门窗工程示例计算书

中远两湾城三期东块门窗设计计算书工程基本参数：工程名称：中远两湾城三期东块工程地点：青岛市中潭路工程所在地：山东青岛市抗震8度设防建筑高度：100米基本层高：3米计算高度：10米计算内容：外墙10米高铝合金门窗LC-1、LTC2424a、TMC3024竖料、横料、玻璃的强度、挠度计算主要材料的选定：铝型材: 采用国产优质华佳日铝型材,材质为 6063-T6 合金玻璃: 国产5mm F绿玻璃，国产5mm F绿钢化玻璃，国产5mm F绿磨砂玻璃I、设计计算依据：1.中远两湾城三期东块建筑结构施工图2.规范：《建筑结构荷载规范》 GB 50009-2001《建筑抗震设计规范》 GB50011-2001（2001年）《建筑玻璃应用技术规程》 JGJ 113-2003J255-2003 （2003年）《建筑结构可靠度设计统一标准》 GB50068-2001（2001年）《玻璃幕墙工程技术规范》 JGJ102-2003 J 280-2003 （2003年）《建筑铝型材基材》 GB/T5237.1-2000《建筑铝型材阳极氧化，着色型材》 GB/T5237.2-2000《浮法玻璃》 GB11614---1999《夹层玻璃》 GB9962---1998《钢化玻璃》 GB/T9963---1998《铝及铝合金轧制版材》 GB/T3880---1997《铝塑复合板》 GB/T17748《铝合金建筑型材》 GB/T5237-93《铝塑复合板用铝带》 YS/T432---2000《建筑幕墙风压变形性能检测方法》 GB/T18227II、基本计算公式：(1)、地区类型划分：根据地面粗糙度，地区可划分为以下类别：A类地区：近海海面和海岛、海岸、湖岸及沙漠地区；B类地区：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类地区：密集建筑群的城市市区；D类地区：密集建筑群且房屋较高的城市市区。

中远两湾城三期东块在山东青岛市按照A类地区计算(2)、风荷载计算根据《建筑结构荷载规范》GB50009-2001规定 :风荷载标准值(须>=1KN/m^2):Wk= βgz×μS×μZ×w0其中Wk---作用在门窗幕墙上的风荷载标准值(不应小于 1.0KN/m^2:《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003 5.3.2 ))(kN/m^2)βgz---瞬时阵风风压系数,按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001规定根据地区类型划分不同，按以下公式计算：βgz =k(1+2μf)对A,B,C,D类地面粗糙度系数k，分别为 0.92,0.89,0.85,0.80高度变化系数:μf =0.5×35^(1.8×(α-0.16))×(A/10)^-α对A,B,C,D类地面粗糙度指数α，分别为 0.12,0.16,0.22,0.30μS---风荷载体型系数,按GB50009-2001规定μZ---风压高度变化系数,按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001规定1) A(计算高度）= 10m2) 地区类型=A类地区μZ(A)=1.379(A/10)^0.24μZ(B)=(A/10)^0.32μZ(C)=0.616(A/10)^0.44μZ(D)=0.318(A/10)^0.60W0---基本风压：600N/m^2按《建筑结构荷载规范》GB 50009-2001规定,采用50年平均最大风压)(3)、地震荷载计算qEAK=βΕ×αmax×Gk其中qEAK---垂直于玻璃平面的分布水平地震作用标准值(kN/m^2)βE---动力放大系数，按5.0取定αmax---水平地震影响系数最大值，按相应抗震烈度取定,《建筑结构荷载规范》GB50009-2001规定取值如下：6度：αmax＝0.047度：αmax＝0.088度：αmax＝0.169度：αmax＝0.32山东青岛市按照抗震8度计算取αmax＝0.16(4)、荷载组合1.门窗构件承载力极限状态设计时，其作用效应的组合就符合下列规定：a.无地震作用效应组合时：S=γG×SGk+ψw×γw×Swkb.有地震作用效应组合时：S=γG×SGk+ψw×γw×Swk+ψE×γE×SEk2.进行门窗构件承载力设计时，作用分项系数应按下列规定取值：a.一般情况下，永久荷载、风荷载和地震作用的分项系数γG、γw、γE应分别取1.2、1.4和1.3b.当永久荷载的效应起控制作用时，其分项系数γG应取1.35c.当永久荷载的效应对构件有利时，其分项系数γG的取值不应大于1.03.可变作用的组合值系数，一般情况下，风荷载和地震作用的组合值系数ψw、ψE应分别取1.0和0.5(5)、设计荷载确定原则在作用于门窗上的各种荷载中，主要有风荷载、地震作用、玻璃构件自重和由环境温度变化引起的作用效应等等。

