门窗计算书.doc

北京XX大学体育馆
门窗
设计计算书

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批准：

沈阳YY幕墙工程有限公司
二〇〇六年三月二十九日

门窗设计计算书

一、计算引用的规范、标准及资料
1.幕墙设计规范：
《建筑幕墙》 JG3035-1996
《玻璃幕墙工程技术规范》 JGJ102-2003
《金属与石材幕墙工程技术规范》 JGJ133-2001
《点支式玻璃幕墙工程技术规程》 CECS127-2001
《全玻璃幕墙工程技术规程》 DBJ/CT014-2001
《玻璃幕墙光学性能》 GB/T18091-2000
《建筑幕墙物理性能分级》 GB/T15225-94
《建筑幕墙空气渗透性能测试方法》 GB/T15226-94
《建筑幕墙风压变形性能测试方法》 GB/T15227-94
《建筑幕墙雨水渗透性能测试方法》 GB/T15228-94
《建筑幕墙平面内变形性能检测方法》 GB/T18250-2000
《建筑幕墙抗震性能振动台试验方法》 GB/T18575-2001
《点支式玻璃幕墙支承装置》 JG138-2001
《吊挂式玻璃幕墙支承装置》 JG139-2001
2.建筑设计规范：
《建筑结构荷载规范》 GB50009-2001
《钢结构设计规范》 GB50017-2003
《冷弯薄壁型钢结构设计规范》 GB50018-2002
《高层民用钢结构技术规程》 JGJ99-98
《建筑设计防火规范》 GBJ16-87(2001版)
《高层民用建筑设计防火规范》 GB50045-2001
《建筑物防雷设计规范》 GB50057-2000
《工程抗震术语标准》 JGJ/T97-95
《中国地震烈度表》 GB/T17742-1999
《建筑抗震设计规范》 GB50011-2001
《建筑抗震设防分类标准》 GB50223-2004
《中国地震动参数区划图》 GB18306-2000
《采暖通风与空气调节设计规范》 GB50019-2003
《高层建筑混凝土结构技术规程》 JGJ3-2002
《混凝土结构设计规范》 GB50010-2002
《民用建筑热工设计规范》 GB50176-93
《民用建筑隔声设计规范》 GBJ118-88
《建筑结构可靠度设计统一标准》 GB50068-2001
《建筑装饰工程施工质量验收规范》 GB50210-2001
《建筑钢结构焊接技术规程》 JGJ81-2002
《钢结构防火涂料》 GB14907-2002
《碳钢焊条》 GB/T5117-1995
《低合金钢焊条》 GB/T5118-1995
《铝型材截面几何参数算法及计算机程序要求》 YS/T437-2000
3.铝材规范：
《铝幕墙板 板基》 YS/T429.1-2000
《铝幕墙板 氟碳喷漆铝单板》 YS/T429.2-2000
《铝及铝合金彩色涂层板、带材》 YS/T431-2000
《铝塑复合板用铝带》 YS/T432-2000
《铝合金建筑型材》 GB/T5237-2000
《建筑铝型材 基材》 GB/T52371-2004
《建筑铝型材 阳极氧化、着色型材》 GB/T5237.2-2004
《建筑铝型材 电泳涂漆型材》 GB/T5237.3-2004
《建筑铝型材 粉末喷涂型材》 GB/T5237.4-2004
《建筑铝型材 氟碳漆喷涂型材》 GB/T5237.5-2004
《变形铝及铝合金化学成份》 GB/T3190-1996
《铝及铝合金轧制板材》 GB/T3880-1997
《建筑用铝型材、铝板氟碳涂层》 JG/T133-2000
4.金属板及石材规范：
《天然花岗石荒料》 JC/T204-2001
《天然大理石荒料》 JC/T202-2001
《天然板石》 GB/T18600-2001
