金秋医院窗强度计算书.doc
金秋医院铝合金隔热窗设计计算书设计： 校对： 审核： 批准： 北京磊鑫建筑工程有限公司 2012年8月8日目 录.设计依据2.参考资料2一、门窗承受荷载计算:3二、玻璃的选用与校核4三、门窗受力构件计算:6金秋医院铝合金隔热窗设计计算书 基本参数: 沈阳地区 门窗所在位置标高=48.350(m) .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) .参考资料 窗的性能分级表主要依据：铝合金门窗 GB/T 8478-2008建筑外门窗保温性能分级及检测方法 GB/T 8484-2008窗的主要性能窗的性能应根据建筑物所在地区的地理、气候和周围环境以及建筑物的高度、体型、重要性等选定。1 抗风压性能外门窗的抗风压性能分级及指标值P3应符合表8的规定。表 8 外门窗抗风压性能分级 单位为千帕分级12345分级指标值P31.0P31.51.5P32.02.0P32.52.5P33.03.0P33.5分级6789分级指标值P33.5P34.04.0P34.54.5P35.0P35.0注：第9级应在分级后同时注明具体检测压力差值。 外门窗在各性能分级指标值风压作用下，主要受力杆件相对（面法线）挠度应符合表9的规定；风压作用后，门窗不应出现使用功能障碍和损坏。表 9 门窗主要受力杆件相对面法线挠度要求 单位为毫米支承玻璃种类单层玻璃、夹层玻璃中空玻璃相对挠度L/100L/150相对挠度最大值20注：L为主要受力杆件的支承跨距2 水密能性 外门窗的水密性能分级及指标值应符合表10的规定。表 10 外门窗水密性能分级单位为帕分级123456分级指标值P100P150150P250250P350350P500500P700P700注：第6级应在分级后同时注明具体检测压力差值。3 气密性能门窗的气密性能分级及指标绝对值应符合表11的规定。注：门窗的气密性能即单位开启缝长或单位面积空气渗透量可分为正压和负压下测量的正值和负值。 表 11 门窗气密性能分级分级1234单位开启缝长分级指标值q1( m 3/(m·h)4.0q13.53.5q13.03.0q12.52.5q12.0单位面积分级指标值q2( m 3/ (m 2·h)12q210.510.5q29.09.0q27.57.5q26.0分级5678单位开启缝长分级指标值q1( m 3/(m·h)2.0q11.51.5q11.01.0q10.5q10.5单位面积分级指标值q2( m 3/ (m 2·h)6.0q24.54.5q23.03.0q21.5q21.5门窗试件在标准状态下，压力差为10Pa时的单位开启缝长空气渗透量q1和单位面积空气渗透量q2不应超过表11中各分级相应的指标值。4 保温性能门、窗保温性能分级及指标值分别应符合表12的规定。 表12 门窗保温性能分级 单位为瓦每平方米开分级12345分级指标值K5.05.0K4.04.0K3.53.5K3.03.0K2.5分级678910分级指标值2.5K2.02.0K1.61.6K1.31.3K1.1K1.15 空气声隔声性能门、窗的空气声隔声性能分级及指标值应符合表13的规定。 表13 门窗的空气声隔声性能分级 单位为分贝分级外门、外窗的分级指标值内门、内窗的分级指标值120Rw+Ctr2520Rw+C25225Rw+Ctr3025Rw+C30330Rw+Ctr3530Rw+C35435Rw+Ctr4035Rw+C40540Rw+Ctr4540Rw+C456Rw+Ctr45Rw+C45注：用于对建筑内机器、设备噪声源隔声的建筑内门窗，对中低频噪声宜用外门窗的指标值进行分级；对中高频噪声仍可采用内门窗的指标值进行分级。6 采光性能（外窗）外窗采光性能以透光折减系数Tr表示，其分级及指标值应符合表14的规定。表 14 外窗采光性能分级分级12345分级指标值Tr0.20Tr0.300.30Tr0.400.40Tr0.500.50Tr0.60Tr0.60注：Tr值大于0.60时应给出具体值。有天然采光要求的外窗，其透光折减系数Tr不应小于0.45。同时有遮阳性能要求的外窗，应综合考虑遮阳系数的要求确定。7 启闭力 门、窗应在不超过50N的启、闭力作用下，能灵活开启和关闭。8 反复启闭性能 窗的反复启闭次数应不少于1万次，启闭无异常，使用无障碍。