铝合金计算书

检测窗设计计算书    

基本参数: 青岛地区   门窗所在位置标高=28.000(m)    

Ⅰ.设计依据    

《铝合金结构设计规范》                               GB50429-2007

《建筑外门窗气密、水密、抗风压性能分级及检测方法》   GB/T 7106-2008

《铝合金门窗工程设计、施工及验收规范》               DBJ15-30-2002

《建筑外门窗保温性能分级及检测方法》                 GB/T 8484-2008

《建筑门窗空气声隔声性能分级及检测方法》             GB/T 8485-2008

《建筑外窗采光性能分级及检测方法》                   GB/T 11976-2008

《建筑结构荷载规范》                                 GB50009-2001(2006年版)

《铝合金门窗》                                       GB/T 8478-2008

《建筑玻璃应用技术规程》                             JGJ 113-2003

《玻璃幕墙工程技术规范》                             JGJ 102-2003

《建筑结构静力计算手册 (第二版) 》

Ⅱ.参考资料    

窗的性能分级表

主要依据：

《铝合金门窗》 GB/T 8478-2008

《建筑外门窗保温性能分级及检测方法》 GB/T 8484-2008

窗的主要性能

窗的性能应根据建筑物所在地区的地理、气候和周围环境以及建筑物的高度、体型、重要性等选定。

1 抗风压性能

外门窗的抗风压性能分级及指标值P3应符合表8的规定。

表 8  外门窗抗风压性能分级

                                                                  单位为千帕

分级	1	2	3	4	5
分级指标值P3	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
分级	6	7	8	9
分级指标值P3	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。

   

外门窗在各性能分级指标值风压作用下，主要受力杆件相对（面法线）挠度应符合表9的规定；风压作用后，门窗不应出现使用功能障碍和损坏。

表 9  门窗主要受力杆件相对面法线挠度要求

                                                               单位为毫米

支承玻璃种类	单层玻璃、夹层玻璃	中空玻璃
相对挠度	L/100	L/150
相对挠度最大值	20
注：L为主要受力杆件的支承跨距

2  水密能性

   外门窗的水密性能分级及指标值应符合表10的规定。

表 10  外门窗水密性能分级

单位为帕

分级	1	2	3	4	5	6
分级指标值△P	100≤△P＜150	150≤△P＜250	250≤△P＜350	350≤△P＜500	500≤△P＜700	△P≥700
注：第6级应在分级后同时注明具体检测压力差值。

3气密性能

门窗的气密性能分级及指标绝对值应符合表11的规定。

注：门窗的气密性能即单位开启缝长或单位面积空气渗透量可分为正压和负压下测量的正值和负值。

                      表 11 门窗气密性能分级

分级	1	2	3	4
单位开启缝长 分级指标值q1 ( m 3/(m·h))	4.0≥q1 ＞3.5	3.5≥q1 ＞3.0	3.0≥q1 ＞2.5	2.5≥q1 ＞2.0
单位面积 分级指标值q2 ( m 3/ (m 2·h))	12≥q2 ＞10.5	10.5≥q2 ＞9.0	9.0≥q2 ＞7.5	7.5≥q2 ＞6.0
分级	5	6	7	8
单位开启缝长 分级指标值q1 ( m 3/(m·h))	2.0≥q1 ＞1.5	1.5≥q1 ＞1.0	1.0≥q1 ＞0.5	q1≤0.5
单位面积 分级指标值q2 ( m 3/ (m 2·h))	6.0≥q2 ＞4.5	4.5≥q2 ＞3.0	3.0≥q2 ＞1.5	q2≤1.5

门窗试件在标准状态下，压力差为10Pa时的单位开启缝长空气渗透量q1和单位面积空气渗透量q2不应超过表11中各分级相应的指标值。

4保温性能

门、窗保温性能分级及指标值分别应符合表12的规定。

                        表12 门窗保温性能分级

                                                           单位为瓦每平方米开

分级	1	2	3	4	5
分级指 标值	K≥5.0	5.0＞K≥4.0	4.0＞K≥3.5	3.5＞K≥3.0	3.0＞K≥2.5
分级	6	7	8	9	10
分级指 标值	2.5＞K≥2.0	2.0＞K≥1.6	1.6＞K≥1.3	1.3＞K≥1.1	K＜1.1

