塑钢门窗计算书.docx

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塑钢门窗计算书

门窗计算书

一．工程概况

1.工程名称：

2.工程项目：

塑钢门窗

3.受力分析：

对门窗而言，风荷载的力学传递途径为：

玻璃将所受风压传至门窗的主受力构件，在由其两端传至与建筑物主体相连的窗框，由具有足够强度的墙体承受，所以主受力构件的强度和刚度对于门窗能否保证良好功能起决定作用。

由于窗框四边框与墙体直接连接而获得强度，因而不做计算，只有门窗部竖向或横向杆件所受的风荷载是由其两端传至墙体，是主受力杆件。

下面就依据<<玻璃幕墙工程技术规>>（JGJ102-2003）、<<建筑外窗抗风压性能分级及其检测方法>>（GB/T7106-2002）,<<未增塑聚氯乙烯（PVC-U）塑料窗>>（JG/T140-2005）选择典型窗型做竖向、横向杆件及玻璃的校核计算（见附图，阴影部分为杆件的受力面积）。

4.参数选择：

门窗计算高度：

H=60米；对门窗而言，抗震设计可不考虑；竖向杆件高度：

Hm=4m；横向中挺分格宽度：

Bm=1.3m；地区50年一遇基本风压值：

W0=0.55KN/m2；地面粗糙度：

B类；需校核的中空玻璃形式：

5+9A+4+6A+5中空玻璃。

二．计算杆件几何数据

对塑钢门窗而言，塑料型材其弹性模量可忽略为零，可不做计算，其强度及刚度的获得完全来自于衬的增强型钢和增强钢板。

对本工程，拼樘处钢板规格为100mmX10mm。

1.钢带材料：

碳素结构钢Q235，强度设计值：

215N/mm,

弹性模量：

E=2.1X105N/mm2

2.竖向及横向杆件截面参数：

见附图

三．竖杆件计算

1.重力荷载

G=B·L（t1+t2）γ玻·1.2=（1.3+0.8）/2X4X0.014X25.6X1.2=1.81KN

2.风荷载标准值（依据建筑结构荷载规GB50009-2001）

Wk=βgz·μs·μz·W0

式中Wk—作用于窗上的风荷载标准值（KN/m2）

βgz—围护结构阵风系数,地面粗糙度按B类，查表得:

60米时βgz=1.56

μs—体型系数,查图取0.8

μz一风压高度变化系数,地面粗糙度按B类，查表得:

60米时μz=1.77

W0一基本风压,取0.55KN/m2（按地区50年一遇）

3.地震作用

SE=βE·αmax·G

式中：

SE—水平地震作用

βE一动力放大系数,取3.0

αmax一地震影响系数最大值，8度设防取0.16

G一结构重量

4.组合效应

荷载组合效应按下式计算

S=γG·G+ψw·γw·Wk+ψE·γE·SE

式中：

S一荷载效应组合设计值

G一重力荷载产生的效应值

Wk一风荷载（雪荷载）作用效应SE一地震作用效应

γG、γw、γE一分别为重力荷载、风荷载、地震作用的分项系数

ψw、ψE一分别为风荷载、地震作用的组合系数

A强度计算时

分项系数组合系数重力荷载γG取1.2风荷载γw取1.4ψw取1.0地震作用γE取1.3ψE取0.6

B刚度计算时

分项系数组合系数

重力荷载γG取1.0

风荷载γw取1.0ψw取1.0地震作用γE取1.0ψE取0.6

5.材料特性

碳素结构钢Q235

弹性模量E=2.1X105N/mm2

强度设计值fa=215N/mm2

6.荷载计算

6.1风荷载标准值

Wk=βgz·μs·μz·W0

=1.56×0.8×1.77×0.55=1.21KN/m2

取W2k=1.21KN/m

地震作用取SE=0

6.2竖向杆件强度计算时最大线荷载

工况：

重力荷载+风荷载+地震作用（G+W+S）

qy=（1.4Wk+0.6×1.3×0）Bd

Bd-竖中挺受力面积与竖中挺杆件长度之比

Bd=（1.05×4-0.4×0.4-0.65×0.65）/4=0.90m

qy=（1.4×1.21+0.6×1.3×0）×0.90=1.52KN/m

按单跨简支梁模型计算,竖框所受的最大弯矩为

Mmax=q2y×L/8

式中L一竖向杆件长度

Mmax=0.91X42/8=1.82KNm

6.3竖向中挺刚度计算时最大线荷载

工况：

重力荷载+风荷载+地震作用（G+W+S）

qy=（1.0Wk+0.6×0）Bd

qy=（1.0×1.21+0.6×0）×0.90=1.09KN/m

6.4强度校核

竖向杆件为压弯构件，承载力应满足下式要求

N/A+Mmax/（r*W）≤fa

式中：

N一竖框所受轴力N,N=γG×G

A一竖框截面积mm2

r一塑性发展系数,取1.05

W一当量抵抗矩mm3

fa一Q235钢材的强度设计值,取215.0N/mm2

竖向杆件所受应力

N/A+Mmax/（r*W）

=1.2X1.81X103/1000.16+1.82X106/（1.05X18.48X103）

=95.97N/mm2＜fa=215.0N/mm2满足要求

6.5刚度校核

当玻璃采用中空玻璃时受力杆件挠度值＜L/180，且最大挠度值不大于20mm

f=5q4yL/384EIx=（5X1.09X44/384X21X104X170.72）X105

=0.010m=10mm＜L/180=22mm满足要求

四.横中挺计算

工况：

自重+风荷载+地震作用（G+W+S）

门窗按标高30m计算

1.重力荷载

G=LB（t1+t2）γ玻1.2=1.3×1.15×0.014×25.6×1.2=0.645KN

2.风荷载标准值

Wk=1.56×0.8×1.77×0.55=1.21KN/m2

取W2k=1.21KN/m

3.地震作用

SE=βE×αmax×G/A

取SE=0

4.风压力线荷载

qy=（1.4*Wk+0.6*1.3*SE）*Hd

Hd=（1.3×1.05-0.475×0.475-0.575×0.575）/1.3=0.81m

qy=（1.4×1.21+0.6×1.3×0）×0.81=1.37KN/m

5.最大弯矩

按单跨简支梁计算,横框所受的最大弯矩为

水平My=qy*B2/8

式中B一窗横中挺长度

My=1.37×1.3/8=0.29KNm

垂直Mx=1/2*G×a

式中a一玻璃支点到连接点距离

Mx=1/2*0.645×0.2=0.065KNm

a为玻璃垫安装位置到玻璃边缘的距离，取0.2米

6.强度校核

横中挺的最大应力

My/γWy+Mx/γWx={0.29/（1.05×1.97）+0.065/（1.05×2.28）}×10

=167.35N/mm＜fa=215N/mm

7.刚度校核

刚度校核线荷载最大值

水平qy=（1.0WK+0.6SE）*Hd

=（1×1.21+0.6×0）×0.812232满足要求

=0.98KN/m

垂直G=LB（t1+t2）γ

=0.645KN

玻1.2=1.3×1.15×0.014×25.6×1.2

挠度

水平fy=5qyB4/384EIy=（5X0.98X1.34/384X21X104X2.85）X105

=0.006m=6mm

垂直fz=（G/2）B（12a*B-B2-12a2）/48EIy

=（（0.645/2）X1.3X（12X0.2X1.3-1.32-12X0.22）/48X21X104X2.85）X105=0.0014m=1.4mm

最大挠度f=√fy2+fz2=√6+1.4=6.2mm＜B/180=7.2mm刚度满足要求

五.玻璃面板应力计算

取玻璃分格1.3m*1.15m,采用中空玻璃（5+9A+4+6A+5），见附图

工况G+W+E

1温度应力计算

（1）温差应力计算

由于玻璃中央与边缘存在的温差而产生的温差应力标准值为σt2k=0.74E·a·μ1·μ2·μ3·μ4（Tc-Ts）

