| 关于塑窗杆件装配钢衬条件与风压计算的有关问题的讨论 |
| [ 录入者:admin | 时间:2008-09-25 16:22:51 | 作者: | 来源: | 浏览:22次 ] |
摘 要：本文通过风压计算验证了塑料门窗行业标准JG/T3017-94与JG/T3018-94中关于塑料门窗杆件在一定长度范围不装配钢衬的规定，不完全适应高风压地区，高层建筑抗风压性能的要求。在具体应用时，应根据实际情况进行验算确定。同时讨论了风压计算的有关问题。
塑料门窗行业标准JG/T3017-94与JG/T3018-94分别在4.3.2一章中规定：为了确保门窗的抗风压等性能的要求，门窗构件符合下列条件(见表1)时，其内腔必须加增强型钢衬。反之下列条件之外杆件长度可以不加钢衬。
由于门窗的抗风压性能主要靠门窗中的挺、扇、两窗之间的拼接框、拼管来承担。门窗与墙体连接的边框直接将风压传递给墙体，本身所承受的力很小，除了安装五金件的部位需要装配钢衬外，其它部位在以上长度内不装配钢衬，不影响门窗抗风压性能。其余受力杆件，例如平开或推拉窗拼接框小于1300mm、平开窗中挺小于900mm、平开窗扇小于1200mm、推拉窗扇边框厚度大于45的型材小于1000 mm时，推拉窗扇边框厚度大于25的型材小于900mm时，不装配钢衬，随着塑料门窗在高风压地区与高层建筑的推广应用，是否能满足抗风压的要求，保证门窗长年在苛刻而多变的自然环境安全正常工作？需通过风压计算进行验证。现以我公司型材60平开窗三腔与两腔中挺，扇型材、63推拉窗扇型材为例，验证外窗在允许不加钢衬的杆件长度内所能达到的风压值。60平开窗三腔与两腔中挺、扇型材，63推拉窗扇型材截面见图1，风压方向抗弯刚度见表1，设计的窗型见图2、图3、图4。
由图2平开窗知：主要受力杆件A-B框中横挺长度为860mm，杆件框中竖挺高度为1174mm，杆件C-D竖扇高度为1136mm。除中竖挺高度外，其它两尺寸均在不用装配钢衬的长度范围。外窗主要受力杆件A-B与杆件C-D不加钢衬所能达到的风压值计算如下：
主要受力杆件A-BWmax计算：
均布荷载面积A1+A2+A3＝(0.86＋0.274)/2×0.293＋0.43×0.215=0.258m2
集中荷载面积：A4＝A5=(1.174＋0.782）/2×0.21=0.210m2
许用桡度F1=86/130=0.66cm
PVC弹性模量E＝25000kgf/cm2
三腔挺惯性矩I2=34.5803cm4
主要受力杆件A-B中横梃计算长度L1＝86－4＝82cm
A-B中横梃不仅承受自身的均布荷载，还要承受C-D中竖梃传递来的集中荷载。两荷载之和即为A-B中横梃承受的最大荷载。由于C-D中竖梃承受的荷载的50％作用在A-B中横梃上，故在集中荷载计算时以A-B中横梃的长度与C-D中竖梃承受梯形面积的1/2(即一个梯形面积)荷载为计算基准。
W均=76.8EIF/AL3
＝(76.8×25000×34.5803×
0.66)/(0.258×823)
＝308.04kgf/m2
W中＝48EIF/0.5AL3
＝(48×25000×34.5803×0.66）
/(0.210×823)
＝236.53kgf/m2
Wmax＝308.04＋236.53
＝544.57（kgf/m2）×9.8
＝5336.786N/m2
C-D杆件Wmax计算：
C-D杆件由中竖梃与中竖扇两部分组成。本文仅以中竖扇进行计算。
梯形面积(以扇的荷载面积计算)A＝(1.136＋0.744)/2×0.196=0.184m2
许用桡度F＝113.6/130＝0.874cm
杆件计算长度L＝113.6cm
