HBY屋面平天窗抗风压性能计算书.doc

1、HBY 屋面平天窗抗风压性能计算书I、计算依据：建筑玻璃应用技术规程 JGJ 113-2009钢结构设计规范 GB 50017-2003建筑结构荷载规范 GB 50009-2001 2006 版建筑门窗洞口尺寸系列 GB/T 5824-2008建筑外门窗保温性能分级及检测方法 GB/T 8484-2008建筑外门窗空气声隔声性能分级及检测方法 GB/T 8485-2008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 GB/T 8478-2008铝合金结构设计规范 GB 50429-2007铝合金建筑型材 第一部分：基材 GB 5237.1-2008铝合金

2、建筑型材 第二部分：阳极氧化型材 GB 5237.2-2008铝合金建筑型材 第三部分：电泳涂漆型材 GB 5237.3-2008铝合金建筑型材 第四部分：粉末喷涂型材 GB 5237.4-2008铝合金建筑型材 第五部分：氟碳漆喷涂型材 GB 5237.5-2008铝合金建筑型材 第六部分：隔热型材 GB 5237.6-2008II、详细计算工程位于广东省台山市，不考虑雪压荷载，仅考虑 50 年一遇最大风荷载。一、风荷载计算1)工程所在省市：广东2)工程所在城市：台山3)天窗安装最大高度 z：20 米 4)天窗尺寸：天窗宽度 W1500 mm 天窗全长 L4000 mm 单片长度 L=200

3、0mm支撑结构采用凤铝 155 型材，三条支撑梁相同5)天窗样式图：1 风荷载标准值计算:W k = gz*S1*Z*W 0(按建筑结构荷载规范GB 50009-2001 2006 版 7.1.1-2)1.1 基本风压 W 0= 1000 N/m2(按建筑结构荷载规范GB 50009-2001 2006 版规定,采用 50 年一遇的风压，但不得小于 0.3 KN/m21.2 阵风系数 gz 计算:1)A 类地区：gz=0.92*(1+2f)其中：f=0.5*35(1.8*(-0.04)*(z/10)(-0.12),z 为安装高度；2)B 类地区：gz=0.89*(1+2f)其中：f=0.5*3

4、5(1.8*(0)*(z/10)(-0.16),z 为安装高度；3)C 类地区：gz=0.85*(1+2f)其中：f=0.5*35(1.8*(0.06)*(z/10)(-0.22),z 为安装高度；4)D 类地区：gz=0.80*(1+2f) 其中：f=0.5*35(1.8*(0.14)*(z/10)(-0.30),z 为安装高度；安装高度 z5 米时,按 5 米时的阵风系数取值。本工程按： A.近海海面和海岛、海岸湖岸及沙漠地区 取值。gz=0.92*(1+2f) f=0.5*35(1.8*(-0.04)*(z/10)(-0.12)=0.92*(1+2*(0.5*35(1.8*(-0.04)

5、*(20/10)(-0.12)=1.575(按建筑结构荷载规范GB 50009-2001 2006 版 7.5.1 规定)1.3 风压高度变化系数 z 计算:1)A 类地区：z=1.379 * (z / 10) 0.24,z 为安装高度；2)B 类地区：z=(z / 10) 0.32,z 为安装高度；3)C 类地区：z=0.616 * (z / 10) 0.44,z 为安装高度；4)D 类地区：z=0.318 * (z / 10) 0.6,z 为安装高度；本工程按： A.近海海面和海岛、海岸湖岸及沙漠地区 取值。z=1.379 * (20 / 10) 0.24=1.629(按建筑结构荷载规范G

6、B 50009-2001 2006 版 7.2.1 规定 )1.4 局部风压体型系数 s1 的计算：s1：局部风压体型系数，根据计算点体型位置取 0.8；按建筑结构荷载规范GB50009-2001(2006 年版)第 7.3.3 条：验算围护构件及其连接的强度时，可按下列规定采用局部风压体型系数 s1： 外表面1. 正压区 按表 7.3.1 采用；2. 负压区- 对墙面， 取-1.0- 对墙角边， 取-1.8 内表面对封闭式建筑物，按表面风压的正负情况取-0.2 或 0.2。另注：上述的局部体型系数 s1(1)是适用于围护构件的从属面积 A1m 2的情况，当围护构件的从属面积 A10m 2时，