5空气声隔声性能

门、窗的空气声隔声性能分级及指标值应符合表13的规定。

                          表13  门窗的空气声隔声性能分级

                                                            单位为分贝

分级	外门、外窗的分级指标值	内门、内窗的分级指标值
1	20≤Rw+Ctr＜25	20≤Rw+C＜25
2	25≤Rw+Ctr＜30	25≤Rw+C＜30
3	30≤Rw+Ctr＜35	30≤Rw+C＜35
4	35≤Rw+Ctr＜40	35≤Rw+C＜40
5	40≤Rw+Ctr＜45	40≤Rw+C＜45
6	Rw+Ctr≥45	Rw+C≥45
注：用于对建筑内机器、设备噪声源隔声的建筑内门窗，对中低频噪声宜用外门窗的指标值进行分级；对中高频噪声仍可采用内门窗的指标值进行分级。

6采光性能（外窗）

外窗采光性能以透光折减系数Tr表示，其分级及指标值应符合表14的规定。

表 14  外窗采光性能分级

分级	1	2	3	4	5
分级指标值Tr	0.20≤Tr＜0.30	0.30≤Tr＜0.40	0.40≤Tr＜0.50	0.50≤Tr＜0.60	Tr≥0.60
注：Tr值大于0.60时应给出具体值。

有天然采光要求的外窗，其透光折减系数Tr不应小于0.45。同时有遮阳性能要求的外窗，应综合考虑遮阳系数的要求确定。

7启闭力

     门、窗应在不超过50N的启、闭力作用下，能灵活开启和关闭。

8反复启闭性能

     窗的反复启闭次数应不少于1万次，启闭无异常，使用无障碍。

一、门窗承受荷载计算:    

标高为28.0m处风荷载计算

   W0:基本风压

   W0=0.60 kN/m2

   风荷载标准值:

   Wk=2.000 kN/m2

   风荷载设计值:

   W: 风荷载设计值(kN/m2)

   γw: 风荷载作用效应的分项系数：1.4

       按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001 3.2.5 规定采用

   W=γw×Wk=1.4×2.000=2.800kN/m2

二、玻璃的选用与校核    

   本处选用玻璃种类为: 钢化玻璃

1. 玻璃面积:

   B: 该处玻璃分格宽: 1.460m

   H: 该处玻璃分格高: 1.460m

   A: 该处玻璃板块面积:

   A=B×H

    =1.460×1.460

    =2.132m2

2. 该处玻璃板块自重:

   GAK: 玻璃板块自重:

   选择玻璃是中空玻璃。

   玻璃的重力密度为:  25.6(KN/m3)

   BT_L  中空玻璃内侧玻璃厚度为: 5.000(mm)

   BT_w  中空玻璃外侧玻璃厚度为: 5.000(mm)

   GAK=25.6×(Bt_L+Bt_w)/1000

      =25.6×(5.000+5.000)/1000

      =0.256KN/m2

3. 玻璃的强度计算:

   内侧玻璃校核依据: σ≤ｆg=84.000 N/mm2

   外侧玻璃校核依据: σ≤ｆg=84.000 N/mm2

   Wk: 垂直于玻璃平面的风荷载标准值(N/mm2)

   σWk: 在垂直于玻璃平面的风荷载作用下玻璃截面的最大应力标准值(N/mm2)

   θ: 参数

   η: 折减系数，可由参数θ按JGJ102-2003 表6.1.2-2采用

   a: 玻璃短边边长: 1460.0mm

   b: 玻璃长边边长: 1460.0mm

   BT_L  中空玻璃内侧玻璃厚度为: 5.000(mm)

   BT_w  中空玻璃外侧玻璃厚度为: 5.000(mm)

   m: 玻璃板的弯矩系数, 按边长比a/b查JGJ102-2003 表6.1.2-1得: m=0.0442

表 6.1.2-1   四边支承玻璃板的弯矩系数m
a/b	0.00	0.25	0.33	0.40	0.50	0.55	0.60	0.65
m	0.1250	0.1230	0.1180	0.1115	0.1000	0.0934	0.0868	0.0804
a/b	0.70	0.75	0.80	0.85	0.90	0.95	1.00
m	0.0742	0.0683	0.0628	0.0576	0.0528	0.0483	0.0442

   Wk1  中空玻璃分配到外侧玻璃的风荷载标准值 (N/mm2)

