30时，取0.8μs1；
3其它情况，应按开放式建筑物的μs1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；
本计算中建筑物部压力的局部体型系数为0.2（封闭式建筑表面）；
因此，计算非直接承受风荷载的支撑结构时的局部风压体型系数为：
μs1=1.337+0.2
=1.537
而对直接承受风压的面板结构来说，其局部风压体型系数为：
μs1=1.4+0.2
=1.6
w0：
基本风压值（MPa），根据现行《建筑结构荷载规》GB50009-2012附表E.5中数值采用，但不小于0.3KN/m2，按重现期50年，常熟地区取0.00045MPa；
12.2计算支撑结构时的风荷载标准值
wk=βgzμzμs1w0
=1.8057×1.1083×1.537×0.00045
=0.001384MPa
12.3计算面板材料时的风荷载标准值
wk=βgzμzμs1w0
=1.8057×1.1083×1.6×0.00045
=0.001441MPa
12.4垂直于门窗平面的分布水平地震作用标准值
qEk=βEαmaxGk/A……5.3.4[JGJ102-2003]
qEk：
垂直于门窗平面的分布水平地震作用标准值（MPa）；
βE：
动力放大系数,取5.0；
αmax：
水平地震影响系数最大值，取0.04；
Gk：
门窗构件的重力荷载标准值（N）；
A：
门窗构件的面积（mm2）；
12.5平行于门窗平面的集中水平地震作用标准值
PEk=βEαmaxGk……5.3.5[JGJ102-2003]
PEk：
平行于门窗平面的集中水平地震作用标准值（N）；
βE：
动力放大系数,取5.0；
αmax：
水平地震影响系数最大值，取0.04；
Gk：
门窗构件的重力荷载标准值（N）；
按照JGJ102规5.4节条文说明部分的规定，对于竖向门窗和与水平面夹角大于75度、小于90度的斜玻璃门窗，可不考虑竖向地震作用效应的计算和组合。
12.6作用效应组合
荷载和作用效应按下式进行组合：
S=γGSGk+ψwγwSwk+ψEγESEk……5.4.1[JGJ102-2003]
上式中：
S：
作用效应组合的设计值；
SGk：
重力荷载作为永久荷载产生的效应标准值；
Swk、SEk：
分别为风荷载，地震作用作为可变荷载产生的效应标准值；
γG、γw、γE：
各效应的分项系数；
ψw、ψE：
分别为风荷载，地震作用效应的组合系数。
上面的γG、γw、γE为分项系数，按5.4.2、5.4.3、5.4.4[JGJ102-2003]规定如下：
进行门窗构件强度、连接件和预埋件承载力计算时：
重力荷载：
γG：
1.2；
风荷载：
γw：
1.4；
地震作用：
γE：
1.3；
进行挠度计算时；
重力荷载：
γG：
1.0；
风荷载：
γw：
1.0；
地震作用：
可不做组合考虑；
上式中，风荷载的组合系数ψw为1.0；
地震作用的组合系数ψE为0.5；
13门窗横中梃计算
基本参数：
1：
计算点标高：
50.4m；
2：
力学模型：
水平方向：
均布荷载－简支梁；
垂直方向：
均布荷载－双跨梁；
3：
横中梃跨度：
W=2360mm；
4：
横中梃上受荷单元高：
H1=1380mm；
横中梃下受荷单元高：
H2=380mm；
5：
横中梃材质：
6063-T6；
13.1横中梃受荷单元分析
（1）横中梃水平方向计算简图的确定：
因为：
H1H2所以，上受荷单元作用在横中梃上是梯形荷载；
下受荷单元作用在横中梃上是梯形荷载；
受力简图为：
（2）横中梃在上受荷单元水平作用力作用下的受力分析：
wk：
风荷载标准值（MPa）；
H1：
上受荷单元高（mm）；
W：
横中梃的跨度（mm）；
qwk1：
在上受荷单元作用下的风荷载线集度标准值（N/mm）；
qw1：
在上受荷单元作用下的风荷载线集度设计值（N/mm）；
qwk1=wk×H1/2
