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鋁合金門窗結構計算分析方法

來源:2021論文集  作者:黃慶文  日期:2021-6-1
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    摘要:為了解鋁合金門窗模型結構計算的可靠性,作者運用現有建筑結構分析理論,結合現行有關標準規范,對常見鋁合金門窗(不包括幕墻窗)結構計算分析思路進行梳理,在荷載取值、窗的結構支承體系,玻璃與鋁合金構件連接、中空玻璃等計算分析方面提出了系統的方法。結論將為鋁合金門窗結構計算分析設計提供參考。
    關鍵詞:鋁合金門窗;  內平開窗;  外平開窗;  內開內傾窗

  本篇文章內容由[中國幕墻網ALwindoor.com]編輯部整理發布:

  摘要:為了解鋁合金門窗模型結構計算的可靠性,作者運用現有建筑結構分析理論,結合現行有關標準規范,對常見鋁合金門窗(不包括幕墻窗)結構計算分析思路進行梳理,在荷載取值、窗的結構支承體系,玻璃與鋁合金構件連接、中空玻璃等計算分析方面提出了系統的方法。結論將為合金(詞條“合金”由行業大百科提供)門窗結構計算分析設計提供參考。

  關鍵詞:鋁合金門窗; 內平開窗; 外平開窗; 內開內傾窗

  建筑設計時考慮到所賦予的使用功能、舒適性及建筑物理、建筑節能要求,通常會在墻上設置一定數量的門窗,最常用為鋁合金門窗,其框、扇桿件采用鋁合金型材,鋁合金門窗是圍護結構,門窗以主體結構為其支承主結構。

  鋁合金門窗面板采用玻璃材料,根據建筑設計要求可選用超白玻璃、普通無色玻璃、著色玻璃鍍膜玻璃貼膜玻璃;根據建筑物理要求可選用單片玻璃、中空玻璃、中空LOW-E玻璃、真空玻璃。根據結構設計要求可選用浮法玻璃半鋼化玻璃鋼化玻璃夾層玻璃;根據國家、地方政府、行業規定及規范標準的要求,人員流動性大的公共場所,易于受到人員和物體碰撞的鋁合金門窗應采用安全玻璃;建筑物中下列部位的鋁合金門窗應使用安全玻璃:七層及七層以上建筑物外開窗、面積大于1.5m2的窗玻璃或玻璃底邊離最終裝修面小于500mm的落地窗、傾斜安裝的鋁合金窗(詞條“鋁合金窗”由行業大百科提供)

  鑒于建筑設計對鋁合金門窗洞口尺寸的要求綜合考慮了采光、節能、裝飾等因素,尚應考慮具體的門窗產品特點、玻璃的許用面積等有關門窗的供應鏈要素。通常鋁合金門窗的立面分格尺寸不宜過大。

  鋁合金門窗的結構計算分析方法采用彈性方法計算作用效應組合,規則構件可按近似公式計算,復雜構件可按有限元方法計算;由于門窗不屬于大跨度空間結構,總體變形須控制在較小范圍,故不考慮幾何非線性效應。

  《鋁合金結構設計規范》GB 50429-2007[1]第4.2.4條指出“框架結構內力分析可采用一階彈性分析(詞條“一階彈性分析”由行業大百科提供)”。在考慮對比不同算法之前有必要明確理論和有限元方法的前提假設。簡而言之,近似公式計算涉及到材料力學基本假設,即平截面(幾何線性)、胡克定律(材料線性)和邊界不變性(邊界線性),整體剛度保持不變;有限元分析是按線性、彈性的(幾何與材料線性)和支座接觸(邊界非線性)來模擬,整體剛度將由于接觸關系而變化。

