孫文遷 黃楠 劉敏

鋁合金型材作為構(gòu)成鋁合金門窗的主要構(gòu)件，其質(zhì)量的優(yōu)劣及性能的高低，直接決定了所生產(chǎn)的鋁合金門窗產(chǎn)品質(zhì)量的優(yōu)劣和性能的高低。因此，鋁合金型材的使用選擇是鋁合金門窗設(shè)計(jì)人員的首要任務(wù)。

一、根據(jù)門窗的節(jié)能要求選擇

圖1 穿條式鋁合金隔熱型材

門窗節(jié)能是門窗設(shè)計(jì)的首要目標(biāo)，因此，鋁合金門窗的節(jié)能設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)人員的首要考慮。由于我國(guó)地域遼闊，南北氣候跨距很大，氣候條件復(fù)雜，鋁合金門窗要達(dá)到節(jié)能設(shè)計(jì)要求，首先要選擇傳熱系數(shù)低的鋁合金型材即隔熱鋁合金型材，見圖1所示。

隔熱鋁合金型材的隔熱功能主要是由于鋁合金型材的中間隔熱材料阻隔了型材兩側(cè)的熱量傳導(dǎo)。而鋁合金型材的中間隔熱材料主要有兩種：一是穿條式隔熱型材用硬質(zhì)塑料隔熱條；二是澆注式隔熱型材用聚氨基甲酸乙酯。

兩種隔熱材料的共同特點(diǎn)是性能穩(wěn)定，線膨脹系數(shù)小，導(dǎo)熱系數(shù)小等。通過(guò)隔熱材料將鋁合金型材斷開， 起到 “冷橋”的作用，阻隔熱的傳遞。以隔熱條為例，見圖2所示。

圖2 隔熱條截面形狀

隔熱條的截面高度h的推薦尺寸見表1，隔熱條的導(dǎo)熱系數(shù)為0.2～0.34(W/m·K)，從圖2中可以看出，隔熱條的截面高度h對(duì)隔熱條的隔熱性能起主要作用，截面高度h尺寸越大，隔熱性能越好。因此，對(duì)于節(jié)能要求較高的鋁合金門窗應(yīng)選用截面尺寸較大的隔熱材料，以降低型材的傳熱系數(shù)。

表1 隔熱條截面高度h推薦尺寸 （mm）

鋁木復(fù)合型材的出現(xiàn)，為鋁合金門窗的節(jié)能設(shè)計(jì)提供了選擇，如圖3所示。

圖3 鋁木復(fù)合型材

從圖3中可以看出，鋁木復(fù)合型材由兩部分組成，室外側(cè)為采用隔熱斷橋鋁合金型材，室內(nèi)側(cè)為木材，兩者通過(guò)專用技術(shù)復(fù)合在一起。鋁木復(fù)合型材以隔熱鋁合金型材為主材，具有隔熱鋁合金型材的一切特點(diǎn)，木材主要起到室內(nèi)側(cè)裝飾作用和增強(qiáng)型材的保溫隔熱性能。因此，鋁木復(fù)合型材具有較高的性能和較高的產(chǎn)品價(jià)格，屬于高檔門窗用型材。

二、根據(jù)門窗的性能要求選擇

鋁合金型材的斷面結(jié)構(gòu)不同，由此生產(chǎn)出的鋁合金門窗的性能也不同，差別很大。因此，型材的斷面配合結(jié)構(gòu)決定了門窗的物理性能高低。

當(dāng)鋁合金門窗受到荷載作用時(shí)，最終通過(guò)受力桿件將所受到的荷載傳遞到主體結(jié)構(gòu)上。因此受力桿件的型材截面結(jié)構(gòu)決定了門窗承受的荷載能力情況，也即決定了門窗的抗風(fēng)壓性能。當(dāng)門窗設(shè)計(jì)需要較高的抗風(fēng)壓性能指標(biāo)時(shí)，就要選擇具有較高抗風(fēng)壓性能的截面型材，如大截面、壁厚較厚的型材。

鋁合金門窗的氣密性能、水密性能和隔聲性能與框扇型材的配合結(jié)構(gòu)有關(guān)。見圖4和圖5。

圖4 扇型材無(wú)挑檐的框扇配合 圖5增加挑檐的窗扇型材

在圖4和圖5中，兩種型材配合均通過(guò)選用帶中間密封膠條的框扇型材配合，將框扇密封部分分隔成獨(dú)立的水密腔室和氣密腔室，提高了門窗的水密性能和氣密性能，但在圖4中，中間密封膠條與扇料內(nèi)側(cè)鋁型材搭接，不符合等溫線設(shè)計(jì)原理，降低了門窗的傳熱系數(shù)。圖5中中間密封膠條的搭接配合符合等溫線設(shè)計(jì)原理，更好地提高了門窗的整體保溫性能。同時(shí)，圖5中窗扇外側(cè)部位設(shè)計(jì)有防水挑檐，提高了門窗的防水性能。因此，采用圖5所示的鋁合金型材斷面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的門窗，能夠更好的提高鋁合金門窗的氣密、水密、保溫和隔聲性能。

