铝合金门窗计算书.doc

铝合金门窗设计计算书设计： 校对： 审核： 批准： 三月目录1 计算引用的规范、标准及资料11.1 门窗及相关设计规范：11.2 建筑设计规范：11.3 铝材规范：21.4 玻璃规范：21.5 钢材规范：21.6 胶类及密封材料规范：31.7 门窗及五金件规范：31.8 相关物理性能等级测试方法：41.9 建筑结构静力计算手册(第二版)51.10 土建图纸：52 基本参数52.1 门窗所在地区52.2 地面粗糙度分类等级52.3 抗震设防53 门窗承受荷载计算63.1 计算依据63.2 计算杆件时的风荷载标准值73.3 计算玻璃时的风荷载标准值73.4 垂直于门窗平面的分布水平地震作用标准值73.5 作用效应组合84 门窗竖中梃计算84.1 竖中梃受荷单元分析84.2 选用竖中梃型材的截面特性114.3 竖中梃的抗弯强度计算114.4 竖中梃的挠度计算124.5 竖中梃的抗剪计算125 玻璃板块的选用与校核135.1 玻璃板块荷载计算：135.2 玻璃的强度计算：145.3 玻璃最大挠度校核：156 附录 常用材料的力学及其它物理性能17门窗设计计算书1 计算引用的规范、标准及资料1.1 门窗及相关设计规范：铝合金结构设计规范 GB50429-2023玻璃幕墙工程技术规范 JGJ102-2023建筑玻璃应用技术规程 JGJ113-2023建筑幕墙 GB/T21086-2023金属与石材幕墙工程技术规范 JGJ133-2023铝合金门窗工程技术规范 JGJ214-2023铝合金门窗 GB/T8478-2023未增塑聚乙烯(PVC-U)塑料窗 JGT/140-2023塑料门窗工程技术规程 JGJ103-20231.2 建筑设计规范：地震震级的规定 GB/T17740-1999钢结构防火涂料 GB14907-2023钢结构设计规范 GB50017-2023高层建筑混凝土结构技术规程 JGJ3-2023高层民用建筑设计防火规范 GB50045-95(2023年版)高处作业吊蓝 GB19155-2023工程抗震术语标准 JGJ/T97-2023混凝土结构后锚固技术规程 JGJ145-2023混凝土结构设计规范 GB50010-2023混凝土用膨胀型、扩孔型建筑锚栓 JG160-2023建筑表面用有机硅防水剂 JC/T902-2023建筑材料放射性核素限量 GB6566-2023建筑防火封堵应用技术规程 CECS154：2023建筑钢结构焊接技术规程 JGJ81-2023建筑工程抗震设防分类标准 GB50223-2023建筑工程预应力施工规程 CECS180：2023建筑结构荷载规范 GB50009-2023(2023年版、局部修订)建筑结构可靠度设计统一标准 GB50068-2023建筑抗震设计规范 GB50011-2023建筑设计防火规范 GB50016-2023建筑物防雷设计规范 GB50057-2023冷弯薄壁型钢结构技术规范 GB50018-2023民用建筑设计通则 GB50352-20231.3 铝材规范：变形铝及铝合金化学成份 GB/T3190-2023建筑用隔热铝合金型材 JG175-2023建筑用铝型材、铝板氟碳涂层 JG/T133-2023铝合金建筑型材第1部分基材 GB5237.1-2023铝合金建筑型材第2部分阳极氧化、着色型材 GB5237.2-2023铝合金建筑型材第3部分电泳涂漆型材 GB5237.3-2023铝合金建筑型材第4部分粉末喷涂型材 GB5237.4-2023铝合金建筑型材第5部分氟碳漆喷涂型材 GB5237.5-2023铝合金建筑型材第6部分隔热型材 GB5237.6-2023铝及铝合金彩色涂层板、带材 YS/T431-2023一般工业用铝及铝合金板、带材 GB/T3880.13-2023铝型材截面几何参数算法及计算机程序规定 YS/T437-2023有色电泳涂漆铝合金建筑型材 YS/T459-20231.4 玻璃规范：镀膜玻璃 第1部分：阳光控制镀膜玻璃 GB/T18915.1-2023镀膜玻璃 第2部分：低辐射镀膜玻璃 GB/T18915.2-2023防弹玻璃 GB17840-1999平板玻璃 GB11614-2023建筑用安全玻璃 第3部分：夹层玻璃 GB15763.3-2023建筑用安全玻璃 第2部分：钢化玻璃 GB15763.2-2023建筑用安全玻璃 防火玻璃 GB15763.1-2023幕墙用钢化玻璃与半钢化玻璃 GB17841-2023热弯玻璃 JC/T915-2023压花玻璃 JC/T511-2023中空玻璃 GB/T11944-20231.5 钢材规范：建筑结构用冷弯矩形钢管 JG/T178-2023不锈钢小直径无缝钢管 GB/T3090-2023擦窗机 GB19154-2023彩色涂层钢板和钢带 GB/T12754-2023低合金钢焊条 GB/T5118-1995低合金高强度结构钢 GB/T1591-2023建筑幕墙用钢索压管接头 JG/T201-2023耐候结构钢 GB/T4171-2023高碳铬不锈钢丝 YB/T0961997合金结构钢 GB/T3077-1999金属覆盖层钢铁制品热镀锌层技术规定 GB/T13912-2023冷拔异形钢管 GB/T3094-2023碳钢焊条 GB/T5117-1999碳素结构钢 GB/T700-2023碳素结构钢和低合金结构钢热轧薄钢板及钢带GB/T912-2023碳素结构钢和低合金结构钢热轧厚钢板及钢带GB/T3274-2023优质碳素结构钢 GB/T699-19991.6 