721窗计算.docx
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721窗计算
第四部分、窗结构计算
第一章、荷载计算
一、计算说明
我们综合分析所有窗在最不利情况下的受力情况。
选取最不利的窗作为我们的计算对象。
具体结构形式详见大样图。
该处幕墙的最大标高位于75m处。
层高为3.6m。
二、窗的自重荷载计算
1、玻璃幕墙自重荷载标准值计算
GAK:
玻璃面板自重面荷载标准值
玻璃面板采用6+12A+6mm厚的中空玻璃
GAK=(6+6)×10-3×25.6=0.31KN/m2
GGK:
考虑龙骨和各种零部件等后的玻璃幕墙重力荷载标准值
GGK=0.35KN/m2
2、玻璃幕墙自重荷载设计值计算
rG:
永久荷载分项系数,取rG=1.2
按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第5.4.2条
GG:
考虑龙骨和各种零部件等后的玻璃幕墙重力荷载设计值
GG=rG·GGK=1.2×0.35=0.42KN/m2
三、窗承受的水平风荷载计算
1、水平风荷载标准值计算
βgz:
阵风系数,取βgz=1.651
按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001表7.5.1
μS:
风荷载体型系数,取μS=-1.2或+1.0
按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001第7.3.3条
该体形系数分别为一个垂直于幕墙方向向外的荷载值和一个垂直于幕墙方向相里的荷载值,计算时,我们选择最不利的一种荷载进行组合,所以我们在计算时,选-1.2作为我们的计算风荷载体形系数。
μZ:
风压高度变化系数,取μZ=1.495
按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001表7.2.1
W0:
作用在幕墙上的风荷载基本值0.45KN/m2
按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001附表D.4(按50年一遇)
WK:
作用在幕墙上的风荷载标准值
WK=βgz·μS·μZ·W0=1.651×(-1.2)×1.495×0.45=-1.333KN/m2(表示负风压)
2、水平风荷载设计值计算
rW:
风荷载分项系数,取rW=1.4
按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第5.4.2条
W:
作用在幕墙上的风荷载设计值
W=rW·WK=1.4×1.333=1.866KN/m2
四、窗承受的水平地震荷载计算
1、玻璃幕墙承受的水平地震荷载标准值计算
αmax:
水平地震影响系数最大值,取αmax=0.16
按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第5.3.4条
βE:
动力放大系数,取βE=5.0
按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第5.3.4条
qEK:
作用在幕墙上的地震荷载标准值计算
qEK=αmax·βE·GGK=0.16×5.0×0.35=0.28KN/m2
2、玻璃幕墙承受的水平地震荷载设计值计算
rE:
地震作用分项系数,取rE=1.3
按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第5.4.2条
qE:
作用在幕墙上的地震荷载设计值
qE=rE·qEK=1.3×0.28=0.364KN/m2
五、荷载组合
1、风荷载和水平地震作用组合标准值计算
ψW:
风荷载的组合值系数,取ψW=1.0
按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第5.4.3条
ψE:
地震作用的组合值系数,取ψE=0.5
按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第5.4.3条
qK=ψW·WK+ψE·qEK=1.0×1.333+0.5×0.28=1.473KN/m2
2、风荷载和水平地震作用组合设计值计算
q=ψW·W+ψE·qE=1.0×1.866+0.5×0.364=2.05KN/m2
第二章、玻璃面板计算
一、计算说明
玻璃面板选用TP6+12A+TP6mm厚的中空钢化玻璃。
窗的分格尺寸为,a=1500mm,b=3000mm。
该玻璃幕墙的玻璃属于框支承体系,面板四边固定,可将其简化为四边简支的面板计算模型。
二、外片玻璃面板强度校核
校核依据:
≤fg
按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第6.1.5条
