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门窗设计计算书-学位论文.doc

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北京XX中心 门窗 设计计算书 2024年5月28日星期二 23:19:20 LJLJ KK 设计: 校对: 审核: 批准: 沈阳YY幕墙装饰工程有限公司 二〇〇九年五月十二日 目录 1 计算引用的规范、标准及资料 1 1.1 幕墙设计规范: 1 1.2 建筑设计规范: 1 1.3 铝材规范: 1 1.4 玻璃规范: 2 1.5 钢材规范: 2 1.6 胶类及密封材料规范: 3 1.7 门窗及五金件规范: 3 1.8 相关物理性能等级测试方法: 4 1.9 《建筑结构静力计算手册》(第二版) 5 1.10 土建图纸: 5 2 基本参数 5 2.1 门窗所在地区: 5 2.2 地面粗糙度分类等级: 5 3 门窗承受荷载计算 5 3.1 计算依据: 5 3.2 计算杆件时的风荷载标准值: 6 3.3 计算玻璃时的风荷载标准值: 6 3.4 垂直于门窗平面的分布水平地震作用标准值: 6 3.5 作用效应组合: 7 4 门窗竖中梃计算 7 4.1 竖中梃计算简图的确定: 8 4.2 选用竖中梃材料的截面特性: 8 4.3 风荷载作用的线荷载集度: 9 4.4 门窗竖中梃荷载分配: 10 4.5 竖中梃在左受荷单元力作用下的受力分析: 11 4.6 竖中梃在右受荷单元力作用下的受力分析: 12 4.7 竖中梃的抗弯强度计算: 12 4.8 竖中梃的挠度计算: 13 4.9 竖中梃的抗剪计算: 13 5 门窗横中梃计算 14 5.1 横中梃计算简图的确定: 14 5.2 选用横中梃材料的截面特性: 15 5.3 水平荷载作用的线荷载集度: 16 5.4 门窗横中梃荷载分配: 18 5.5 横中梃在上受荷单元水平力作用下的受力分析: 19 5.6 横中梃在下受荷单元水平力作用下的受力分析: 20 5.7 横中梃在上受荷单元自重力作用下的受力分析: 20 5.8 横中梃的抗弯强度计算: 21 5.9 横中梃的挠度计算: 21 5.10 横中梃的抗剪计算: 22 6 玻璃板块的选用与校核 23 6.1 玻璃板块荷载计算: 24 6.2 玻璃的强度计算: 25 6.3 玻璃最大挠度校核: 26 7 附录 常用材料的力学及其它物理性能 28 北京XX中心·门窗设计计算书 沈阳YY幕墙装饰工程有限公司 门窗设计计算书 1 计算引用的规范、标准及资料 1.1 幕墙设计规范: 《铝合金结构设计规范》 GB50429-2007 《玻璃幕墙工程技术规范》 JGJ102-2003 《建筑玻璃应用技术规程》 JGJ113-2003 《建筑幕墙》 GB/T21086-2007 《金属与石材幕墙工程技术规范》 JGJ133-2001 1.2 建筑设计规范: 《地震震级的规定》 GB/T17740-1999 《钢结构防火涂料》 GB14907-2002 《钢结构设计规范》 GB50017-2003 《高层建筑混凝土结构技术规程》 JGJ3-2002 《高层民用建筑设计防火规范》 GB50045-95(2005年版) 《高处作业吊蓝》 GB19155-2003 《工程抗震术语标准》 JGJ/T97-95 《混凝土结构后锚固技术规程》 JGJ145-2004 《混凝土结构设计规范》 GB50010-2002 《混凝土用膨胀型、扩孔型建筑锚栓》 JG160-2004 《建筑表面用有机硅防水剂》 JC/T902-2002 《建筑材料放射性核素限量》 GB6566-2001 《建筑防火封堵应用技术规程》 CECS154:2003 《建筑钢结构焊接技术规程》 JGJ81-2002 《建筑工程抗震设防分类标准》 GB50223-2008 《建筑工程预应力施工规程》 CECS180:2005 《建筑结构荷载规范》 GB50009-2001(2006年版、局部修订) 《建筑结构可靠度设计统一标准》 GB50068-2001 《建筑抗震设计规范》 GB50011-2001(2008年版) 《建筑设计防火规范》 GB50016-2006 《建筑物防雷设计规范》 GB50057-94(2000年版) 《冷弯薄壁型钢结构设计规范》 GB50018-2002 《民用建筑设计通则》 GB50352-2005 1.3 铝材规范: 《变形铝及铝合金化学成份》 GB/T3190-2008 《建筑用隔热铝合金型材-穿条式》 JG/T175-2005 《建筑用铝型材、铝板氟碳涂层》 JG/T133-2000 《铝合金建筑型材第1部分基材》 GB5237.1-2008 《铝合金建筑型材第2部分阳极氧化、着色型材》 GB5237.2-2008 