门窗结构计算书.doc

门窗叠合柱结构计算书

基本参数: 苏州地区 门窗所在位置标高=38.000(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) 》

钢铝叠合型门窗竖向杆件结构计算
一、门窗承受荷载计算:
标高为38.0m处风荷载计算
W0:基本风压
W0=0.45 kN/m2
βgz: 38.0m高处阵风系数(按B类区计算)
βgz=0.89×[1+(Z/10)-0.16]=1.609
μz: 38.0m高处风压高度变化系数(按B类区计算): (GB50009-2001)(2006年版)
μz=(Z/10)0.32
=(38.0/10)0.32=1.533
μsl:局部风压体型系数(墙面区)
1板块
1167.00mm×1700000.00mm=1983.90m2
该处从属面积为：1983.90m2
该处局部风压体型系数μsl=1.000
风荷载标准值:
Wk=βgz×μz×μsl×W0 (GB50009-2001)（2006年版）
=1.609×1.533×1.000×0.450
=1.110 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=1.4×1.110=1.554kN/m2

2、支承结构
2334mm×4000mm=9.34m2
该处从属面积为：9.34m2
μsl (A)=μsl (1)+[μsl (10)-μsl (1)]×log(A)
=-{1.0+[0.8×1.0-1.0]×0.970}
=-0.806
μsl=-0.806+(-0.2)=-1.006
该处局部风压体型系数μsl=1.006
风荷载标准值:
Wk=βgz×μz×μsl×W0 (GB50009-2001)（2006年版）
=1.609×1.533×1.006×0.450
=1.116 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=1.4×1.116=1.563kN/m2

二、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: 1.116kN/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:4.000(m)
Wsk1:受力构件第一受荷单元宽:1.167(m)
Wsk2:受力构件第二受荷单元宽:1.167(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
=1.116×1.167/2
=0.651(kN/m)
Ba:中间变量,为受荷单元短边的一半(m)
Ba=Wsk1/2
=0.584m
Mw1=(qsk1×Hsk2)×(3-4×Ba2/Hsk2)/24
=(0.651×4.0002)×(3-4×0.5842/4.0002)/24
=1.265kN·m
qsk2=Wk×Wsk2/2
=1.116×1.167/2
=0.651(kN/m)
Ba:中间变量,为受荷单元短边的一半(m)
Ba=Wsk2/2
=0.584m
Mw2=(qsk2×Hsk2)×(3-4×Ba2/Hsk2)/24
=(0.651×4.0002)×(3-4×0.5842/4.0002)/24
=1.265kN·m
Mw=Mw1+Mw2
=2.530kN.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
=0.651×(4.000+(4.000-2×0.584))/2/2
=1.112kN
Qw2=qsk2×(Hsk+(Hsk-2×Ba))/2/2
=0.651×(4.000+(4.000-2×0.584))/2/2
=1.112kN
Qwk=Qw1+Qw2
=2.224
(3)选用型材的截面特性:
叠梁型材A1部分型材参数:
选用型材号:铝合金窗框
型材强度设计值: fa=90.0N/mm2
型材弹性模量: Ea=70000N/mm2
X轴惯性矩: Iax=17.480cm4
Y轴惯性矩: Iay=19.320cm4
型材截面积: Aa=4.460cm2
叠梁型材A2部分型材参数:
选用型材号: 80x80x2方钢管
型材强度设计值: fs=215.0N/mm2
型材弹性模量: Es=210000N/mm2
X轴惯性矩: Isx=63.300cm4
Y轴惯性矩: Isy=63.300cm4
型材截面积: As=6.240cm2
(4)型材的强度计算:
A. 叠梁型材A2部分承载力计算:
A1部分承受弯矩设计值:Ma kN.m
A1部分抵抗矩设计值:Wa cm3
A1部分应力设计值:σa N/mm2
A2部分承受弯矩设计值:Ms2 kN.m
A2部分抵抗矩设计值:Ws cm3
A2部分应力设计值:σs N/mm2
因为 Ma/(Ea·Iax)=Ms2/(Es·Isx)
Ma+Ms2=1.4Mw
所以 Ms2=1.4Mw·Es·Isx/(Es·Isx+Ea·Iax)
σs=Ms2/Ws
=205.281N/mm2
205.281N/mm2 < fs=215.0N/mm2
杆件强度可以满足!
B. 叠梁型材A1部分承载力计算:
因为 Ma/(Ea·Iax)=Ms2/(Es·Isx)
Ma+Ms2=1.4Mw
所以 Ma=1.4Mw·Ea·Iax/(Es·Isx+Ea·Iax)
σa=Ma/Wa
=48.232N/mm2
48.232N/mm2 < fa=90.0N/mm2
杆件强度可以满足!
(5)叠梁型材刚度的计算:
校核依据: Umax/L≤1/120
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
=1.116×1.167/2
=0.651