在门窗的节点设计中通过预留一定的间隙，消除了由各种构件和饰面材料热胀冷缩引起的作用效应。

所以，作用于垂直立面门窗的荷载主要是风荷载、地震作用，门窗平面内主要是门窗结构自重，其中风荷载引起的效应最大。

III、工程设计计算书一、基本荷载设计计算：1. 风荷载计算1.1 风荷载标准值(须>=1KN/m^2):Wk= βgz×μS×μZ×w0=1.632221×1.4×1.379×600=1890.7N/m^2（按：《建筑结构荷载规范》GB50009-2001规定 ,安全设计风荷载采用50年一遇阵风风速相应风压值计算）1.1.1 基本风压:W0=600N/m^2(按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001规定,采用50年平均最大风压)1.1.2 阵风风压系数:βgz =k(1+2μf)对A,B,C,D类地面粗糙度系数k，分别为 0.92,0.89,0.85,0.80脉动系数:μf =0.5×35^(1.8×(α-0.16))×(A/10)^-α对A,B,C,D类地面粗糙度指数α，分别为 0.12,0.16,0.22,0.30(按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001规定)1.1.3 风压高度变化系数μZ:1) A(计算高度）= 10m2) 地区类型=A类地区μZ(A)=1.379(A/10)^0.24μZ(B)=(A/10)^0.32μZ(C)=0.616(A/10)^0.44μZ(D)=0.318(A/10)^0.601.1.4 风荷载体型系数:μS =1.4 (垂直幕墙外表面按GB50009-2001规定) 1.2 风荷载设计值：W=1.4×Wk=1.4×1890.7=2646.98N/m^22. 玻璃面积及自重计算该处门窗分格短边:a= 1.2 m该处门窗分格长边:b= 1.4 m该处门窗分格面积:A=a×b= 1.2×1.4= 1.68m^2玻璃板块自重：GAK: 玻璃板块平均自重(不包括铝框):玻璃的体积密度为: 25600(N/m3) (JGJ102-2003 5.3.1)外层玻璃厚度t1(mm):8mm内层玻璃厚度t2(mm):6mmGAK=25600×(t1+t2)/1000=25600×(8+6)/1000=358.4N/m23. 地震荷载计算1)选择地震影响系数 :αmax =0.16(8度抗震设计)2)动力放大系数 :βE = 53)选择门窗玻璃自重:GAK =358.4N/m^23.1 地震作用标准值:qEAK=βΕ×αmax×GAk=5×0.16×358.4=286.72N/m^23.2 地震作用设计值:qEA=1.3×qEAK=1.3×286.72=372.74N/m^23.3 地震作用线荷载设计值: 447.29N/mm4. 风、地组合荷载[N/m2]:q=W+ψE×qEA=2646.98+0.5×372.74=2833.35N/m^2风荷载标准值为：1890.7[N/m2]，故门窗荷载的设计符合2级标准二、玻璃(中空玻璃)设计计算1. 地震荷载计算1)地震影响系数αmax:8度抗震设计 0.16GAK: 玻璃板块平均自重(不包括铝框):=358.4N/m^23)该处门窗分格短边:a= 1.2 m4)该处门窗分格长边:b= 1.4 m5)外层玻璃厚度t1(mm):8mm6)内层玻璃厚度t2(mm):6mm7)动力放大系数 :βE = 51.1垂直于幕墙的地震作用标准值qEK(N/m^2)=βΕ×αmax×GAk=5×0.16×358.4=286.72N/m^21.2外玻璃地震作用标准值qEK1(N/m^2)=qEK×t1^3/(t1^3+t2^3)=286.72×8^3/(8^3+6^3)=201.65N/m^21.3内玻璃地震作用标准值qEK2(N/m^2)=qEK×t2^3/(t1^3+t2^3)=286.72×6^3/(8^3+6^3)=85.07N/m^22. 