《铝合金建筑型材第3部分电泳涂漆型材》 GB5237.3-2008 《铝合金建筑型材第4部分粉末喷涂型材》 GB5237.4-2008 《铝合金建筑型材第5部分氟碳漆喷涂型材》 GB5237.5-2008 《铝合金建筑型材第6部分隔热型材》 GB5237.6-2004 《铝及铝合金彩色涂层板、带材》 YS/T431-2000 《一般工业用铝及铝合金板、带材》 GB/T3880.1~3-2006 《铝型材截面几何参数算法及计算机程序要求》 YS/T437-2000 《有色电泳涂漆铝合金建筑型材》 YS/T459-2003 1.4 玻璃规范: 《镀膜玻璃 第1部分:阳光控制镀膜玻璃》 GB/T18915.1-2002 《镀膜玻璃 第2部分:低辐射镀膜玻璃》 GB/T18915.2-2002 《防弹玻璃》 GB17840-1999 《浮法玻璃》 GB11614-1999 《夹层玻璃》 GB/T9962-1999 《建筑用安全玻璃 第2部分:钢化玻璃》 GB15763.2-2005 《建筑用安全玻璃 防火玻璃》 GB15763.1-2001 《幕墙用钢化玻璃与半钢化玻璃》 GB17841-2008 《普通平板玻璃》 GB4871-1995 《热弯玻璃》 JC/T915-2003 《压花玻璃》 JC/T511-2002 《中空玻璃》 GB/T11944-2002 《着色玻璃》 GB/T18701-2002 1.5 钢材规范: 《建筑结构用冷弯矩形钢管》 JG/T178-2005 《不锈钢小直径无缝钢管》 GB/T3090-2000 《擦窗机》 GB19154-2003 《彩色涂层钢板和钢带》 GB/T12754-2006 《低合金钢焊条》 GB/T5118-1995 《低合金高强度结构钢》 GB/T1591-2008 《建筑幕墙用钢索压管接头》 JG/T201-2007 《耐候结构钢》 GB/T4171-2008 《高碳铬不锈钢丝》 YB/T096—1997 《合金结构钢》 GB/T3077-1999 《金属覆盖层钢铁制品热镀锌层技术要求》 GB/T13912-2002 《冷拔异形钢管》 GB/T3094-2000 《碳钢焊条》 GB/T5117-1999 《碳素结构钢》 GB/T700-2006 《碳素结构钢和低合金结构钢热轧薄钢板及钢带》GB/T912-2008 《碳素结构钢和低合金结构钢热轧厚钢板及钢带》GB/T3274-2007 《优质碳素结构钢》 GB/T699-1999 1.6 胶类及密封材料规范: 《丙烯酸酯建筑密封膏》 JC484-2006 《幕墙玻璃接缝用密封胶》 JC/T882-2001 《彩色涂层钢板用建筑密封胶》 JC/T884-2001 《丁基橡胶防水密封胶粘带》 JC/T942-2004 《干挂石材幕墙用环氧胶粘剂》 JC887-2001 《工业用橡胶板》 GB/T5574-1994 《混凝土建筑接缝用密封胶》 JC/T881-2001 《建筑窗用弹性密封剂》 JC485-2007 《建筑密封材料试验方法》 GB/T13477.1~20-2002 《建筑用防霉密封胶》 JC/T885-2001 《建筑用硅酮结构密封胶》 GB16776-2005 《建筑用岩棉、矿渣棉绝热制品》 GB/T19686-2005 《建筑用硬质塑料隔热条》 JG/T174-2005 《建筑装饰用天然石材防护剂》 JC/T973-2005 《聚氨酯建筑密封胶》 JC/T482-2003 《聚硫建筑密封胶》 JC/T483-2006 《绝热用岩棉、矿棉及其制品》 GB/T11835-2007 《硫化橡胶或热塑性橡胶撕裂强度的测定》 GB/T529-1999 《石材用建筑密封胶》 JC/T883-2001 《橡胶袖珍硬度计压入硬度试验方法》 GB/T531-1999 《修补用天然橡胶胶粘剂》 HG/T3318-2002 《中空玻璃用弹性密封胶》 JC/T486-2001 《中空玻璃用丁基热熔密封胶》 JC/T914-2003 1.7 门窗及五金件规范: 《封闭型沉头抽芯铆钉》 GB/T12616-2004 《封闭型平圆头抽芯铆钉》 GB/T12615-2004 《紧固件螺栓和螺钉》 GB/T5277-1985 《紧固件公差螺栓、螺钉、螺柱和螺母》 GB/T3103.1-2002 《紧固件机械性能不锈钢螺母》 GB/T3098.15-2000 《紧固件机械性能不锈钢螺栓、螺钉、螺柱》 GB/T3098.6-2000 《紧固件机械性能抽芯铆钉》 GB/T3098.19-2004 《紧固件机械性能螺母、粗牙螺纹》 GB/T3098.2-2000 《紧固件机械性能螺母、细牙螺纹》 GB/T3098.4-2000 《紧固件机械性能螺栓、螺钉和螺柱》 GB/T3098.1-2000 《紧固件机械性能自攻螺钉》 GB/T3098.5-2000 