1、计算说明
根据《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第6.1.5条的规定,中空玻璃的内外片玻璃承受的荷载分别为
、
。
因为内外片玻璃承受的荷载不同,所以我们需要分别结算内外片的玻璃强度及挠度。
2、外片玻璃承受的水平风荷载
t1、t2:
中空玻璃内外片玻璃的厚度,取t1=t2=6mm
WK1:
外片玻璃承受的水平风荷载标准值
=0.55KN/m2
W1:
外片玻璃承受的水平风荷载设计值
=0.77KN/m2
3、外片玻璃承受的水平地震荷载
t1、t2:
中空玻璃内外片玻璃的厚度,取t1=t2=6mm
GAK1:
外片玻璃面板自重面荷载标准值
GAK1=6×10-3×25.6=0.154KN/m2
αmax:
水平地震影响系数最大值,取αmax=0.16
按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第5.3.4条
βE:
动力放大系数,取βE=5.0
按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第5.3.4条
qEK1:
作用在外片玻璃上的地震荷载标准值计算
qEK1=αmax·βE·GGK1=0.16×5.0×0.154=0.123KN/m2
rE:
地震作用分项系数,取rE=1.3
按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第5.4.2条
qE1:
作用在外片玻璃上的地震荷载设计值
qE1=rE·qEK1=1.3×0.123=0.16KN/m2
4、外片玻璃风荷载和水平地震作用组合计算
ψW:
风荷载的组合值系数,取ψW=1.0
按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第5.4.3条
ψE:
地震作用的组合值系数,取ψE=0.5
按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第5.4.3条
qK1:
外片玻璃风荷载和水平地震作用组合标准值
qK1=ψW·WK1+ψE·qEK1=1.0×0.55+0.5×0.123=0.612KN/m2
q1:
外片玻璃风荷载和水平地震作用组合设计值
q1=ψW·W1+ψE·qE1=1.0×0.77+0.5×0.16=0.85KN/m2
5、外片玻璃的强度折减系数
θ:
参数
t:
外片玻璃厚度,取t=6mm
=46
η:
折减系数,取η=0.822
由θ=46,查《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003表6.1.2-2得
6、外片玻璃强度校核
m:
弯矩系数,取m=0.1
由
=
=0.5,查《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003表6.1.2-1得
σ:
外片玻璃产生的最大应力
=
=26.2N/mm2<fg=84.0N/mm2
外片玻璃面板强度符合规范要求。
三、内片玻璃面板强度校核
1、内片玻璃承受的水平风荷载
t1、t2:
中空玻璃内外片玻璃的厚度,取t1=t2=6mm
WK2:
内片玻璃承受的水平风荷载标准值
=0.5KN/m2
W2:
内片玻璃承受的水平风荷载设计值
=0.7KN/m2
2、内片玻璃承受的水平地震荷载
t1、t2:
中空玻璃内外片玻璃的厚度,取t1=t2=6mm
GAK2:
内片玻璃面板自重面荷载标准值
GAK2=6×10-3×25.6=0.154KN/m2
αmax:
水平地震影响系数最大值,取αmax=0.16
按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第5.3.4条
βE:
动力放大系数,取βE=5.0
按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第5.3.4条
qEK1:
作用在内片玻璃上的地震荷载标准值计算
qEK2=αmax·βE·GGK2=0.16×5.0×0.154=0.123KN/m2
rE:
地震作用分项系数,取rE=1.3
按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第5.4.2条
qE2:
作用在内片玻璃上的地震荷载设计值
qE2=rE·qEK2=1.3×0.123=0.16KN/m2
3、内片玻璃风荷载和水平地震作用组合计算
ψW:
风荷载的组合值系数,取ψW=1.0
按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第5.4.3条
ψE:
地震作用的组合值系数,取ψE=0.5
