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塑鋼門窗用鋼襯增強(qiáng)型材抗風(fēng)壓強(qiáng)度計算方法探討
| 來源:中國門窗&配套材料網(wǎng) 作者:* 日期:2009-7-31 頁面功能【字體：大 中 小】【打印】【投稿】【評論】【啄木鳥】 |
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| 導(dǎo) 語：塑鋼門窗的框架構(gòu)件是由塑料型材及鋼襯組合而成。以往塑鋼門窗的抗風(fēng)壓強(qiáng)度計算，風(fēng)荷載僅考慮由鋼襯承載。認(rèn)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(fēng)壓強(qiáng)度計算方法，并對該種計算方法進(jìn)行初步探討。
關(guān)鍵詞：塑鋼門窗；鋼襯；強(qiáng)度 |
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【中國門窗&配套材料網(wǎng)7月31日消息 記者Caron】在塑鋼門窗設(shè)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(shè)鋼襯才能提高抗風(fēng)壓強(qiáng)度。GB8814[門、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(jié)果導(dǎo)致了動搖以往強(qiáng)度計算方法的理由,也是本文提出另一種計算方法的基礎(chǔ)。
我們設(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(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)，知道每個構(gòu)件所承擔(dān)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(jié)構(gòu)靜力計算手冊”中查的相對應(yīng)的內(nèi)力和撓度計算公式，疊加每個構(gòu)件在各種類型荷載作用下的內(nèi)力和撓度，驗證其強(qiáng)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(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，不是單位長度上的荷載，在其計算中相當(dāng)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=2.5×108Nmm2
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
通過分析、驗正，本文提供的塑鋼門窗采用這種組合構(gòu)件時的撓度與強(qiáng)度計算方法，概念清晰，公式簡潔，方便應(yīng)用。
塑鋼門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窗強(qiáng)度的主要原因,但是,以往計算時強(qiáng)度勉強(qiáng)通過某級的樣窗卻能順利通過甚至高出該級測試標(biāo)準(zhǔn)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(jié)一種較為符合實際情況的強(qiáng)度計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�！就辍�
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