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附录B（资料性附录）建筑外窗抗风压强度、挠度计算方法
B.1 概述
建筑外窗抗风强度计算方法适用于各种材质的平开式及推拉式建筑外窗的抗风强度的计算和验算。也可用于四面支撑的其他开启形式的建筑外门和外窗的抗风强度的计算。
B.2 荷载分布与计算
B.2.1 荷载分布
建筑外窗在风荷载作用下，承受与外窗平面垂直的横向水平力。外窗各框料间构成的受荷单元可视为四边铰接的简支板。在每个受荷单元的四角各作45°斜线。使其与平行于长边的中线相交。这些线把受荷单元分成四块，每块面积所承受的风荷载传给其相邻的构件（在受力计算时称作杆件），每个杆件的受力可近似地简化为简支梁上呈矩形、梯形或三角形的均布荷载。见图B.1～图B.7。
B.2.1.1 当L2/L1＜1/2，且X＜L/3时，则总荷载Q按式（B.1）计算，集中荷载P按式（B.2）计算，荷载示意图见图B.6。
B.2.1.2 当L2/L1≥1/2或L2/L1≤1/2，且X≥L/3时，则总荷载Q按式（B.1）计算，集中荷载P按式（B.2）计算，集中荷载示意图见图B.7。
B.2.2 荷载计算
荷载计算分为以下三种形式：
a）建筑外窗在风荷载作用下，受力杆件上的总荷载（Q）为该杆件所承受的受荷面积（A）与施加在该面积上的单位风荷载（W）之乘积，按式（B.3）计算。
式中：
Q——受力杆件所承受的总荷载，单位为牛顿（N）；
A——受力杆件所承受的受荷面积，单位为平方米（㎡）；
W——施加在受荷面积上的单位风荷载，单位为帕（Pa），按GB50009的规定取值。
b）当进行建筑外窗的抗风压强度分级计算时，其受力杆件上的总荷载（Q）为该杆件所承受的受荷面积（A）与该窗相对应的抗风压性能等级（P3）之乘积，按式（B.4）计算。
式中：
P3——抗风压性能等级，单位为帕（Pa）。
c）当进行建筑外窗的强度验算时，其受力杆件上的总荷载（Q）为该杆件所承受的受荷面积（A）与建筑物承受的风荷载标准值（Wk）之乘积（Wk按GB50009的规定取值），按式（B.5）计算。
式中：
Wk——风荷载标准值，单位为帕（Pa）。
B.3 截面特性
B.3.1 截面的惯性矩（I）
B.3.1.1 当建筑外窗用料采用标准型材时，截面的惯性矩可在《材料手册》中查得。
B.3.1.2 当建筑外窗用料采用非标准型材时，截面的惯性矩需要通过计算来确定。
B.3.1.3 简单矩形截面的惯性矩按式（B.6）计算。
式中：
I——杆件截面的惯性矩，单位为四次方毫米（mm4）；
b——矩型截面平行于对称中心轴的边长，单位为毫米（mm）；
h——矩型截面垂直于对称中心轴的边长，单位为毫米（mm）。
B.3.2 截面的抵抗矩（Wj）
B.3.2.1 当建筑外窗用料采用标准型材时，截面的抵抗矩可在《材料手册》中查得。
B.3.2.2 当建筑外窗用料采用非标准型材时，截面的抵抗矩需要通过计算来确定。
B.3.2.3 简单矩形截面的抵抗矩按式（B.7）计算。
B.4 强度计算
B.4.1 弯矩（M）的计算
B.4.1.1 简支梁承受矩形、梯形、三角形均布荷载示意图见图B.8。
B.4.1.1.1 在矩形荷载作用下，简支梁的弯矩M按式（B.8）计算。
式中：
M——弯矩，单位为牛顿米（N·m）。
B.4.1.1.2 在梯形荷载作用下，简支梁的弯矩根据系数K的取值，分别计算M值。K的取值按式（B.9）计算，弯矩M按式（B.10）计算。系数K和常数λ的取值见表B.1。
式中：
K——系数；
λ——常数。
