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水密性设计——建筑外门窗和幕墙气密、水密、抗风压性能设计之二

发布日期:2019-05-13      分享到:

前言、 关于门窗和幕墙水密性设计,规范比较混乱:
1 建筑外门窗水密性分级指标计算时,压力差△P公式有两个,两个公式计算结果相差很大。
2 不同规范中有计算压力差的△P,有直接计算压力的P。我认为这两个是一回事。
3 风荷载采用字母大写表示W,根据《建筑结构荷载规范》应统一表达为小写字母w。
4 因为有以上的差异,相关资料很少,我不能够完全确定这篇文章是不是完全正确,希望大家指正。
一、外门窗水密性是外门窗正常关闭状态时,在风雨同时作用下,阻止雨水渗漏的能力。幕墙水密性能是幕墙可开启部分为关闭状态时,在风雨同时作用下,阻止雨水渗漏的能力。
二、水密性评价指标值包括建筑外门窗水密性分级指标值和建筑幕墙水密性能分级指标值。
《建筑外门窗气密、水密、抗风压性能分级及检测方法》GB/T 7106—2008
4.2 建筑外门窗水密性能
4.2.1 水密性能分级指标
采用严重渗漏压力差值的前一级压力差值作为分级指标。压力差为外门窗室内、外表面所受到的空气绝对压力差值。当室外表面所受的压力高于室内表面所受的压力时,压力差为正值;反之为负值。
4.2.2 水密性能分级指标值
分级指标值△P的分级见表。
                        建筑外门窗水密性能分级表               单位为帕

《建筑幕墙》GB/T 21086-2007
5.1.2.2  建筑幕墙水密性能分级指标值应符合下表的要求

三、建筑外门窗压力差△P的计算方法
(一)《铝合金门窗工程技术规范》JGJ 214-2010和《塑料门窗工程技术规程》JGJ 103-2008均有两个计算压力差的公式,两本规范两个公式对应相同。
首先统一一下符号,风荷载W统一为《建筑结构荷载规范》表达方式小写字母w。
(二)△P的计算方法一
《铝合金门窗工程技术规范》JGJ 214-2010
4.5.1 铝合金门窗水密性能设计指标即门窗不发生雨水渗漏的最高风压力差值(△P)的计算应符合下列规定:
    1 应根据建筑物所在地的气象观测数据和建筑设计需要,确定门窗设防雨水渗漏的最高风力等级;
    2 应按照风力等级与风速的对应关系,确定水密性能设计风速(V0)值;
    3 铝合金门窗水密性能设计指标(△P)应按下式计算:
                        △P=0.9ρμzV02 
式中:
△P——任意高度Z处门窗的瞬时风速风压力差值(Pa);
    ρ——空气密度(t/m3),按现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB 50009的规定进行计算;
    μz——风压高度变化系数,按现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB 50009确定;
    V0——水密性能设计用10min平均风速(m/s)。
(三)△P的计算方法二
《铝合金门窗工程技术规范》JGJ 214-2010
4.5.2 铝合金门窗的水密性能设计指标可按下式计算:
△P≥Cμzw0
式中:
    △P——任意高度Z处门窗的瞬时风速风压力差值(Pa);
    C——水密性能设计计算系数:对于热带风暴和台风地区取值为0.5,其他非热带风暴和台风地区取值为0.4;
    μz——风压高度变化系数;
    w0——基本风压(Pa)。
(四)两种方法的对比
△P=0.9ρμzV02        ………………    公式(1)
 △P≥Cμzw0           ………………    公式(2)
  w0=1/2ρV02     ………………(贝努利公式)
 △P≥Cμzw0= Cμz×1/2×ρV02 =0.4×1/2×ρμzV02=0.2ρμzV02 ………………    公式(3)
公式(3)与公式(1)相差很大。也就是△P1/△P2=4.5。比如我们计算出成都城区100米高层△P2=180Pa。如果采用公式1计算△P1=4.5*180=810Pa,显然数据非常大。公式(1)中需要风速值,规范中没有给定此数据。
检索相关文件,参照一些文献和《北京市居住建筑门窗工程技术规范》,建议采用公式(2)△P≥Cμzw0 
(五)建筑外门窗计算举例
某成都城区项目,建筑高度100米。
1 成都地区,查《建筑结构荷载规范》附录E5,重现期D=50年基本风压W0=基本风压0.30kN/m2
2 《建筑结构荷载规范》8.2.1 对于平坦或稍有起伏的地形,风压高度变化系数应根据地面粗糙度类别按表8.2.1确定。地面粗糙度可分为A、B、C、D四类:
A类指近海海面和海岛、海岸、湖岸及沙漠地区;
B类指田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏的乡镇;
C类指有密集建筑群的城市市区;
D类指有密集建筑群且房屋较高的城市市区。

项目在成都市区,建筑高度100米高层,地面粗糙度C类,查表高度变化系数μz=1.5
3 △P≥Cμzw0 =0.4×1.5×0.3×1000=180N/m
4 根据下表,水密性分级为2级,实际工作取3级。


四、幕墙压力差△P的计算方法(一)《建筑幕墙》GB/T 21086-2007
 (一)5.1.2.1  幕墙水密性能指标应按如下方法确定:
    a) 《建筑气候区划标准》GB 50178中,ⅢA和ⅣA地区,即热带风暴和台风多发地区按式(1)计算,且固定部分不宜小于1000Pa,可开启部分与固定部分同级。
P=1000μzμcw0                公式(4)
        式中:
        P——水密性能指标,单位:Pa;
        μz——风压高度变化系数,应按《建筑结构荷载规范》GB 50009的有关规定采用;
        μc——风力系数,可取1.2;
        w0——基本风压(kN/m2),应按《建筑结构荷载规范》GB 50009的有关规定采用;
        b)其他地区可按a)条计算值的75%进行设计,即按照(2)计算,且固定部分取值不宜低于700Pa,可开启部分与固定部分同级。
P=750μzμcw0               公式(4)
幕墙水密性能指标为P而不是△P
根据w0=1/2ρV02 当V0=0时候,即室内空气速度为零,w0=0,则△P=P ,公式(4)写成
△P=750μzμcw0 
(二)铝合金幕墙计算举例
某成都城区项目,建筑高度100米,玻璃幕墙。
1 成都地区,查《建筑结构荷载规范》附录E5,重现期D=50年基本风压W0=基本风压0.30kN/m2
2 《建筑结构荷载规范》8.2.1 对于平坦或稍有起伏的地形,风压高度变化系数应根据地面粗糙度类别按表8.2.1确定。地面粗糙度可分为A、B、C、D四类:
A类指近海海面和海岛、海岸、湖岸及沙漠地区;
B类指田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏的乡镇;
C类指有密集建筑群的城市市区;
D类指有密集建筑群且房屋较高的城市市区。
项目在成都市区,建筑高度100米高层,地面粗糙度C类,查表高度变化系数μz=1.5,μc可取1.2
3 △P=750μzμcw0 =750×1.5×1.2×0.3=405N/m2
根据规范,固定部分取值不宜低于700Pa,可开启部分与固定部分同级。查阅下表,玻璃幕墙水密性2级,实际可取3级。