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建筑門窗抗風壓性能計算書
I、計算依據：
《建筑玻璃應用技術規程》 JGJ 113-2009
《鋼結構設計規范》 GB 50017-2003
《建筑結構荷載規范》 GB 50009-2001 2006版
《未增塑聚氯乙烯（PVC-U）塑料門》 JG/T 180-2005
《未增塑聚氯乙烯（PVC-U）塑料窗》 JG/T 140-2005
《鋁合金門窗》 GB/T 8478-2008
《鋁合金結構設計規范 GB 50429-2007》
《建筑門窗術語 GB/T 5823-2008》
《建筑門窗洞口尺寸系列 GB/T 5824-2008》
《建筑外門窗保溫性能分級及檢測方法 GB/T 8484-2008》
《建筑外門窗空氣聲隔聲性能分級及檢測方法 GB/T 8485-2008》
《建筑外門窗氣密、水密、抗風壓性能分級及檢測方法》GB/T 7106-2008》
《鋁合金建筑型材 第一部分：基材 GB 5237.1-2008》
《鋁合金建筑型材 第二部分：陽極氧化型材 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 5237.6-2008》
II、詳細計算
一、風荷載計算
1）工程所在省市：四川
2）工程所在城市：綿陽市
3）門窗安裝最大高度z：100 米 （外窗最高97.5米，此處取100米）
4）門窗系列：華建鋁材-GR58B隔熱內平開窗
5）門窗尺寸：
門窗寬度W＝1940 mm 門窗高度H＝1640 mm
6）門窗樣式圖：
1 風荷載標準值計算:Wk = βgz*μS1*μZ*W0
（按《建筑結構荷載規范》GB 50009-2001 2006版 7.1.1-2）
1.1 基本風壓 W0= 300 N/m2
（按《建筑結構荷載規范》GB 50009-2001 2006版規定，采用50年一遇的風壓，但不得小于0.3 KN/m2
1.2 陣風系數βgz 計算:
1）A類地區：βgz=0.92*（1＋2μf）
其中：μf=0.5*35^（1.8*（-0.04））*（z/10）^（-0.12），z為安裝高度；
2）B類地區：βgz=0.89*（1＋2μf）
其中：μf=0.5*35^（1.8*（0））*（z/10）^（-0.16），z為安裝高度；
3）C類地區：βgz=0.85*（1＋2μf）
其中：μf=0.5*35^（1.8*（0.06））*（z/10）^（-0.22），z為安裝高度；
4）D類地區：βgz=0.80*（1＋2μf）
其中：μf=0.5*35^（1.8*（0.14））*（z/10）^（-0.30），z為安裝高度；
安裝高度z＜5米時，按5米時的陣風系數取值。
本工程按： C.有密集建筑群的城市市區 取值。
βgz=0.85*（1＋2μf） μf=0.5*35^（1.8*（0.06））*（z/10）^（-0.22）
=0.85*（1＋2*（0.5*35^（1.8*（0.06））*（100/10）^（-0.22）））
=1.602
（按《建筑結構荷載規范》GB 50009-2001 2006版 7.5.1規定）
1.3 風壓高度變化系數μz計算:
1）A類地區：μz=1.379 * （z / 10） ^ 0.24，z為安裝高度；
2）B類地區：μz=（z / 10） ^ 0.32，z為安裝高度；
3）C類地區：μz=0.616 * （z / 10） ^ 0.44，z為安裝高度；
4）D類地區：μz=0.318 * （z / 10） ^ 0.6，z為安裝高度；
本工程按： C.有密集建筑群的城市市區 取值。
μz=0.616 * （100 / 10） ^ 0.44
=1.697
（按《建筑結構荷載規范》GB 50009-2001 2006版 7.2.1規定 ）
1.4 局部風壓體型系數μs1的計算：
μs1：局部風壓體型系數，根據計算點體型位置取0.8；
