铝合金门窗用型材的选择

2012-08-24孙文迁黄楠刘敏

中国建筑金属结构 2012年9期

关键词：牌号型材门窗

孙文迁黄楠刘敏

铝合金型材作为构成铝合金门窗的主要构件，其质量的优劣及性能的高低，直接决定了所生产的铝合金门窗产品质量的优劣和性能的高低。因此，铝合金型材的使用选择是铝合金门窗设计人员的首要任务。

一、根据门窗的节能要求选择

图1 穿条式铝合金隔热型材

门窗节能是门窗设计的首要目标，因此，铝合金门窗的节能设计是设计人员的首要考虑。由于我国地域辽阔，南北气候跨距很大，气候条件复杂，铝合金门窗要达到节能设计要求，首先要选择传热系数低的铝合金型材即隔热铝合金型材，见图1所示。

隔热铝合金型材的隔热功能主要是由于铝合金型材的中间隔热材料阻隔了型材两侧的热量传导。而铝合金型材的中间隔热材料主要有两种：一是穿条式隔热型材用硬质塑料隔热条；二是浇注式隔热型材用聚氨基甲酸乙酯。

两种隔热材料的共同特点是性能稳定，线膨胀系数小，导热系数小等。通过隔热材料将铝合金型材断开，起到 “冷桥”的作用，阻隔热的传递。以隔热条为例，见图2所示。

图2 隔热条截面形状

隔热条的截面高度h的推荐尺寸见表1，隔热条的导热系数为0.2～0.34(W/m·K)，从图2中可以看出，隔热条的截面高度h对隔热条的隔热性能起主要作用，截面高度h尺寸越大，隔热性能越好。因此，对于节能要求较高的铝合金门窗应选用截面尺寸较大的隔热材料，以降低型材的传热系数。

表1 隔热条截面高度h推荐尺寸（mm）

铝木复合型材的出现，为铝合金门窗的节能设计提供了选择，如图3所示。

图3 铝木复合型材

从图3中可以看出，铝木复合型材由两部分组成，室外侧为采用隔热断桥铝合金型材，室内侧为木材，两者通过专用技术复合在一起。铝木复合型材以隔热铝合金型材为主材，具有隔热铝合金型材的一切特点，木材主要起到室内侧装饰作用和增强型材的保温隔热性能。因此，铝木复合型材具有较高的性能和较高的产品价格，属于高档门窗用型材。

二、根据门窗的性能要求选择

铝合金型材的断面结构不同，由此生产出的铝合金门窗的性能也不同，差别很大。因此，型材的断面配合结构决定了门窗的物理性能高低。

当铝合金门窗受到荷载作用时，最终通过受力杆件将所受到的荷载传递到主体结构上。因此受力杆件的型材截面结构决定了门窗承受的荷载能力情况，也即决定了门窗的抗风压性能。当门窗设计需要较高的抗风压性能指标时，就要选择具有较高抗风压性能的截面型材，如大截面、壁厚较厚的型材。

铝合金门窗的气密性能、水密性能和隔声性能与框扇型材的配合结构有关。见图4和图5。

图4 扇型材无挑檐的框扇配合图5增加挑檐的窗扇型材

在图4和图5中，两种型材配合均通过选用带中间密封胶条的框扇型材配合，将框扇密封部分分隔成独立的水密腔室和气密腔室，提高了门窗的水密性能和气密性能，但在图4中，中间密封胶条与扇料内侧铝型材搭接，不符合等温线设计原理，降低了门窗的传热系数。图5中中间密封胶条的搭接配合符合等温线设计原理，更好地提高了门窗的整体保温性能。同时，图5中窗扇外侧部位设计有防水挑檐，提高了门窗的防水性能。因此，采用图5所示的铝合金型材断面结构设计的门窗，能够更好的提高铝合金门窗的气密、水密、保温和隔声性能。

三、根据门窗的使用环境选择

铝合金型材的表面处理方式不同，其适应的环境条件不同，耐候性能不同。

阳极氧化型材的氧化层脆硬，抗磨、抗光、抗风和抗紫外线，具有良好的抗腐蚀性，有较高的有机和无机制剂的侵蚀能力；电泳涂漆型材的保护膜为阳极氧化膜和电泳涂层的复合膜，因此其耐候性优于阳极氧化型材，但电泳型材外观华丽，漆膜易划伤；粉末喷涂型材是以热固性饱和聚酯粉末作涂层，采用静电喷涂工艺处理，其特点是抗腐蚀性能优良，耐酸碱烟雾大大优于阳极氧化型材；氟碳漆喷涂型材以聚偏二氟乙烯树脂与金属粉的混合料经喷涂工艺处理，涂层具有金属光泽。氟碳涂层耐紫外线辐射，其耐腐蚀性能又优于粉末涂层，一般用于高档铝型材的表面处理。

通过分析可知，在进行铝合金型材选择时，应根据铝合金门窗所处的外部气候环境条件选择合适的表面处理型材。

四、根据型材的性能特点选择

建筑门窗用铝合金型材主要是通过挤压成型，因此，铝合金型材的性能和质量与铝合金型材的合金牌号、供应状态、力学性能及尺寸偏差有很大的关系。合金牌号不同，型材的合金成分不同。供应状态不同，型材的时效状态不同。型材的力学性能与合金牌号和供应状态有着直接的关系。

铝合金型材的抗拉、抗压、抗弯强度设计值是根据材料的强度标准值除以材料性能分项系数取得的，按照《铝合金结构设计规范》（GB50429-2007）规定，铝合金材料性能分项系数γ取1.2，因此相应的铝合金型材抗拉、抗压、抗弯强度设计值为：

式中：fa—铝合金型材强度设计值（N）；fak—铝合金型材强度标准值（N）；γf—铝合金型材性能分项系数。

抗剪强度设计值 fv=fa/31/2。

铝合金型材强度标准值fak一般取铝合金型材的规定非延伸强度Rp0.2，Rp0.2可按国家标准《铝合金建筑型材》（GB5237-2008）的规定取用。为便于设计应用，将计算得到的数值取5的整数倍，按照这一要求计算出铝合金门窗常用铝型材的强度设计值，如表2所示。

从表2中可以看出，不同合金牌号、不同供应状态的铝合金型材，其强度设计值差别较大，即使是同一合金牌号的铝合金型材，不同的时效状态下，其强度设计值差别也是很大的，因此在进行铝合金门窗强度校核时，结果可能有很大的不同。

同时，铝合金型材的尺寸偏差有普通级、高精级和超高精级之分。主要是铝合金型材的尺寸偏差要求不同，对于高档门窗的设计，应选择尺寸偏差等级高的型材，才能更好的保证铝合金门窗构件的加工精度及配合要求。

表2 铝合金型材的强度设计值fa（单位：N/mm2）

五、根据建筑物的内外装饰效果选择

门窗作为建筑的配套产品，其设计效果应与建筑的内外装饰效果相一致。铝合金型材本身色彩单调，但经过不同的表面处理后，其色彩选择性多样化，可供选择的花色很多，因此铝合金门窗的设计过程中，应该根据建筑物的室外整体设计效果和室内环境的装饰效果分别选择合适的室内外色调，使得铝合金门窗的内外色调满足建筑内外装饰效果的需要。