Ba=Wsk1/2
=1.167/2
=0.584
C=(25/8)-5×(Ba2/Hsk2)+2×(Ba4/Hsk4)
=3.020
U1=qsk1×Hsk4×108×C/240/(Ea×Iax+Es×Isx)
=0.651×4.0004×108×3.020/240/(70000×17.480+210000×63.300)
=14.448 (mm)
qsk2=Wk×Wsk2/2
=1.116×1.167/2
=0.651
Ba=Wsk2/2
=1.167/2
=0.584
C=(25/8)-5×(Ba2/Hsk2)+2×(Ba4/Hsk4)
=3.020
U2=qsk2×Hsk4×108×C/240/(Ea×Iax+Es×Isx)
=0.651×4.0004×108/240/(70000×17.480+210000×63.300)
=14.448 (mm)
U=U1+U2
=14.448+14.448
=28.896mm
Du: 杆件最大挠度与其长度比值:
Hsk: 杆件长度: 4.000m
Du=U/Hsk/1000
=28.896/4.000/1000

=1/138
Du < 1/120 。
型材挠度满足要求!

1200x4000窗扇边梃结构计算

一、门窗承受荷载计算:
标高为38.0m处风荷载计算
W0:基本风压
W0=0.45 kN/m2
βgz: 38.0m高处阵风系数(按B类区计算)
βgz=0.89×[1+(Z/10)-0.16]=1.609
μz: 38.0m高处风压高度变化系数(按B类区计算): (GB50009-2001)(2006年版)
μz=(Z/10)0.32
=(38.0/10)0.32=1.533

μsl:局部风压体型系数(墙面区)
1、板块
1200.00mm×4000.00mm=4.80m2
该处从属面积为：4.80m2
μsl (A)=μsl (1)+[μsl (10)-μsl (1)]×log(A)
=-{1.0+[0.8×1.0-1.0]×0.681}
=-0.864
μsl=-0.864+(-0.2)=-1.064
该处局部风压体型系数μsl=1.064
风荷载标准值:
Wk=βgz×μz×μsl×W0 (GB50009-2001)（2006年版）
=1.609×1.533×1.064×0.450
=1.181 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=1.4×1.181=1.653kN/m2

2、支承结构
600mm×1800mm=1.08m2
该处从属面积为：1.08m2
μsl (A)=μsl (1)+[μsl (10)-μsl (1)]×log(A)
=-{10+[0.8×1.0-1.0]×0.033}
=-0.993
μsl=-0.993+(-0.2)=-1.193
该处局部风压体型系数μsl=1.193
风荷载标准值:
Wk=βgz×μz×μsl×W0 (GB50009-2001)（2006年版）
=1.609×1.533×1.193×0.450
=1.324 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=1.4×1.324=1.854kN/m2

二、门窗受力构件计算:
单扇平开类门窗,只计算扇边梃强度,其窗(门)扇边梃受荷情况可近似简化为以紧固五金件处为固端的悬臂梁上承受矩形均布荷载。不是平开类门窗，杆件与墙体紧密连接，杆件不作受力构件考虑计算考虑。

(1)风荷载作用下受力构件弯矩的计算
Wk:风荷载标准值: 1.324kN/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:1.800(m)
Wsk1:受力构件受荷单元宽:0.600(m)
qsk1:受力构件风荷载线分布最大荷载集度标准值(矩形分布)(kN/m)
qsk1=Wk×Wsk1/2
=1.324×0.600/2
=0.397(kN/m)
Mw=qsk1×Hsk2/8
=0.397×1.8002/8
=0.161kN·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)
Qwk=qsk1×Hsk/2
=0.397×1.800/2
=0.357kN
(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
=1.4×0.161×103/84.2
=2.675cm3
(4)选用型材的截面特性:
选用型材号: XC3\HLA00018
型材强度设计值: fa=90.0N/mm2
型材弹性模量: E=70000N/mm2
X轴惯性矩: Ix=17.480cm4
Y轴惯性矩: Iy=19.320cm4
X轴抵抗矩: Wx1=8.000cm3
X轴抵抗矩: Wx2=6.190cm3
Y轴抵抗矩: Wy1=4.830cm3
Y轴抵抗矩: Wy2=4.830cm3
型材截面积: A=4.470cm2
型材计算校核处壁厚: t=1.4mm
型材截面面积矩: Ss=4.100cm3
型材计算用抵抗矩: Wx2=6.190cm3
型材计算用抵抗矩: Wy2=4.830cm3
(5)型材的强度计算:
校核依据: 1.4Mw/Wx2≤fa=90.0N/mm2
σ=1.4×Mw×103/Wx2
=1.4×0.161×103/6.1900
=36.383N/mm2
36.383N/mm2 < fa=90.0N/mm2
杆件强度可以满足!
(6)杆件抗剪计算:
校核依据: τmax≤49.6N/mm2
Qwk:风荷载作用下剪力标准值(kN)
Q:风荷载作用下剪力设计值(kN)
Q=1.4×Qwk
=1.4×0.357
=0.500kN
(7)杆件剪应力:
τ: 杆件剪应力:
Ss: 杆件型材截面面积矩: 4.100cm3
Ix: 杆件型材截面惯性矩: 17.480cm4
t: 杆件壁厚: 1.4mm
τ=Q×Ss×100/Ix/t
=0.500×4.100×100/17.480/1.4
=8.385N/mm2
8.385N/mm2 < 49.6N/mm2
杆件抗剪强度可以满足!