玻璃强度计算1)外层玻璃风荷载Wk1(N/m^2)=略去=略去=1462.7N/m^22)内层玻璃风荷载Wk2(N/m^2)=略去=略去=560.98N/m^23)外层玻璃强度允许值fg(N/mm^2):28N/mm^24)内层玻璃强度允许值fg(N/mm^2):28N/mm^25)四边支承面板玻璃弯矩系数 m：0.05766)玻璃大挠度影响折减系数η：0.922.1 风作用于外层玻璃应力标准值σwk1(N/mm^2)=略去=略去=10.46N/mm^22.2 地震作用于外层玻璃应力标准值σek1(N/mm^2)=略去=略去=1.44N/mm^22.3 外层玻璃应力设计值σ1(N/mm^2)=略去=略去=15.59N/mm^2σ1 <= fg1(N/mm^2) ?强度满足！2.4 风作用于内层玻璃应力标准值σwk2(N/mm^2)=6×m×wk×a^2/t2^2×η=6×0.0576×1890.7×1200^2/6^2×0.92=7.13N/mm^22.5 地震作用于内层玻璃应力标准值σek2(N/mm^2)=略去=略去=1.08N/mm^22.6 内层玻璃应力设计值σ2(N/mm^2)=1.4×σwk2+(1.3×0.5)×σek2=1.4×7.13+(1.3×0.5)×1.08=10.69N/mm^2σ2 <= fg2(N/mm^2) ?强度满足！3. 玻璃刚度计算3.1 中空玻璃的等效厚度te = 0.95×(t1 ^ 3 + t2 ^ 3) ^ (1 / 3) = 8.55板挠度系数μ；根据玻璃短边/玻璃长边查表得μ=0.00547E: 玻璃弹性模量 : 72000N/mm2ν: 玻璃泊松比: 0.2θ=wk×a^4/E/te^4=10.962050243585η: 折减系数,根据参数θ查表6.1.2-2 得η =0.923.2 玻璃刚度D(N.mm)=略去=略去=3906414.843.3 玻璃跨中挠度u(mm)=略去=略去=5.05a/60(a玻璃短边)=20u<= a/60 ?刚度满足！三、窗扇立料设计计算1. 扇框荷载计算窗扇可以简化为直接承受梯形荷载来进行计算1.1 风荷载标准值(须>=1KN/m^2):Wk= βgz×μS×μZ×w0=1.632221×1.4×1.379×600=1890.7N/m^2扇框宽度:Wsk=1000mm扇框高度:Hsk=1500mm1.2 门窗扇承受的线荷载标准值(N/mm):Wfk= Wk×Wsk/2= 1890.7×1000/2= 0.945N/mm1.3 门窗扇承受的线荷载设计值(N/mm):Wf= Wfk×1.4= 0.945×1.4= 1.323N/mm2. 门窗扇框选用型材截面特性X轴惯性矩Ix[mm4]:=1200000mm4Y轴惯性矩Iy[mm4]:=1200000mm4X轴抵抗矩Wx1[mm3]:=34000mm3X轴抵抗矩Wx2[mm3]:=34000mm3Y轴抵抗矩Wy1[mm3]:=34000mm3Y轴抵抗矩Wy2[mm3]:=34000mm3型材截面积A[mm2]:=1000mm2X轴面积矩Ss[mm3]:=12000mm3型材计算校核处壁厚t[mm]:=4mm塑性发展系数: γ=1.053. 门窗扇框强度计算扇框宽度:Wsk=1000mm扇框高度:Hsk=1500mm3.1 Msk:扇框所受弯矩 (N.mm)Msk=略去=略去=316968.75N.mm3.2 σ: 扇框计算强度即扇框截面最大应力值σ(N/mm2) X轴抵抗矩Wx2[mm3]:=34000mm3塑性发展系数: γ=1.05σ=Msk/γ/Wx2=316968.75/1.05/34000=8.879N/mm2σ<= fg(85.5N/mm^2) ?强度满足！4. 门窗扇框剪切强度计算扇框宽度:Wsk=1000mm扇框高度:Hsk=1500mm4.1 Vsk:扇框所受剪力 (N)=略去=略去=661.5N4.2 扇框截面最大剪力设计值τ(N/mm2) Y轴惯性矩Iy[mm4]:=1200000mm4X轴面积矩Ss[mm3]:=12000mm3型材计算校核处壁厚t[mm]:=4mmτ(N/mm2)=Vsk×Ss/(Iy×t)=661.5×12000/(1200000×4)=1.65N/mm2τ < 49.6 吗? 