式中：

μ1—阴影系数；

μ2—窗帘系数；

μ3—玻璃面积系数；

μ4—嵌缝材料系数；

Tc—玻璃中央温度（℃）

Ts—玻璃边缘温度（℃）

E—玻璃的弹性模量，取0.72×10N／mm2

α—玻璃的线膨胀系数，为1.0×10-5；

玻璃边缘温度为

Ts＝0.65t0＋0.35ti＝0.65×-19℃＋0.35×26℃＝-3.25℃

式中：

t0——室外温度（℃）

ti——室温度（℃）

室外侧玻璃的中央温度为

Tco＝42.5Ao＋21.5Ai＋0.79t0＋0.21ti

＝42.5×0.43＋21.5×0.076＋0.79×-19℃＋0.21×26℃＝10.36℃

室侧玻璃的中央温度为

Tci＝60.5Ai＋21.5Ao＋0.61ti＋0.4t0

＝60.5×0.076＋21.5×0.43＋0.61×26℃＋0.4×-19℃＝22.1℃

式中：

Ao——室外侧玻璃的组合吸收率，查表得；

Ai——室侧玻璃的组合吸收率，查表得；

则室外侧玻璃中央与边缘部的温度差为

Tco-Ts＝10.36-（-3.25）＝13.61（℃）

则室侧玻璃中央与边缘部的温度差为

Tci-Ts＝22.1-（-3.25）＝25.35（℃）

取二者的较大值为25.35（℃）

所以玻璃的温差应力标准值为

σt2k＝0.74E·a·μ1·μ2·μ3·μ4（Tc-Ts）

＝0.74×0.72×105×1.0×10-5×1.0×1.3×1.07×0.55×25.35

＝10.33N/mm2

25mm~12mm钢化玻璃边缘强度设计值为58.8N/mm

玻璃的温差应力设计值为

σt2＝1.2·σt2k＝1.2×10.33＝12.4N/mm2＜fg＝58.8N/mm2满足要求

（2）玻璃挤压应力计算

在年温度变化影响下，玻璃边缘与边框之间挤压时，在玻璃中产生的挤压应力为σt1k＝E·（α·ΔT－（2C－dc）/b）

式中:

σt1k—挤压应力标准值（N/mm2），当计算值为负值时取零；

C—玻璃边缘与边框之间的空隙，（mm）；

dc—施工误差，取为3mm；

b—玻璃的长边尺寸（mm）；

ΔT—窗玻璃年温度变化值，取为80℃；

α—玻璃的线膨胀系数，为1.0×10-5；

E—玻璃的弹性模量，0.72×105N/mm2

则σt1k＝E·（α·ΔT－（2C－dc）/b

＝0.72×10×（1.0×10×80-（2×7-3）/1500）＝-470.4＜0

可知，在年温度变化影响下，玻璃边缘与边框之间没有挤压产生。

2玻璃强度计算

（1）风荷载作用下应力标准值σWk

σWk＝6·ψ1·Wk·a/t

式中:

σWk—风荷载作用下的应力标准值；

K—高层建筑取安全系数1.1

a—玻璃短边长度（mm）；

t—玻璃的厚度（mm）,中空玻璃的厚度取单片外侧玻璃厚度的1.2倍；ψ1—弯曲系数，按a/b的值查表

Wk＝βZ·μs·μz·Wo·K＝1.56×0.8×1.77×0.55×1.1＝1.34KN／m2

则σWk＝6·ψ1·Wk·a2/t2＝6×0.0496×1.34×10-3×13002/62＝18.72N/mm

（2）地震作用下应力标准值σEk

水平分布地震作用标准值为

qEk＝βE·αmax·25.6·t·10取0

σEk＝6·ψ1·qEk·a2/t2

考虑铝框，地震作用加大20％

则σEk＝1.2×6·ψ1·qEk·a2/t2取0

式中:

σEk—地震作用下的应力标准值；

（3）玻璃的应力组合设计值为σ

σ＝ψW·γW·σWk＋ψE·γE·σ＝1.0×1.4×14.91＋0.6×1.3×0Ek-32225-5＝20.87N/mm2＜fa＝84N/mm2满足要求

3玻璃挠度计算

风荷载标准值为

Wk＝1.34KN/m

玻璃跨中最大挠度为

μ＝ψ2·qk·a4／Ｄ·η

玻璃所受的荷载组合值为

qk＝1.0WK＋0.6qEk＝1×1.34＋0.6×0＝1.34KN／m2＝1.34×10Ｎ／mm

玻璃板的弯曲刚度

Ｄ＝Ｅt／（12（1-ν））＝0.72×105×63／（12（1－0.22））＝13.5×105Ｎ·mm

式中：

ν－泊松比，取ν＝0.2

Ｅ－玻璃弹性模量，取0.72×105Ｎ／mm2

t－玻璃厚度（mm）,中空玻璃取外片厚度的1.2倍

则玻璃的挠度

μ＝ψ2·qk·a4／Ｄ·η-345＝0.00466×1.34×10×1300／13.5×10·0.74＝17.15mm

式中：

ψ2－跨中最大挠度系数，由a/b查表

a－玻璃短边长（mm）

η－当玻璃板的挠度大于玻璃板厚度一半时，按小挠度应力计算公式出现偏差，而增加的折减修正系数。

玻璃板对角线长度为

L＝√（a2＋b2）

式中：

a－玻璃短边长（mm）

b－玻璃长边长（mm）

L＝√（13002+11502）＝1755mm

μ/L＝17.15/1755=0.009＜1/100满足要求。

4玻璃面积计算

双层玻璃的最大面积按下式计算：

当t≤6mm时

Ａmax＝0.2at1.8／Wk

式中:

Ａmax—玻璃的允许最大面积m2；

W2k—风荷载标准值KN／m；

t—中空玻璃按两单片中薄片厚度进行计算

α—玻璃的抗风压调整系数，中空玻璃取1.5

则Ａmax＝0.2at1.8／Wk＝0.2×1.5×51.8／0.92＝5.91m2

与最大的分格面积比较，Ａmax=5.91m2＞B×H＝2.1m2

玻璃分格满足要求。