B.4.1.1.3 在三角形荷载作用下，简支梁的弯矩M按式（B.11）计算。
B.4.1.2 简支梁承受集中荷载的示意图见图B.9。
B.4.1.2.1 当集中荷载作用于跨中时，弯矩M按式（B.12）计算。
B.4.1.2.2 当集中荷载作用于任意点时，弯矩M按式（B.13）计算。
注：建筑外窗受力杆件上有均布荷载和集中荷载同时作用时，其弯矩为他们各自产生弯矩叠加的代数和。
B.4.2 最大弯曲应力（σmax）按式（B.15）计算。
B.4.1.2.3 当向外平开窗的窗扇受负压或向内平开窗的窗扇受正压且采用单锁点时，其窗框的竖框受荷情况按紧固五金件处有集中荷载作用的示意图见图B.9。简支梁弯矩M按式（B.12）或式（B.13）计算。
B.4.1.2.4 当向外平开窗的窗扇受负压或向内平开窗的窗扇受正压且采用单锁点时，其窗扇边梃受荷情况可近似简化为以紧固五金件处为固端的悬臂梁上承受矩形均布荷载见图B.10，其弯矩M按式（B.14）计算。
式中：
σmax——计算截面上的最大弯曲应力，单位为兆帕（MPa），且σmax≤［σ］；
M——受力杆件承受的最大弯矩，单位为牛顿米（N·m）；
Wj——净截面的抵抗矩I/C，单位为立方毫米（mm³）；
I——计算截面的惯性矩，单位为四次方毫米（mm4）；
C——中和轴到截面边缘的最大距离，单位为毫米（mm）；
［σ］——材料的抗弯允许应力，单位为兆帕（MPa）。
B.4.3.1.1 在矩形荷载作用下，剪力Q＇按式（B.16）计算。
B.4.3.1.2 在梯形荷载作用下，剪力Q＇按式（B.17）计算。
B.4.3.1.3 在三角形荷载作用下，剪力Q＇按式（B.18）计算。
B.4.3.2 简支梁承受集中荷载的示意图见图B.12。
B.4.3.2.1 当集中荷载作用于跨中时，剪力按（B.19）计算。
B.4.3.2.2 当集中荷载作用于任意点时，剪力按式（B.20）和式（B.21）计算。
B.4.3 剪力（Q＇）的计算
B.4.3.1 简支梁承受矩形、梯形、三角形均布荷载的示意图见图B.11。
B.4.3.2.3 当向外平开窗的窗扇受负压或向内平开窗的窗扇受正压且采用单锁点时，其窗框的竖框受荷情况按紧固五金件处有集中荷载作用的简支梁计算，见图B.12，剪力Q＇按式（B.19）或式（B.20）和式（B.21）计算。
B.4.3.2.4 当向外平开窗的窗扇受负压或向内平开窗的窗扇受正压且采用单锁点时，其窗扇边梃受荷情况可近似简化为以紧固五金件处为固端的悬臂梁上承受矩形均布荷载，见图B.13，其剪力按式（B.22）计算。
式中：
τmax——最大剪切应力，单位为兆帕（MPa），且τmax≤［z］；
Q＇——计算截面所承受的剪力，单位为牛顿（N）；
S——计算剪切应力处以上毛截面对中和轴的面积矩，单位为立方毫米（mm³）；
I——毛截面的惯性矩，单位为四次方毫米（mm4）；
δ——腹板的厚度，单位为毫米（mm）；
［τ］——材料的抗剪允许应力，单位为兆帕（MPa）。
B.5 最大挠度（fmax）的计算
B.5.1 计算所得的最大挠度fmax值应满足式（B.24）。
式中：
fmax——最大挠度；
［f］——杆件的允许挠度。
注1：当窗为柔性镶嵌单层玻璃时，［f］＝L/100。
注2：当窗为柔性镶嵌双层玻璃时，［f］＝L/150。
注3：建筑外窗受力杆件有均布荷载和集中荷载同时作用时，其最大挠度fmm为他们各自产生挠度叠加的代数和。
B.5.2 建筑外窗受力杆件受荷情况近似简化为简支梁上承受矩形、梯形或三角形的均布荷载，见图B.14。