   Wk2  中空玻璃分配到内侧玻璃的风荷载标准值 (N/mm2)

   Wk1=1.1×Wk×BT_w3/(BT_w3+BT_L3)=1.100 (kN/m2)

   Wk2=Wk×BT_L3/(BT_w3+BT_L3)=1.000 (kN/m2)

   在垂直于玻璃平面的风荷载作用下玻璃截面的最大应力标准值计算(N/mm2)

   在风荷载作用下外侧玻璃参数θ=Wk1×a4/(E×t4)

                               =111.07

   η: 折减系数，按θ=111.07

       查JGJ102-2003 表6.1.2-2得:η=0.66

表 6.1.2-2    折减系数η
θ	≤5.0	10.0	20.0	40.0	60.0	80.0	100.0
η	1.00	0.96	0.92	0.84	0.78	0.73	0.68
θ	120.0	150.0	200.0	250.0	300.0	350.0	≥400.0
η	0.65	0.61	0.57	0.54	0.52	0.51	0.50

   在风荷载作用下外侧玻璃最大应力标准值σWk=6×m×Wk1×a2×η/t2

                                          =16.456N/mm2

   σ: 外侧玻璃所受应力:

   σ=1.4×σWK

     =1.4×16.456

     =23.039N/mm2

   在风荷载作用下内侧玻璃参数θ=Wk2×a4/(E×t4)

                               =100.97

   η: 折减系数，按θ=100.97

       查JGJ102-2003 表6.1.2-2得:η=0.68

   在风荷载作用下内侧玻璃最大应力标准值σWk=6×m×Wk2×a2×η/t2

                                          =15.343N/mm2

   σ: 内侧玻璃所受应力:

   σ=1.4×σWK

     =1.4×15.343

     =21.481N/mm2

   外侧玻璃最大应力设计值σ=23.039N/mm2 < ｆg=84.000N/mm2

   内侧玻璃最大应力设计值σ=21.481N/mm2 < ｆg=84.000N/mm2

   中空玻璃强度满足要求!    

4. 中空玻璃的挠度计算:

   df: 在风荷载标准值作用下挠度最大值(mm)

   D: 玻璃的刚度(N.mm)

   te: 玻璃等效厚度te=0.95×(Bt_L3+Bt_w3)^(1/3)=6.0mm

   ν: 泊松比，按JGJ 102-2003 5.2.9条采用，取值为 0.20

表5.2.9  材料的泊松比υ
材       料	υ	材      料	υ
玻璃	0.2	钢、不锈钢	0.3
铝合金	0.33	高强钢丝、钢绞线	0.3

   μ: 挠度系数:按边长比a/b查JGJ102-2003 表6.1.2-3得: μ=0.00406

表6.1.3 四边支承板的挠度系数μ
a/b	0.00	0.20	0.25	0.33	0.50
μ	0.01302	0.01297	0.01282	0.01223	0.01013
a/b	0.55	0.60	0.65	0.70	0.75
μ	0.00940	0.00867	0.00796	0.00727	0.00663
a/b	0.80	0.85	0.90	0.95	1.00
μ	0.00603	0.00547	0.00496	0.00449	0.00406

   θ=Wk×a4/(E×te4)

     =98.39

   η: 折减系数，按θ=98.39

       查JGJ102-2003 表6.1.2-2得:η=0.68

   D=(E×te3)/12(1-ν2)

    =13398.38 (N.mm)

   df=μ×Wk×a4×η/D

    =18.8 (mm)

   由于玻璃的最大挠度df=18.8mm,小于玻璃短边边长的60分之一24.3 (mm)

   玻璃的挠度满足要求!    

三、门窗受力构件计算:    

(1)风荷载作用下受力构件弯矩的计算

    Wk:风荷载标准值: 2.000kN/m2

    Mw:风荷载作用下受力构件的总弯矩标准值(kN·m)

   Hsk:受力构件受荷单元高:1.460(m)

  Wsk1:受力构件第一受荷单元宽:0.810(m)

  Wsk2:受力构件第二受荷单元宽:0.650(m)

  qsk1:受力构件在第一受荷单元作用下风荷载线分布最大荷载集度标准值(kN/m)

  qsk2:受力构件在第二受荷单元作用下风荷载线分布最大荷载集度标准值(kN/m)