=0.001384×1380/2
=0.955N/mm
qw1=1.4×qwk1
=1.4×0.955
=1.337N/mm
qEAk：
垂直于幕墙平面的分布水平地震作用标准值（MPa）；
βE：
动力放大系数，取5.0；
αmax：
水平地震影响系数最大值，取0.04；
Gk：
构件的重力荷载标准值（N），（含面板和框架）；
A：
门窗构件的面积（mm2）；
qEAk=βEαmaxGk/A……5.3.4[JGJ102-2003]
=5.0×0.04×0.00055
=0.00011MPa
qEk1：
上受荷单元水平地震作用线荷载集度标准值（N/mm）；
H1：
上受荷单元高（mm）；
W：
横中梃的跨度（mm）；
qEk1=qEAk×H1/2
=0.00011×1380/2
=0.08N/mm
qE1：
上受荷单元水平地震作用线荷载集度设计值（N/mm）；
qE1=1.3qEk1
=1.3×0.08
=0.104N/mm
qk1：
上受荷单元受水平作用组合线荷载集度标准值（N/mm）；
q1：
上受荷单元受水平作用组合线荷载集度设计值（N/mm）；
用于强度计算时，采用Sw+0.5SE设计值组合：
……5.4.1[JGJ102-2003]
q1=qw1+0.5qE1
=1.337+0.5×0.104
=1.389N/mm
用于挠度计算时，采用Sw标准值：
……5.4.1[JGJ102-2003]
qk1=qwk1
=0.955N/mm
M1：
在上受荷单元力作用下的跨中最大弯矩设计值（N·mm）；
M1=q1×W2/24×（3-（H1/W）2）
=1.389×23602/24×（3-（1380/2360）2）
=856804.65N·mm
V1：
在上受荷单元力作用下的剪力设计值（N）；
V1=q1W/2×（1-H1/2/W）
=1.389×2360/2×（1-1380/2/2360）
=1159.815N
（3）横中梃在下受荷单元水平作用力作用下的受力分析：
wk：
风荷载标准值（MPa）；
H2：
下受荷单元高（mm）；
W：
横中梃的跨度（mm）；
qwk2：
在下受荷单元作用下的风荷载线集度标准值（N/mm）；
qw2：
在下受荷单元作用下的风荷载线集度设计值（N/mm）；
qwk2=wk×H2/2
=0.001384×380/2
=0.263N/mm
qw2=1.4×qwk2
=1.4×0.263
=0.368N/mm
qEAk：
垂直于幕墙平面的分布水平地震作用标准值（MPa）；
βE：
动力放大系数，取5.0；
αmax：
水平地震影响系数最大值，取0.04；
Gk：
构件的重力荷载标准值（N），（含面板和框架）；
A：
门窗构件的面积（mm2）；
qEAk=βEαmaxGk/A……5.3.4[JGJ102-2003]
=5.0×0.04×0.00055
=0.00011MPa
qEk2：
下受荷单元水平地震作用线荷载集度标准值（N/mm）；
H2：
下受荷单元高（mm）；
W：
横中梃的跨度（mm）；
qEk2=qEAk×H2/2
=0.00011×380/2
=0.02N/mm
qE2：
下受荷单元水平地震作用线荷载集度设计值（N/mm）；
qE2=1.3qEk2
=1.3×0.02
=0.026N/mm
qk2：
下受荷单元受水平作用组合线荷载集度标准值（N/mm）；
q2：
下受荷单元受水平作用组合线荷载集度设计值（N/mm）；
用于强度计算时，采用Sw+0.5SE设计值组合：
……5.4.1[JGJ102-2003]
q2=qw2+0.5qE2
=0.368+0.5×0.026
=0.381N/mm
用于挠度计算时，采用Sw标准值：
……5.4.1[JGJ102-2003]
qk2=qwk2
=0.263N/mm
M2：
在下受荷单元力作用下的跨中最大弯矩设计值（N·mm）；
M2=q2×W2/24×（3-（H2/W）2）