一、门窗承受荷载计算: 标高为48.4m处风荷载计算 W0:基本风压 W0=0.55 kN/m2 gz: 48.4m高处阵风系数(按C类区计算) gz=0.85×1+350.108×(Z/10)-0.22=1.732 z: 48.4m高处风压高度变化系数(按C类区计算): (GB50009-2001)(2006年版) z=0.616×(Z/10)0.44 =0.616×(48.4/10)0.44=1.232 sl:局部风压体型系数(墙角区)1、板块 1200.00mm×2100.00mm=2.52m2 该处从属面积为：2.52m2 sl (A)=sl (1)+sl (10)-sl (1)×log(A) =-1.8+0.8×1.8-1.8×0.401 =-1.655 sl=-1.655+(-0.2)=-1.855 该处局部风压体型系数sl=1.855 风荷载标准值: Wk=gz×z×sl×W0 (GB50009-2001)（2006年版） =1.732×1.232×1.855×0.550 =2.179 kN/m2 风荷载设计值: W: 风荷载设计值(kN/m2) w: 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=w×Wk=1.4×2.179=3.050kN/m22、支承结构 2700mm×2600mm=7.02m2 该处从属面积为：7.02m2 sl (A)=sl (1)+sl (10)-sl (1)×log(A) =-1.8+0.8×1.8-1.8×0.846 =-1.495 sl=-1.495+(-0.2)=-1.695 该处局部风压体型系数sl=1.695 风荷载标准值: Wk=gz×z×sl×W0 (GB50009-2001)（2006年版） =1.732×1.232×1.695×0.550 =1.990 kN/m2 风荷载设计值: W: 风荷载设计值(kN/m2) w: 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=w×Wk=1.4×1.990=2.787kN/m2二、玻璃的选用与校核 1. 玻璃面积: B: 该处玻璃分格宽: 2.100m H: 该处玻璃分格高: 1.200m A: 该处玻璃板块面积: A=B×H =2.100×1.200 =2.520m22. 该处玻璃板块自重: GAK: 玻璃板块自重: 选择玻璃是中空玻璃。 玻璃的重力密度为: 25.6(KN/m3) BT_L 中空玻璃内侧玻璃厚度为: 5.000(mm) BT_w 中空玻璃外侧玻璃厚度为: 6.000(mm) GAK=25.6×(BT_L+BT_w)/1000 =25.6×(5.000+6.000)/1000 =0.282KN/m23. 玻璃的强度计算: 内侧玻璃校核依据: g=84.000 N/mm2 外侧玻璃校核依据: g=84.000 N/mm2 Wk: 垂直于玻璃平面的风荷载标准值(N/mm2) Wk: 在垂直于玻璃平面的风荷载作用下玻璃截面的最大应力标准值(N/mm2) : 参数 : 折减系数，可由参数按JGJ102-2003 表6.1.2-2采用 a: 玻璃短边边长: 1200.0mm b: 玻璃长边边长: 2100.0mm BT_L 中空玻璃内侧玻璃厚度为: 5.000(mm) BT_w 中空玻璃外侧玻璃厚度为: 6.000(mm) m: 玻璃板的弯矩系数, 按边长比a/b查JGJ102-2003 表6.1.2-1得: m=0.0906表 6.1.2-1 四边支承玻璃板的弯矩系数ma/b0.000.250.330.400.500.550.600.65m0.12500.12300.11800.11150.10000.09340.08680.0804a/b0.700.750.800.850.900.951.00m0.07420.06830.06280.05760.05280.04830.0442 Wk1 中空玻璃分配到外侧玻璃的风荷载标准值 (N/mm2) Wk2 中空玻璃分配到内侧玻璃的风荷载标准值 (N/mm2) Wk1=1.1×Wk×BT_w3/(BT_w3+BT_L3)=1.518 (kN/m2) Wk2=Wk×BT_L3/(BT_w3+BT_L3)=0.799 (kN/m2) 在垂直于玻璃平面的风荷载作用下玻璃截面的最大应力标准值计算(N/mm2) 在风荷载作用下外侧玻璃参数=Wk1×a4/(E×t4) =33.74 : 折减系数，按=33.74 查JGJ102-2003 表6.1.2-2得:=0.87表 6.1.2-2 折减系数5.010.0 20.0 40.0 60.0 80.0 100.0 1.00 0.96 0.92 0.84 0.78 0.73 0.68 120.0 150.0 200.0 250.0 300.0 350.0 400.00.65 0.61 0.57 0.54 0.52 0.51 0.50 在风荷载作用下外侧玻璃最大应力标准值Wk=6×m×Wk1×a2×/t2 =28.558N/mm2 : 外侧玻璃所受应力: =1.4×WK =1.4×28.558 =39.981N/mm2 在风荷载作用下内侧玻璃参数=Wk2×a4/(E×t4) =36.81 : 折减系数，按=36.81 查JGJ102-2003 表6.1.2-2得:=0.85 在风荷载作用下内侧玻璃最大应力标准值Wk=6×m×Wk2×a2×/t2 =21.248N/mm2 : 内侧玻璃所受应力: =1.4×WK =1.4×21.248 =29.747N/mm2 外侧玻璃最大应力设计值=39.981N/mm2 < g=84.000N/mm2 内侧玻璃最大应力设计值=29.747N/mm2 < g=84.000N/mm2 中空玻璃强度满足要求! 