按《建筑結構荷載規范》GB50009-2001（2006年版）第7.3.3條：驗算圍護構件及其連接的強度時，可按下列規定采用局部風壓體型系數μs1：
● 外表面
1. 正壓區 按表7.3.1采用；
2. 負壓區
- 對墻面， 取-1.0
- 對墻角邊， 取-1.8
● 內表面
對封閉式建筑物，按表面風壓的正負情況取-0.2或0.2。
另注：上述的局部體型系數μs1（1）是適用于圍護構件的從屬面積A≤1m2的情況，當圍護構件的從屬面積A≥10m2時，局部風壓體型系數μs1（10）可乘以折減系數0.8，當構件的從屬面積A＜10m2而＞1m2時，局部風壓體型系數μs1（A）可按面積的對數線性插值，即：μs1（A）=μs1（1）＋[μs1（10）-μs1（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=左區域1：1.066＋右區域2：2.116
=3.182
支撐結構的構件從屬面積A＜10 m2，且A＞1 m2
LogA=Log（3.182）=0.503
μs1（3.182）=μs1（1）＋[μs1（10）-μs1（1）]*logA
=.8＋（.8*0.8-.8）*0.503
=0.720
μs1=μs1（3.182）＋0.2
=0.720＋0.2
=0.920
因此：支撐結構局部風壓體型系數μs1取：0.920
1.4.2 面板材料的局部風壓體型系數μs1的計算：
面板材料的局部風壓體型系數按面積最大的玻璃板塊（即：1290x1640=2.116 m2）來計算：
面板材料的構件從屬面積A＜10 m2，且A＞1 m2
LogA=Log（2.116）=0.325
μs1（2.116）=μs1（1）＋[μs1（10）-μs1（1）]*logA
= .8＋（.8*0.8-.8）*0.325
=0.748
μs1=μs1（2.116）＋0.2
=0.748＋0.2
=0.948
因此：面板材料局部風壓體型系數μs1�。�0.948
1.5 風荷載標準值計算:
1.5.1 支撐結構風荷載標準值計算:
Wk（N/m2）=βgz*μz*μS1*W0
=1.602*1.697*0.920*300
=750.332
1.5.2 面板材料風荷載標準值計算:
Wk（N/m2）=βgz*μz*μS1*W0
=1.602*1.697*0.948*300
=773.168
2 風荷載設計值計算：
2.1 支撐結構風荷載設計值計算：
W（N/m2）=1.4*Wk
=1.4*750.332
=1050.465
2.2 面板結構風荷載設計值計算：
W（N/m2）=1.4*Wk
=1.4*773.168
=1082.435
二、門窗主要受力桿件的撓度、彎曲應力、剪切應力校核:
1 校驗依據：
1.1 撓度校驗依據：
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:為受力桿件長度（mm）
本窗型選用:雙層5㎜＋12A＋5㎜Low-E中空玻璃，柔性鑲嵌：校核依據 fmax/L ≤ 1/150 且 famx ≤ 20 mm
1.2 彎曲應力校驗依據：
σmax=M/W<=[σ]
[σ]:材料的抗彎曲應力（N/mm2）
σmax:計算截面上的最大彎曲應力（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 剪切應力校驗依據：
τmax=（Q*S）/（I*δ）<=[τ]
[τ]:材料的抗剪允許應力（N/mm2）
τmax:計算截面上的最大剪切應力（N/mm2）
Q:受力桿件計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）
δ:腹板的厚度（mm）
2 主要受力桿件的撓度、彎曲應力、剪切應力計算：
因建筑外窗在風荷載作用下，承受的是與外窗垂直的橫向水平力，外窗各框料間構成的受荷單元，可視為四邊鉸接的簡支板。在每個受荷單元的四角各作45度斜線，使其與平行于長邊的中線相交。這些線把受荷單元分成4塊，每塊面積所承受的風荷載傳遞給其相鄰的構件，每個構件可近似地簡化為簡支梁上呈矩形、梯形或三角形的均布荷載。這樣的近似簡化與精確解相比有足夠的準確度，結果偏于安全，可以滿足工程設計計算和使用的需要。由于窗的四周與墻體相連，作用在玻璃上的風荷載由窗框傳遞給墻體，故不作受力桿件考慮，只需對選用的中梃進行校核。