  本文通過對比不同型式、不同工況、不同計算方法來對鋁合金門窗進行結構分析。

  1 鋁合金門窗的型式分類

  按照圍護結構類型可分為外門窗、內門窗;按開啟方式,鋁合金門按轉軸結構可分為合頁(詞條“合頁”由行業大百科提供)門、地彈簧門,按開啟方式可分為平開旋轉門、推拉平移門折疊門;鋁合金窗可分為上懸窗(詞條“上懸窗”由行業大百科提供)下懸窗(詞條“下懸窗”由行業大百科提供)立轉窗、內平開窗、外平開窗、內開內傾窗、平開推拉窗、提升推拉窗、提拉窗等。結合建筑設計的要求、使用者體驗調研及結構安全度的考量,本人不建議在大量使用平推窗作為圍護結構,此項的研究尚在進行中。本文僅討論鋁合金外平開窗及內開內傾窗。

  2 鋁合金外平開窗的結構計算分析方法

  2.1. 總體信息

  假設工程位于廣州市。

  2.2. 風荷載計算

  鋁合金外平開窗作為外墻的一部分,屬于建筑外圍護結構,根據廣東省標準《建筑結構荷載規范DBJ15-101-2014規定取值。

  2.2.1. 閉合狀態下風荷載

  鋁合金外開啟窗在結構效應中在平均風壓的基礎上,近似考慮脈動風瞬間的增大因素,通過局部風壓體型系數和陣風系數來計算風荷載。

  風荷載標準值:Wk=βgz·μsl·μz·W。

  其中陣風系數及風壓高度變化系數按照計算高度采用插值法計算。

  體型系數根據不同平面位置分別取-1.4和-1.0,同時考慮內部壓力局部體型系數取+0.3.

  2.2.2. 開啟狀態下風荷載

  開啟狀態時在結構效應中在平均風壓的基礎仍然考慮脈動風瞬間的增大因素,還是通過局部風

  壓體型系數和陣風系數來計算風荷載。

  風荷載標準值:Wk=βgz·μsl·μz·W。

  其中陣風系數及風壓高度變化系數按照計算高度采用插值法計算。

  開啟狀態跟閉合狀態最大的不同在于體型系數的取值,開啟狀態時窗構件基本都突出于建筑外墻、均直接承受風荷載,局部體型系數應該參照廣東省標準《建筑結構荷載規范》DBJ15-101-2014第7.4.1之5款中的D工況采用1.4的放大系數。

  2.3. 地震作用計算及溫差變化考慮

  根據《建筑抗震設計規范GB50011-2010規定。非結構構件的地震作用只考慮由自身重力產生的水平方向地震作用和支座間相對位移產生的附加作用,采用等效側力方法計算。

  現行《鋁合金門窗工程技術規范》JGJ-2010中條文說明分析如下:因為門窗自重較輕,即使按最大地震作用系數考慮,門窗的水平地震荷載在各種常用玻璃配置情況下的水平方向地震作用力一般處于(0.04~0.4) kN/m2的范圍內,其相應的組合效應值僅為0.26 kN/m2,遠小于風壓值。溫度作用方面,對于溫度變化引起的門窗桿件和玻璃的熱脹冷縮,在構造上可以采取相應措施有效解決,避免因門窗構件間擠壓產生溫度應力造成門窗構件破壞,如門窗框、扇連接裝配間隙,玻璃相鑲預留間隙。同時,多年的工程設計計算經驗也表明,在正常的使用環境下,由玻璃中央部分與邊緣部分存在溫度差而產生的溫度應力亦不致使玻璃發生破損。

  本文認為,隨著建筑設計對于立面分格尺寸的多樣化要求,門窗設計計算應盡可能涵蓋大部分門窗結構類型和構造型式,而《建筑抗震設計規范》GB50011-2010之3.7.1明確規定:非結構構件自身及其與結構主體的連接,應進行抗震(詞條“抗震”由行業大百科提供)設計;3.7.4再規定:圍護墻應估計其設置對結構抗震的不利影響,避免不合理設置而導致主體結構的破壞;3.7.5還規定:幕墻、裝飾貼面與主體結構應有可靠連接,避免地震時脫落傷人。因此,本文在進行鋁門窗結構設計時計算主要作用效應重力荷載和風荷載,也計算地震作用,在設計構造上采取相應措施避免因地震作用和溫度作用效應引起門窗構件破壞。

