铝合金门窗计算书.pdf

1 万科城市高尔夫花园一期 铝合金门窗工程 设计计算书 xx 幕墙工程有限公司 二零零四年五月 2第一 概 要 万科城市高尔夫花园一期为多栋低层住宅，此些工程由多栋住宅组成，以低层住宅为主，有部分底商等公共建筑,各楼标高不同,建筑最高标高约为 20 米,根据该高度进行计算设计风压。一、铝合金门窗所用型材为断桥型材，6063T5 合金牌号。表面使用静电粉末涂料，玻璃为 5mm 单片玻璃（钢化）及部分 6mm 白玻（磨砂）。平开门窗采用 50 系列，推拉门采用 90 系列。二、本设计计算书仅对门窗方案图进行结构验算。第二 风荷载 万科城市高尔夫花园一期项目位于东莞市郊区，属于多层住宅，楼高统一按 20 米计算。根据东莞市的地区情况及国家有关规定，现对本项目的风荷载进行确定，地面粗糙度按 B 类取值，并由此确定出风荷载标准值（）和风荷载设计值（o）。一、风荷载标准值（）=z z s o 式中：z-阵风系数：z=1.69（查建筑结构荷载规范，表 7.5.1）s-风荷载体型系数：垂直幕墙外表面s=-1.2 z-为风压高度系数,根据幕墙相对地面高度有不同的取值。相对高度为 20 米，地面粗糙度为 B 类时，z=1.25 o-基本风压：3o=0.55KN/m2 （东莞，按 50 年一遇,）=1.691.21.250.55 =1.394 KN/m2 二、风荷载设计值 =1.4 =1.2681.4=1.952 KN/m2 参考三性试验,平开窗按设计风压 2500Pa 进行计算,平开门及推拉门窗按设计风压 2000Pa 进行计算。第三 材料特性 一、铝材（6063-T5）：（玻璃幕墙工程技术规范 JGJ 102-2003）铝=85.5N/mm2 E=70000 N/mm2 二、钢材（Q235 钢）：（钢结构设计规范 GB50017-2003）钢=215 N/mm2 E=210000 N/mm2 4钢=125 N/mm2 三、玻璃：（玻璃幕墙工程技术规范 JGJ 102-2003）512mm 厚浮法玻璃 =28 N/mm2 512mm 厚钢化玻璃 =84 N/mm2 E=720000 N/mm2 第四 安全条件 一、竖杆和横杆 根据建筑外窗抗风性能分级及其检测方法GB7106-86 附录 A建筑外窗抗风压强度计算方法，本工程门窗杆件应该满足如下条件：刚度条件：在标准风荷载作用下 fmax f f=L/180&15mm 强度条件：在设计风荷载作用下 max max=Mmax/W 其中：fmax 杆件的最大挠度 f 杆件的许可挠度 L 杆件的两支点间距 max 杆件计算截面上的最大应力 材料抗弯允许应力 Mmax 杆件的最大弯距 5W 净截面抵抗矩 二、玻璃强度条件 玻璃在设计风荷载作用下，玻璃中的最大应力满足下式：max 其中：max 荷载作用下在玻璃中产生的最大应力 玻璃的允许应力 第五 玻璃强度计算 在玻璃计算中，只需选取典型的玻璃尺寸及种类进校核，所有钢化玻璃只需对最大尺寸玻璃进行校核，所有浮法玻璃只需对最大尺寸玻璃进行校核。根据本工程要求，玻璃面积在 1.5m2以上用钢化玻璃，玻璃面积在 1.5m2以下用浮法玻璃。在施工图中玻璃面积为 ab。一、玻璃的计算 1(钢化玻璃计算-面积大于 1.5m2)最大玻璃尺寸为 2400mm2800mm 玻璃种类：8mm 钢化玻璃。1).玻璃的应力计算 w=6 m.wk.a2./t2 式中：w-风荷载作用下玻璃最大应力（N/mm2）;wk-风荷载标准值（N/mm2）;a -玻璃短边边长(mm);E -玻璃的弹性模量(N/mm2);6t -玻璃的厚度(mm)；中空玻璃的等效厚度为单玻的 1.2 倍；m-弯曲系数,a/b=24000/2800=0.857，查表得 m=0.0576 -折 减 系 数,=wk.a4/(E.t4)=1.394 24004/(7200084)/1000=156.8，查表得=0.6 w=6.m.wk.a2./t2 =60.05761.394240020.6/(100082)=26 N/mm2 84 N/mm2 满足要求。2).玻璃的挠度计算 df=.wk.a4./D df -在风荷载标准值作用下挠度最大值(mm);wk -垂直于玻璃平面的风荷载标准值(N/m2);-挠度系数，由玻璃板短边与长边边长之比 a/b,查表 6.1.3 得。