屋面平天窗抗風(fēng)壓性能計(jì)算書(shū)

1、HBY屋面平天窗抗風(fēng)壓性能計(jì)算書(shū)I、計(jì)算依據(jù)：建筑玻璃應(yīng)用技術(shù)規(guī)程 JGJ 113-2009鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范 GB 50017-2003建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范 GB 50009-2001 2006版建筑門(mén)窗洞口尺寸系列 GB/T 5824-2008建筑外門(mén)窗保溫性能分級(jí)及檢測(cè)方法 GB/T 8484-2008建筑外門(mén)窗空氣聲隔聲性能分級(jí)及檢測(cè)方法 GB/T 8485-2008建筑外門(mén)窗氣密、水密、抗風(fēng)壓性能分級(jí)及檢測(cè)方法GB/T 7106-2008鋁合金門(mén)窗 GB/T 8478-2008鋁合金結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范 GB 50429-2007鋁合金建筑型材 第一部分：基材 GB 5237.1-2008鋁合金建筑

2、型材 第二部分：陽(yáng)極氧化型材 GB 5237.2-2008鋁合金建筑型材 第三部分：電泳涂漆型材 GB 5237.3-2008鋁合金建筑型材 第四部分：粉末噴涂型材 GB 5237.4-2008鋁合金建筑型材 第五部分：氟碳漆噴涂型材 GB 5237.5-2008鋁合金建筑型材 第六部分：隔熱型材 GB 5237.6-2008II、詳細(xì)計(jì)算 工程位于廣東省臺(tái)山市，不考慮雪壓荷載，僅考慮50年一遇最大風(fēng)荷載。一、風(fēng)荷載計(jì)算 1)工程所在省市：廣東 2)工程所在城市：臺(tái)山 3)天窗安裝最大高度z：20 米 4)天窗尺寸： 天窗寬度W1500 mm 天窗全長(zhǎng)L4000 mm 單片長(zhǎng)度L=2000mm

3、 支撐結(jié)構(gòu)采用鳳鋁155型材，三條支撐梁相同 5)天窗樣式圖：1 風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算:Wk = gz*S1*Z*W0 (按建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范GB 50009-2001 2006版 7.1.1-2)1.1 基本風(fēng)壓 W0= 1000 N/m2 (按建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范GB 50009-20012006版規(guī)定,采用50年一遇的風(fēng)壓，但不得小于0.3 KN/m21.2 陣風(fēng)系數(shù)gz 計(jì)算: 1)A類(lèi)地區(qū)：gz=0.92*(1+2f) 其中：f=0.5*35(1.8*(-0.04)*(z/10)(-0.12),z為安裝高度； 2)B類(lèi)地區(qū)：gz=0.89*(1+2f) 其中：f=0.5*35(1.8*(0)*

4、(z/10)(-0.16),z為安裝高度； 3)C類(lèi)地區(qū)：gz=0.85*(1+2f) 其中：f=0.5*35(1.8*(0.06)*(z/10)(-0.22),z為安裝高度； 4)D類(lèi)地區(qū)：gz=0.80*(1+2f) 其中：f=0.5*35(1.8*(0.14)*(z/10)(-0.30),z為安裝高度； 安裝高度z5米時(shí),按5米時(shí)的陣風(fēng)系數(shù)取值。 本工程按： A.近海海面和海島、海岸湖岸及沙漠地區(qū) 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)*(20/10)(-0.

5、12) =1.575 (按建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范GB 50009-2001 2006版7.5.1規(guī)定) 1.3 風(fēng)壓高度變化系數(shù)z計(jì)算: 1)A類(lèi)地區(qū)：z=1.379 * (z / 10) 0.24,z為安裝高度； 2)B類(lèi)地區(qū)：z=(z / 10) 0.32,z為安裝高度； 3)C類(lèi)地區(qū)：z=0.616 * (z / 10) 0.44,z為安裝高度； 4)D類(lèi)地區(qū)：z=0.318 * (z / 10) 0.6,z為安裝高度； 本工程按： A.近海海面和海島、海岸湖岸及沙漠地區(qū) 取值。 z=1.379 * (20 / 10) 0.24 =1.629 (按建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范GB 50009-2001 2