4. 中空玻璃的挠度计算: df: 在风荷载标准值作用下挠度最大值(mm) D: 玻璃的刚度(N.mm) te: 玻璃等效厚度te=0.95×(Bt_L3+Bt_w3)1/3=6.6mm : 泊松比，按JGJ 102-2003 5.2.9条采用，取值为 0.20表5.2.9 材料的泊松比材 料材 料玻璃0.2钢、不锈钢0.3铝合金0.33高强钢丝、钢绞线0.3 : 挠度系数:按边长比a/b查JGJ102-2003 表6.1.2-3得: =0.00909表6.1.3 四边支承板的挠度系数a/b0.000.200.250.330.500.013020.012970.012820.012230.01013a/b0.550.600.650.700.750.009400.008670.007960.007270.00663a/b0.800.850.900.951.000.006030.005470.004960.004490.00406 =Wk×a4/(E×te4) =32.34 : 折减系数，按=32.34 查JGJ102-2003 表6.1.2-2得:=0.87 D=(E×te3)/12(1-2) =.45 (N.mm) df=×Wk×a4×/D =19.6 (mm) 由于玻璃的最大挠度df=19.6mm,小于玻璃短边边长的60分之一20.0 (mm) 玻璃的挠度满足要求! 三、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: 1.990kN/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:2.600(m) Wsk1:受力构件第一受荷单元宽:0.600(m) Wsk2:受力构件第二受荷单元宽:2.100(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 =1.990×0.600/2 =0.597(kN/m) Ba:中间变量,为受荷单元短边的一半(m) Ba=Wsk1/2 =0.300m Mw1=(qsk1×Hsk2)×(3-4×Ba2/Hsk2)/24 =(0.597×2.6002)×(3-4×0.3002/2.6002)/24 =0.496kN·m qsk2=Wk×Wsk2/2 =1.990×2.100/2 =2.090(kN/m) Ba:中间变量,为受荷单元短边的一半(m) Ba=Wsk2/2 =1.050m Mw2=(qsk2×Hsk2)×(3-4×Ba2/Hsk2)/24 =(2.090×2.6002)×(3-4×1.0502/2.6002)/24 =1.382kN·m Mw=Mw1+Mw2 =1.877kN.m =.9Nmm(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 =0.597×(2.600+(2.600-2×0.300)/2/2 =0.687kN Qw2=qsk2×(Hsk+(Hsk-2×Ba)/2/2 =2.090×(2.600+(2.600-2×1.050)/2/2 =1.619kN Qwk=Qw1+Qw2 =2.306kN(3) 选用竖向杆件型材的截面特性 竖向杆件型材为组合截面。 组合型材外套型材参数: 选用型材号: XC3HLA00018 型材强度设计值: fa=90.0N/mm2 型材弹性模量: Ea=70000.00N/mm2 型材截面绕x轴的毛截面惯性矩: Iax=.000mm4 型材有效净截面面积: Aa=835.200mm2 截面塑性发展系数:rax=1.00 截面塑性发展系数:ray=1.00 Y方向形心坐标: ya=0.0mm 组合型材内套型材参数; 选用型材号: 25×40×2矩型钢管 型材强度设计值: fs=215.0N/mm2 型材弹性模量: Es=.00N/mm2 型材截面绕x轴的毛截面惯性矩: Isx=49070.000mm4 型材净截面面积: As=237.100mm2 截面塑性发展系数:rsx=1.00 截面塑性发展系数:rsy=1.00 Y方向形心坐标: ys_n=-22.8mm Y: 组合型材中性轴距组合截面下端的距离(mm) d: 内套下端到组合型材下端的距离,0.0mm Ys: 内套重心距组合截面下端的距离(mm) Ya: 外套重心距组合截面下端的距离,0.0mm