=0.00547 -折 减 系 数,=wk.a4/(E.t4)=1.394 24004/(7200084)=156.8 查表得=0.6 D -玻璃刚度，D=Et3/(12(1-2),v -玻璃泊松比，v=0.2 7t -玻璃厚度；D=Et3/(12(1-v2)=7200083/(12(1-0.22)=3200000 df=.wk.a4./D =0.005471.394240040.6/3200000/1000 =37.43mm 2400/60=40mm 玻璃的挠度满足要求。二、玻璃的计算 2(钢化玻璃计算-面积大于 1.5m2)最大玻璃尺寸为 1700mm2100mm 玻璃种类：6mm 钢化玻璃。1).玻璃的应力计算 w=6 m.wk.a2./t2 式中：w-风荷载作用下玻璃最大应力（N/mm2）;wk-风荷载标准值（N/mm2）;a -玻璃短边边长(mm);E -玻璃的弹性模量(N/mm2);t -玻璃的厚度(mm)；中空玻璃的等效厚度为单玻的 1.2 倍；m-弯曲系数,a/b=1700/2100=0.8，8查表得 m=0.0628 -折 减 系 数,=wk.a4/(E.t4)=1.394 17004/(7200064)/1000=124，查表得=0.65 w=6.m.wk.a2./t2 =60.06281.394170020.65/(100062)=28.43 N/mm2 84 N/mm2 满足要求。2).玻璃的挠度计算 df=.wk.a4./D df -在风荷载标准值作用下挠度最大值(mm);wk -垂直于玻璃平面的风荷载标准值(N/m2);-挠度系数，由玻璃板短边与长边边长之比 a/b,查表 6.1.3 得。=0.00603 -折 减 系 数,=wk.a4/(E.t4)=1.394 17004/(7200064)/1000=124，查表得=0.65 D -玻璃刚度，D=Et3/(12(1-2),v -玻璃泊松比，v=0.2 t -玻璃厚度；D=Et3/(12(1-v2)=7200063/(12(1-0.22)9=1350000 df=.wk.a4./D =0.006031.394170040.65/1350000/1000 =25.46mm 1700/60=28.3mm 玻璃的挠度满足要求。三、玻璃的计算 3(钢化玻璃计算)最大玻璃尺寸为 1300mm1500mm 玻璃种类：5mm 单片钢化玻璃。玻璃的标准风荷载：wk=1.394(N/m2);1).玻璃的应力计算 w=6 m.wk.a2./t2 式中：w-风荷载作用下玻璃最大应力（N/mm2）;wk-风荷载标准值（N/mm2）;a -玻璃短边边长(mm);E -玻璃的弹性模量(N/mm2);t -玻璃的厚度(mm)；中空玻璃的等效厚度为单玻的 1.2 倍；m-弯曲系数,a/b=1300/1500=0.867，查表得 m=0.0576 a)玻璃的应力 -折 减 系 数,=wk.a4/(E.t4)=1.394 1013004/(7200054)/1000=63.5，查表得=0.78 w=6.m.wk.a2./t2 =60.05761.394130020.78/(100052)=25.4 N/mm2 84 N/mm2 满足要求。2).玻璃的挠度计算 df=.wk.a4./D df -在风荷载标准值作用下挠度最大值(mm);wk -垂直于玻璃平面的风荷载标准值(N/m2);-挠度系数，由玻璃板短边与长边边长之比 a/b,查表 6.1.3 得。=0.00547 -折 减 系 数,=wk.a4/(E.t4)=1.394 13004/(7200054)/1000=88.47，查表得=0.73 D -玻璃刚度，D=Et3/(12(1-2),v -玻璃泊松比，v=0.2 t -玻璃厚度；D=Et3/(12(1-v2)=7200053/(12(1-0.22)=781250 df=.wk.a4./D 11=0.005471.394130040.73/781250/1000 =20.35mm 1300/60=21.6mm 玻璃的挠度满足要求。四、玻璃的计算 4(浮法玻璃计算)最大玻璃尺寸为 1000mm1400mm 玻璃种类：5mm(浮法)。