   Mw1:受力构件在第一受荷单元作用下的弯矩(kN·m)

   Mw2:受力构件在第二受荷单元作用下的弯矩(kN·m)

  qsk1=Wk×Wsk1/2

      =2.000×0.810/2

      =0.810(kN/m)

    Ba:中间变量,为受荷单元短边的一半(m)

    Ba=Wsk1/2

      =0.405m

   Mw1=(qsk1×Hsk2)×(3-4×Ba2/Hsk2)/24

      =(0.810×1.4602)×(3-4×0.4052/1.4602)/24

      =0.194kN·m

   qsk2=Wk×Wsk2/2

      =2.000×0.650/2

      =0.650(kN/m)

    Ba:中间变量,为受荷单元短边的一半(m)

    Ba=Wsk2/2

      =0.325m

   Mw2=(qsk2×Hsk2)×(3-4×Ba2/Hsk2)/24

      =(0.650×1.4602)×(3-4×0.3252/1.4602)/24

      =0.162kN·m

    Mw=Mw1+Mw2

      =0.356kN.m

(2)风荷载作用下受力构件剪力的计算(kN)

   Qwk:风荷载作用下剪力标准值(kN)

   Qw1:受力构件在第一受荷单元作用下受到的剪力

   Qw2:受力构件在第二受荷单元作用下受到的剪力

   Qw1=qsk1×(Hsk+(Hsk-2×Ba))/2/2

      =0.810×(1.460+(1.460-2×0.405))/2/2

      =0.427kN

   Qw2=qsk2×(Hsk+(Hsk-2×Ba))/2/2

      =0.650×(1.460+(1.460-2×0.325))/2/2

      =0.369kN

   Qwk=Qw1+Qw2

      =0.796

(3)杆件抗弯矩预选值的计算(cm3)

   W: 杆件抗弯矩预选值(cm3)

   W=1.4×Mw×103/84.2

    =1.4×0.356×103/84.2

    =5.919cm3

(4)选用型材的截面特性:

   选用型材号: XC3\\HLA10954

   型材强度设计值: fa=215.0N/mm2

   隔热型材强度设计值: fa=215.0N/mm2

   隔热型材弹性模量: E=210000.00N/mm2

   隔热型材等效惯性矩: Ix=38.579cm4

   隔热型材X轴抵抗矩: Wx1=2.383cm3

   隔热型材X轴抵抗矩: Wx2=7.171cm3

   型材计算用抵抗矩: Wx2=2.383cm3

(5)型材的强度计算:

   校核依据: 1.4Mw/Wx2≤fa=215.0N/mm2

   σ=1.4×Mw×103/Wx2

     =1.4×0.356×103/2.3829

     =209.158N/mm2

   209.158N/mm2 < fa=215.0N/mm2

   杆件强度可以满足!

(6)杆件刚度的计算:

   校核依据: Umax≤15mm 且 Umax/L≤1/180

U:杆件最大挠度(mm)

U1:受力构件在扇框位置第一受荷单元作用下的最大挠度(mm)

U2:受力构件在扇框位置第一受荷单元作用下的最大挠度(mm)

qsk1=Wk×Wsk1/2

    =2.000×0.810/2

    =0.810

  Ba=Wsk1/2

    =0.810/2

    =0.405

   C=(25/8)-5×(Ba2/Hsk2)+2×(Ba4/Hsk4)

    =2.752

  U1=qsk1×Hsk4×108×C/(240×E×Ix)

    =0.810×1.4604×108×2.752/(240×210000×38.579)

    =0.521 (mm)

qsk2=Wk×Wsk2/2

    =2.000×0.650/2

    =0.650

  Ba=Wsk2/2

    =0.810/2

    =0.325

   C=(25/8)-5×(Ba2/Hsk2)+2×(Ba4/Hsk4)

    =2.882

  U2=qsk2×Hsk4×108×C/(240×E×Ix)

    =0.650×1.4604×108/(240×210000×38.579)

    =0.438 (mm)

   U=U1+U2

    =0.521+0.438

    =0.959mm

   Du: 杆件最大挠度与其长度比值:

   Hsk: 杆件长度: 1.460m

   Du=U/Hsk/1000

     =0.959/1.460/1000

     =1/1522

U=0.959mm < 15mm

   Du < 1/180 ,采用中空玻璃。

   挠度可以满足要求!