6、006版 7.2.1規(guī)定 ) 1.4 局部風(fēng)壓體型系數(shù)s1的計(jì)算： s1：局部風(fēng)壓體型系數(shù)，根據(jù)計(jì)算點(diǎn)體型位置取0.8； 按建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范GB50009-2001(2006年版)第7.3.3條：驗(yàn)算圍護(hù)構(gòu)件及其連接的強(qiáng)度時(shí)，可按下列規(guī)定采用局部風(fēng)壓體型系數(shù)s1： 外表面 1. 正壓區(qū) 按表7.3.1采用； 2. 負(fù)壓區(qū) - 對(duì)墻面， 取-1.0 - 對(duì)墻角邊， 取-1.8 內(nèi)表面 對(duì)封閉式建筑物，按表面風(fēng)壓的正負(fù)情況取-0.2或0.2。 另注：上述的局部體型系數(shù)s1(1)是適用于圍護(hù)構(gòu)件的從屬面積A1m2的情況，當(dāng)圍護(hù)構(gòu)件的從屬面積A10m2時(shí)，局部風(fēng)壓體型系數(shù)s1(10)可乘以折減系數(shù)0.

7、8，當(dāng)構(gòu)件的從屬面積A10m2而1m2時(shí)，局部風(fēng)壓體型系數(shù)s1(A)可按面積的對(duì)數(shù)線(xiàn)性插值，即：s1(A)=s1(1)+s1(10)-s1(1)logA 受力桿件中從屬面積最大的桿件為：豎向桿件中的(豎桿件) 其從屬面積為A=左區(qū)域1：3+右區(qū)域2：3 =6 支撐結(jié)構(gòu)的構(gòu)件從屬面積A10 m2,且A1 m2 LogA=Log(6)=0.778 s1(6)=s1(1)+s1(10)-s1(1)*logA =.8+(.8*0.8-.8)*0.778 =2.875 s1=s1(6)+0.2 =2.875+0.2 =3.075 因此：支撐結(jié)構(gòu)局部風(fēng)壓體型系數(shù)s1?。?.0751.4.2 面板材料的局部

8、風(fēng)壓體型系數(shù)s1的計(jì)算： 面板材料的局部風(fēng)壓體型系數(shù)按面積最大的玻璃板塊(即：2000x1500=3 m2)來(lái)計(jì)算： 面板材料的構(gòu)件從屬面積A10m2而1m2 s1(3)=1.74 s1=s1(3)+0.2 =1.74+0.2 =1.94 因此：面板材料局部風(fēng)壓體型系數(shù)s1?。?.94 1.5 風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算: 1.5.1 支撐結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算: Wk(N/m2)=gz*z*S1*W0 =1.575*1.629*3.075*1000 =7889.4511.5.2 面板材料風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算: Wk(N/m2)=gz*z*S1*W0 =1.575*1.629*1.94*1000 =4977.

9、410 2 風(fēng)荷載設(shè)計(jì)值計(jì)算： 2.1 支撐結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載設(shè)計(jì)值計(jì)算： W(N/m2)=1.4*Wk =1.4*7889.451 =11045.2312.2 面板結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載設(shè)計(jì)值計(jì)算： W(N/m2)=1.4*Wk =1.4*2565.675 =6968.374 二、天窗主要受力桿件的撓度、彎曲應(yīng)力、剪切應(yīng)力校核: 1 校驗(yàn)依據(jù)：1.1 撓度校驗(yàn)依據(jù)： 1)單層玻璃，柔性鑲嵌： 2)雙層玻璃，柔性鑲嵌： 3)單層玻璃，剛性鑲嵌： 其中：fmax:為受力桿件最在變形量(mm) L:為受力桿件長(zhǎng)度(mm) 本窗型選用:單層玻璃，柔性鑲嵌：校核依據(jù) fmax/L 1/150 且 famx 20 mm1.