剪力满足！5. 门窗扇框挠度计算扇框宽度:Wsk=1000mm扇框高度:Hsk=1500mm门窗扇框材料弹性模量 E=70000N/mm2 X轴惯性矩Ix[mm4]:=1200000mm4U:扇框最大挠度 (mm)=略去=略去=0.31mmU/Hsk=0.31/1500=0.000207U/L ≤ 1/180?挠度满足！四、门窗立挺计算立挺跨度[mm]:L=2100mm立挺作用门窗宽度[mm]：a=1800mm型材计算校核处壁厚t[mm]:=4mm风、地组合荷载[N/m2]:q=W+ψE×qEA=2646.98+0.5×372.74=2833.35N/m^21.2 门窗水平面承受的线荷载标准值[N/mm]:Wfk = q×a= 2833.35×1800= 5.10003N/mm1.3 门窗水平面承受的线荷载设计值[N/mm]:Wf = Wfk×1.4= 5.10003×1.4= 7.14N/mm2. 门窗立梃选用型材截面特性X轴惯性矩Ix[mm4]:=1603083.94mm4Y轴惯性矩Iy[mm4]:=1603000.94mm4X轴抵抗矩Wx1[mm3]:=49378mm3X轴抵抗矩Wx2[mm3]:=46377mm3Y轴抵抗矩Wy1[mm3]:=34000mm3Y轴抵抗矩Wy2[mm3]:=34000mm3型材截面积A[mm2]:=1000mm2X轴面积矩Ss[mm3]:=12000mm3型材计算校核处壁厚t[mm]:=4mm塑性发展系数: γ=1.053. 门窗立梃强度计算立挺跨度[mm]:L=2100mm立挺作用门窗宽度[mm]：a=1800mm3.1 M:立梃所受弯矩 (N.mm)M(N.mm)=q×L^2/8=7.14×2100^2/8=3935925N.mm3.2 σ: 立挺截面最大应力值σ(N/mm2) X轴抵抗矩Wx1[mm3]:=49378mm3X轴抵抗矩Wx2[mm3]:=46377mm3X轴抵抗矩Wxmin[mm3]:=46377塑性发展系数: γ=1.05σ=略去=略去=80.827N/mm2σ<= fg(85.5N/mm^2) ?强度满足！4. 门窗立挺剪切强度计算立挺跨度[mm]:L=2100mm立挺作用门窗宽度[mm]：a=1800mm4.1 风荷载产生的剪力标准值:VWK(N)=Wk×L×a/2=1890.7×2.1×1.8/2=3573.42N4.2 风荷载产生的剪力设计值:Vw(N)=1.4×VWK=1.4×3573.42=5002.79N4.3 地震作用产生的剪力标准值:VeK(N)=qEAk×L×a/2=286.72×2.1×1.8/2=541.9N4.4 地震作用产生的剪力设计值:Ve(N)=1.3×VeK=1.3×541.9=704.47N4.5 最大剪力值:V(N)=Vw+0.5×Ve=5002.79+0.5×704.47=5355.03N4.6 立挺截面最大剪力设计值τ(N/mm2)Y轴惯性矩Iy[mm4]:=1603000.94mm4X轴面积矩Ss[mm3]:=12000mm3型材计算校核处壁厚t[mm]:=4mmτ(N/mm2)=略去=略去=10.02N/mm2τ < 49.6 吗? 剪力满足！5. 门窗立挺挠度计算立挺跨度[mm]:L=2100mm立挺作用门窗宽度[mm]：a=1800mm门窗立挺材料弹性模量 E=70000N/mm2X轴惯性矩Ix[mm4]:=1603083.94mm4 风、地组合荷载[N/m2]:q=W+ψE×qEA=2646.98+0.5×372.74=2833.35N/m^2门窗水平面承受的线荷载标准值[N/mm]:Wfk = q×a= 2833.35×1800= 5.10003N/mmU:立挺最大挠度 (mm)=略去=略去=11.51mmU/L=11.51/2100=0.005481U/L ≤ 1/180?挠度满足！