《天然花岗石建筑板材》 GB/T18601-2001
《天然大理石建筑板材》 JC/T79-2001
《干挂石材幕墙用环氧胶粘剂》 JC/T887-2001
《天然饰面石材术语》 GB/T13890-92
《建筑材料放射性核素限量》 GB6566-2001
《铝塑复合板》 GB/T17748-1999
《建筑瓷板装饰工程技术规范》 CECS101：98
《建筑装饰用微晶玻璃》 JC/T872-2000
5.玻璃规范：
《建筑玻璃应用技术规程》 JGJ113-2003
《普通平板玻璃》 GB4871-1995
《浮法玻璃》 GB11614－1999
《钢化玻璃》 GB/T9963-1998
《幕墙用钢化玻璃与半钢化玻璃》 GB/T17841-1999
《建筑用安全玻璃 防火玻璃》 GB15763.1-2001
《中空玻璃》 GB/T11944-2002
《夹层玻璃》 GB9962-1999
《镀膜玻璃 第一部分 阳光控制镀膜玻璃》 GB/T18915.1-2002
《镀膜玻璃 第二部分 低辐射镀膜玻璃》 GB/T18915.2-2002
《热反射玻璃》 JC693-1998
《热弯玻璃》 JC/T915-2003
6.钢材规范：
《不锈钢棒》 GB/T1220-1992
《不锈钢冷加工钢棒》 GB/T4226-1984
《不锈钢冷扎钢板》 GB/T3280-1992
《不锈钢热扎钢板》 GB/T4237-1992
《不锈钢热扎钢带》 GB/T5090
《冷拔异形钢管》 GB/T3094-2000
《碳素结构钢》 GB/T700-1988
《优质碳素结构钢》 GB/T699-1999
《合金结构钢》 GB/T3077-1999
《不锈钢和耐热钢冷扎带钢》 GB/T4239-1991
《高耐候结构钢》 GB/T4171-2000
《焊接结构用耐候钢》 GB/T4172-2000
《低合金高强度结构钢》 GB/T1591-1994
《碳素结构和低合金结构钢热轧薄钢板及钢带》 GB/T912-1989
《碳素结构和低合金结构钢热轧厚钢板及钢带》 GB/T3274-1988
《结构用无缝钢管》 JBJ102
《金属覆盖层钢铁制品热镀锌层技术要求》 GB/T13912-1992
7.胶类及密封材料规范：
《混凝土接缝用密封胶》 JC/T881-2001
《硅酮建筑密封胶》 GB/14683-2003
《建筑用硅酮结构密封胶》 GB16776-2003
《聚硫建筑密封胶》 JC483-1992
《中空玻璃用弹性密封剂》 JC486- 2001
《幕墙玻璃接缝用密封胶》 JC/T882-2001
《石材幕墙接缝用密封胶》 JC/T883-2001
《中空玻璃用丁基热熔密封胶》 JC/T914-2003
《彩色钢板用建筑密封胶》 JC/T884-2001
《工业用橡胶板》 GB/T5574-1994
《绝热用岩棉、矿棉及其制品》 GB/T11835-98
《建筑用防霉密封胶》 JC/T885-2001
《建筑表面用有机硅防水剂》 JC/T902-2002
《聚氨酯建筑密封胶》 JC/T482-2003
8.门窗及五金件规范：
《铝合金门》 GB/T8478-2003
《铝合金窗》 GB/T8479-2003
《建筑外窗抗风压性能分级及检测方法》 GB/T7106-2002
《建筑外窗气密性能分级及检测方法》 GB/T7107-2002
《建筑外窗水密性能分级及检测方法》 GB/T7108-2002
《建筑外窗空气隔声性能分级及检测方法》 GB/T8485-2002
《铝合金门窗工程设计、施工及验收规范》 DBJ15-30-2002
《建筑外窗采光性能分级及检测方法》 GB/T11976-2002
《地弹簧》 GB/T9296-1988
《平开铝合金窗执手》 GB/T9298-1988
《铝合金窗不锈钢滑撑》 GB/T9300-1988