  進行鋁合金門窗構件的承載力計算時,當重力荷載對鋁合金門窗構件的承載能力不利時,重力載荷和風載荷作用的分項系數(γG、γW)應分別取1.3和1.5;當重力荷載對鋁合金門窗構件的承載能力有利時(γG、γW)應分別取1.0和1.5。

  鋁合金門窗年溫度變化ΔT應按實際情況確定,當不能取得實際數據時可取800C。

  鋁合金外平開窗作為圍護結構的一部分,動力放大系數按5.0取,水平地震影響系數最大值按相應抗震設防烈度設計基本地震加速度取0.10。

  2.4. 承載力和撓度驗算規定

  鋁合金門窗結構構件采用以概率理論為基礎的極限狀態設計方法,用分項系數設計表達式計算;應按下列規定承載力極限狀態和正常使用極限狀態進行驗算:

  1.無地震作用效應組合時,承載力應符合下列要求:

  γ0S ≤R (2.4.1)

  2.有地震作用效應組合時,承載力應符合下列要求:

  γRESE≤R (2.4.2)

  3.撓度應符合下列要求:

  df ≤df,lim (2.4.3)

  式中: R ——結構構件抗力(詞條“抗力”由行業大百科提供)的設計值;

  S —— 荷載效應(詞條“荷載效應”由行業大百科提供)基本組合的設計值;

  SE —— 地震作用效應和其他荷載效應按基本組合的設計值;

  γ0——結構構件重要性系數,應取不小于1.0;

  γRE——結構構件承載力抗震調整系數,應取1.0;

  df—— 構件在風荷載標準值或永久荷載標準值作用下產生的撓度值;

  df,lim—— 構件撓度限值;

  2.5. 作用效應組合計算

  鋁合金門窗結構構件應按下列規定計算作用效應組合:

  根據《建筑結構可靠度設計統一標準》GB 50068規定,對于作用效應組合,應采用下式進行計算:

  1.無地震作用效應組合時:

  S =γGSGk +γWSWk (2.5.1)

  2.有地震作用效應組合時:

  S =γGSGk +γWSWk +0.5γESE (2.5.2)

  式中: S —— 作用效應組合的設計值;

  SGk ——永久荷載效應標準值;

  SWk ——風荷載效應標準值;

  γG——永久荷載分項系數;

  γW——風荷載分項系數;

  γE——地震作用分項系數;

  進行開啟窗構件的承載力計算時,作用分項系數按照今年新發布的國家標準《建筑結構可靠性設計統一標準》GB50068-2018有關強制性規定取值。

  進行鋁合金門窗構件的承載力計算時,當重力荷載對鋁合金門窗構件的承載能力不利時,重力載荷和風載荷作用的分項系數(γG、γW)應分別取1.3和1.5;當重力荷載對鋁合金門窗構件的承載能力有利時(γG、γW)應分別取1.0和1.5;γE取1.0。

  門窗構件撓度驗算其風荷載分項系數和永久荷載分項系數均應取1.0,且可不考慮作用效應組合。

  2.6. 強度設計值

  鋁合金外平開窗,計算允許限值根據行業標準《鋁合金門窗工程技術規范》JGJ214-2010規定分別按鋁合金型材(詞條“型材”由行業大百科提供)構件、鋼型材構件、不銹鋼構件、鋁合金門窗五金件、連接構件、緊固件玻璃板材、金屬板材采用。

  鋁合金門窗所采用玻璃按照行業標準《建筑玻璃應用技術規程JGJ113-2015規定取值;

  鋁合金型材按照國家標準《鋁合金結構設計規范》GB 50429-2007的規定取值,例如本項目采用鋁合金牌號6063T5鋁型材,其抗拉、抗壓、抗彎強度均取鋁合金型材強度設計值fa=90N/mm2