《紧固件术语盲铆钉》 GB/T3099-2004 《铝合金门窗》 GB/T8478-2008 《螺纹紧固件应力截面积和承载面积》 GB/T16823.1-1997 《十字槽盘头螺钉》 GB/T818-2000 《地弹簧》 QB/T2697-2005 《铝合金门插锁》 QB/T3885-1999 《平开铝合金窗把手》 QB/T3886-1999 《铝合金撑挡》 QB/T3887-1999 《铝合金窗不锈钢滑撑》 QB/T3888-1999 《铝合金门窗拉手》 QB/T3889-1999 《铝合金窗锁》 QB/T3900-1999 《铝合金门锁》 QB/T3901-1999 《推拉铝合金门用滑轮》 QB/T3902-1999 《闭合器》 QB/T3893-1999 《外装门锁》 QB/T2473-2000 《弹子插芯门锁》 GB/T2474-2000 《叶片门锁》 QB/T2475-2000 《球型门锁》 QB/T2476-2000 《铜合金铸件》 GB/T13819-1992 《锌合压铸件》 GB/T13821-1992 《铝合金压铸件》 GB/T15114-1994 《铸件尺寸公差与机械加工余量》 QB/T6414-1999 《建筑门窗五金件 插销》 JG214-2007 《建筑门窗五金件 传动机构用执手》 JG124-2007 《建筑门窗五金件 旋压执手》 JG213-2007 《建筑门窗五金件 合页(铰链)》 JG125-2007 《建筑门窗五金件 传动锁闭器》 JG126-2007 《建筑门窗五金件 滑撑》 JG127-2007 《建筑门窗五金件 滑轮》 JG129-2007 《建筑门窗五金件 多点锁闭器》 JG215-2007 《建筑门窗五金件 撑挡》 JG128-2007 《建筑门窗五金件 通用要求》 JG212-2007 《建筑门窗五金件 单点锁闭器》 JG130-2007 《建筑门窗内平开下悬五金系统》 JG168-2004 《钢塑共挤门窗》 JG207-2007 《电动采光排烟窗》 JG189-2006 1.8 相关物理性能等级测试方法: 《彩色涂层钢板和钢带试验方法》 GB/T13448-2006 《钢结构工程施工质量验收规范》 GB50205-2001 《混凝土结构工程施工质量验收规范》 GB50204-2002 《建筑防水材料老化试验方法》 GB/T18244-2000 《建筑外门窗保温性能分级及检测方法》 GB/T8484-2008 《建筑外窗采光性能分级及检测方法》 GB/T11976-2002 《建筑门窗空气隔声性能分级及检测方法》 GB/T8485-2008 《建筑外门窗气密、水密、抗风压性能分级及检测方法》GB/T7106-2008 《建筑装饰装修工程施工质量验收规范》 GB50210-2001 《金属材料室温拉伸试验方法》 GB/T228-2002 1.9 《建筑结构静力计算手册》(第二版) 1.10 土建图纸: 2 基本参数 2.1 门窗所在地区: 舟山地区; 2.2 地面粗糙度分类等级: 按《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001) 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A类地形考虑。 3 门窗承受荷载计算 3.1 计算依据: 按建筑结构荷载规范(GB50009-2001)计算: wk=βgzμzμs1w0 ……7.1.1-2[GB50009-2001 2006年版] 上式中: wk:作用在门窗上的风荷载标准值(MPa); Z:计算点标高:47m; βgz:瞬时风压的阵风系数; 根据不同场地类型,按以下公式计算(高度不足5m按5m计算): βgz=K(1+2μf) 其中K为地面粗糙度调整系数,μf为脉动系数 A类场地: βgz=0.92×(1+2μf) 其中:μf=0.387×(Z/10)-0.12 B类场地: βgz=0.89×(1+2μf) 其中:μf=0.5(Z/10)-0.16 C类场地: βgz=0.85×(1+2μf) 其中:μf=0.734(Z/10)-0.22 D类场地: βgz=0.80×(1+2μf) 其中:μf=1.2248(Z/10)-0.3 对于A类地形,47m高度处瞬时风压的阵风系数: βgz=0.92×(1+2×(0.387(Z/10)-0.12))=1.5114 μz:风压高度变化系数; 根据不同场地类型,按以下公式计算: A类场地: μz=1.379×(Z/10)0.24 当Z>300m时,取Z=300m,当Z<5m时,取Z=5m; B类场地: μz=(Z/10)0.32 当Z>350m时,取Z=350m,当Z<10m时,取Z=10m; C类场地: μz=0.616×(Z/10)0.44 当Z>400m时,取Z=400m,当Z<15m时,取Z=15m; D类场地: μz=0.318×(Z/10)0.60 当Z>450m时,取Z=450m,当Z<30m时,取Z=30m; 对于A类地形,47m高度处风压高度变化系数: μz=1.379×(Z/10)0.24=1.9993 μs1:局部风压体型系数; 按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001(2006年版)第7.3.3条:验算围护构件及其连接的强度时,可按下列规定采用局部风压体型系数μs1: 一、外表面 1. 