三、根據(jù)門窗的使用環(huán)境選擇

鋁合金型材的表面處理方式不同，其適應(yīng)的環(huán)境條件不同，耐候性能不同。

陽(yáng)極氧化型材的氧化層脆硬，抗磨、抗光、抗風(fēng)和抗紫外線，具有良好的抗腐蝕性，有較高的有機(jī)和無(wú)機(jī)制劑的侵蝕能力；電泳涂漆型材的保護(hù)膜為陽(yáng)極氧化膜和電泳涂層的復(fù)合膜，因此其耐候性優(yōu)于陽(yáng)極氧化型材，但電泳型材外觀華麗，漆膜易劃傷；粉末噴涂型材是以熱固性飽和聚酯粉末作涂層，采用靜電噴涂工藝處理，其特點(diǎn)是抗腐蝕性能優(yōu)良，耐酸堿煙霧大大優(yōu)于陽(yáng)極氧化型材；氟碳漆噴涂型材以聚偏二氟乙烯樹脂與金屬粉的混合料經(jīng)噴涂工藝處理，涂層具有金屬光澤。氟碳涂層耐紫外線輻射，其耐腐蝕性能又優(yōu)于粉末涂層，一般用于高檔鋁型材的表面處理。

通過(guò)分析可知，在進(jìn)行鋁合金型材選擇時(shí)，應(yīng)根據(jù)鋁合金門窗所處的外部氣候環(huán)境條件選擇合適的表面處理型材。

四、根據(jù)型材的性能特點(diǎn)選擇

建筑門窗用鋁合金型材主要是通過(guò)擠壓成型，因此，鋁合金型材的性能和質(zhì)量與鋁合金型材的合金牌號(hào)、供應(yīng)狀態(tài)、力學(xué)性能及尺寸偏差有很大的關(guān)系。合金牌號(hào)不同，型材的合金成分不同。供應(yīng)狀態(tài)不同，型材的時(shí)效狀態(tài)不同。型材的力學(xué)性能與合金牌號(hào)和供應(yīng)狀態(tài)有著直接的關(guān)系。

鋁合金型材的抗拉、抗壓、抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值是根據(jù)材料的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值除以材料性能分項(xiàng)系數(shù)取得的，按照《鋁合金結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50429-2007）規(guī)定，鋁合金材料性能分項(xiàng)系數(shù)γ取1.2，因此相應(yīng)的鋁合金型材抗拉、抗壓、抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為：

式中：fa—鋁合金型材強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 （N）；fak—鋁合金型材強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值 （N）；γf—鋁合金型材性能分項(xiàng)系數(shù)。

抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 fv=fa/31/2。

鋁合金型材強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fak一般取鋁合金型材的規(guī)定非延伸強(qiáng)度Rp0.2，Rp0.2可按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 《鋁合金建筑型材》（GB5237-2008）的規(guī)定取用。為便于設(shè)計(jì)應(yīng)用，將計(jì)算得到的數(shù)值取5的整數(shù)倍，按照這一要求計(jì)算出鋁合金門窗常用鋁型材的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，如表2所示。

從表2中可以看出，不同合金牌號(hào)、不同供應(yīng)狀態(tài)的鋁合金型材，其強(qiáng)度設(shè)計(jì)值差別較大，即使是同一合金牌號(hào)的鋁合金型材，不同的時(shí)效狀態(tài)下，其強(qiáng)度設(shè)計(jì)值差別也是很大的，因此在進(jìn)行鋁合金門窗強(qiáng)度校核時(shí)，結(jié)果可能有很大的不同。

同時(shí)，鋁合金型材的尺寸偏差有普通級(jí)、高精級(jí)和超高精級(jí)之分。主要是鋁合金型材的尺寸偏差要求不同，對(duì)于高檔門窗的設(shè)計(jì)，應(yīng)選擇尺寸偏差等級(jí)高的型材，才能更好的保證鋁合金門窗構(gòu)件的加工精度及配合要求。

表2 鋁合金型材的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fa（單位：N/mm2）

五、根據(jù)建筑物的內(nèi)外裝飾效果選擇

門窗作為建筑的配套產(chǎn)品，其設(shè)計(jì)效果應(yīng)與建筑的內(nèi)外裝飾效果相一致。鋁合金型材本身色彩單調(diào)，但經(jīng)過(guò)不同的表面處理后，其色彩選擇性多樣化，可供選擇的花色很多，因此鋁合金門窗的設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)該根據(jù)建筑物的室外整體設(shè)計(jì)效果和室內(nèi)環(huán)境的裝飾效果分別選擇合適的室內(nèi)外色調(diào)，使得鋁合金門窗的內(nèi)外色調(diào)滿足建筑內(nèi)外裝飾效果的需要。

六、結(jié)語(yǔ)

鋁合金型材質(zhì)量主要由型材的合金牌號(hào)、供應(yīng)狀態(tài)、力學(xué)性能及尺寸偏差等決定，鋁合金型材的表面處理方式?jīng)Q定了門窗的耐候性能，鋁合金型材的斷面規(guī)格尺寸對(duì)門窗的抗風(fēng)壓性能和安全性能有重要影響，型材的斷面結(jié)構(gòu)形式?jīng)Q定了門窗的氣密性能、水密性能，而鋁合金型材的隔熱性能直接影響了鋁合金門窗的保溫隔熱性能。

[1]孫文遷，王波.鋁合金門窗生產(chǎn)與質(zhì)量控制.中國(guó)電力出版社，2010

[2]《鋁合金建筑型材》，GB5237-2008

[3]《鋁合金結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》，GB50429-2007

[4]《鋁合金門窗工程技術(shù)規(guī)范》，JGJ214-2010