胶类及密封材料规范：丙烯酸酯建筑密封膏 JC484-2023幕墙玻璃接缝用密封胶 JC/T882-2023彩色涂层钢板用建筑密封胶 JC/T884-2023丁基橡胶防水密封胶粘带 JC/T942-2023干挂石材幕墙用环氧胶粘剂 JC887-2023工业用橡胶板 GB/T5574-1994混凝土建筑接缝用密封胶 JC/T881-2023建筑窗用弹性密封剂 JC485-2023建筑密封材料实验方法 GB/T13477.120-2023建筑用防霉密封胶 JC/T885-2023建筑用硅酮结构密封胶 GB16776-2023建筑用岩棉、矿渣棉绝热制品 GB/T19686-2023建筑用硬质塑料隔热条 JG/T174-2023建筑装饰用天然石材防护剂 JC/T973-2023聚氨酯建筑密封胶 JC/T482-2023聚硫建筑密封胶 JC/T483-2023绝热用岩棉、矿棉及其制品 GB/T11835-2023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/T883-2023橡胶袖珍硬度计压入硬度实验方法 GB/T531-1999修补用天然橡胶胶粘剂 HG/T3318-2023中空玻璃用弹性密封胶 JC/T486-2023中空玻璃用丁基热熔密封胶 JC/T914-20231.7 门窗及五金件规范：封闭型沉头抽芯铆钉 GB/T12616-2023封闭型平圆头抽芯铆钉 GB/T12615-2023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/T3103.1-2023紧固件机械性能不锈钢螺母 GB/T3098.15-2023紧固件机械性能不锈钢螺栓、螺钉、螺柱 GB/T3098.6-2023紧固件机械性能抽芯铆钉 GB/T3098.19-2023紧固件机械性能螺母、粗牙螺纹 GB/T3098.2-2023紧固件机械性能螺母、细牙螺纹 GB/T3098.4-2023紧固件机械性能螺栓、螺钉和螺柱 GB/T3098.1-2023紧固件机械性能自攻螺钉 GB/T3098.5-2023紧固件术语盲铆钉 GB/T3099-2023铝合金门窗 GB/T8478-2023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/T818-2023地弹簧 QB/T2697-2023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/T2473-2023弹子插芯门锁 GB/T2474-2023叶片门锁 QB/T2475-2023球型门锁 QB/T2476-2023铜合金铸件 GB/T13819-1992锌合压铸件 GB/T13821-1992铝合金压铸件 GB/T15114-2023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 JG214-2023建筑门窗五金件 传动机构用执手 JG124-2023建筑门窗五金件 旋压执手 JG213-2023建筑门窗五金件 合页（铰链） JG125-2023建筑门窗五金件 传动锁闭器 JG126-2023建筑门窗五金件 滑撑 JG127-2023建筑门窗五金件 滑轮 JG129-2023建筑门窗五金件 多点锁闭器 JG215-2023建筑门窗五金件 撑挡 JG128-2023建筑门窗五金件 通用规定 JG212-2023建筑门窗五金件 单点锁闭器 JG130-2023建筑门窗内平开下悬五金系统 JG168-2023钢塑共挤门窗 JG207-2023电动采光排烟窗 JG189-20231.8 相关物理性能等级测试方法：彩色涂层钢板和钢带实验方法 GB/T13448-2023钢结构工程施工质量验收规范 GB50205-2023混凝土结构工程施工质量验收规范 GB50204-2023建筑防水材料老化实验方法 GB/T18244-2023建筑外门窗保温性能分级及检测方法 GB/T8484-2023建筑外窗采光性能分级及检测方法 GB/T11976-2023建筑门窗空气隔声性能分级及检测方法 GB/T8485-2023建筑外门窗气密、水密、抗风压性能分级及检测方法GB/T7106-2023建筑装饰装修工程质量验收规范 GB50210-2023金属材料室温拉伸实验方法 GB/T228-20231.9 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 松滋地区2.2 地面粗糙度分类等级 按建筑结构荷载规范(GB50009-2023) 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。2.3 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也许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，以及地震时也许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款以外按标准规定进行设防的建筑，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减少规定的建筑，简称丁类； 在维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规定加强其抗震措施，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规定拟定其地震作用； 2.