10、2 彎曲應(yīng)力校驗(yàn)依據(jù)： max=M/W<= :材料的抗彎曲應(yīng)力(N/mm2) max:計(jì)算截面上的最大彎曲應(yīng)力(N/mm2) M:受力桿件承受的最大彎矩(N.mm) W:凈截面抵抗矩(mm3)1.3 剪切應(yīng)力校驗(yàn)依據(jù)： max=(Q*S)/(I*)<= :材料的抗剪允許應(yīng)力(N/mm2) max:計(jì)算截面上的最大剪切應(yīng)力(N/mm2) Q:受力桿件計(jì)算截面上所承受的最大剪切力(N) S:材料面積矩(mm3) I:材料慣性矩(mm4) :腹板的厚度(mm) 2 主要受力桿件的撓度、彎曲應(yīng)力、剪切應(yīng)力計(jì)算： 因建筑外窗在風(fēng)荷載作用下，承受的是與外窗垂直的橫向水平力，外窗各框料間構(gòu)成的受

11、荷單元，可視為四邊鉸接的簡(jiǎn)支板。在每個(gè)受荷單元的四角各作45度斜線(xiàn)，使其與平行于長(zhǎng)邊的中線(xiàn)相交。這些線(xiàn)把受荷單元分成4塊，每塊面積所承受的風(fēng)荷載傳遞給其相鄰的構(gòu)件，每個(gè)構(gòu)件可近似地簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)支梁上呈矩形、梯形或三角形的均布荷載。這樣的近似簡(jiǎn)化與精確解相比有足夠的準(zhǔn)確度，結(jié)果偏于安全，可以滿(mǎn)足工程設(shè)計(jì)計(jì)算和使用的需要。由于窗的四周與墻體相連，作用在玻璃上的風(fēng)荷載由窗框傳遞給墻體，故不作受力桿件考慮，只需對(duì)選用的中梃進(jìn)行校核。 2.1 豎桿件的撓度、彎曲應(yīng)力、剪切應(yīng)力計(jì)算: 構(gòu)件【支撐梁】的各受荷區(qū)域基本情況如下圖： 構(gòu)件【支撐梁】的為鋁合金管，承擔(dān)【支撐梁】上的全部荷載： (1) 鋁合金管 截面參

12、數(shù)如下： 慣性矩：977630 抵抗矩：61623 面積矩：5522 截面面積：1224 腹板厚度：3.02.1.1 【支撐梁】的剛度計(jì)算 (1) 中柱的彎曲剛度計(jì)算 D(N.mm2)=E*I=70000*977630=68434100000 中柱的剪切剛度計(jì)算 D(N.mm2)=G*F=26000*1224=31824000 2.【支撐梁】的組合受力桿件的總彎曲剛度計(jì)算 D(N.mm2)= 68434100000=68434100000 【支撐梁】的組合受力桿件的總剪切剛度計(jì)算 D(N.mm2)= 31824000=318240002.1.2 【支撐梁】的受荷面積計(jì)算 1.左區(qū)域1的受荷面積

13、計(jì)算(三角形) A(mm2)=(2000/2*1500)/2=750000 2.右區(qū)域2的受荷面積計(jì)算(三角形) A(mm2)=(2000/2*1500)/2=750000 3.【支撐梁】的總受荷面積 A(mm2)=750000+750000=15000002.1.3 【支撐梁】所受均布荷載計(jì)算 Q(N)=Wk*A =7889.451*1500000/1000000 =11834.1772.1.4 【支撐梁】在均布荷載作用下的中點(diǎn)撓度、彎矩、剪力計(jì)算2.1.4.1 在均布荷載作用下的中點(diǎn)撓度計(jì)算 1.中柱在均布荷載作用下的中點(diǎn)撓度計(jì)算 按彎曲剛度比例分配荷載 分配荷載:Q中柱=Q總*(D中柱/