三腔平开扇惯性矩I＝36．5778cm4
由于外平开窗与内平开窗在受正风压或受付风压时，其受力杆件受荷状态是截然不同的。当外平开窗受正风压或内平开窗受付压时，风荷载由中竖扇型材与中竖挺型材共同承担，其抗风压能力较高，无需计算。当外平开窗受付风压或内平开窗受正压时，平开窗中竖扇型材只承受所在扇本身面积的均布荷载，故在风压计算时，仅需将一个梯形面积带入公式即可。中竖扇型材受荷情况，可近似简化为紧固件处为固端的悬臂梁上承受矩形均布荷载。其不加钢衬风荷载可按以下公式计算。
Wmax=8EIF/AL3=（8×25000×36.5778×0.874）/(0.184×113.63)=23.71kgf/cm2×9.8＝232.3N/m2
主要受力杆件A-B推拉扇高度76.4mm，在不用装配钢衬的长度范围。由于在正付风压作用下，推拉窗两个扇相互搭接。一个扇的中竖扇型材发生桡度变形到一定量时，背靠在另一个扇的中竖扇型材上，起到共同抵抗风荷载的作用，抗风压性能较强。但另一个中竖扇型材只承受所在扇本身的均布载荷，故在风压计算时，如果两扇均等，仅需将其中任一个扇梯形面积带入公式，如果两个扇不均等，仅需将其中较大的扇梯形面积带入计算即可。其不加钢衬所能达到的风荷载值计算如下：
梯形面积A＝（0.764＋0.372）/2×0.196＝0.1113m2
许用桡度＝76.4/130=0.588cm
主要受力杆件长度L＝86－9.6＝76.4cm
63推拉窗扇惯性矩I＝22.3087cm4
k={(764-372)/2}/764=0.25，w梯可采用K＝0.3梯形计算公式
Wmax＝62.4EIF/AL3=(62.4×25000×22.3087×0.588)/(0.1113×76.43)=412.3kgf/m2×9.8＝4040.5N/m2
主要受力杆件A-B长度为1260mm，亦在不用装配的长度范围之内。在两根60框与拼条惯性矩的叠加作用下，承受两个梯形荷载，不加钢衬所能达到的风荷载值计算如下：
两个梯形面积和A＝(1.26＋0.63)/2×0.315×2=0.595m2
许用桡度＝126/130＝0.9692cm
主要受力杆件长度：L=126cm
60三腔推拉框惯性矩I＝46．1057cm4
Wmax＝60EIF/AL3
＝(60×25000×46.1057×2×
0.9692)/(0.595×1263)
=112.63kgf/m2×9.8
＝1103.771N/m2
依据《建筑结构荷载规范》7.1.2条规定：“基本风压按50年一遇的风压采用。但不得低于0.3KN/m2”。标准荷载值是由基本风压、建筑高度Z处的阵风系数、风荷载体型系数、风压高度变化系数的乘积所得，由以上计算知：按门窗制作标准，门窗杆件在一定长度内不装配钢衬，一般情况下是适用的。但在设计平开窗时，其窗竖扇部分承受风荷载较低，连基本风压的最低限值都达不到。必须采用钢衬进行增强处理。在制作组合窗时，其拼接框偏离边框距离较长，处于主要受力位置，且型材承受的风荷载能力较差，亦应根据建筑所在地区的基本风压，地面粗糙度，建筑高度等因素，通过风压计算确定采用不同厚度的钢衬。切不可机械地照搬门窗制作《标准》，无论在任何条件下，都盲目地不装配钢衬，以免造成不安全隐患。同时通过以上计算也充分证明：塑料异型材本身确存在一定的抗弯曲刚度性能，在以往抗风压计算中，不考虑型材的因素，仅以钢衬的惯性矩与弹性模量带入公式计算，是一种不经济的行为。正确地作法是：求出门窗所用的塑料异型材与相配套钢衬的弹性模量与惯性矩的比值，在进行风压计算时，将其比值带入钢衬的抗弯刚度计算即可。假如主要受力杆件为60两腔中挺，采用2.0mm钢衬，其刚度比值为0.085，计算时将公式Fmax=OL3/76.8EI转换为Fmax=OL3/76.8×1.085EI，公式中EI值仍以钢衬抗弯刚度为计算基准就可以了。具体方法详见笔者撰写的《型材抗弯刚度在塑料窗抗风压中的作用》，以利在保证塑窗抗风压性能的前提下降低生产成本。