  鋁合金門窗五金件、連接構件承載力設計值應按其產品標準或產品檢測報告提供的承載力標準值除以相應的抗力分項系數(γR)或材料性能分項系數(γf)確定,如建筑設計無特殊要求,總安全系數K取2.0,則γR、γf取1.4。

  2.7. 撓度限值

  鋁合金外平開窗作圍護結構的一部分,計算允許撓度限值根據行業標準《鋁合金門窗工程技術規范》JGJ214-2010規定分別按鋁合金型材構件、鋼型材構件、不銹鋼構件、鋁合金門窗五金件、連接構件、緊固件、玻璃板材金屬板材采用。

  鋁合金外平開窗具有極限狀態下易脫落傷人的特性,其限值從嚴。

  鋁合金門窗所采用玻璃按照行業標準《建筑玻璃(詞條“建筑玻璃”由行業大百科提供)應用技術規程》JGJ113-2015規定取值;

  鋁合金型材按照國家標準《鋁合金結構設計規范》GB 50429-2007的規定取值。

  鋁合金門窗主要受力桿件在風荷載標準值作用下產生的最大撓度應符合下列公式規定,并應同時滿足絕對撓度值不大于20mm;

  u ≤l/150 (2.7.1)

式中: u

——在荷載標準值作用下桿件彎曲撓度值(mm);

l

——桿件的跨度(mm),懸臂桿件可取懸臂長度的2倍。

  承受玻璃重量的中橫框型材在重力荷載標準值作用下,其平行于玻璃平面方向的撓度不應影響玻璃的正常鑲嵌和使用;鋁合金門窗受力桿件在同一方向有分布荷載和集中荷載同時作用時,其撓度應為它們各自產生撓度的代數和;

  風荷載標準值作用下,四邊支承玻璃的撓度限值df,lim應按其短邊的1/60采用。

  2.8. 玻璃面板(詞條“玻璃面板”由行業大百科提供)計算

  鋁合金外開啟窗的玻璃風荷載分配按照變形協同原理將總荷載分配至各片。

  鋁合金門窗的玻璃面板計算方法視面板尺寸大小而不同。

  將玻璃面板在風荷載標準值作用下撓度限值df,lim定為其短邊的1/60;短邊為600mm,則撓度限值為10mm,已超出玻璃厚度6mm,實際已屬于大撓度變形。

  在任何情況下特別是特殊現狀或者超大尺寸情況,選用專業的有限元計算分析軟件來分析玻璃面板的受力和變形都是可行的。

  框支承矩形玻璃面板的受力狀態為四邊支承板,現行行業標準《鋁合金門窗工程技術規范》JGJ214-2010沒有給出專門的近似計算公式,設計人員可按照行業標準《玻璃幕墻工程技術規范》JGJ102-2003之6.1提供的公式或行業標準《建筑玻璃應用技術規程》JGJ113-2015提供的公式得出玻璃面板的最大設計應力值和最大撓度值。

  2.9. 鋁合金外開窗主要受力桿件計算

  開啟窗分別鎖閉和開啟兩種狀態計算。

  2.9.1. 鎖閉狀態下窗扇計算

  開啟窗在鎖閉狀態時,鉸鏈與側邊、鎖點共同作為窗扇的支點協同作用,可采用有限元分析

  方法來計算其構件的應力和撓度及支座反力

  風荷載由面板傳遞:Wk=βgz·μsl·μz·W。

  該項按照廣東省荷載規范計算得到的風荷載較國家標準《建筑結構荷載規范》GB50009-2012計算所得風荷載增加大約5%。

  閉合狀態下窗扇屬于非直接承受風荷載的構件,體型系數根據不同平面位置分別取-1.4和-1.0,同時考慮內部壓力局部體型系數取+0.3.