正压区 按表7.3.1采用; 2. 负压区 — 对墙面, 取-1.0 — 对墙角边, 取-1.8 二、内表面 对封闭式建筑物,按表面风压的正负情况取-0.2或0.2。 本计算点为大面位置。 由于大部分门窗都有开启,按[5.3.2]JGJ102-2003条文说明,门窗结构一般的体型系数取1.2(大面区域)、2.0(转角区域)。 另注:上述的局部体型系数μs1(1)是适用于围护构件的从属面积A小于或等于1m2的情况,当围护构件的从属面积A大于或等于10m2时,局部风压体型系数μs1(10)可乘以折减系数0.8【μs1(1)X0.8】,当构件的从属面积小于10m2而大于1m2时,局部风压体型系数μs1(A)可按面积的对数线性插值,即: μs1(A)=μs1(1)+[μs1(10)-μs1(1)]logA 在上式中:当A≥10m2时取A=10m2;当A≤1m2时取A=1m2; w0:基本风压值(MPa),根据现行<<建筑结构荷载规范>>GB50009-2001附表D.4(全国基本风压分布图)中数值采用,按重现期50年,北京地区取0.00085MPa; 3.2 计算杆件时的风荷载标准值: wk=βgzμzμs1w0 =1.5114×1.9993×1×0.00085 =0.002568MPa 3.3 计算玻璃时的风荷载标准值: wk=βgzμzμs1w0 =1.5114×1.9993×1×0.00085 =0.002568MPa 3.4 垂直于门窗平面的分布水平地震作用标准值: qEAk=βEαmaxGk/A ……5.3.4[JGJ102-2003] qEAk: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; Gk:门窗构件的重力荷载标准值(N); A:门窗构件的面积(mm2); 3.5 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; wk=βgzμzμs1w0 =1.5114×1.9993×1×0.00085 =0.002568MPa 4 门窗竖中梃计算 基本参数: 1:计算点标高:47m; 2:力学模型:单跨简支梁; 3:竖中梃跨度:H=1600mm; 4:竖中梃左受荷单元宽:W1=600mm;竖中梃右受荷单元宽:W2=1500mm; 4.1 竖中梃计算简图的确定: 因为:W1<H W2<H 所以,左受荷单元作用在竖中梃上是梯形荷载; 右受荷单元作用在竖中梃上是梯形荷载。 4.2 选用竖中梃材料的截面特性: (1)外框参数: 选用型材号:50系列 外框的抗弯强度设计值:fa=90MPa 外框的抗剪强度设计值:τa=55MPa 外框弹性模量:Ea=70000MPa 外框绕X轴惯性矩:Iax=154440mm4 外框绕Y轴惯性矩:Iay=18930mm4 外框绕X轴净截面抵抗矩:Wanx1=4013mm3 外框绕X轴净截面抵抗矩:Wanx2=5824mm3 外框净截面面积:Aan=385.8mm2 外框截面垂直于X轴腹板的截面总宽度:tax=3mm 外框受力面对中性轴的面积矩:Sax=3299mm3 塑性发展系数γ: 对于非铝合金龙骨,参照JGJ133或JGJ102规范,取1.05; 对于铝合金龙骨,参照最新《铝合金结构设计规范》GB 50429-2007,取1.00; 此处取:γ=1.00 (2)内框参数: 选用内框号:[5 内框的抗弯强度设计值:fs=215MPa 内框的抗剪强度设计值:τs=125MPa 内框弹性模量:Es=206000MPa 内框绕X轴惯性矩:Isx=260000mm4 内框绕Y轴惯性矩:Isy=83000mm4 内框绕X轴净截面抵抗矩:Wsnx1=10400mm3 内框净截面面积:Asn=692.8mm2 内框截面垂直于X轴腹板的截面总宽度:tsx=4.5mm 内框受力面对中性轴的面积矩:Ssx=6400mm3 塑性发展系数γ: 对于非铝合金龙骨,参照JGJ133或JGJ102规范,取1.05; 对于铝合金龙骨,参照最新《铝合金结构设计规范》GB 50429-2007,取1.00; 此处取:γ=1.05 4.3 风荷载作用的线荷载集度: (1)左单元荷载线荷载集度分析: qwk1:左单元在风荷载作用下的线荷载集度标准值(N/mm); qw1:左单元在风荷载作用下的线荷载集度设计值(N/mm); wwk:风荷载标准值(MPa); Ww1:门窗竖中梃左单元宽度(mm); H:竖中梃的跨度(mm); qwk1=wwk×W1/2 =0.001267×600/2 =0.38N/mm qw1=1.4qwk1 =1.4×0.38 =0.532N/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0.16; 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] =5.0×0.16×0.0005 =0.0004MPa qEk1:左受荷单元水平地震作用线荷载集度标准值(N/mm); W1:左受荷单元宽(mm); H:竖中梃的跨度(mm); qEk=qEAk×W1/2 =0.0004×600/2 =0.12N/mm qE1:左受荷单元水平地震作用线荷载集度设计值(N/mm); qE1=1.3qEk1 =1.3×0.12 =0.156N/mm qk1:左受荷单元受水平作用组合线荷载集度标准值(N/mm); q1:左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 =0.532+0.5×0.156 =0.61N/mm 用于挠度计算时,采用Sw标准值: ……5.4.1[JGJ102-2003] qk1=qwk1 =0.38N/mm (2)右单元荷载线荷载集度分析: qwk2:在右单元的风荷载作用下的线荷载集度标准值(N/mm); qw2:在右单元的风荷载作用下的线荷载集度设计值(N/mm); wwk:风荷载标准值(MPa); W2:门窗竖中梃右单元宽度(mm); H:竖中梃的跨度(mm); qwk2=wwk×W2/2 =0.001267×1500/2 =0.95N/mm qw2=1.4qwk2 =1.4×0.95 =1.33N/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0.16; 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] =5.0×0.16×0.0005 =0.0004MPa qEk2:右受荷单元水平地震作用线荷载集度标准值(N/mm); W2:右受荷单元宽(mm); H:竖中梃的跨度(mm); qEk2=qEAk×W2/2 =0.0004×1500/2 =0.3N/mm qE2:右受荷单元水平地震作用线荷载集度设计值(N/mm); qE2=1.3qEk2 =1.3×0.3 =0.39N/mm qk2:右受荷单元受水平作用组合线荷载集度标准值(N/mm); q2:右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 =1.33+0.5×0.39 =1.525N/mm 用于挠度计算时,采用Sw标准值: ……5.4.1[JGJ102-2003] qk2=qwk2 =0.95N/mm 4.4 门窗竖中梃荷载分配: 按照等挠度原则,进行荷载分配 (1)左单元承受的风荷载作用集度分配: qak1:左单元风荷载作用下分布在外框上的线荷载标准值(N/mm); qsk1:左单元风荷载作用下分布在内框上的线荷载标准值(N/mm); qa1:左单元风荷载作用下分布在外框上的线荷载设计值(N/mm); qs1:左单元风荷载作用下分布在内框上的线荷载设计值(N/mm); Ea:外框的弹性模量(MPa); Es:内框的弹性模量(MPa); Iax:外框的绕X轴惯性矩(mm4); Isx:内框的绕X轴惯性矩(mm4); qak1=qk1×EaIax/(EaIax+EsIsx) =0.38×70000×154440/(70000×154440+206000×260000) =0.064N/mm qsk1=qk1×EsIsx/(EaIax+EsIsx) =0.38×206000×260000/(70000×154440+206000×260000) =0.316N/mm qa1=q1×EaIax/(EaIax+EsIsx) =0.61×70000×154440/(70000×154440+206000×260000) =0.102N/mm qs1=q1×EsIsx/(EaIax+EsIsx) =0.61×206000×260000/(70000×154440+206000×260000) =0.508N/mm (2)右单元承受的风荷载作用集度分配: qa
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