Ys=ys_n+d=-22.8+0.0=-22.8 mm Y=(Es×As×Ys+Ea×Aa×Ya)/(Es×As+Ea×Aa) =(.00×237.10×-22.75+70000.00×835.20×0.00)/(.00×237.10+70000.00×835.20) =-10.5mm Is: 内套型材对组合截面中性轴的惯性矩(mm4) Ia: 外套型材对组合截面中性轴的惯性矩(mm4) Is=Isx+As×(Y-Ys)2 =49070.000+237.100×(-10.5-22.8)2 =84861.136mm4 Ia=Iax+Aa×(Y-Ya)2 =.000+835.200×(-10.5-0.0)2 =.809mm4 Ya1: 外套端部到组合截面中性轴的距离:-10.5mm Ys1: 内套端部到组合截面中性轴的距离(mm) Ys1=Y-d=-10.5-0.0=-10.5mm(4) 竖向杆件的强度计算 : 立柱计算强度(N/mm2) A. 内套承载力计算: 校核依据: Mx/(x×Wnx)+My/(y×Wny)fs=215.0N/mm2 (GB 50017-2003 5.2.1) Mx,My: 同一截面处绕截面主轴x轴和y轴的弯矩: Mx=Mw=.875Nmm,My=0Nmm Wnx,Wny: 对x轴和y轴的净截面模量,若进行等效截面计算,需采用等效截面计算之后的截面参数。 当按内套型材换算时对x轴的净截面模量:Wes Wes=(Ea×Ia+Es×Is)/(Es×Ys1) =(70000.0×.809+.0×84861.136)/(.0×-10.464) =-25591.332mm3 sx:内套截面塑性发展系数: sx=1.00 sy:内套截面塑性发展系数: sy=1.00 s=Mx/(x×Wnx)+My/(y×Wny) (GB 50017-2003 5.2.1) =Mx/(sx×Wes) =.875/(1.00×-25591.332) =-73.353N/mm2 -73.353N/mm2 < fs=215.0N/mm2 杆件强度可以满足! B. 外套承载力计算: 校核依据: Mx/(x×Wenx)+My/(y×Weny)fa=90.0N/mm2 (GB 50429-2007 8.1.1) Mx,My: 同一截面处绕截面主轴x轴和y轴的弯矩: Mx=Mw=.875Nmm,My=0Nmm Wenx,Weny: 对x轴和y轴的有效净截面模量,同时考虑局部屈曲、焊接热影响区以及截面孔洞的影响,若进行等效截面计算,需采用等效截面计算之后的截面参数。 按外套型材换算时对x轴的有效净截面模量:Wea Wea=(Ea×Ia+Es×Is)/(Ea×Ya1) =(70000.0×.809+.0×84861.136)/(70000.0×-10.464) =-76773.995mm3 ax:外套截面塑性发展系数: ax=1.00 ay:外套截面塑性发展系数: ay=1.00 a=Mx/(x×Wenx)+My/(y×Weny) (GB 50429-2007 8.1.1) =Mx/(ax×Wea) =.875/(1.00×-76773.995) =-24.451N/mm2 -24.451N/mm2 < fa=90.0N/mm2 杆件强度可以满足! (5)组合型材刚度的计算: 校核依据: Umax20mm 且 Umax/L1/150 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二受荷单元作用下的最大挠度(mm) qsk1=Wk×Wsk1/2 =1.990×0.600/2 =0.597 Ba=Wsk1/2 =0.600/2 =0.300 C=(25/8)-5×(Ba2/Hsk2)+2×(Ba4/Hsk4) =3.059 U1=qsk1×Hsk4×108×C/240/(Ea×Ia+Es×Is) =0.597×2.6004×108×3.059/240/(70000×54.875+×8.486) =6.183 (mm) qsk2=Wk×Wsk2/2 =1.990×2.100/2 =2.090 Ba=Wsk2/2 =0.600/2 =1.050 C=(25/8)-5×(Ba2/Hsk2)+2×(Ba4/Hsk4) =2.363 U2=qsk2×Hsk4×108×C/240/(Ea×Ia+Es×Is) =2.090×2.6004×108×2.363/240/(70000×54.875+×8.486) =16.716 (mm) U=U1+U2 =6.183+16.716 =22.900mm Du: 杆件最大挠度与其长度比值: Hsk: 杆件长度: 2.600m Du=U/Hsk/1000 =22.900/2.600/1000 =1/114 U=19.900mm < 20mm Du > 1/150 ,采用中空玻璃。 挠度满足要求!