《铝合金门插销》 GB/T9297-1988
《铝合金窗撑挡》 GB/T9299-1988
《铝合金门窗拉手》 GB/T9301-1988
《铝合金窗锁》 GB/T9302-1988
《铝合金门锁》 GB/T9303-1988
《闭门器》 GB/T9305-1988
《推拉铝合金门窗用滑轮》 GB/T9304-1988
《紧固件 螺栓和螺钉》 GB/T5277
《十字槽盘头螺钉》 GB/T818-2000
《紧固件机械性能 螺栓、螺钉和螺柱》 GB3098.1-2000
《紧固件机械性能 螺母 粗牙螺纹》 GB3098.2-2000
《紧固件机械性能 螺母 细牙螺纹 》 GB3098.4-2000
《紧固件机械性能 自攻螺钉》 GB3098.5-2000
《紧固件机械性能 不锈钢螺栓、螺钉、螺柱》 GB3098.6-2000
《紧固件机械性能 不锈钢螺母》 GB3098.15-2000
《螺纹紧固件应力截面积和承载面积》 GB/T16823.1-1997
9.《建筑结构静力计算手册》 (第二版)
10.土建图纸：

二、基本参数
1.门窗所在地区：
北京地区；
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C类地区考虑。
三、门窗承受荷载计算
按建筑结构荷载规范(GB50009-2001)计算：
wk=βgzμzμsw0 ……7.1.1-2[GB50009-2001]
上式中：
wk：作用在门窗上的风荷载标准值(MPa)；
Z：计算点标高：100m；
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:
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C类地区，100m高度处瞬时风压的阵风系数：
βgz=0.85×(1+2×(0.734(Z/10)-0.22))=1.6019
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C类地区，100m高度处风压高度变化系数：
μz=0.616×(Z/10)0.44=1.6966
μs：风荷载体型系数，根据计算点体型位置取1.2；
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0.00045MPa；
wk=βgzμzμsw0
=1.6019×1.6966×1.2×0.00045
=0.001468MPa

四、门窗玻璃的选用与校核
基本参数：
1：计算点标高：100m；
2：玻璃板尺寸：宽×高=B×H=1000mm×1280mm；
3：玻璃配置：单片玻璃，钢化玻璃：4mm；；
模型简图为：

1.玻璃的强度计算：
校核依据：σ≤[fg]
θ：玻璃的计算参数；
η：玻璃的折减系数；
wk：风荷载标准值(MPa)；
a：分格短边长度(mm)；
E：玻璃的弹性模量(MPa)；
t：玻璃厚度(mm)；
θ=wka4/Et4 ……6.1.2-3[JGJ102-2003]
=0.001468×10004/72000/44
=79.644
按系数θ，查表6.1.2-2[JGJ102-2003]，η=0.731；
σ：玻璃在组合荷载作用下的板中最大应力设计值(MPa)；
w：风荷载设计值(MPa)；
a：玻璃短边边长(mm)；
b：玻璃长边边长(mm)；
t：玻璃厚度(mm)；
m：玻璃弯矩系数, 按边长比a/b查表6.1.2-1[JGJ102-2003]得m=0.0649；
σ=6mwa2η/t2 ……6.1.2[JGJ102-2003]
=6×0.0649×1.4×0.001468×10002×0.731/42
=36.563MPa
36.563MPa≤fg=84MPa(钢化玻璃)
玻璃的强度满足要求!