7、局部风压体型系数 s1(10)可乘以折减系数 0.8，当构件的从属面积 A10m 2而1m 2时，局部风压体型系数 s1(A)可按面积的对数线性插值，即：s1(A)=s1(1)+s1(10)-s1(1)logA受力杆件中从属面积最大的杆件为：竖向杆件中的(竖杆件)其从属面积为 A=左区域 1：3+右区域 2：3=6支撑结构的构件从属面积 A10 m 2,且 A1 m 2LogA=Log(6)=0.778s1(6)=s1(1)+s1(10)-s1(1)*logA=.8+(.8*0.8-.8)*0.778=2.875s1=s1(6)+0.2=2.875+0.2=3.075因此：支撑结构局部风压体型

8、系数 s1 取：3.0751.4.2 面板材料的局部风压体型系数 s1 的计算：面板材料的局部风压体型系数按面积最大的玻璃板块(即：2000x1500=3 m 2)来计算：面板材料的构件从属面积 A10m 2而1m 2s1(3)=1.74s1=s1(3)+0.2 =1.74+0.2 =1.94因此：面板材料局部风压体型系数 s1 取：1.941.5 风荷载标准值计算:1.5.1 支撑结构风荷载标准值计算:Wk(N/m2)=gz*z*S1*W0=1.575*1.629*3.075*1000=7889.4511.5.2 面板材料风荷载标准值计算:Wk(N/m2)=gz*z*S1*W0=1.575*

9、1.629*1.94*1000=4977.4102 风荷载设计值计算：2.1 支撑结构风荷载设计值计算：W(N/m2)=1.4*Wk=1.4*7889.451=11045.2312.2 面板结构风荷载设计值计算：W(N/m2)=1.4*Wk=1.4*2565.675=6968.374二、天窗主要受力杆件的挠度、弯曲应力、剪切应力校核:1 校验依据：1.1 挠度校验依据：1)单层玻璃，柔性镶嵌：2)双层玻璃，柔性镶嵌：3)单层玻璃，刚性镶嵌：其中：fmax:为受力杆件最在变形量(mm)L:为受力杆件长度(mm)本窗型选用:单层玻璃，柔性镶嵌：校核依据 fmax/L 1/150 且 famx 20

10、 mm1.2 弯曲应力校验依据：max=M/W=:材料的抗弯曲应力(N/mm 2)max:计算截面上的最大弯曲应力(N/mm 2)M:受力杆件承受的最大弯矩(N.mm) W:净截面抵抗矩(mm 3)1.3 剪切应力校验依据：max=(Q*S)/(I*)=:材料的抗剪允许应力(N/mm 2)max:计算截面上的最大剪切应力(N/mm 2)Q:受力杆件计算截面上所承受的最大剪切力(N) S:材料面积矩(mm 3)I:材料惯性矩(mm 4):腹板的厚度(mm)2 主要受力杆件的挠度、弯曲应力、剪切应力计算：因建筑外窗在风荷载作用下，承受的是与外窗垂直的横向水平力，外窗各框料间构成的受荷单元，可视为四

11、边铰接的简支板。在每个受荷单元的四角各作 45 度斜线，使其与平行于长边的中线相交。这些线把受荷单元分成 4 块，每块面积所承受的风荷载传递给其相邻的构件，每个构件可近似地简化为简支梁上呈矩形、梯形或三角形的均布荷载。这样的近似简化与精确解相比有足够的准确度，结果偏于安全，可以满足工程设计计算和使用的需要。由于窗的四周与墙体相连，作用在玻璃上的风荷载由窗框传递给墙体，故不作受力杆件考虑，只需对选用的中梃进行校核。2.1 竖杆件的挠度、弯曲应力、剪切应力计算:构件【支撑梁】的各受荷区域基本情况如下图：构件【支撑梁】的为铝合金管，承担【支撑梁】上的全部荷载：(1) 铝合金管截面参数如下： 惯性矩：

12、977630抵抗矩：61623面积矩：5522截面面积：1224腹板厚度：3.02.1.1 【支撑梁】的刚度计算(1) 中柱的弯曲刚度计算 D(N.mm2)=E*I=70000*977630=68434100000中柱的剪切刚度计算 D(N.mm2)=G*F=26000*1224=318240002.【支撑梁】的组合受力杆件的总弯曲刚度计算D(N.mm2)= 68434100000=68434100000【支撑梁】的组合受力杆件的总剪切刚度计算D(N.mm2)= 31824000=318240002.1.2 【支撑梁】的受荷面积计算1.左区域 1 的受荷面积计算(三角形)A(mm2)=(200

