第一篇：塑鋼門窗用鋼襯增強型材抗風壓強度計算方法探討

塑鋼門窗用鋼襯增強型材抗風壓強度計算方法探討

宋金虎，滕文建

（山東交通職業(yè)學院，山東，濰坊 261206）

摘 要：塑鋼門窗的框架構件是由塑料型材及鋼襯組合而成。以往塑鋼門窗的抗風壓強度計算，風荷載僅考慮由鋼襯承載。認為這種計算方法過于保守，并提出由塑料型材及鋼襯共同承載的另一種抗風壓強度計算方法，并對該種計算方法進行初步探討。

關鍵詞：塑鋼門窗；鋼襯；強度

中圖分類號：TU312+.1 文獻標識碼：B

在塑鋼門窗設計中，由于塑料型材的彈性模量E值很低，因此塑鋼門窗必須通過增設鋼襯才能

2提高抗風壓強度。GB8814[門、窗框用硬質聚氯乙烯(PVC)型材] 中規(guī)定PVC的E值下限為1.961KN/mm,2而鋼襯的E值為210KN/mm。后者為前者的107倍,這便是以往風載荷僅考慮由鋼襯承載的強度計算方法的理由。然而,眾所周知,構件變形是由桿件的E值和桿件的截面慣性矩 I的乘積所決定。由于鋼襯設置于塑料型材的型腔內,這就決定了襯鋼的慣性矩難以大幅度提高；另一方面,鋼襯的壁厚通常也遠小于塑料型材的壁厚。因此型材慣性矩遠遠大于鋼襯慣性矩也是一個基本事實。對于保溫性能優(yōu)異的多腔塑料型材而言,更為如此。這種結果導致了動搖以往強度計算方法的理由,也是本文提出另一種計算方法的基礎。

我們設定組成構件的塑料型材及鋼襯間“緊密相接”，相互之間無間隙，但接觸面沒有抗剪能力，忽略塑料型材及鋼襯間的磨擦作用，不包括鋼塑共擠門窗料。由于這種方式組成的構件不是“有機”的組合在一起的，各構件所分擔的部分荷載必須通過解超靜定結構的方法求解，即應該滿足靜力平衡，力與變形的物理關系—虎克定律，不同部件間的變形協(xié)調三個條件下求解，這在建筑力學中有明確的論述。

首先，這種組成的構件內力與變形符合虎克定律—變形與內力成正比的彈性變形范圍內;其次，這種組成的構件的各部件因“緊密相接”而變形一致，滿足變形協(xié)調條件，所以各部件承擔的荷載是與各自的剛度成正比。即抗彎構件按抗彎剛度EI正比分配，抗軸力構件按抗軸力剛度EF正比分配；抗剪力構件按抗剪切剛度GF正比分配；（E為彈性模量，G為剪切模量，I為截面慣性矩，F(xiàn)為截面面積）。門窗料均以風壓和地震力作用下的抗彎為主，所以，組成構件的各部件所承擔的荷載主要與抗彎剛度成正比。即荷載分配系數(shù)??1?EiIii

?1EiIi知道每個構件所承擔某種類型（均布、三角形、梯形、集中荷載等類型）的荷載值后，就可以根據(jù)各個荷載類型的計算簡圖在“建筑結構靜力計算手冊”中查的相對應的內力和撓度計算公式，疊加每個構件在各種類型荷載作用下的內力和撓度，驗證其強度和撓度是否分別滿足門窗的安全和正常使用兩個方面的要求。例：風壓標準值??WK=0.45KN/mm塑料（PVC）彈性模量??E1=2500N/mm

2塑料（PVC）抗拉屈服強度??f1=37N/mm（GB/T88014-1998）

2型鋼彈性模量??E2=210000N/mm

2型鋼抗拉屈服強度??f2=235N/mm

根據(jù)圖1的圖形及截面慣性矩，推算出截面抵抗矩。例題中的q=WA是總荷載，不是單位長度上的荷載，在其計算中相當于單位長度上等于Q=q/L的均布荷載，代替了實際的梯形荷載。

圖1(見下頁)所示： PVC(CST-80S)抗彎剛度 EII1=2500×100074=2.5×10Nmm

3PVC(CST-80S)抗彎抵抗矩 W1=5975mm

82型鋼(XG-80S-1.2U)抗彎剛度E2I2=210000×2729.69=5.73×10Nmm

3型鋼(XG-80S-1.2U)抗彎抵抗矩 W2=224mm

82CST-80FGCST-80SY1CST-80SXG-80S-1.2U圖1 構造節(jié)點圖

1、荷載分配系數(shù)μ1

PVC：?1 ?E1I1E1I1?E2I2?E2I2E1I1?E2I2?2.5?1088(2.5?5.73)?105.73?108?0.3 型鋼：?2?(2.5?5.73)?108?0.7荷載:ql=μ1q PVC:ql=μ1q=0.3×66.66=50.93N 型鋼:q2 =μ1q =0.7×166.66=116.73N 2、撓度計算

PVC:fl=50.93 × 1384/76.8×2.5×10=7.03mm38型鋼:f2=116.73×1384/76.8×5.73×10=7.03mm 3、強度復核 PVC：M ?1?50.93?13848?88115975?8811Nmm

1?M1W1?1.47N/mm2

型鋼：M2 ?2?116.93?138482?20194Nmm?MW2?20194224?90N/mm2

通過分析、驗正，本文提供的塑鋼門窗采用這種組合構件時的撓度與強度計算方法，概念清晰，公式簡潔，方便應用。

塑鋼門窗的鋼襯由于受型腔限制導致截面力學特性難以大幅提高是困擾塑鋼門窗強度的主要原因,但是,以往計算時強度勉強通過某級的樣窗卻能順利通過甚至高出該級測試標準的情況卻屢見不鮮。塑鋼門窗在我國推廣的歷史并不太長,總結一種較為符合實際情況的強度計算方法是作者的愿望。本文旨在拋磚引玉,希望業(yè)內成員,特別是具備測試條件的單位參加討論及實驗論證,以推動我國塑鋼門窗業(yè)的發(fā)展。

責任編輯:劉敏 Discussing the Method How to Account the Anti-breeze Pressure of the Steel-liner Buildup-type-material Using On Plastic-steel Doors and

Windows

SONG Jin-hu，TENG Wen-jian(Shandong Transport Occupation College Mechanical Department, Shandong Weifang 261206)

Abstract: The plastic-steel hasp frame structure piece is combined by plastics type material and steel-liner.The plastic-steel hasp anti-breeze presses a strength calculation before, breeze lotus' carrying only consideration is loaded by the steel-liner.This text thinks this kind of calculation method t-oo conservative, and put forward another anti-breeze which is loaded together by plastics type material and steel-liner and presses a strength calculation method, and carries on an initial study.Key words: Plastic-steel doors and windows;Steel-liner;Pressure

收稿日期：2007/03/28 作者簡介：宋金虎，男，（1967-），山東交通職業(yè)學院副教授，高級工程師，碩士。研究方向：焊接、機械工程 地址：山東省濰坊市坊子區(qū)鳳山路608號山東交通職業(yè)學院機械系 郵編：261206 電話：0536—7963316

電子郵箱：Goldtigers@sohu.com