  根據有限元分析可以看出,如果側框和底框邊長過長而支點偏少,應力和變形會較大,會造成漏水、損壞甚至脫落;反之,如果采用合適的構件尺寸和支點數量,應力和變形會控制在合適的范圍。

  閉合狀態下矩形窗扇也可以按近似公式計算,將玻璃面板的荷載按照三角形或梯形傳遞至各框,各框再按照兩支座或多支座梁分析;組合門窗尚需增加集中荷載。

  2.9.2. 開啟狀態下窗扇計算

  開啟狀態則非常復雜,構件不再是非直接承受風荷載構件,

  風荷載標準值:Wk=βgz·μs1·μz·W。

  其中陣風系數及風壓高度變化系數按照計算高度采用插值法計算。

  由于本地區屬于基本風壓大于或等于0.50 kPa地區,廣東省地方標準將峰值因子由2.5提高到3.0,因此該項按照廣東省荷載規范計算得到的風荷載較國家標準《建筑結構荷載規范》GB50009-2012計算所得風荷載增加大約5%。

  開啟狀態跟鎖閉狀態第一個不同是體型系數的取值,開啟狀態時窗構件均直接承受風荷載,局部風壓體型系數應該參照廣東省標準《建筑結構荷載規范》DBJ15-101-2014第7.4.1之5款采用1.4的放大系數。

  開啟狀態跟鎖閉狀態第二個不同是鎖點沒有參與工作,完全靠滑撐撐擋作為窗扇支座。

  開啟狀態還須分別考慮正風壓和負風壓兩者情況,因為窗的各構件會處于受拉或受壓兩種完全不同的受力狀態。

  開啟狀態由于其受力的復雜程度,難以按照近似公式計算,基本上采用有限元分析方法計算其各構件的應力和撓度。

  開啟過程中,窗的各構件受力狀態隨滑撐、撐擋打開角度的變化而變化,開啟呈不同角度時最不利構件會不同,應分別計算開啟至一定角度工況和開啟至最大限位角度工況,以找出不同構件最不利受力狀況。

  2.10. 結構膠計算

  鋁合金外平開窗的結構膠計算根據行業標準《玻璃幕墻工程(詞條“玻璃幕墻工程”由行業大百科提供)計算規范》JGJ102-2003規定取值:分別計算在各種荷載作用組合下鋁合金框與玻璃粘接(詞條“粘接”由行業大百科提供)結構膠寬度、厚度和中空玻璃結構膠寬度。

  2.11. 窗五金件和連接件計算

  鋁合金外平開窗的配件計算分別考慮在各種荷載作用組合下分析驗算滑撐、撐擋、鎖點及其相應連接件的承載力和撓度。

  2.11.1 鋁合金窗受力五金件和連接件應進行承載力計算。

  2.11.2 鋁合金窗五金件和連接件的承載力計算應符合下列公式規定:

  σ≤f (2.11.1-1)

  S ≤R (2.11.1-2)

式中 σ

——五金件和連接件截面在荷載作用下產生的最大應力設計值N/mm2);

f

——五金件和連接件材料強度設計值N/mm2);

S

——五金件和連接件荷載設計值N);

R

——五金件和連接件承載力設計值(N)。

  2.11.3 鋁合金窗五金件應可靠連接,并應通過計算或試驗確定承載能力。

  2.11.4 鋁合金窗構件應采用角碼、接插件進行連接,連接件應能承受構件的剪力

  2.11.5 鋁合金窗構件連接處的連接件、螺栓螺釘鉚釘(詞條“鉚釘”由行業大百科提供)設計,應符合現行國家標準《鋁合金結構設計規范》GB50429-2007的相關規定。

  2.11.6 連接螺栓、螺釘直徑、數量及螺栓的中心距、邊距,應滿足構件承載能力的需要。螺釘直接通過型材孔壁螺紋受力連接時,應驗算螺紋承載力,必要時應采取加強措施。