13、0/2*1500)/2=7500002.右区域 2 的受荷面积计算(三角形)A(mm2)=(2000/2*1500)/2=7500003.【支撑梁】的总受荷面积A(mm2)=750000+750000=15000002.1.3 【支撑梁】所受均布荷载计算Q(N)=Wk*A=7889.451*1500000/1000000=11834.1772.1.4 【支撑梁】在均布荷载作用下的中点挠度、弯矩、剪力计算2.1.4.1 在均布荷载作用下的中点挠度计算1.中柱在均布荷载作用下的中点挠度计算按弯曲刚度比例分配荷载分配荷载:Q 中柱=Q 总*(D 中柱/D 总)=11834.177*(68434100

14、000/68434100000)=11834.177本受力杆件在风荷载作用下，可简化为承受三角形均布荷载Fmid(mm)=Q*L3/(60*D)=11834.177*15003/(60*68434100000)=19.912.1.4.2 在均布荷载作用下的弯矩计算1.中柱在均布荷载作用下的弯矩计算按弯曲刚度比例分配荷载分配荷载:Q 中柱=Q 总*(D 中柱/D 总)=11834.177*(68434100000/68434100000)=11834.177所受荷载的设计值计算:Q=1.4*Q=1.4* 11834.177=16567.848本受力杆件在风荷载作用下，可简化为承受三角形均布荷载M

15、max(N.mm)=Q*L/6=16567.848*1500/6=41419622.1.4.3 在均布荷载作用下的剪力计算1.中梁在均布荷载作用下的剪力计算按剪切刚度比例分配荷载分配荷载:Q 中梁=Q 总*(D 中梁/D 总)=11834.177*(31824000/31824000)=11834.177所受荷载的设计值计算:Q=1.4*Q=1.4* 11834.177=16567.848本受力杆件在风荷载作用下，可简化为承受三角形均布荷载Qmax(N)=Q/4=16567.848/4=4141.9622.1.5 【支撑梁】 在集中荷载作用下的中点挠度、弯矩、剪力计算2.1.6 竖杆件在均布荷

16、载和集中荷载共同作用下的中点总挠度校核 2.1.6.1 中梁中点总挠度校核2.1.6.1.1 中梁中点总变形计算F 总=F 均布+F 集中=9.727=9.7272.1.6.1.2 中梁中滑挠跨比计算挠跨比=F 总/1500 =9.727/1500=0.0065该天窗选用:双层中空玻璃，柔性镶嵌：校核依据 fmax/L 1/150 且 famx 20 mm0.003 1/150 且 9.727 20 mm ，因此: 中梁 的挠度符合要求。2.1.7 竖杆件在均布荷载和集中荷载共同作用下的抗弯曲强度校核 2.1.7.1 中梁抗弯曲强度校核2.1.7.1.1 中梁总弯矩计算M 总=M 均布+M 集

17、中=4141962=41419622.1.7.1.2 中梁弯曲应力计算max=M/W max:计算截面上的最大弯曲应力M:受力杆件承受的最大弯矩W:净截面抵抗矩max=M/W =4141962/61623=67.21466.961 此类型材允许的弯曲应力 85.5 , 因此 抗弯强度满足要求。2.1.8 竖杆件在均布荷载和集中荷载共同作用下的抗剪切强度校核 2.1.8.1 中梁抗剪切强度校核2.1.8.1.1 中梁总剪力计算Q 总=Q 均布+Q 集中=4141.962=4141.9622.1.8.1.2 中梁剪切应力计算max=(Q*S)/(I*)max:计算截面上的最大剪切应力Q:受力杆件计

18、算截面上所承受的最大剪切力S:材料面积矩I:材料惯性矩:腹板的厚度矩max=(Q*S)/(I*)=(4141.962*5522)/(977630*1.4)=16.71116.711 此类型材允许的抗剪切应力 49.6 , 因此 抗剪切能力满足要求。2.1.9 竖杆件在均布荷载和集中荷载共同作用下的受力杆件端部连接强度校核 2.1.9.1 竖杆件单端所承受的最大剪切力设计值 Q=1.4*Q 总/2=1.4*11834.177/2=8283.9242.1.9.2 竖杆件端部焊缝的剪切应力 =(1.5*Q)/(*Lj):型材端部焊缝的剪切应力 Q:受力杆件单端所承受的最大剪切力设计值Lj:焊缝计算长

