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塑钢门窗用钢衬增强型材抗风压强度计算方法探讨
| 来源:中国门窗&配套材料网 作者:* 日期:2009-7-31 页面功能【字体：大 中 小】【打印】【投稿】【评论】【啄木鸟】 |
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| 导 语：塑钢门窗的框架构件是由塑料型材及钢衬组合而成。以往塑钢门窗的抗风压强度计算，风荷载仅考虑由钢衬承载。认为这种计算方法过于保守，并提出由塑料型材及钢衬共同承载的另一种抗风压强度计算方法，并对该种计算方法进行初步探讨。
关键词：塑钢门窗；钢衬；强度 |
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【中国门窗&配套材料网7月31日消息 记者Caron】在塑钢门窗设计中，由于塑料型材的弹性模量E值很低，因此塑钢门窗必须通过增设钢衬才能提高抗风压强度。GB8814[门、窗框用硬质聚氯乙烯(PVC)型材] 中规定PVC的E值下限为1.961KN/mm2,而钢衬的E值为210KN/mm2。后者为前者的107倍,这便是以往风载荷仅考虑由钢衬承载的强度计算方法的理由。然而,众所周知,构件变形是由杆件的E值和杆件的截面惯性矩 I的乘积所决定。由于钢衬设置于塑料型材的型腔内,这就决定了衬钢的惯性矩难以大幅度提高；另一方面,钢衬的壁厚通常也远小于塑料型材的壁厚。因此型材惯性矩远远大于钢衬惯性矩也是一个基本事实。对于保温性能优异的多腔塑料型材而言,更为如此。这种结果导致了动摇以往强度计算方法的理由,也是本文提出另一种计算方法的基础。
我们设定组成构件的塑料型材及钢衬间“紧密相接”，相互之间无间隙，但接触面没有抗剪能力，忽略塑料型材及钢衬间的磨擦作用，不包括钢塑共挤门窗料。由于这种方式组成的构件不是“有机”的组合在一起的，各构件所分担的部分荷载必须通过解超静定结构的方法求解，即应该满足静力平衡，力与变形的物理关系—虎克定律，不同部件间的变形协调三个条件下求解，这在建筑力学中有明确的论述。
首先，这种组成的构件内力与变形符合虎克定律—变形与内力成正比的弹性变形范围内;其次，这种组成的构件的各部件因“紧密相接”而变形一致，满足变形协调条件，所以各部件承担的荷载是与各自的刚度成正比。即抗弯构件按抗弯刚度EI正比分配，抗轴力构件按抗轴力刚度EF正比分配；抗剪力构件按抗剪切刚度GF正比分配；（E为弹性模量，G为剪切模量，I为截面惯性矩，F为截面面积）。门窗料均以风压和地震力作用下的抗弯为主，所以，组成构件的各部件所承担的荷载主要与抗弯刚度成正比。即荷载分配系数，知道每个构件所承担某种类型（均布、三角形、梯形、集中荷载等类型）的荷载值后，就可以根据各个荷载类型的计算简图在“建筑结构静力计算手册”中查的相对应的内力和挠度计算公式，叠加每个构件在各种类型荷载作用下的内力和挠度，验证其强度和挠度是否分别满足门窗的安全和正常使用两个方面的要求。
例：风压标准值……WK=0.45KN/mm2
塑料（PVC）弹性模量……E1=2500N/mm2
塑料（PVC）抗拉屈服强度……f1=37N/mm2（GB/T88014-1998）
型钢弹性模量……E2=210000N/mm2
型钢抗拉屈服强度……f2=235N/mm2
根据图1的图形及截面惯性矩，推算出截面抵抗矩。例题中的q=WA是总荷载，不是单位长度上的荷载，在其计算中相当于单位长度上等于Q=q/L的均布荷载，代替了实际的梯形荷载。
图1(见下页)所示：
PVC(CST-80S) 抗弯刚度 EII1=2500×100074=2.5×108Nmm2
PVC(CST-80S) 抗弯抵抗矩 W1=5975mm3
型钢(XG-80S-1.2U)抗弯刚度E2I2=210000×2729.69=5.73×108Nmm2
型钢(XG-80S-1.2U)抗弯抵抗矩 W2=224mm3
通过分析、验正，本文提供的塑钢门窗采用这种组合构件时的挠度与强度计算方法，概念清晰，公式简洁，方便应用。
塑钢门窗的钢衬由于受型腔限制导致截面力学特性难以大幅提高是困扰塑钢门窗强度的主要原因,但是,以往计算时强度勉强通过某级的样窗却能顺利通过甚至高出该级测试标准的情况却屡见不鲜。塑钢门窗在我国推广的历史并不太长,总结一种较为符合实际情况的强度计算方法是作者的愿望。本文旨在抛砖引玉,希望业内成员,特别是具备测试条件的单位参加讨论及实验论证,以推动我国塑钢门窗业的发展。【完】
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