重点设防类，应按高于本地区抗震设防烈度一度的规定加强其抗震措施，同时，应按本地区抗震设防烈度拟定其地震作用； 3.标准设防类，应按本地区抗震设防烈度拟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拟定其抗震措施和地震作用； 根据国家规范建筑抗震设计规范GB50011-2023，松滋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：max=0.04；3 门窗承受荷载计算3.1 计算依据按建筑结构荷载规范(GB50009-2023)计算： wk=gzzs1w0 7.1.1-2GB50009-2023 2023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：51m； gz：瞬时风压的阵风系数； 根据不同场地类型,按以下公式计算(高度局限性5m按5m计算)： gz=K(1+2f) 其中K为地面粗糙度调整系数，f为脉动系数 A类场地： gz=0.92(1+2f) 其中：f=0.387(Z/10)-0.12 B类场地： gz=0.89(1+2f) 其中：f=0.5(Z/10)-0.16 C类场地： gz=0.85(1+2f) 其中：f=0.734(Z/10)-0.22 D类场地： gz=0.80(1+2f) 其中：f=1.2248(Z/10)-0.3对于C类地形，51m高度处瞬时风压的阵风系数： gz=0.85(1+2(0.734(Z/10)-0.22)=1.7219 B类地形=1.5049 z：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： z=1.379(Z/10)0.24 当Z300m时，取Z=300m，当Z350m时，取Z=350m，当Z400m时，取Z=400m，当Z450m时，取Z=450m，当Z30m时，取Z=30m；对于C类地形，51m高度处风压高度变化系数：z=0.616(Z/10)0.44=1.2616 B类地形=1.6843 s1：局部风压体型系数； 按建筑结构荷载规范GB50009-2023(2023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s1： 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。 参JGJ102-2023第5.3.2条文说明：风荷载在建筑物表面分布是不均匀的，在檐口附近、边角部位较大。根据风洞实验结果和国外的有关资料，在上述区域风吸力系数可取-1.8，其余墙面可考虑-1.0，由于维护结构有启动的也许，所以还应考虑室内压-0.2。对无启动的结构，建筑结构荷载规范条文说明第7.3.3条指出“对封闭建筑物，考虑到建筑物内实际存在的个别洞口和缝隙，以及机械通风等因素，室内也许存在正负不同的气压，参照国外规范，大多取(0.2-0.25)的压力系数，现取0.2”。即不管有无启动扇，均要考虑内表面的局部体型系数。 另注：上述的局部体型系数s1(1)是合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s1(10)可乘以折减系数0.8，当构件的从属面积小于10m2而大于1m2时，局部风压体型系数s1(A)可按面积的对数线性插值，即： s1(A)=s1(1)+s1(10)-s1(1)logA 在上式中： 当A10m2时，取A=10m2； 当A1m2时，取A=1m2； s1(10)=0.8s1(1) w0：基本风压值(MPa)，根据现行GB50009-2023附表D.4(全国基本风压分布图)中数值采用，按重现期50年，武汉地区取0.00035MPa；宜昌松滋取0.0003MPa3.2 计算杆件时的风荷载标准值 计算杆件时的构件从属面积： A=0.91.72=1.548m2 LogA=0.19 s1(A)=s1(1)+s1(10)-s1(1)logA =0.962 s1=0.962+0.2 =1.162 wk=gzzs1w0 =1.72191.26161.1620.00035 =0.000883MPa 由于计算得到的风荷载标准值小于0.001MPa，所以取：0.001MPa3.3 计算玻璃时的风荷载标准值 计算玻璃时的构件从属面积： A=1.81.15=2.07m2 LogA=0.316 s1(A)=s1(1)+s1(10)-s1(1)logA =0.937 s1=0.937+0.2 =1.137 wk=gzzs1w0 =1.72191.26161.1370.00035 =0.000864MPa 由于计算得到的风荷载标准值小于0.001MPa，所以取：0.001MPa3.4 垂直于门窗平面的分布水平地震作用标准值 qEAk=EmaxGk/A 5.3.4JGJ102-2023 qEAk：垂直于门窗平面的分布水平地震作用标准值(MPa)； E：动力放大系数,取5.0； max：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=GSGk+wwSwk+EESEk 5.4.1JGJ102-2023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； G、w、E：各效应的分项系数； w、E：分别为风荷载，地震作用效应的组合系数。