2.1 豎桿件的撓度、彎曲應力、剪切應力計算:
構件【豎桿件】的各受荷區域基本情況如下圖：
構件【豎桿件】的由以下各型材（襯鋼）組合而成，它們共同承擔【豎桿件】上的全部荷載：
（1） 鋁合金 - 58平開窗中梃A
截面參數如下：
慣性矩：113718.97
抵抗矩：2992.59
面積矩：3111.08
截面面積：488.06
腹板厚度：1.45
2.1.1 【豎桿件】的剛度計算
（1） 58平開窗中梃A的彎曲剛度計算
D（N.mm2）=E*I=70000*113718.97=7960327900
58平開窗中梃A的剪切剛度計算
D（N.mm2）=G*F=26000*488.06=12689560
2.【豎桿件】的組合受力桿件的總彎曲剛度計算
D（N.mm2）=7960327900=7960327900
【豎桿件】的組合受力桿件的總剪切剛度計算
D（N.mm2）=12689560=12689560
2.1.2 【豎桿件】的受荷面積計算
1.左區域1的受荷面積計算（梯形）
A（mm2）=（650/2*650/2）＋（1640-650）*650/2=427375
2.右區域2的受荷面積計算（梯形）
A（mm2）=（1290/2*1290/2）＋（1640-1290）*1290/2=641775
3.【豎桿件】的總受荷面積
A（mm2）=427375＋641775=1069150
2.1.3 【豎桿件】所受均布荷載計算
Q（N）=Wk*A
=750.332*1069150/1000000
=802.218
2.1.4 【豎桿件】在均布荷載作用下的中點撓度、彎矩、剪力計算
2.1.4.1 在均布荷載作用下的中點撓度計算
1.58平開窗中梃A在均布荷載作用下的中點撓度計算
按彎曲剛度比例分配荷載
分配荷載:Q58平開窗中梃A=Q總*（D58平開窗中梃A/D總）
=802.218*（7960327900/7960327900）
=802.218
本受力桿件在風荷載作用下，可簡化為承受梯形均布荷載
Fmid（mm）=Q*L3/（60.72073*D）
=802.218*1640^3/（60.72073*7960327900）
=7.321
2.1.4.2 在均布荷載作用下的彎矩計算
1.58平開窗中梃A在均布荷載作用下的彎矩計算
按彎曲剛度比例分配荷載
分配荷載:Q58平開窗中梃A=Q總*（D58平開窗中梃A/D總）
=802.218*（7960327900/7960327900）
=802.218
所受荷載的設計值計算:Q=1.4*Q
=1.4* 802.218
=1123.105
本受力桿件在風荷載作用下，可簡化為承受梯形均布荷載
Mmax（N.mm）=Q*L/6.117439
=1123.105*1640/6.117439
=301088.800
2.1.4.3 在均布荷載作用下的剪力計算
1.60平開窗中梃A在均布荷載作用下的剪力計算
按剪切剛度比例分配荷載
分配荷載:Q58平開窗中梃A=Q總*（D58平開窗中梃A/D總）
=802.218*（12689560/12689560）
=802.218
所受荷載的設計值計算:Q=1.4*Q
=1.4* 802.218
=1123.105
本受力桿件在風荷載作用下，可簡化為承受梯形均布荷載
Qmax（N）=±Q*（1-a/L）/2
=1123.105*（1-.393292682926829）/2
=340.698
2.1.5 【豎桿件】 在集中荷載作用下的中點撓度、彎矩、剪力計算
2.1.6 豎桿件在均布荷載和集中荷載共同作用下的中點總撓度校核
2.1.6.1 58平開窗中梃A中點總撓度校核
2.1.6.1.1 58平開窗中梃A中點總變形計算
F總=F均布＋ΣF集中
=7.321
=7.321