值得说明的是，在图2带上亮平开窗主要受力杆件横中梃A-B集中荷载计算时，应以集中荷载面积的1/2，带入公式计算，大家是比较清楚的。但在实际计算时，一些人往往误将集中荷载所对的C-D杆件长度带入公式计算。造成计算结果与实际荷载不相吻合。应该明确：由于集中荷载传递与作用对象是A-B杆件，因此应将A-B杆件长度带入公式为妥。如果计算的是杆件C-D竖梃的荷载，才应以C-D竖梃长度为计算基准。同时带上亮或不带上亮的推拉窗与平开窗竖扇杆件风压计算时，依据杆件实际受力状态，均应以一个扇的受荷面积进行计算，这种思路与笔者在有关刊物与文集中看到的大多数风压计算方面的文献观点是不同的的，期望得到行业内有关专家的指导与教诲。
本文在风压计算时，当窗为柔性镶嵌单层玻璃情况下，许用桡度值仍采用GB7106－86《建筑外窗抗风压性能分级及其检测方法》附录A中规定的1/130进行计算。行业内有关观点认为：随着GB7106－2002《建筑外窗抗风压性能分级及其检测方法》的执行，GB7106－86《建筑外窗抗风压性能分级及其检测方法》附录A被废止，原许用桡度1/130～1/180。
由于丧失了依据而被摒弃，新《检测方法》许用桡度值应按1/300计算。由于新旧《检测方法》进行检测时，变形检测P1的压力值均以1/300为基准。笔者认为许用桡度值按原《检测方法》附录A中规定的1/130计算时，计算值实际上与安全检测值P3相对应，也是计算杆件所达到的标准荷载值。与变形检测值P1以1/300为基准并不矛盾。所不同的是如果以1/130计算荷载P3，以1/300作为P1进行变形检测，p3实际变形量仅比P1大2.3倍，低于新旧《检测方法》规定的P3=2.5P1的比值。如以P3=2.5P1为基准计算P1，P1实际桡度值等于1/325。风荷载计算值则高于变形检测值。如变形检测值P1以1/300为基准，以P3=2.5P1计算P3，P3实际等于1/120，致使安全检测时变形量增大。因此以1/130作为许用桡度值计算风荷载比较安全，可行的。而以1/300为基准计算杆件荷载值，计算的荷载值仅仅是变形检测值P1，与风荷载标准值与安全检测值P3不相对应，也非理论荷载计算值。在风压计算中，很容易将两个概念混淆。如杆件以1/300桡度值计算其理论荷载，由于杆件理论荷载值远远低于标准荷载值，容易使人误解为杆件强度偏低，被迫加大杆件强度，造成材料浪费；如杆件以1/300桡度值计算p1，再乘以2.5，作为理论荷载值与标准荷载值进行对比，在安全检测时，达到P3的实际桡度值为杆件长度1/120,容易造成杆件功能性损坏，不甚安全。
业内同行在著作中谈到设计风荷载值问题。即在风荷载标准值的基础上再乘一个1.4的分项系数。笔者反复研究《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001），认为，1.4作为永久荷载的分项系数YG，在玻璃幕墙构件、连接件和锚固件承载力效应组合计算时应予以考虑。而在门窗风荷载计算时，一般情况下可不予采用。同时GB/T7106-2002《建筑外窗抗风压性能分级及检测方法》明确指出，P3值与工程的风荷载标准值WK相对比，应大于或等于WK，也没有提到设计风荷载值问题，充分证明这一论断。在风压计算中还有一些容易混淆的概念，将在另文进行讨论。
|
|