上面的G、w、E为分项系数，按5.4.2、5.4.3、5.4.4JGJ102-2023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：G：1.2； 风 荷 载：w：1.4； 地震作用：E：1.3；进行挠度计算时； 重力荷载：G：1.0； 风 荷 载：w：1.0； 地震作用：可不做组合考虑；上式中，风荷载的组合系数w为1.0； 地震作用的组合系数E为0.5；4 门窗竖中梃计算基本参数： 1：计算点标高：51m； 2：力学模型：简支梁； 3：竖中梃跨度：H=1720mm； 4：竖中梃左受荷单元宽：W1=650mm； 竖中梃右受荷单元宽：W2=1150mm； 5：竖中梃材质：6063-T6，断热型材；4.1 竖中梃受荷单元分析(1)竖中梃计算简图的拟定： 由于：W1H W2H 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；受力简图为： (2)竖中梃在左受荷单元力作用下的受力分析： wk：风荷载标准值(MPa)； W1：左受荷单元宽(mm)； H：竖中梃的跨度(mm)； qwk1：在左受荷单元作用下的风荷载线集度标准值(N/mm)； qw1：在左受荷单元作用下的风荷载线集度设计值(N/mm)； qwk1=wkW1/2 =0.001650/2 =0.325N/mm qw1=1.4qwk1 =1.40.325 =0.455N/mm qEAk：垂直于幕墙平面的分布水平地震作用标准值(MPa)； E：动力放大系数，取5.0； max：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=EmaxGk/A 5.3.4JGJ102-2023 =5.00.040.0005 =0.0001MPa qEk1：左受荷单元水平地震作用线荷载集度标准值(N/mm)； H：竖中梃的跨度(mm)； W1：左受荷单元宽(mm)； qEk=qEAkW1/2 =0.0001650/2 =0.032N/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 =1.30.032 =0.042N/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： 5.4.1JGJ102-2023 q1=qw1+0.5qE1 =0.455+0.50.042 =0.476N/mm用于挠度计算时，采用Sw标准值： 5.4.1JGJ102-2023 qk1=qwk1 =0.325N/mm M1：在左受荷单元力作用下的跨中最大弯矩设计值(Nmm)； M1=q1H2/24(3-(W1/H)2) =0.47617202/24(3-(650/1720)2) =167645.217Nmm V1：在左受荷单元力作用下的剪力设计值(N)； V1=q1H/2(1-W1/2/H) =0.4761720/2(1-650/2/1720) =332.01N(3)竖中梃在右受荷单元力作用下的受力分析： wk：风荷载标准值(MPa)； W2：右受荷单元宽(mm)； H：竖中梃的跨度(mm)； qwk2：在右受荷单元作用下的风荷载线集度标准值(N/mm)； qw2：在右受荷单元作用下的风荷载线集度设计值(N/mm)； qwk2=wkW2/2 =0.0011150/2 =0.575N/mm qw2=1.4qwk2 =1.40.575 =0.805N/mm qEAk：垂直于幕墙平面的分布水平地震作用标准值(MPa)； E：动力放大系数，取5.0； max：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=EmaxGk/A 5.3.4JGJ102-2023 =5.00.040.0005 =0.0001MPa qEk2：右受荷单元水平地震作用线荷载集度标准值(N/mm)； W2：左受荷单元宽(mm)； H：竖中梃的跨度(mm)； qEk2=qEAkW2/2 =0.00011150/2 =0.058N/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 =1.30.058 =0.075N/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： 5.4.1JGJ102-2023 q2=qw2+0.5qE2 =0.805+0.50.075 =0.842N/mm用于挠度计算时，采用Sw标准值： 5.4.1JGJ102-2023 qk2=qwk2 =0.575N/mm M2：在右受荷单元力作用下的跨中最大弯矩设计值(Nmm)； M2=q2H2/24(3-(W2/H)2) =0.84217202/24(3-(1150/1720)2) =264973.892Nmm V2：在右受荷单元力作用下的剪力设计值(N)； V2=q2H/2(1-W2/2/H) =0.8421720/2(1-1150/2/1720) =482.045N4.2 选用竖中梃型材的截面特性 选用型材号：NM5502 型材的抗弯强度设计值：f=150MPa 型材的抗剪强度设计值：=85MPa 型材弹性模量：E=70000MPa 绕X轴惯性矩：Ix=113710mm4 绕Y轴惯性矩：Iy=86300mm4 绕X轴净截面抵抗矩：Wnx1=5184mm3 绕X轴净截面