铝合金窗压线受力分析

陈东 吕艳艳

1.MOSER65 铝合金窗压线受力计算

1.1 荷载计算

设定窗的尺寸为宽为700mm，高为1600mm，风荷载为W=12KN/m2。

则窗受到的风压力：

风压力通过玻璃面板作用在压线上，假设压线的尺寸与窗的尺寸相等，则压线受到的荷载为：

本次计算是将压力P 加到压线与玻璃接触的位置，但是事先不知道P 应该为多大，故需要计算不同的值，直到压线强度接近铝合金材料的屈服强度，即认为该压力P为压线能承受的最大压力，按公式F=P×a×2×（0.7+1.6）可以反算出风压力的大小。

1.2 压线受力计算

1.2.1 模型信息

如图1所示为铝合金窗固定侧节点，压线受力形式可以简化为如图2 所示，绿色三角的位置为滑动约束，红色箭头位置为荷载施加的位置。本文通过有限元分析软件，设置约束与荷载，测试压线的极限承载力。

图1 铝合金窗固定侧节点

图2 1039 压线受力示意图

1.2.2 材质属性

铝合金窗的材料为6063-T5铝合金，其屈服强度为145MPa。

1.2.3 夹具及荷载分布

如图压线与框扇接触部位、端面设为滑动约束（绿色箭头）,因压线与框只是接触部位不能有位移，故在四个面上设置滑动约束。同时本次为了方便计算，选择了50mm 长的一段压线来做有限元分析，故压线两端也设置为滑动约束；

表1 风荷载与压线受力对应表

表2 材质属性

荷载为表3 中相应数据，作用位置如图3（红色箭头）所示。

表3 65 铝合金窗各个压线受力汇总表

图3 1039 压线夹具及荷载布置图

1.3 1039 压线计算结果

（1）1039 压线应力分布如图4：最大应力为1.444e+008N/m2，在图示位置6063-T5 铝合金窗的屈服强度为1.45e+008 N/m2，满足安全使用，且说明试算用的荷载9.216KN/m2已是压线的极限承载力。

图4 1039 压线应力分布图

（2）1039 压线应变分布如图5：最大应力为1.444e+008N/mm2，在图示位置。

图5 1039 压线应变分布图

（3）1039 压线位移分布如图6：最大位移为0.5126mm。

图6 1039 压线位移分布图

综上，在9.216KPa 的风荷载作用下，1039 压线的应力不会超过6063-T5 铝合金的需用应力，而变形值为0.5126mm，也是比较小的，但是需要与设计师的许用变形值作对比，不超过许用设计值即可。

图7 2365 压线受力示意图

1.4 数据汇总

对65 铝合金窗用到的所有压线做同样的计算，其能承受的风荷载如表3。

用与1039 压线相同的方法可以计算出65 系列铝合金窗的压线能承受的风荷载值。本文采用的窗型是宽700mm、高1600mm 的窗型，综合上述数据，65 系列铝合金窗压线能承受的荷载均已超过检测用最大风荷载（5KN/m2），且在最大荷载作用下的变形量也没有超过1mm，说明结构合理。

如果想看压线是否能承受得了玻璃的重量，该表使用示例：假设现在有一个700mm，高1600mm 的窗户，配用1037 压线，则其能承受的重量为12×0.7×1.6/9.8×1000=1371kg，一般的玻璃重量根本达不到这么重，可见压线不会因玻璃太重而被压坏。

2.变换窗户尺寸及压线系列荷载计算

为了验证换一个系列的压线及更改窗户尺寸压线受力还是否能满足要求，现用75 系列铝合金窗压线，窗型尺寸为W=5.65m H=2.4m 和W=6.3m H=2.55m 来计算。

图11 2365 压线位移分布图

2.1 压线荷载计算

窗 的 尺 寸 为 宽w=5650mm，高h=2400mm 及w=6300mm，高h=2550mm。风荷载如表4。则窗受到的风压力为F=W×w×h；风压力通过玻璃面板作用在压线上，假设压线的尺寸与窗的尺寸相等；则压线受到的荷载为P=F/［1.2×10^-3×2×（5.65+2.4）］及P=F/［1.2×10^-3×2×（6.3+2.55）］，如表4。

表4 75 铝合金窗压线受力汇总表

2.2 变换窗户尺寸后压线受力计算

2.2.1 模型信息

2.2.2 材质属性

铝合金窗的材料为6063-T5铝合金，其屈服强度为145MPa。材质属性见表5。

表5 材质属性

2.2.3 夹具及荷载分布

如图8 压线与框扇接触部位、端面设为滑动约束（绿色箭头）；荷载为表中相应数据，作用位置如图（红色箭头）所示。

图8 2365 压线夹具及荷载布置图

2.3 6.3×2.55 窗压线2365 计算结果

（1）6.3×2.55 窗压线2365 应力分布如图8：最大应力为1.45e+008N/m2，在图示位置6063-T5 铝合金窗的屈服强度为1.45e+008 N/mm2，满足安全使用，且说明6.525KN/m2已是压线的极限承载力。

（2）6.3×2.55 窗压线2365 应变分布如图9。

图9 2365 压线应力分布图

（3）6.3×2.55 窗压线2365 位移分布如图10：最大位移为0.4703mm。

图10 2365 压线应变分布图

2.4 总结

综合上述数据，75 铝合金窗压线能承受的荷载均已超过检测用最大风荷载（5KN/m2），说明结构合理。

示例：假设现有一个宽5.65m、高2.4m 的窗户，配用压线，则其能承受的重量为6.895929×5.65×2.4/10×1000=9351kg。

3.结束语

通过对7×1.6、5.65×2.4和6.3×2.55窗户的不同铝合金窗压线进行仿真模拟计算，可以知道，目前铝合金窗压线能承受的风荷载已经是《建筑幕墙、门窗通用技术条件》（GB/T31433-2015）[1]里边的最高等级风压了，所以铝合金窗压线的普遍结构还是很安全的，使用者或者销售人员根本不用担心压线会被压变形。