玻璃的标准风荷载：wk=1.394(N/m2);1).玻璃的应力计算 w=6 m.wk.a2./t2 式中：w-风荷载作用下玻璃最大应力（N/mm2）;wk-风荷载标准值（N/mm2）;a -玻璃短边边长(mm);E -玻璃的弹性模量(N/mm2);t -玻璃的厚度(mm)；m-弯曲系数,a/b=1000/1400=0.714，查表得 m=0.0720 b)外片玻璃的应力 -折 减 系 数,=wk.a4/(E.t4)=1.394 10004/(7200054)/31=101925，查表得=0.5 12 w=6.m.wk.a2./t2 =60.07201.394100020.5/(100052)=13.7 N/mm2 28 N/mm2 满足要求。2).玻璃的挠度计算 df=.wk.a4./D df -在风荷载标准值作用下挠度最大值(mm);wk -垂直于玻璃平面的风荷载标准值(N/m2);-挠度系数，由玻璃板短边与长边边长之比 a/b,查表 6.1.3 得。=0.0070 -折 减 系 数,=wk.a4/(E.t4)=1.394 10004/(7200054)/1000=185，查表得=0.57 D -玻璃刚度，D=Et3/(12(1-2),v -玻璃泊松比，v=0.2 t -玻璃厚度；D=Et3/(12(1-v2)=7200053/(12(1-0.22)=1336545 df=.wk.a4./D =0.00701.648150040.57/1336545/1000 13=14.2mm 1000/60=16.67mm 玻璃的挠度满足要求。第六 竖杆构件强度计算 一、学模型：门窗竖向杆件可简化为梯形荷载作用下的简支梁。窗在风荷载作用下，承受与外窗平面垂直的横向水平力，外窗各框料间构成的受荷单元可视为四边铰接的简支板，每个受荷单元的四角各作 45 斜线，使其与平行于长边的中线相交，这些线把受荷单元分成四块，每个构件可近似地简化为简支梁上呈梯形，三角形的均布荷载。鉴于门窗构件中，中挺是传递荷载的最主要构件，型材的验算以中挺的强度和刚度校核为主。三、具体计算：1、立柱（1）计算：铝立柱+40 6 偏铁 铝立杆截面特性:2 14 I铝=765382（mm4）构件截面惯性矩 W铝=15945（mm3）构件抗弯截面抵抗矩 偏铁 60 6mm 截面特性：I铁=6403/12=32000（mm4）构件截面惯性矩 W铁=6402/6=1600（mm3）构件抗弯截面抵抗矩 组合截面性质：I总=765382+210000/7000032000 =861382（mm4）1.构件强度验算 强度条件:在设计风荷载作用下 max max=Mmax/W q1=h1 =1.394 1450/1000/2 =1.195（N/mm）qk1=h1 =1.952 1450/1000/2 15=1.675（N/mm）q2=h2 =1.394 1450/1000/2 =1.195（N/mm）qk2=h1 =1.952 1450/1000/2 =1.675（N/mm）1=h1/L=1450/2400/2=0.302 2=h2/L=1450/2400/2=0.302 M1=q1L2(3-412)/24 =1.675 24002(3-4 0.3022)/24 =843672(N.mm)M2=q2L2(3-422)/24 =1.67524002(3-40.3022)/24=843672(N.mm)Mmax=M1+M2 =843672+843672=1687344(N.mm)铝立柱承受的弯矩：M铝=Mmax I铝/I总=1687344 765382/861382 =1286314(N.mm)铝立柱的应力：16Max=M铝/(W铝)=1286314/15945=80.67（N/mm2）85.5（N/mm2）OK 406 偏铁承受的弯矩：M铝=Mmax-M铝 =1687344-1286314 =401030(N.mm)偏铁的应力：Max=M铁/(W铁)=401030/3600=111.40（N/mm2）215（N/mm2）OK 式中：Max -构件承受的最大应力,（N/mm2）;Mmax-构件承受的最大弯矩,N.mm;W -在弯矩作用方向的构件净截面抵抗矩,mm3;L -构件长度,(mm);q-构件线荷载,q=a,N/mm;h-窗立杆梯形均布荷载宽度,分别为 h1,h2(mm)-塑性发展系数,取 1.05;当max 时,构件强度合格。