2.1.6.1.2 60平開窗中梃A中滑撓跨比計算
撓跨比=F總/L
=7.321/1640
=0.004
該門窗選用:雙層玻璃，柔性鑲嵌：校核依據 fmax/L ≤ 1/150 且 famx ≤ 20 mm
0.004 ≤ 1/150 且 7.321 ≤ 20 mm ，因此: 58平開窗中梃A 的撓度符合要求。
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度校核
2.1.8.1 58平開窗中梃A抗剪切強度校核
2.1.8.1.1 58平開窗中梃A總剪力計算
Q總=Q均布＋ΣQ集中
=340.698
=340.698
2.1.8.1.2 58平開窗中梃A剪切應力計算
τmax=（Q*S）/（I*δ）
τmax:計算截面上的最大剪切應力
Q:受力桿件計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
δ:腹板的厚度矩
τmax=（Q*S）/（I*δ）
=（340.698*3111.08）/（113718.97*1.45）
=6.428
6.428 ≤ 此類型材允許的抗剪切應力 49.6 ， 因此 抗剪切能力滿足要求。
2.1.10 豎桿件綜合抗風壓能力計算
豎桿件在均布荷載和集中荷載作用下總受荷面積計算：
A= 427375＋641775
= 1069150 mm2
本受力桿件在風荷載作用下，可簡化為承受梯形均布荷載
L/150=Q*A*L3/（60.72073*D）
Q=60.72073*D/（L2*150*A）
=60.72073*7960327900/（1640^2*150*1069150）*1000
=1.12 （kPa）
3.整窗抗風壓等級計算
通過以上構件的綜合抗風壓能力計算（如果P3＜1 kpa ，取P3＝1 kpa），做出如下取值: P3=1.12 （kpa） ，結合下表，進行整窗的抗風壓等級計算：
建筑外窗抗風壓性能分級表
分級代號 1 2 3 4 5 6 7 8 9
分級指標值P3 1≤P3＜1.5 1.5≤P3＜2 2≤P3＜2.5 2.5≤P3＜3 3≤P3＜3.5 3.5≤P3＜4 4≤P3＜4.5 4.5≤P3＜5 P3≥5.0
說明：第9級應在分級后同時注明具體檢測壓力差值。
通過查詢《建筑外窗抗風壓性能分級表》，可知該門窗的抗風壓性能達到 1 級
全部受力桿的撓度、抗彎能力、抗剪能力校核結果一覽表
桿件 長度 撓度 允許值 校核結果 剪切應力 許用值 校核結果
60平開窗中梃A 1640 0.004 0.007 是 6.428 49.6 是
三、玻璃計算
3.1 本門窗中面積最大的玻璃是： 右區域2 區域的玻璃
寬度：1290 mm
高度：1640 mm
面積：2.116 m2
厚度：5 mm
3.2 最大許用面積計算
據《建筑玻璃應用技術規程》JGJ 113-2009 4.2.2
①當玻璃厚度t ≤6mm時，
②當玻璃厚度t ＞6mm時，
式中 ωk —風荷載標準值，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行計算；
夾層玻璃按總厚度進行計算；
中空玻璃按兩單片玻璃中薄片厚度進行計算；
α —抗風壓調整系數，由玻璃類型決定取值；
若夾層玻璃工作溫度超過70°C，調整系數應為0.6；
鋼化玻璃的抗風壓調整系數應經實驗確定，建議取2.0；
組合玻璃的抗風壓調整系數應采用不同類型玻璃抗風壓調整系數的乘積。
抗風壓調整系數（α）
玻璃種類 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
調整系數α 1.00 1.6 2.0～3.0 0.8 1.5 0.5 0.6 3.0～4.5
本門窗選用的玻璃是：鋼化玻璃 ≥20mm 59 N/mm^2 中空玻璃 ，調整系數 α=1.5
因為厚度 5 ≤ 6mm，故采用
Amax=0.2*1.5*5^1.8/0.773
=7.032
玻璃最大面積:2.116 ≤ 玻璃最大許用面積:7.032，故面積滿足要求.