14、D總) =11834.177*(68434100000/68434100000) =11834.177 本受力桿件在風(fēng)荷載作用下，可簡(jiǎn)化為承受三角形均布荷載 Fmid(mm)=Q*L3/(60*D) =11834.177*15003/(60*68434100000) =19.912.1.4.2 在均布荷載作用下的彎矩計(jì)算 1.中柱在均布荷載作用下的彎矩計(jì)算 按彎曲剛度比例分配荷載 分配荷載:Q中柱=Q總*(D中柱/D總) =11834.177*(68434100000/68434100000) =11834.177 所受荷載的設(shè)計(jì)值計(jì)算:Q=1.4*Q =1.4* 11834.177 =165

15、67.848 本受力桿件在風(fēng)荷載作用下，可簡(jiǎn)化為承受三角形均布荷載 Mmax(N.mm)=Q*L/6 =16567.848*1500/6 =41419622.1.4.3 在均布荷載作用下的剪力計(jì)算 1.中梁在均布荷載作用下的剪力計(jì)算 按剪切剛度比例分配荷載 分配荷載:Q中梁=Q總*(D中梁/D總) =11834.177*(31824000/31824000) =11834.177 所受荷載的設(shè)計(jì)值計(jì)算:Q=1.4*Q =1.4* 11834.177 =16567.848 本受力桿件在風(fēng)荷載作用下，可簡(jiǎn)化為承受三角形均布荷載 Qmax(N)=±Q/4 =16567.848/4 =414

16、1.9622.1.5 【支撐梁】 在集中荷載作用下的中點(diǎn)撓度、彎矩、剪力計(jì)算2.1.6 豎桿件在均布荷載和集中荷載共同作用下的中點(diǎn)總撓度校核 2.1.6.1 中梁中點(diǎn)總撓度校核2.1.6.1.1 中梁中點(diǎn)總變形計(jì)算 F總=F均布+F集中 =9.727 =9.7272.1.6.1.2 中梁中滑撓跨比計(jì)算 撓跨比=F總/1500 =9.727/1500 =0.0065該天窗選用:雙層中空玻璃，柔性鑲嵌：校核依據(jù) fmax/L 1/150 且 famx 20 mm0.003 1/150 且 9.727 20 mm ，因此: 中梁 的撓度符合要求。 2.1.7 豎桿件在均布荷載和集中荷載共同作用下的抗

17、彎曲強(qiáng)度校核 2.1.7.1 中梁抗彎曲強(qiáng)度校核2.1.7.1.1 中梁總彎矩計(jì)算 M總=M均布+M集中 =4141962 =41419622.1.7.1.2 中梁彎曲應(yīng)力計(jì)算 max=M/W max:計(jì)算截面上的最大彎曲應(yīng)力 M:受力桿件承受的最大彎矩 W:凈截面抵抗矩 max=M/W =4141962/61623 =67.21466.961 此類(lèi)型材允許的彎曲應(yīng)力 85.5 , 因此 抗彎強(qiáng)度滿(mǎn)足要求。 2.1.8 豎桿件在均布荷載和集中荷載共同作用下的抗剪切強(qiáng)度校核 2.1.8.1 中梁抗剪切強(qiáng)度校核2.1.8.1.1 中梁總剪力計(jì)算 Q總=Q均布+Q集中 =4141.962 =4141

18、.9622.1.8.1.2 中梁剪切應(yīng)力計(jì)算 max=(Q*S)/(I*) max:計(jì)算截面上的最大剪切應(yīng)力 Q:受力桿件計(jì)算截面上所承受的最大剪切力 S:材料面積矩 I:材料慣性矩 :腹板的厚度矩 max=(Q*S)/(I*) =(4141.962*5522)/(977630*1.4) =16.71116.711 此類(lèi)型材允許的抗剪切應(yīng)力 49.6 , 因此 抗剪切能力滿(mǎn)足要求。 2.1.9 豎桿件在均布荷載和集中荷載共同作用下的受力桿件端部連接強(qiáng)度校核 2.1.9.1 豎桿件單端所承受的最大剪切力設(shè)計(jì)值 Q=1.4*Q總/2 =1.4*11834.177/2 =8283.9242.1.9.