2.玻璃最大挠度校核：
校核依据：
df=ημwka4/D≤df,lim ……6.1.3-2[JGJ102-2003]
上面公式中：
df：玻璃板挠度计算值(mm)；
η：玻璃挠度的折减系数，根据前面的计算，为0.731；
μ：玻璃挠度系数，按边长比a/b查表6.1.3[JGJ102-2003]得μ=0.00626；
wk：风荷载标准值(MPa)
a：玻璃板块短边尺寸(mm)；
D：玻璃的弯曲刚度(N·mm)；
df,lim：许用挠度，取短边长的1/60，为16.667mm；
其中：
D=Et3/(12(1-υ2)) ……6.1.3-1[JGJ102-2003]
上式中：
E：玻璃的弹性模量(MPa)；
t：玻璃的厚度(mm)；
υ：玻璃材料泊松比，为0.2；
D=Et3/(12(1-υ2))
=72000×43/(12×(1-0.22))
=400000N·mm
df=ημwka4/D
=0.731×0.00626×0.001468×10004/400000
=16.794mm
16.794mm>df,lim=16.667mm(钢化玻璃)
玻璃的挠度不满足要求!

五、门窗竖中挺计算
基本参数：
1：计算点标高：100m；
2：力学模型：单跨简支梁；
3：竖中挺跨度：H=1600mm；
4：竖中挺左受荷单元宽：W1=600mm；竖中挺右受荷单元宽：W2=1500mm；
5：竖中挺材质：6063-T5；
1.竖中挺受荷单元分析：
(1)竖中挺计算简图的确定：
因为：W1k：风荷载标准值(MPa)；
W1：左受荷单元宽(mm)；
H：竖中挺的跨度(mm)；
qk1：在左受荷单元作用下的风荷载线集度标准值(N/mm)；
q1：在左受荷单元作用下的风荷载线集度设计值(N/mm)；
qk1=wk×W1/2
=0.001468×600/2
=0.44N/mm
q1=1.4×qk1
=1.4×0.44
=0.616N/mm
M1：在左受荷单元力作用下的跨中最大弯矩(N·mm)；
M1=q1×H2/24×(3-(W1/H)2)
=0.616×16002/24×(3-(600/1600)2)
=187880N·mm
Vk1：在左受荷单元力作用下的剪力标准值(N)；
Vk1=q1H/2×(1-W1/2/H)
=0.616×1600/2×(1-600/2/1600)
=400.4N
V1：在左受荷单元力作用下的剪力设计值(N)；
V1=1.4Vk1
=1.4×400.4
=560.56N
(3)竖中挺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：竖中挺的跨度(mm)；
qk2：在右受荷单元作用下的风荷载线集度标准值(N/mm)；
q2：在右受荷单元作用下的风荷载线集度设计值(N/mm)；
qk2=wk×W2/2
=0.001468×1500/2
=1.101N/mm
q2=1.4×qk2
=1.4×1.101
=1.541N/mm
M2：在右受荷单元力作用下的跨中最大弯矩(N·mm)；
M2=q2×H2/24×(3-(W2/H)2)
=1.541×16002/24×(3-(1500/1600)2)
=348651.25N·mm
Vk2：在右受荷单元力作用下的剪力标准值(N)；
Vk2=q2H/2×(1-W2/2/H)
=1.541×1600/2×(1-1500/2/1600)
=654.925N
V2：在右受荷单元力作用下的剪力设计值(N)；
V2=1.4Vk2
=1.4×654.925
=916.895N
2.选用竖中挺型材的截面特性：
选用型材号：50系列
型材的抗弯强度设计值：f=85.5MPa
型材的抗剪强度设计值：τ=49.6MPa
型材弹性模量：E=70000MPa
绕X轴惯性矩：Ix=154440mm4
绕Y轴惯性矩：Iy=18930mm4
绕X轴净截面抵抗矩：Wnx1=4013mm3
绕X轴净截面抵抗矩：Wnx2=5824mm3