2.构件刚度验算 强度条件：在设计风荷载作用下 fmax f f=L/180 17f1=qk1L4(25/8-512+214)/(240E铝I总)=1.19524004(25/8-50.3022+20.3024)/(24070000861382)=6.12mm f2=qk2L4（25/8-522+224）/(240E铝I总)=1.19524004(25/8-50.3022+20.3024)/(24070000861382)=6.12mm fmax=f1+f2=6.12+6.12=12.24mm2400/180=13.3mm OK qk1=k1h1 (N/mm)qk2=k2h2 (N/mm)=h/L 式中：fmax-构件在外力作用下产生的最大挠度（mm）;I -构件截面惯性矩,mm4;L -构件长度,(mm);qk -构件线荷载,qk=kh,N/mm;h -窗立杆梯形均布荷载宽度,分别为 h1,h2(mm)当 fmax f时,构件刚度合格。2、立柱（2）计算：(窗 C-26)铝立柱+40 6 偏铁 铝立杆截面特性:18 I铝=542153（mm4）构件截面惯性矩 W铝=14653（mm3）构件抗弯截面抵抗矩 偏铁 40 6mm 截面特性：I铁=6403/12=32000（mm4）构件截面惯性矩 W铁=6402/6=1600（mm3）构件抗弯截面抵抗矩 组合截面性质：I总=542153+210000/7000032000 =638153（mm4）2.构件强度验算 强度条件:在设计风荷载作用下 max max=Mmax/W q1=h1 =1.648 1300/1000/2 =1.07（N/mm）19qk1=h1 =2.31 1300/1000/2 =1.5（N/mm）q2=h2 =1.648 1300/1000/2 =1.07（N/mm）qk2=h1 =2.31 1300/1000/2 =1.5（N/mm）1=h1/L=1300/2450/2=0.265 2=h2/L=1300/2450/2=0.265 M1=q1L2(3-412)/24 =1.5 24502(3-4 0.2652)/24 =745286(N.mm)M2=q2L2(3-422)/24 =1.524502(3-40.2652)/24=745286(N.mm)Mmax=M1+M2 =745286+745286=1490572(N.mm)铝立柱承受的弯矩：M铝=Mmax I铝/I总=1490572 542153/638153 20 =1266339(N.mm)铝立柱的应力：Max=M铝/(W铝)=1266339/14653=79.6（N/mm2）84.2（N/mm2）OK 406 偏铁承受的弯矩：M铝=Mmax-M总=1490572-1266339 =224233(N.mm)偏铁的应力：Max=M铁/(W铁)=224233/1600=14（N/mm2）215（N/mm2）OK 式中：Max -构件承受的最大应力,（N/mm2）;Mmax-构件承受的最大弯矩,N.mm;W -在弯矩作用方向的构件净截面抵抗矩,mm3;L -构件长度,(mm);q-构件线荷载,q=a,N/mm;h-窗立杆梯形均布荷载宽度,分别为 h1,h2(mm)-塑性发展系数,取 1.05;当max 时,构件强度合格。2.构件刚度验算 强度条件：在设计风荷载作用下 21 fmax f f=L/180 f1=qk1L4(25/8-512+214)/(240E铝I总)=1.0724504(25/8-50.2652+20.2654)/(24070000638153)=5.89mm f2=qk2L4（25/8-522+224）/(240E铝I总)=1.07245004(25/8-50.2652+20.2654)/(24070000638153)=5.89mm fmax=f1+f2=5.89+5.89=11.78mm2450/180=13.6mm OK qk1=k1h1 (N/mm)qk2=k2h2 (N/mm)=h/L 式中：fmax-构件在外力作用下产生的最大挠度（mm）;I -构件截面惯性矩,mm4;L -构件长度,(mm);qk -构件线荷载,qk=kh,N/mm;h -窗立杆梯形均布荷载宽度,分别为 h1,h2(mm)当 fmax f时,构件刚度合格。