19、2 豎桿件端部焊縫的剪切應(yīng)力 =(1.5*Q)/(*Lj) :型材端部焊縫的剪切應(yīng)力 Q:受力桿件單端所承受的最大剪切力設(shè)計(jì)值 Lj:焊縫計(jì)算長(zhǎng)度 :連接件中腹板的厚度(2倍型材壁厚)=6*2.5=15 =(1.5*Q)/(*Lj) =(1.5*8283.924)/(15*70) =11.83411.834 此類(lèi)焊縫端部允許的抗剪切應(yīng)力 35 , 因此 抗剪切能力滿(mǎn)足要求。 2.1.10 豎桿件綜合抗風(fēng)壓能力計(jì)算 豎桿件在均布荷載和集中荷載作用下總受荷面積計(jì)算： A= 750000+750000 = 1500000 mm2 本受力桿件在風(fēng)荷載作用下，可簡(jiǎn)化為承受三角形均布荷載 L/130=Q*

20、A*L3/(60*D) Q=60*D/(L2*130*A) =60*68434100000/(15002*130*150000)*1000 =3.35 (kPa) 3.整窗抗風(fēng)壓等級(jí)計(jì)算 通過(guò)以上構(gòu)件的綜合抗風(fēng)壓能力計(jì)算(如果P31 kpa ，取P31 kpa)，做出如下取值: P3=3.35 (kpa) ，結(jié)合下表，進(jìn)行整窗的抗風(fēng)壓等級(jí)計(jì)算：建筑外窗抗風(fēng)壓性能分級(jí)表分級(jí)代號(hào)123456789分級(jí)指標(biāo)值P31P31.51.5P322P32.52.5P333P33.53.5P344P34.54.5P35P35.0說(shuō)明：第9級(jí)應(yīng)在分級(jí)后同時(shí)注明具體檢測(cè)壓力差值。通過(guò)查詢(xún)建筑外窗抗風(fēng)壓性能分級(jí)表,可

21、知該天窗的抗風(fēng)壓性能達(dá)到 5 級(jí)三、玻璃計(jì)算3.1 本天窗中面積最大的玻璃是：左右區(qū)域的玻璃 寬度：4000 mm 高度：1500 mm 面積：6 m2 厚度：6 mm3.2 最大許用面積計(jì)算 據(jù)建筑玻璃應(yīng)用技術(shù)規(guī)程JGJ 113-2003 4.2.2 當(dāng)玻璃厚度t 6mm時(shí)， 當(dāng)玻璃厚度t 6mm時(shí)， 式中 k 風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值，kPa Amax 玻璃的最大許用面積，m2 t 玻璃的厚度，mm； 鋼化、半鋼化、夾絲、壓花玻璃按單片玻璃厚度進(jìn)行計(jì)算； 夾層玻璃按總厚度進(jìn)行計(jì)算； 中空玻璃按兩單片玻璃中薄片厚度進(jìn)行計(jì)算； 抗風(fēng)壓調(diào)整系數(shù)，由玻璃類(lèi)型決定取值； 若夾層玻璃工作溫度超過(guò)70°C，調(diào)整系數(shù)應(yīng)為0.6； 鋼化玻璃的抗風(fēng)壓調(diào)整系數(shù)應(yīng)經(jīng)實(shí)驗(yàn)確定，建議取2.0； 組合玻璃的抗風(fēng)壓調(diào)整系數(shù)應(yīng)采用不同類(lèi)型玻璃抗風(fēng)壓調(diào)整系數(shù)的乘積。抗風(fēng)壓調(diào)整系數(shù)（）玻璃種類(lèi)普通退火玻璃半鋼化玻璃鋼化玻璃夾層玻璃中空玻璃夾絲玻璃壓花玻璃單片防火玻璃調(diào)整系數(shù)1.001.62.03.00.81.50.50.63.04.5 本天窗選用的玻璃是：普通玻璃 6mm 28 N/mm2 中空玻璃層