=0.381×23602/24×（3-（380/2360）2）
=262959.85N·mm
V2：
在下受荷单元力作用下的剪力设计值（N）；
V2=q2W/2×（1-H2/2/W）
=0.381×2360/2×（1-380/2/2360）
=413.385N
（4）横中梃在上受荷单元自重作用力作用下的受力分析：
横梃总跨度为2360mm,但是中间有一个重力作用支撑点，使横梃形成了等跨双跨梁均布荷载模型，受力简图为：
qG：
横梃承受的自重作用下线荷载集度设计值（N/mm）；
qGk：
横梃承受的自重作用下线荷载集度标准值（N/mm）；
H1：
横梃上分格高度（mm）；
qGk=0.00055×H1
=0.00055×1380
=0.759N/mm
qG=1.2qGk
=1.2×0.759
=0.911N/mm
按《建筑结构静力计算手册》表3-2，可得等跨双跨梁在均布荷载作用下，最大的弯矩出现在中支座位置，其设计值为：
Mx：
横梃在自重荷载作用下的弯矩设计值（N·mm）；
Mx=qG（W/2）2/8
=0.911×（2360/2）2/8
=158559.55N·mm
按《建筑结构静力计算手册》表3-2，可得等跨双跨梁在均布荷载作用下，最大的剪力出现在中支座位置，其设计值为：
Vy：
垂直总剪力（N）；
Vy=0.625qGW/2
=0.625×0.911×2360/2
=671.862N
13.2选用横中梃型材的截面特性
选用型材号：
窗下滑ZJ8802+固定框ZJ8809
型材的抗弯强度设计值：
f=150MPa
型材的抗剪强度设计值：
τ=85MPa
型材弹性模量：
E=70000MPa
绕X轴惯性矩：
Ix=505730mm4
绕Y轴惯性矩：
Iy=468770mm4
绕X轴净截面抵抗矩：
Wnx1=12181mm3
绕X轴净截面抵抗矩：
Wnx2=9824mm3
绕Y轴净截面抵抗矩：
Wny1=11098mm3
绕Y轴净截面抵抗矩：
Wny2=10453mm3
型材净截面面积：
An=1208.885mm2
横梃截面垂直于X轴腹板的截面总宽度：
tx=5.6mm
横梃截面垂直于Y轴腹板的截面总宽度：
ty=5.6mm
型材受力面对中性轴的面积矩（绕X轴）：
Sx=10256mm3
型材受力面对中性轴的面积矩（绕Y轴）：
Sy=12724mm3
塑性发展系数：
对于冷弯薄壁型钢龙骨，按《冷弯薄壁型钢结构技术规》GB50018-2002，取1.00；
对于热轧型钢龙骨，按JGJ133或JGJ102规,取1.05；
对于铝合金龙骨，按最新《铝合金结构设计规》GB50429-2007，取1.00；
对塑钢型材，参照铝合金龙骨，取1.00；
此处取：
γx=γy=1.00；
13.3横中梃的抗弯强度计算
按下面的公式进行强度校核，应满足：
Mx/γxWnx+（M1+M2）/γyWny≤f
上式中：
M1：
在上受荷单元力作用下的跨中最大弯矩（N·mm）；
M2：
在下受荷单元力作用下的跨中最大弯矩（N·mm）；
Mx：
在上受荷单元自重标准值作用下的跨中最大弯矩（N·mm）；
Wnx，Wny：
在弯矩作用方向的净截面抵抗矩（mm3）；
γx，γy：
塑性发展系数，取1.00；
f：
型材的抗弯强度设计值，取150MPa；
则：
Mx/γxWnx+My/γyWny
=Mx/γxWnx+（M1+M2）/γyWny
=158559.55/1.00/9824+（856804.65+262959.85）/1.00/10453
=123.264MPa≤150MPa
横中梃抗弯强度能满足要求。
13.4横中梃的挠度计算
（1）横中梃在上受荷单元力作用下的挠度计算：
df1：
横中梃在上受荷单元力作用下的挠度（mm）；
df1=qk1W4/240EIy×（25/8-5×（H1/2/W）2+2×（H1/2/W）4）