型材净截面面积：An=385.8mm2
型材截面垂直于X轴腹板的截面总宽度：t=3mm
型材受力面对中性轴的面积矩：Sx=3299mm3
塑性发展系数：γ=1.05
3.竖中挺的抗弯强度计算：
按下面的公式进行强度校核，应满足：
(M1+M2)/γWnx≤f
上式中：
M1：在左受荷单元力作用下的跨中最大弯矩(N·mm)；
M2：在右受荷单元力作用下的跨中最大弯矩(N·mm)；
Wnx：在弯矩作用方向的净截面抵抗矩(mm3)；
γ：塑性发展系数，取1.05；
f：型材的抗弯强度设计值，取85.5MPa；
则：
(M1+M2)/γWnx=(187880+348651.25)/1.05/4013
=127.332MPa>85.5MPa
竖中挺抗弯强度不满足要求。
4.竖中挺的挠度计算：
(1)竖中挺在左受荷单元力作用下的挠度计算：
df1：竖中挺在左受荷单元力作用下的挠度(mm)；
df1=qk1H4/240EI×(25/8-5×(W1/2/H)2+2×(W1/2/H)4)
=0.44×16004/240/70000/154440×(25/8-5×(600/2/1600)2+2×(600/2/1600)4)
=3.28mm
(2)竖中挺在右受荷单元力作用下的挠度计算：
df2：竖中挺在右受荷单元力作用下的挠度(mm)；
df2=qk2H4/240EI×(25/8-5×(W2/2/H)2+2×(W2/2/H)4)
=1.101×16004/240/70000/154440×(25/8-5×(1500/2/1600)2+2×(1500/2/1600)4)
=5.904mm
(3)竖中挺在风荷载作用下的总体挠度：
df=df1+df2
=3.28+5.904
=9.184mm
挠度的限值取杆件总长的1/120，即13.333mm，且不应大于15mm。
9.184mm≤13.333mm
9.184mm≤15mm
所以，挠度满足要求！
5.竖中挺的抗剪计算：
校核依据：
τmax≤τ=49.6MPa (材料的抗剪强度设计值)
在上面的公式中：
τmax：竖中挺最大剪应力(N)；
V1：在左受荷单元力作用下的剪力设计值(N)；
V2：在右受荷单元力作用下的剪力设计值(N)；
Sx：竖中挺型材受力面对中性轴的面积矩(mm3)；
Ix：竖中挺型材截面惯性矩(mm4)；
t：型材截面垂直于X轴腹板的截面总宽度(mm)；
τmax=(V1+V2)Sx/Ixt
=(560.56+916.895)×3299/154440/3
=10.52MPa
10.52MPa≤49.6MPa
竖中挺抗剪强度能满足要求!

六、门窗横中挺计算
基本参数：
1：计算点标高：100m；
2：力学模型：单跨简支梁；
3：横中挺跨度：W=1500mm；
4：横中挺上受荷单元高：H1=400mm；横中挺下受荷单元高：H2=1200mm；
5：横中挺材质：6063-T5；
1.横中挺受荷单元分析：
(1)横中挺计算简图的确定：
因为：H1 =0.294N/mm
q1=1.4×qk1
=1.4×0.294
=0.412N/mm
M1：在上受荷单元力作用下的跨中最大弯矩(N·mm)；
M1=q1×W2/24×(3-(H1/W)2)
=0.412×15002/24×(3-(400/1500)2)
=113128.333N·mm
Vk1：在上受荷单元力作用下的剪力标准值(N)；
Vk1=q1W/2×(1-H1/2/W)
=0.412×1500/2×(1-400/2/1500)
=267.8N
V1：在上受荷单元力作用下的剪力设计值(N)；
V1=1.4Vk1
=1.4×267.8
=374.92N
(3)横中挺在下受荷单元力作用下的受力分析：
wk：风荷载标准值(MPa)；
H2：下受荷单元高(mm)；
W：横中挺的跨度(mm)；
qk2：在下受荷单元作用下的风荷载线集度标准值(N/mm)；