3.2 玻璃板塊自重:
GAk: 玻璃板塊平均自重（不包括鋁框）
玻璃的體積密度:25.6 kN/m3
t: 玻璃板塊厚度: 5 mm
GAk=25.6*t/1000
=25.6*5/1000
=0.128 kN/m2
3.3 玻璃強度校核
玻璃在垂直于玻璃平面的風荷載作用下的最大應力計算公式：
式中 σw—風荷載作用下玻璃最大應力（N/mm^2）
ω—風荷載設計值（N/mm^2），取ω=ωk
a —玻璃短邊邊長（mm），
t —玻璃厚度（mm），
中空玻璃的厚度取單片外側玻璃厚度的1.2倍；
夾層玻璃的厚度一般取單片玻璃厚度的1.26倍；
ψ —彎曲系數，可按邊長比a/b由下表用插入法查得（b為長邊邊長）；
ψ彎曲系數表
a/b 0.00 0.25 0.33 0.40 0.50 0.55 0.60 0.65
ψ 0.1250 0.1230 0.1180 0.1115 0.1000 0.0934 0.0868 0.0804
a/b 0.70 0.75 0.80 0.85 0.90 0.95 1.00
ψ 0.0742 0.0683 0.0628 0.0576 0.0528 0.0483 0.0442
最大面積玻璃短邊 a=1290 mm，最大面積玻璃長邊 b=1640 mm
短長邊比a/b=0.79，查表得到彎曲系數ψ=0.0643
最大應力計算:σw=（6*ψ*ω*a^2）/（t^2*1000）
=（6*0.0643*0.773*1290^2）/（5^2*1000）
=19.8509
經校核，玻璃的最大應力19.8509 ≤ 玻璃的強度設計值59.00，故滿足強度要求。
最大面積玻璃的彎曲應力、最大面積校核結果一覽表
名稱 寬度 高度 面積 許用面積 校核結果 最大應力 許用值 校核結果
右區域2 1290 1640 2.116 7.032 是 19.8509 59.00 是
四、連接計算
門窗連接件主要承受來自于風荷載的剪力
按照《材料力學》要求需要對每個連接件進行抗剪和承壓計算
4.1 風荷載設計值計算：
風荷載標準值Wk（N/m2）:750.332
W=1.4*Wk
=1.4*750.332
=1050.465
4.2 每個連接件需要承受的最小荷載計算：
P0:每個連接件承受荷載的安全值（N）
W:風荷載設計值（N/m2）:1050.465
B:門窗寬度（mm）:1940
H:門窗高度（mm）:1640
n:連接件總數（個）:28
P0=W*B*H/n
=1050.465*1.94*1.64/28
=119.363
4.3 每個連接件的抗剪能力計算：
連接件類型:A、B級螺栓（5.6級）
[σv]連接件抗剪設計值（N/mm2）:190
Jm每個連接件的承剪面（個）:1
d連接件直徑（mm）:5
π圓周率:3.1415926
Nv（N）=Jm*π*d^2*[σv]/4
=1*3.1415926*5^2*190/4
=3730.641
按照《鋼結構設計規范 GB 50017-2003》 7.2.1-1至7.2.1-2
4.4 每個連接件的承壓能力計算：
[σc]連接件承壓設計值（N/mm2）:405
d連接件直徑（mm）:5
Σt腹板厚度（mm）:1.5
Nc（N）=d*Σt*[σc]
=5*1.5*405
=3037.500
按照《鋼結構設計規范 GB 50017-2003》 7.2.1-3至7.2.1-4
4.5 每個連接件的抗剪、承壓能力校核：
抗剪能力:Nv=3730.641（N）≥P0=119.363（N），滿足要求
承壓能力:Nc=3037.500（N）≥P0=119.363（N），滿足要求
贊一個