  2.12. 窗與洞口的連接計算

  應分別考慮在各種荷載作用組合下分析驗算窗與洞口連接件的承載力。鋁合金門窗與洞口連接應牢固可靠,鋁合金門窗與金屬附框的連接、金屬附框與主體結構的連接應通過計算或試驗確定承載能力。

  3 鋁合金內開內傾窗的結構計算分析方法

  3.1. 總體信息

  假設工程位于廣州市。

  3.2. 風荷載計算

  鋁合金內開內傾窗作為外墻的一部分,屬于建筑外圍護結構,根據廣東省標準《建筑結構荷載規范》DBJ15-101-2014規定取值。

  3.2.1. 鎖閉狀態下風荷載

  內開內傾窗在鎖閉狀態下的結構效應中也通過局部風壓體型系數和陣風系數來計算風荷載。

  其中陣風系數及風壓高度變化系數按照計算高度采用插值法計算。

  由于本地區屬于基本風壓大于或等于0.50 kPa地區,廣東省地方標準將峰值因子由2.5提高到3.0,因此該項按照廣東省荷載規范計算得到的風荷載較國家標準《建筑結構荷載規范》GB50009-2012計算所得風荷載增加大約5%。

  窗的局部體型系數根據不同平面位置分別取-1.4和-1.0,同時考慮內部壓力局部體型系數取+0.3.

  3.2.2. 開啟狀態下風荷載

  開啟狀態時在結構效應中在平均風壓的基礎仍然考慮脈動風瞬間的增大因素,還是通過局部風

  壓體型系數和陣風系數來計算風荷載。

  風荷載標準值:Wk=βgz·μs1·μz·W。

  其中陣風系數及風壓高度變化系數按照計算高度采用插值法計算。

  由于本地區屬于基本風壓大于或等于0.50 kPa地區,廣東省地方標準將峰值因子由2.5提高到3.0,因此該項按照廣東省荷載規范計算得到的風荷載較國家標準《建筑結構荷載規范》GB50009-2012計算所得風荷載增加大約5%。

  開啟狀態分兩種工況:內平開和內傾斜。這兩種狀態在廣東省標準《建筑結構荷載規范》DBJ15-101-2014和國家標準《建筑結構荷載規范》GB50009-2012中都沒有規定,經過分析,我們可以大致推論出其風荷載的局部體型系數不折減也不放大,體型系數內壓值取0.4μsl。

  3.3. 地震作用計算

  窗屬于建筑外圍護結構,根據行業標準《玻璃幕墻工程計算規范》JGJ102-2003規定取值:動力放大系數按5.0取,水平地震影響系數最大值按相應抗震設防烈度和設計基本地震加速度取0.10。

  3.4. 作用效應組合計算同2.5規定

  3.5. 強度設計值與撓度限值同2.6及2.7規定

  3.6. 玻璃面板計算

  面板有可能處于傾斜狀態,應采用安全玻璃。

  內開內傾窗分三種工況計算玻璃面板受力及撓度:鎖閉狀態、內開狀態、內傾狀態。

  風荷載分配按照變形協同原理將總荷載分配至各片。

  在任何情況下特別是特殊現狀或者超大尺寸情況,選用專業的有限元計算分析軟件來分析玻璃面板的受力和變形都是可行的。

  框支承矩形玻璃面板的受力狀態為四邊支承板,現行行業標準《鋁合金門窗工程技術規范》JGJ214-2010沒有給出專門的近似計算公式,設計人員可按照行業標準《玻璃幕墻工程技術規范JGJ102-2003之6.1提供的公式或行業標準《建筑玻璃應用技術規程》JGJ113-2015提供的公式得出玻璃面板的最大設計應力值和最大撓度值。