q2：在下受荷单元作用下的风荷载线集度设计值(N/mm)；
qk2=wk×H2/2
=0.001468×1200/2
=0.881N/mm
q2=1.4×qk2
=1.4×0.881
=1.233N/mm
M2：在下受荷单元力作用下的跨中最大弯矩(N·mm)；
M2=q2×W2/24×(3-(H2/W)2)
=1.233×15002/24×(3-(1200/1500)2)
=272801.25N·mm
Vk2：在下受荷单元力作用下的剪力标准值(N)；
Vk2=q2W/2×(1-H2/2/W)
=1.233×1500/2×(1-1200/2/1500)
=554.85N
V2：在下受荷单元力作用下的剪力设计值(N)；
V2=1.4Vk2
=1.4×554.85
=776.79N
2.选用横中挺型材的截面特性：
选用型材号：50系列
型材的抗弯强度设计值：f=85.5MPa
型材的抗剪强度设计值：τ=49.6MPa
型材弹性模量：E=70000MPa
绕X轴惯性矩：Ix=18930mm4
绕Y轴惯性矩：Iy=154420mm4
绕X轴净截面抵抗矩：Wnx1=1464mm3
绕X轴净截面抵抗矩：Wnx2=1346mm3
绕Y轴净截面抵抗矩：Wny1=5824mm3
绕Y轴净截面抵抗矩：Wny2=4013mm3
型材净截面面积：An=385.8mm2
横梁截面垂直于Y轴腹板的截面总宽度：ty=3mm
型材受力面对中性轴的面积矩(绕Y轴)：Sy=3299mm3
塑性发展系数：γ=1.05
3.横中挺的抗弯强度计算：
按下面的公式进行强度校核，应满足：
(M1+M2)/γWny≤f
上式中：
M1：在上受荷单元力作用下的跨中最大弯矩(N·mm)；
M2：在下受荷单元力作用下的跨中最大弯矩(N·mm)；
Wny：在弯矩作用方向的净截面抵抗矩(mm3)；
γ：塑性发展系数，取1.05；
f：型材的抗弯强度设计值，取85.5MPa；
则：
(M1+M2)/γWyx=(113128.333+272801.25)/1.05/4013
=91.59MPa>85.5MPa
横中挺抗弯强度不满足要求。
4.横中挺的挠度计算：
(1)横中挺在上受荷单元力作用下的挠度计算：
df1：横中挺在上受荷单元力作用下的挠度(mm)；
df1=qk1W4/240EIy×(25/8-5×(H1/2/W)2+2×(H1/2/W)4)
=0.294×15004/240/70000/154420×(25/8-5×(400/2/1500)2+2×(400/2/1500)4)
=1.742mm
(2)横中挺在下受荷单元力作用下的挠度计算：
df2：横中挺在下受荷单元力作用下的挠度(mm)；
df2=qk2W4/240EIy×(25/8-5×(H2/2/W)2+2×(H2/2/W)4)
=0.881×15004/240/70000/154420×(25/8-5×(1200/2/1500)2+2×(1200/2/1500)4)
=4.085mm
(3)横中挺在风荷载作用下的总体挠度：
df=df1+df2
=1.742+4.085
=5.827mm
挠度的限值取杆件总长的1/120，即12.5mm，且不应大于15mm。
5.827mm≤12.5mm
5.827mm≤15mm
所以，挠度满足要求！
5.横中挺的抗剪计算：
校核依据：
τmax≤τ=49.6MPa (材料的抗剪强度设计值)
在上面的公式中：
τmax：横中挺最大剪应力(N)；
V1：在上受荷单元力作用下的剪力设计值(N)；
V2：在下受荷单元力作用下的剪力设计值(N)；
Sy：横中挺型材受力面对中性轴的面积矩(mm3)；
Iy：横中挺型材截面惯性矩(mm4)；
ty：型材截面垂直于Y轴腹板的截面总高度(mm)；
τmax=(V1+V2)Sy/Iyty
=(374.92+776.79)×3299/154420/3
=8.202MPa
8.202MPa≤49.6MPa
横中挺抗剪强度能满足要求!