按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第5.4.3条
qK2:
内片玻璃风荷载和水平地震作用组合标准值
qK2=ψW·WK2+ψE·qEK2=1.0×0.5+0.5×0.123=0.562KN/m2
q2:
内片玻璃风荷载和水平地震作用组合设计值
q2=ψW·W1+ψE·qE1=1.0×0.7+0.5×0.16=0.78KN/m2
4、内片玻璃的强度折减系数
θ:
参数
t:
内片玻璃厚度,取t=6mm
=42
η:
折减系数,取η=0.834
由θ=42,查《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003表6.1.2-2得
5、内片玻璃强度校核
m:
弯矩系数,取m=0.1
由
=
=0.5,查《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003表6.1.2-1得
σ:
内片玻璃产生的最大应力
=
=24.4N/mm2<fg=84.0N/mm2
内片玻璃面板强度符合规范要求。
四、玻璃面板挠度校核
校核依据:
df=
≤df,lim=
按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第6.1.5条
1、计算说明
根据《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第5.4.4条的规定,玻璃幕墙的玻璃面板的挠度,可不考虑组合效应,所以我们只需验算玻璃面板在风荷载作用下的挠度即可。
2、玻璃刚度计算
t:
中空玻璃的两片玻璃的等效厚度
按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第6.1.5条
t=
=
=7.18mm
D:
玻璃刚度
D=
=
=2.31×106N·mm
3、玻璃的挠度折减系数
θ:
参数
t:
玻璃厚度,取t=7.18mm
=26
η:
折减系数,取η=0.896
由θ=26,查《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003表6.1.2-2得
4、玻璃挠度校核
μ:
挠度系数,取μ=0.01013
由
=
=0.5,查《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003表6.1.3得
df:
玻璃产生的最大挠度
df=
=
=19.9mm
df=19.9mm<df,lim=
=
=25.0mm
玻璃面板挠度符合规范要求。
第三章、窗横梁计算
一、计算说明
窗横梁选用(6063-T5)铝型材,根据建筑结构特点,每根窗横梁简支在立柱上,双向受力,属于双弯构件,须对横梁进行强度和挠度校核,横梁的计算长度B=1000mm。
受力最不利的横梁承受竖直方向荷载高度h=600mm。
承受水平方向梯形荷载高度h1=500mm,h2=300mm。
横梁受力形式及计算简图如下。
二、荷载计算
1、横梁承受的竖直方向面荷载
标准值GGK=0.35KN/m2
设计值GG=0.42KN/m2
2、横梁承受的水平方向面荷载
标准值qK=1.473KN/m2
设计值q=2.05KN/m2
3、横梁承受的竖直方向线荷载
标准值GK线=GGK·h=0.35×0.6=0.21KN/m
设计值G线=GG·h=0.42×0.6=0.252KN/m
4、横梁承受的水平方向线荷载
标准值qK线1=qK·h1=1.473×0.5=0.737KN/m
qK线2=qK·h2=1.473×0.3=0.442KN/m
设计值q线1=q·h1=2.05×0.5=1.025KN/m
q线2=q·h2=2.05×0.3=0.615KN/m
5、横梁承受的竖直方向最大弯矩
MX=
=
=0.032KN·m
6、横梁承受的竖直方向最大剪力
VX=
=
=0.126KN
7、横梁承受的水平方向最大弯矩
MY1:
三角形荷载产生的最大弯矩
MY1=
=
=0.064KN·m
MY2:
水平方向梯形荷载产生的弯矩
MY2=
=
=0.068KN·m
MY:
水平方向的最大弯矩
MY=MY1+MY2=0.064+0.068=0.132KN·m
8、横梁承受的水平方向最大剪力
VY1:
水平方向三角形荷载产生的剪力
VY2=
=
=0.256KN
VY2:
梯形荷载产生的最大剪力
VY2=
=
=0.215KN
VY=VY1+VY2=0.256+0.215=0.471KN
三、横梁截面参数
横梁截面积A=574mm2
中性轴惯性矩IX=102900mm4
中性轴到最外缘距离YXmax=36mm
X轴抵抗矩WX=2875mm3
X轴面积矩SX=3077mm3
中性轴惯性矩IY=249233mm4
中性轴到最外缘距离YYmax=37mm
Y轴抵抗矩WY=6756mm3
Y轴面积矩SY=5055mm3
