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塑鋼門(mén)窗用鋼襯增強(qiáng)型材抗風(fēng)壓強(qiáng)度計(jì)算方法探討 |
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| 導(dǎo) 語(yǔ)：塑鋼門(mén)窗的框架構(gòu)件是由塑料型材及鋼襯組合而成。以往塑鋼門(mén)窗的抗風(fēng)壓強(qiáng)度計(jì)算，風(fēng)荷載僅考慮由鋼襯承載。認(rèn)為這種計(jì)算方法過(guò)于保守，并提出由塑料型材及鋼襯共同承載的另一種抗風(fēng)壓強(qiáng)度計(jì)算方法，并對(duì)該種計(jì)算方法進(jìn)行初步探討。
關(guān)鍵詞：塑鋼門(mén)窗；鋼襯；強(qiáng)度 |
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【中國(guó)門(mén)窗&配套材料網(wǎng)7月31日消息 記者Caron】在塑鋼門(mén)窗設(shè)計(jì)中，由于塑料型材的彈性模量E值很低，因此塑鋼門(mén)窗必須通過(guò)增設(shè)鋼襯才能提高抗風(fēng)壓強(qiáng)度。GB8814[門(mén)、窗框用硬質(zhì)聚氯乙烯(PVC)型材] 中規(guī)定PVC的E值下限為1.961KN/mm2,而鋼襯的E值為210KN/mm2。后者為前者的107倍,這便是以往風(fēng)載荷僅考慮由鋼襯承載的強(qiáng)度計(jì)算方法的理由。然而,眾所周知,構(gòu)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(shè)置于塑料型材的型腔內(nèi),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(yuǎn)小于塑料型材的壁厚。因此型材慣性矩遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于鋼襯慣性矩也是一個(gè)基本事實(shí)。對(duì)于保溫性能優(yōu)異的多腔塑料型材而言,更為如此。這種結(jié)果導(dǎo)致了動(dòng)搖以往強(qiáng)度計(jì)算方法的理由,也是本文提出另一種計(jì)算方法的基礎(chǔ)。
我們?cè)O(shè)定組成構(gòu)件的塑料型材及鋼襯間“緊密相接”，相互之間無(wú)間隙，但接觸面沒(méi)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(mén)窗料。由于這種方式組成的構(gòu)件不是“有機(jī)”的組合在一起的，各構(gòu)件所分擔(dān)的部分荷載必須通過(guò)解超靜定結(jié)構(gòu)的方法求解，即應(yīng)該滿足靜力平衡，力與變形的物理關(guān)系—虎克定律，不同部件間的變形協(xié)調(diào)三個(gè)條件下求解，這在建筑力學(xué)中有明確的論述。
首先，這種組成的構(gòu)件內(nèi)力與變形符合虎克定律—變形與內(nèi)力成正比的彈性變形范圍內(nèi);其次，這種組成的構(gòu)件的各部件因“緊密相接”而變形一致，滿足變形協(xié)調(diào)條件，所以各部件承擔(dān)的荷載是與各自的剛度成正比。即抗彎構(gòu)件按抗彎剛度EI正比分配，抗軸力構(gòu)件按抗軸力剛度EF正比分配；抗剪力構(gòu)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(mén)窗料均以風(fēng)壓和地震力作用下的抗彎為主，所以，組成構(gòu)件的各部件所承擔(dān)的荷載主要與抗彎剛度成正比。即荷載分配系數(shù)，知道每個(gè)構(gòu)件所承擔(dān)某種類(lèi)型（均布、三角形、梯形、集中荷載等類(lèi)型）的荷載值后，就可以根據(jù)各個(gè)荷載類(lèi)型的計(jì)算簡(jiǎn)圖在“建筑結(jié)構(gòu)靜力計(jì)算手冊(cè)”中查的相對(duì)應(yīng)的內(nèi)力和撓度計(jì)算公式，疊加每個(gè)構(gòu)件在各種類(lèi)型荷載作用下的內(nèi)力和撓度，驗(yàn)證其強(qiáng)度和撓度是否分別滿足門(mén)窗的安全和正常使用兩個(gè)方面的要求。
例：風(fēng)壓標(biāo)準(zhǔn)值……WK=0.45KN/mm2
塑料（PVC）彈性模量……E1=2500N/mm2
塑料（PVC）抗拉屈服強(qiáng)度……f1=37N/mm2（GB/T88014-1998）
型鋼彈性模量……E2=210000N/mm2
型鋼抗拉屈服強(qiáng)度……f2=235N/mm2
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(zhǎng)度上的荷載，在其計(jì)算中相當(dāng)于單位長(zhǎng)度上等于Q=q/L的均布荷載，代替了實(shí)際的梯形荷載。
圖1(見(jiàn)下頁(yè))所示：
PVC(CST-80S) 抗彎剛度 EII1=2500×100074=2.5×108Nmm2
PVC(CST-80S) 抗彎抵抗矩 W1=5975mm3
型鋼(XG-80S-1.2U)抗彎剛度E2I2=210000×2729.69=5.73×108Nmm2
型鋼(XG-80S-1.2U)抗彎抵抗矩 W2=224mm3
通過(guò)分析、驗(yàn)正，本文提供的塑鋼門(mén)窗采用這種組合構(gòu)件時(shí)的撓度與強(qiáng)度計(jì)算方法，概念清晰，公式簡(jiǎn)潔，方便應(yīng)用。
塑鋼門(mén)窗的鋼襯由于受型腔限制導(dǎo)致截面力學(xué)特性難以大幅提高是困擾塑鋼門(mén)窗強(qiáng)度的主要原因,但是,以往計(jì)算時(shí)強(qiáng)度勉強(qiáng)通過(guò)某級(jí)的樣窗卻能順利通過(guò)甚至高出該級(jí)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)的情況卻屢見(jiàn)不鮮。塑鋼門(mén)窗在我國(guó)推廣的歷史并不太長(zhǎng),總結(jié)一種較為符合實(shí)際情況的強(qiáng)度計(jì)算方法是作者的愿望。本文旨在拋磚引玉,希望業(yè)內(nèi)成員,特別是具備測(cè)試條件的單位參加討論及實(shí)驗(yàn)論證,以推動(dòng)我國(guó)塑鋼門(mén)窗業(yè)的發(fā)展。【完】
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