五、门窗横挺计算横挺跨度[mm]:L=1200mm横挺作用门窗宽度[mm]：a=1200mm型材计算校核处壁厚t[mm]:=4mm风、地组合荷载[N/m2]:q=W+ψE×qEA=2646.98+0.5×372.74=2833.35N/m^21.2 门窗水平面风地线荷载标准值[N/mm]:Wfk= q×a= 2833.35×1200= 3.40002N/mm1.3 门窗水平面风地线荷载设计值[N/mm]:Wf= Wfk×1.4= 3.40002×1.4= 4.76N/mm1.4 玻璃板块自重：GAK: 玻璃板块平均自重(不包括铝框):玻璃的体积密度为: 25600(N/m3) (JGJ102-2003 5.3.1)外层玻璃厚度t1(mm):8mm内层玻璃厚度t2(mm):6mmGAK=25600×(t1+t2)/1000=25600×(8+6)/1000=358.4N/m21.5 门窗玻璃重力线荷载标准值[N/mm]:Gk= GAK×L= 358.4×1200= 0.43N/mm1.6 门窗玻璃重力线荷载设计值[N/mm]:G= Gk×1.2= 0.43×1.2= 0.516N/mm2. 门窗横梃选用型材截面特性X轴惯性矩Ix[mm4]:=1300000mm4Y轴惯性矩Iy[mm4]:=1300000mm4X轴抵抗矩Wx1[mm3]:=34000mm3X轴抵抗矩Wx2[mm3]:=34000mm3Y轴抵抗矩Wy1[mm3]:=34000mm3Y轴抵抗矩Wy2[mm3]:=34000mm3型材截面积A[mm2]:=1000mm2X轴面积矩Ss[mm3]:=12000mm3型材计算校核处壁厚t[mm]:=4mm塑性发展系数: γ=1.053. 门窗横梃强度计算横挺跨度[mm]:L=1200mm横挺作用门窗宽度[mm]：a=1200mm3.1 MW:横挺所受风地弯矩(N.mm)MW(N.mm)=Wf×L^2/12=4.76×1200^2/12=571200N.mm3.2 MG:横挺所受自重弯矩(N.mm)MG(N.mm)=G×L^2/8=0.516×1200^2/8=92880N.mm3.3 σ: 横挺截面最大应力值σ(N/mm2)X轴抵抗矩Wx1[mm3]:=34000mm3X轴抵抗矩Wx2[mm3]:=34000mm3X轴抵抗矩Wxmin[mm3]:=34000Y轴抵抗矩Wy1[mm3]:=34000mm3Y轴抵抗矩Wy2[mm3]:=34000mm3Y轴抵抗矩Wymin[mm3]:=34000塑性发展系数: γ=1.053.3.1风和地震作用在跨中产生的最大应力(N/mm^2):σmax1=MW/γ/Wymin=571200/1.05/34000=16N/mm23.3.2重力在跨中产生的最大应力(N/mm^2):σmax2=MG/γ/Wxmin=92880/1.05/34000=2.602N/mm2σ(N/mm^2)=σmax1+σmax2=18.602N/mm^2σ<= fg(85.5N/mm^2) ?强度满足！4. 门窗横挺剪切强度计算横挺跨度[mm]:L=1200mm横挺作用门窗宽度[mm]：a=1200mm4.1 风地荷载产生的剪力(N)VmaxHVmaxH=Wf×L/4=4.76×1200/4=1428N4.2 重力作用产生的剪力(N)VmaxVVmaxV=1/2×G×L=1/2×0.516×1200=309.6N4.3 水平方向剪力应力值[N/mm2]τmaxHτmaxH=VmaxH×Ss/(Iy×t)=1428×12000/(1300000×4)=3.3N/mm^24.4 重力方向剪力应力值(N/mm^2)τmaxVτmaxV=VmaxV×Ss/(Ix×t)=309.6×12000/(1300000×4)=0.71N/mm^24.5 横挺截面最大剪力设计值τ(N/mm2)τ(N/mm^2)=max(τmaxH,τmaxV)=3.3N/mm^2τ < 49.6 吗? 剪力满足！5. 门窗横挺挠度计算横挺跨度[mm]:L=1200mm横挺作用门窗宽度[mm]：a=1200mm门窗横挺材料弹性模量 E=70000N/mm2X轴惯性矩Ix[mm4]:=1300000mm4Y轴惯性矩Iy[mm4]:=1300000mm45.1 水平方向最大挠度(mm)umaxH1=Wf×L^4/(120×E×Iy)=4.76×1200^4/(120×70000×1300000) =0.9mm5.2 重力方向最大挠度(mm)umaxG=略去=略去=0.13mmU:横挺最大挠度 (mm)=max(umaxH,umaxG)=0.9mmU/L=0.9/1200=0.00075U/L ≤ 1/180?挠度满足！。