=0.955×23604/240/70000/468770×（25/8-5×（1380/2/2360）2+2×（1380/2/2360）4）
=10.202mm
（2）横中梃在下受荷单元力作用下的挠度计算：
df2：
横中梃在下受荷单元力作用下的挠度（mm）；
df2=qk2W4/240EIy×（25/8-5×（H2/2/W）2+2×（H2/2/W）4）
=0.263×23604/240/70000/468770×（25/8-5×（380/2/2360）2+2×（380/2/2360）4）
=3.204mm
（3）横中梃在风荷载标准值作用下的总体挠度：
dfy=df1+df2
=10.202+3.204
=13.406mm
挠度的限值取杆件总长的1/150，即15.733mm，且不应大于20mm。
13.406mm≤15.733mm
13.406mm≤20mm
所以，在风荷载标准值作用下的总体挠度满足要求！
（4）横中梃在自重标准值作用下的挠度：
查《建筑结构静力计算手册》表3-2，等跨双跨梁在均布荷载作用下，跨中挠度为：
dfx=0.521qGk（W/2）4/100/EIx
=0.521×0.759×（2360/2）4/100/70000/505730
=0.217mm
0.217mm≤15.733mm
0.217mm≤20mm
所以，在自重标准值作用下的挠度满足要求！
13.5横中梃的抗剪计算
校核依据：
τmax≤τ=85MPa（材料的抗剪强度设计值）
（1）水平总剪力计算：
τmaxX：
横中梃水平最大剪应力（N）；
V1：
在上受荷单元水平力作用下的剪力设计值（N）；
V2：
在下受荷单元水平力作用下的剪力设计值（N）；
Sy：
横中梃型材受力面对中性轴的面积矩（mm3）；
Iy：
横中梃型材截面惯性矩（mm4）；
ty：
型材截面垂直于Y轴腹板的截面总宽度（mm）；
τmaxX=（V1+V2）Sy/Iyty
=（1159.815+413.385）×12724/468770/5.6
=7.625MPa
7.625MPa≤85MPa
横中梃水平抗剪强度能满足要求!
（2）垂直总剪力计算：
τmaxY：
横中梃垂直最大剪应力（N）；
Vy：
横中挺垂直方向剪力设计值（N）；
Sx：
横中梃型材受力面对中性轴的面积矩（mm3）；
Ix：
横中梃型材截面惯性矩（mm4）；
tx：
型材截面垂直于X轴腹板的截面总宽度（mm）；
τmaxY=VySx/Ixtx
=671.862×10256/505730/5.6
=2.433MPa
2.433MPa≤85MPa
横中梃垂直方向抗剪强度能满足要求!
14玻璃的选用与校核
基本参数：
1：
计算点标高：
50.4m；
2：
玻璃板尺寸：
宽×高=B×H=600mm×1380mm；
3：
玻璃配置：
三玻双中空，外片普通玻璃5mm,中片普通玻璃5mm,片普通玻璃5mm；
模型简图为：
14.1玻璃板块荷载计算
（1）外片玻璃荷载计算：
t1：
外片玻璃厚度（mm）；
t2：
中片玻璃厚度（mm）；
t3：
片玻璃厚度（mm）；
wk：
作用在幕墙上的风荷载标准值（MPa）；
GAk1：
外片玻璃单位面积自重标准值（仅指玻璃）（MPa）；
qEAk1：
外片玻璃地震作用标准值（MPa）；
γg1：
外片玻璃的体积密度（N/mm3）；
wk1：
分配到外片上的风荷载作用标准值（MPa）；
qk1：
分配到外片玻璃上的荷载组合标准值（MPa）；
q1：
分配到外片玻璃上的荷载组合设计值（MPa）；
GAk1=γg1t1
=0.0000256×5
=0.000128MPa
qEAk1=βEαmaxGAk1
=5×0.04×0.000128
=0.000026MPa
wk1=1.1wkt13/（t13+0.953（t23+t33））
=1.1×0.001441×53/（53+0.9
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