塑性发展系数υ=1.05
四、横梁抗弯强度校核
校核依据:
≤fa
按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第6.2.4条
=
=26N/mm2<fa=85.5N/mm2
横梁抗弯强度符合规范要求。
五、横梁抗剪强度校核
校核依据:
≤fav
按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第6.2.5条
1、竖直方向剪应力
t:
横梁截面垂直于X轴腹板的截面总宽度,取t=6.8mm
τX:
横梁承受的竖直荷载产生的剪应力
τX=
=
=0.6N/mm2<fav=49.6N/mm2
2、水平方向剪应力
t:
横梁截面垂直于Y轴腹板的截面总宽度,取t=2.8mm
τY:
横梁承受的水平荷载产生的剪应力
τY=
=
=3.4N/mm2<fav=49.6N/mm2
横梁抗剪强度符合规范要求。
六、横梁挠度校核
校核依据:
df≤df,lim=
按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第6.2.7条
1、竖直方向的挠度计算
df,X:
竖直方向的挠度
df,X=
=
=0.2mm<df,lim=
=
=5.6mm
2、水平方向线荷载计算
风荷载标准值
WK=1.333KN/m2
水平方向线荷载标准值
WK线1=WK·h1=1.333×0.5=0.667KN/m
WK线2=WK·h1=1.333×0.3=0.4KN/m
3、水平方向的挠度计算
df,Y1:
水平方向三角形荷载产生的挠度
df,Y1=
=
=0.3mm
df,Y2:
梯形荷载产生的最大挠度
df,Y2=
=
=0.3mm
df,Y=df,Y1+df,Y2=0.3+0.3=0.6mm<df,lim=
=
=5.6mm
横梁刚度符合规范要求。
根据以上计算,横梁的各个构件均符合规范要求,满足设计要求,达到使用功能,可以正常使用。
第四章、窗中挺计算
一、计算说明
窗中挺选用(6063A-T5)铝型材,根据建筑结构特点,每根窗中挺简支在主体结构上,并处于受拉状态。
窗中挺承受水平方向的梯形荷载和竖直方向的集中荷载。
计算简图如下图。
立柱高度H=2000mm,立柱承受自重荷载,矩形荷载计算分格高度B1=600mm,分格宽度D=250mm。
我们通过荷载面积等面积简化,将荷载转化为标准的梯形荷载,立柱承受水平荷载高度B2=520mm。
二、荷载计算
1、立柱承受的竖直方向面荷载
标准值GGK=0.35KN/m2
设计值GG=0.42KN/m2
2、立柱承受的水平方向面荷载
标准值qK=1.473KN/m2
设计值q=2.05KN/m2
3、受力最不利处立柱承受的偏心拉力设计值
N=GG·H·B=0.42×0.25×0.6×2=0.126KN
4、立柱承受的水平线荷载
标准值qK线=2qK·B2=1.473×0.52=0.766KN/m
设计值q线=2q·B2=2.05×0.52=1.066KN/m
5、立柱所受的弯矩
M=2
=2×
=0.97KN·m
6、立柱承受的剪力
V=2
=2×
=1.578KN
三、立柱截面参数
立柱截面积A0=653mm2
X轴惯性矩IX=291430mm4
X轴到最外缘距离YX=36mm
X轴抵抗矩WX=8059mm3
X轴面积矩SX=5831mm3
塑性发展系数γ=1.05
四、立柱抗弯强度校核
校核依据:
≤fa
按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第6.3.7条
=
=115N/mm2<fa=124.4N/mm2
立柱强度符合规范要求。
五、立柱抗剪强度校核
校核依据:
≤fav
按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第6.2.5条
t:
立柱截面垂直于X轴腹板的截面总宽度,取t=2.8mm
τX:
水平方向剪应力
τX=
=
=11N/mm2<fav=72.2N/mm2
立柱抗剪强度符合规范要求。
六、立柱挠度校核
校核依据:
df≤df,lim=
按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第6.3.10条
1、水平方向线荷载计算
风荷载标准值
WK=1.333KN/m2
水平方向线荷载标准值
WK线=WK·B2=1.333×0.52=0.693KN/m
2、水平方向的挠度计算
df,X:
水平方向的挠度
df,X=
=
=6.3mm
df,X=6.3mm=df,lim<
=
=11.1mm
立柱刚度符合规范要求。
根据以上计算,立柱的各个构件均符合规范要求,满足设计要求,达到使用功能,可以正常使用。
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