B.5.2.1 在矩形荷载作用下，最大挠度按式（B.25）计算。
式中：
E——外窗受力杆件所用材料的弹性模量。
B.5.2.2 在梯形荷载作用下，最大挠度根据系数K的取值，分别计算fmax值。K的取值按式（B.26）计算，fmax按式（B.27）计算。系数K和常数λ的取值见表B.2。
式中：
K——系数；
λ——常数。
B.5.2.3 在三角形荷载作用下，最大挠度按式（B.28）计算。
B.5.3 建筑外窗受力杆件在集中荷载作用下的示意图见图B.15。
B.5.3.1 当集中荷载作用于跨中时，最大挠度按式（B.29）计算。
B.5.3.2 当集中荷载作用于任意点时，最大挠度按式（B.30）计算。
B.5.3.3 当向外平开窗的窗扇受负压或向内平开窗的窗扇受正压时，其窗框的竖框受荷情况按紧固五金件处有集中荷载作用，见图B.15，最大挠度fmax按式（B.29）或式（B.30）计算。
B.5.3.4 当向外平开窗的窗扇受负压或向内平开窗的窗扇受正压时，其窗扇边梃受荷情况可近似简化为以紧固五金件处为固端的悬臂梁上承受矩形均布荷载（见图B.16），其最大挠度fmax按式（B.31）计算。
式中：
I——计算截面的惯性矩，单位为四次方毫米（mm4）；
E——外窗受力杆件所用材料的弹性模量，单位为帕（Pa）。
B.6 联接计算及要求
B.6.1 对焊联接的计算
当端部联接采用对焊时，需进行焊缝处的剪切应力按式（B.32）验算。
式中：
τ——焊缝处的剪切应力，单位为兆帕（MPa），且t≤［th］；
Q'——作用于联接处的剪力，单位为牛顿（N）；
δ——联接件中腹板的厚度，单位为毫米（mm）；
Lj——焊缝的计算长度，单位为毫米（mm）；
［τh］——对接焊缝的抗剪允许应力，单位为兆帕（MPa）。
当验算复杂截面时，其剪切应力按腹板与中和轴的距离分配选取最不利的截面代入式（B.32）进行验算。
B.6.2 螺栓联接的计算
B.6.2.1 当螺栓联接的横截面与受力方向平行时，应验算螺栓的剪切应力，同时还应验算螺栓的承压应力；当其横截面与受力方向垂直时，需验算其抗拉承载力。
B.6.2.2 当螺栓抗剪时，按式（B.33）计算。
——每个螺栓的抗剪允许承载能力，位为牛顿（N）；
式中：
——每个螺栓的抗剪允许承载能力，位为牛顿（N）；
nj——螺栓的受剪面数目；
［τL］——螺栓的抗剪允许应力，单位为兆帕（MPa）；
d——螺杆的外径，单位为毫米（mm）。
B.6.2.3 当螺栓承压时，按式（B.34）计算。
——每个螺栓的承压允许承载能力，单位为牛顿（N）；
——螺栓的承压允许应力，单位为兆帕（MPa）；
式中：
——每个螺栓的承压允许承载能力，单位为牛顿（N）；
——螺栓的承压允许应力，单位为兆帕（MPa）；
d——螺杆的外径，单位为毫米（mm）。
B.6.2.4 当螺栓抗拉时，按式（B.35）计算。
式中：
——每个螺栓的抗拉允许承载能力，单位为牛顿（N）；
——螺栓的抗拉允许应力，单位为兆帕（MPa）；
dc——螺栓螺纹处的内径，单位为毫米（mm）。
B.6.3 螺栓的允许距离
螺栓的中心距离和中心至杆件边缘的距离，均应满足杆件受剪面承载能力的需要，并满足以下要求：
a）一般其中心距离不应小于3d；
b）中心至杆件边缘的距离：在顺内力方向不应小于2d；在垂直内力方向：在切割边不应小于1.5d；对轧制边不应小于1.2d；
c）如果联接确有困难不能满足上述要求时，则应对杆件受剪面进行验算。
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