  鎖閉狀態與2.8所述是一樣的計算方法。

  內開狀態與2.8所述是基本一樣的計算方法,但風荷載取值按照3.2.2規定。

  內傾狀態則有較大的不同:需考慮自重荷載產生的平面外應力和變形。

  3.7. 鋁合金內開啟內傾窗主要受力桿件計算

  分別鎖閉和內開、內傾三種狀態計算。

  3.7.1. 鎖閉狀態下窗扇計算

  窗在鎖閉狀態時,鉸鏈與側邊、鎖點共同作為窗扇的支點協同作用,可采用有限元分析

  方法來計算其構件的應力和撓度及支座反力。

  鎖閉狀態下矩形窗扇也可以按近似公式計算,將玻璃面板的荷載按照三角形或梯形傳遞至各框,各框再按照兩支座或多支座梁分析。

  以上兩種狀態可采用與2.9.1相同的計算方法。

  3.7.2. 內開狀態下窗扇計算

  內開狀態下,構件不再是非直接承受風荷載構件,

  風荷載標準值:Wk=βgz·μs1·μz·W。

  其中陣風系數及風壓高度變化系數按照計算高度采用插值法計算。

  由于本地區屬于基本風壓大于或等于0.50 kPa地區,廣東省地方標準將峰值因子由2.5提高到3.0,因此該項按照廣東省荷載規范計算得到的風荷載較國家標準《建筑結構荷載規范》GB50009-2012計算所得風荷載增加大約5%。

  內開狀態跟鎖閉狀態第一個不同是體型系數的取值,開啟狀態時窗構件均直接承受風荷載,風荷載的局部體型系數不折減也不放大,體型系數內壓值取0.4μsl。

  內開狀態跟鎖閉狀態第二個不同是鎖點沒有參與工作,完全靠內倒限位器、傳動桿和合頁作為窗扇支座。

  內開狀態還須分別考慮正風壓和負風壓兩者情況,因為窗的各構件會處于受拉或受壓兩種完全不同的受力狀態。

  內開狀態由于其受力的復雜程度,難以按照近似公式計算,基本上采用有限元分析方法計算其各構件的應力和撓度。

  內開過程中,窗的各構件受力狀態隨打開角度的變化而變化,開啟呈不同角度時最不利構件會不同,應分別計算開啟至一定角度工況和開啟至最大限位角度工況,以找出不同構件最不利受力狀況。

  3.7.3. 內傾狀態下窗扇計算

  內傾斜狀態則非常復雜,構件不是非直接承受風荷載構件,

  風荷載標準值:Wk=βgz·μs1·μz·W。

  其中陣風系數及風壓高度變化系數按照計算高度采用插值法計算。

  由于本地區屬于基本風壓大于或等于0.50 kPa地區,廣東省地方標準將峰值因子由2.5提高到3.0,因此該項按照廣東省荷載規范計算得到的風荷載較國家標準《建筑結構荷載規范》GB50009-2012計算所得風荷載增加大約5%。

  內傾狀態跟鎖閉狀態第一個不同是體型系數的取值,開啟狀態時窗構件均直接承受風荷載,風荷載的局部體型系數不折減也不放大,體型系數內壓值取0.4μsl。

  內傾狀態跟鎖閉狀態第二個不同是鎖點沒有參與工作,完全靠內倒限位器、傳動桿和合頁作為窗扇支座。

  內傾狀態跟鎖閉狀態第三個不同是需因傾斜角度產生的應力和變形。

  內傾狀態還須分別考慮正風壓和負風壓兩者情況,因為窗的各構件會處于受拉或受壓兩種完全不同的受力狀態。

  內傾斜狀態由于其受力的復雜程度,難以按照近似公式計算,基本上采用有限元分析方法計算其各構件的應力和撓度。

  內傾斜過程中,窗的各構件受力狀態隨打開角度的變化而變化,開啟呈不同角度時最不利構件會不同,應分別計算開啟至一定角度工況和開啟至最大限位角度工況,以找出不同構件最不利受力狀況。