19、度:连接件中腹板的厚度(2 倍型材壁厚)=6*2.5=15=(1.5*Q)/(*Lj)=(1.5*8283.924)/(15*70)=11.83411.834 此类焊缝端部允许的抗剪切应力 35 , 因此 抗剪切能力满足要求。2.1.10 竖杆件综合抗风压能力计算竖杆件在均布荷载和集中荷载作用下总受荷面积计算：A= 750000+750000= 1500000 mm2本受力杆件在风荷载作用下，可简化为承受三角形均布荷载L/130=Q*A*L3/(60*D)Q=60*D/(L2*130*A)=60*68434100000/(15002*130*150000)*1000=3.35 (kPa) 3.

20、整窗抗风压等级计算 通过以上构件的综合抗风压能力计算(如果 P31 kpa ，取 P31 kpa)，做出如下取值: P 3=3.35 (kpa) ，结合下表，进行整窗的抗风压等级计算：建筑外窗抗风压性能分级表分级代号1 2 3 4 5 6 7 8 9分级指标值P31P31.51.5P322P32.52.5P333P33.53.5P344P34.54.5P35P35.0说明：第 9 级应在分级后同时注明具体检测压力差值。通过查询建筑外窗抗风压性能分级表,可知该天窗的抗风压性能达到 5 级三、玻璃计算3.1 本天窗中面积最大的玻璃是：左右区域的玻璃宽度：4000 mm高度：1500 mm面积：6

21、m 2厚度：6 mm3.2 最大许用面积计算据建筑玻璃应用技术规程JGJ 113-2003 4.2.2 当玻璃厚度 t 6mm 时，当玻璃厚度 t 6mm 时，式中 k 风荷载标准值，kPa Amax 玻璃的最大许用面积，m 2t 玻璃的厚度，mm；钢化、半钢化、夹丝、压花玻璃按单片玻璃厚度进行计算； 夹层玻璃按总厚度进行计算；中空玻璃按两单片玻璃中薄片厚度进行计算； 抗风压调整系数，由玻璃类型决定取值；若夹层玻璃工作温度超过 70C，调整系数应为 0.6；钢化玻璃的抗风压调整系数应经实验确定，建议取 2.0；组合玻璃的抗风压调整系数应采用不同类型玻璃抗风压调整系数的乘积。抗风压调整系数（）玻

22、璃种类普通退火玻璃半钢化玻璃钢化玻璃夹层玻璃中空玻璃夹丝玻璃压花玻璃单片防火玻璃调整系数 1.00 1.6 2.03.00.8 1.5 0.5 0.6 3.04.5本天窗选用的玻璃是：普通玻璃 6mm 28 N/mm2 中空玻璃层玻璃 ,调整系数 =1.5因为厚度 0 6mm,故采用Amax=0.2*1.5*61.8/1.0=5.03玻璃最大面积:6 玻璃最大许用面积:7.545,故面积满足要求.3.2 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:25.6 kN/m 3t: 玻璃板块厚度: 6 mmGAk=25.6*t/1000=25.6*6/1000=0.1536

23、 kN/m23.3 玻璃强度校核 玻璃在垂直于玻璃平面的风荷载作用下的最大应力计算公式：式中 w风荷载作用下玻璃最大应力（N/mm2） 风荷载设计值（N/mm2） ，取 =ka 玻璃短边边长（mm） ，t 玻璃厚度（mm） ，中空玻璃的厚度取单片外侧玻璃厚度的 1.2 倍；夹层玻璃的厚度一般取单片玻璃厚度的 1.26 倍； 弯曲系数，可按边长比 a/b 由下表用插入法查得（b 为长边边长） ； 弯曲系数表a/b 0.00 0.25 0.33 0.40 0.50 0.55 0.60 0.65 0.1250 0.1230 0.1180 0.1115 0.1000 0.0934 0.0868 0.0804a/b 0.70 0.75 0.80 0.85 0.90 0.95 1.00 0.0742 0.0683 0.0628 0.0576 0.0528 0.0483 0.0442最大面积玻璃短边 a=1500 mm,最大面积玻璃长边 b=2000 mm短长边比 a/b=0.75,查表得到弯曲系数 =0.0683最大应力计算:w=(6*a2)/(t2*1000)=(6*0.0683*1*7502)/(62*1000)=25.622经校核，玻璃的最大应力 25.622 玻璃的强度设计值 28.00，故满足强度要求。