22第七 窗横料强度计算 一、力学模型：门窗横向杆件可简化为梯形荷载作用下的简支梁。窗在风荷载作用下，承受与外窗平面垂直的横向水平力和竖向玻璃自重力，外窗各框料间构成的受荷单元可视为四边铰接的简支板，每个受荷单元的四角各作 45 斜线，使其与平行于长边的中线相交，这些线把受荷单元分成四块，每个构件可近似地简化为简支梁上呈梯形、三角形的均布荷载。二、具体计算：横梁截面特性:Ixx=62990（mm4）构件截面惯性矩(X-X 轴)Wxx=1968（mm3）构件抗弯截面抵抗矩（X-X 轴）Iyy=121515（mm4）构件截面惯性矩 (Y-Y 轴)Wyy=3920（mm3）构件抗弯截面抵抗矩(Y-Y 轴)3.构件强度验算 横梁 强度条件:在设计风荷载作用下 23max max=Mmax/W 风荷载:q1=h1(设计值)=2.311350/1000/2 =1.56（N/mm）qk1=kh1(标准值)=1.6481350/1000/2 =1.11 （N/mm）q2=h2（N/mm）(设计值)=2.31750/1000/2 =0.87 （N/mm）qk2=kh1(标准值)=1.648750/1000/2 =0.618（N/mm）1=h1/L=1350/1600/2=0.42 2=h2/L=750/1600/2=0.23 M1=q1L2(3-412)/24 =1.5616002(3-40.422)/24 =381788(N.mm)M2=q2L2(3-422)/24 (N.mm)24 =0.8716002(3-40.232)/24 =263552(N.mm)玻璃自重：P=25.61.351.60.005/21000=138N 玻璃自重引起的弯矩：M3=n.P.l/8 =41381600/8 =14400(N.mm)水平方向（风荷载）最大弯矩：Mmax=M1+M2=381788+263552=645340(N.mm)水平方向（风荷载）引起的应力：水平=Mmax/(Wyy)=645340/(1.053920)=78.65（N/mm2）竖直方向（玻璃自重荷载）引起的应力：竖直=M3/(Wxx)=14400/(1.051968)=6.97（N/mm2）组合应力：总=水平+竖直 =78.65+6.97=84.6（N/mm2）85.5（N/mm2）OK 式中：Max -构件承受的最大应力,（N/mm2）;25Mmax-构件承受的最大弯矩,N.mm;W -在弯矩作用方向的构件净截面抵抗矩,mm3;L -构件长度,(mm);q-构件线荷载,q=a,N/mm;h-窗立杆梯形均布荷载宽度,分别为 h1,h2(mm)-塑性发展系数,取 1.05;当max 时,构件强度合格。2.构件刚度验算 强度条件：在设计风荷载作用下 fmax f f=L/180 水平方向（风荷载）引起的挠度：f1=qk1L4(25/8-512+214)/(240EIAL)=1.11 16004(25/8-5 0.422+2 0.424)/(240 70000 x121515)=3.54mm f2=qk2L4/(240EIAL(25/8-522+224)=0.618 16004(25/8-5 0.232+2 0.234)/(240 70000 x121515)=1.43mm 水平总挠度=f1+f2=3.54+1.43=4.97mm 竖直方向（玻璃自重）引起的挠度：26f3=Pl3(5.n2+2)/(384.n.E.I)=13816003(542+2)/(38447000062990)=2.35mm 组合挠度：fmax=（4.972+2.352）0.5=5.49mm 1600/180=8.89mm OK 式中：fmax-构件在外力作用下产生的最大挠度（mm）;I -构件截面惯性矩,mm4;L -构件长度,(mm);qk -构件线荷载,qk=kh,N/mm;h -窗立杆梯形均布荷载宽度,分别为 h1,h2(mm)当 fmax f时,构件刚度合格。