  3.8. 結構膠計算

  鋁合金內開內傾斜窗基本采用明框構造,不需計算結構膠。若設計采用隱框構造,則結構膠計算根據行業標準《玻璃幕墻工程技術規范》JGJ102-2003規定取值:分別計算在各種荷載作用組合下鋁合金框與玻璃粘接結構膠寬度、厚度和中空玻璃結構膠寬度。

  3.9. 窗五金件和連接件計算

  窗的配件計算分別考慮在各種荷載作用組合下分析驗算內倒限位器、合頁、傳動桿、鎖點及其相應連接件的承載力和撓度。

  過型材孔壁螺紋受力連接時,應驗算螺紋承載力,必要時應采取加強措施。

  3.10. 窗與洞口的連接計算

  應分別考慮在各種荷載作用組合下分析驗算窗與洞口連接件的承載力。鋁合金門窗與洞口連接應牢固可靠,鋁合金門窗與金屬附框的連接、金屬附框與主體結構的連接應通過計算或試驗確定承載能力。

  4 有關風荷載取值和結構計算方法的建議

  4.1 由于鋁合金門窗在建筑外墻中屬于局部,特別是開啟狀態時屬于可能出現的開啟洞口,本文特別希望能通過專門的風洞試驗方法進行模擬,以確定相應的風壓系數。

  4.2 由于鋁合金門窗工作狀態的復雜性,特別是開啟工況更加復雜,一般的力學分析方法很難真正反映實際,而有限元分析模擬的邊界條件也會很大程度地影響計算結果,本文特別希望能通過結合專門的結構試驗方法進行模擬,得到一定數量的數據,最終能夠證明貼合實際的鋁合金門窗結構計算經驗公式,方便廣大門窗設計人員使用。

  5 結論

  針對鋁合金門窗,本文進行了結構計算分析方法的梳理,重點分析了鋁合金外平開窗和鋁合金內開內傾窗兩者型式,分別考慮鎖閉和開啟狀態,提出主要的觀點:鋁合金窗在開啟狀態時和鎖閉狀態有很大的不同,兩者計算方法不一樣;希望通過風洞試驗方法得出更科學的風壓系數;會通過結構試驗方法來證明鋁合金門窗結構計算有關經驗公式。

  [1] 中華人民共和國國家標準《鋁合金結構設計規范》GB50429-2007 [S]中國計劃出版社

  2 中華人民共和國行業標準《鋁合金門窗工程技術規范》JGJ214-2010 [S]中國建筑工業出版社

作者單位:廣東世紀達建設集團有限公司

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專家介紹

 黃慶文

鋁門窗幕墻委員會專家組

工作單位:廣東世紀達建設集團有限公司

技術職稱:高級工程師

專業:個人業績 主編了《點支式玻璃幕墻工程技術規程》CECS127-2001,參編了《玻璃幕墻工程技術規范》JGJ102-2003、國標《建筑幕墻》、《建筑玻璃采光頂》、《既有建筑幕墻鑒定與加固規程》、《鋁合金結構設計規范》、《采光頂與金屬屋面工程技術規范》、《建筑幕墻檢測標準》、《鋁合金門窗》等標準; 參與了《點支式玻璃幕墻支承裝置》及《鋼拉索柱型接頭》等標準的審查工作; 發表過《點式全玻璃幕墻結構設計簡介》(鋁門窗幕墻行業年會論文集)、《南京奧林匹克體育中心游泳館單層索網采光頂的設計》(鋁門窗幕墻行業年會論文集)、《提倡個性設計,爭做精品工程》(鋁門窗幕墻行業年會論文集)、《高強單片防火玻璃在建筑中的應用》(《建筑學報》2002.2)等多篇論文; 參與發明了四項實用新型專利——鋼桁架端部支座頭萬向調節機構、背栓式金屬板干掛幕墻、幕墻用可調角度轉角型材系統、木質格珊裝飾系統。

專長:建筑幕墻、屋面設計與施工管理、鋼結構設計

原文地址:http://www.52mqw.com/info/2021-6-1/48224-1.htm
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