鋁合金門窗用型材的選擇

孫文遷 黃楠 劉敏

鋁合金型材作為構成鋁合金門窗的主要構件，其質量的優劣及性能的高低，直接決定了所生產的鋁合金門窗產品質量的優劣和性能的高低。因此，鋁合金型材的使用選擇是鋁合金門窗設計人員的首要任務。

一、根據門窗的節能要求選擇

圖1 穿條式鋁合金隔熱型材

門窗節能是門窗設計的首要目標，因此，鋁合金門窗的節能設計是設計人員的首要考慮。由于我國地域遼闊，南北氣候跨距很大，氣候條件復雜，鋁合金門窗要達到節能設計要求，首先要選擇傳熱系數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的熱量傳導。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是性能穩定，線膨脹系數小，導熱系數小等。通過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，隔熱條的導熱系數為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，對于節能要求較高的鋁合金門窗應選用截面尺寸較大的隔熱材料，以降低型材的傳熱系數。

表1 隔熱條截面高度h推薦尺寸 （mm）

鋁木復合型材的出現，為鋁合金門窗的節能設計提供了選擇，如圖3所示。

圖3 鋁木復合型材

從圖3中可以看出，鋁木復合型材由兩部分組成，室外側為采用隔熱斷橋鋁合金型材，室內側為木材，兩者通過專用技術復合在一起。鋁木復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，木材主要起到室內側裝飾作用和增強型材的保溫隔熱性能。因此，鋁木復合型材具有較高的性能和較高的產品價格，屬于高檔門窗用型材。

二、根據門窗的性能要求選擇

鋁合金型材的斷面結構不同，由此生產出的鋁合金門窗的性能也不同，差別很大。因此，型材的斷面配合結構決定了門窗的物理性能高低。

當鋁合金門窗受到荷載作用時，最終通過受力桿件將所受到的荷載傳遞到主體結構上。因此受力桿件的型材截面結構決定了門窗承受的荷載能力情況，也即決定了門窗的抗風壓性能。當門窗設計需要較高的抗風壓性能指標時，就要選擇具有較高抗風壓性能的截面型材，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構有關。見圖4和圖5。

圖4 扇型材無挑檐的框扇配合 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側鋁型材搭接，不符合等溫線設計原理，降低了門窗的傳熱系數。圖5中中間密封膠條的搭接配合符合等溫線設計原理，更好地提高了門窗的整體保溫性能。同時，圖5中窗扇外側部位設計有防水挑檐，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構設計的門窗，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、根據門窗的使用環境選擇

鋁合金型材的表面處理方式不同，其適應的環境條件不同，耐候性能不同。

陽極氧化型材的氧化層脆硬，抗磨、抗光、抗風和抗紫外線，具有良好的抗腐蝕性，有較高的有機和無機制劑的侵蝕能力；電泳涂漆型材的保護膜為陽極氧化膜和電泳涂層的復合膜，因此其耐候性優于陽極氧化型材，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，其特點是抗腐蝕性能優良，耐酸堿煙霧大大優于陽極氧化型材；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，其耐腐蝕性能又優于粉末涂層，一般用于高檔鋁型材的表面處理。

通過分析可知，在進行鋁合金型材選擇時，應根據鋁合金門窗所處的外部氣候環境條件選擇合適的表面處理型材。

四、根據型材的性能特點選擇

建筑門窗用鋁合金型材主要是通過擠壓成型，因此，鋁合金型材的性能和質量與鋁合金型材的合金牌號、供應狀態、力學性能及尺寸偏差有很大的關系。合金牌號不同，型材的合金成分不同。供應狀態不同，型材的時效狀態不同。型材的力學性能與合金牌號和供應狀態有著直接的關系。

鋁合金型材的抗拉、抗壓、抗彎強度設計值是根據材料的強度標準值除以材料性能分項系數取得的，按照《鋁合金結構設計規范》（GB50429-2007）規定，鋁合金材料性能分項系數γ取1.2，因此相應的鋁合金型材抗拉、抗壓、抗彎強度設計值為：

式中：fa—鋁合金型材強度設計值 （N）；fak—鋁合金型材強度標準值 （N）；γf—鋁合金型材性能分項系數。

抗剪強度設計值 fv=fa/31/2。

鋁合金型材強度標準值fak一般取鋁合金型材的規定非延伸強度Rp0.2，Rp0.2可按國家標準 《鋁合金建筑型材》（GB5237-2008）的規定取用。為便于設計應用，將計算得到的數值取5的整數倍，按照這一要求計算出鋁合金門窗常用鋁型材的強度設計值，如表2所示。

從表2中可以看出，不同合金牌號、不同供應狀態的鋁合金型材，其強度設計值差別較大，即使是同一合金牌號的鋁合金型材，不同的時效狀態下，其強度設計值差別也是很大的，因此在進行鋁合金門窗強度校核時，結果可能有很大的不同。

同時，鋁合金型材的尺寸偏差有普通級、高精級和超高精級之分。主要是鋁合金型材的尺寸偏差要求不同，對于高檔門窗的設計，應選擇尺寸偏差等級高的型材，才能更好的保證鋁合金門窗構件的加工精度及配合要求。

表2 鋁合金型材的強度設計值fa（單位：N/mm2）

五、根據建筑物的內外裝飾效果選擇

門窗作為建筑的配套產品，其設計效果應與建筑的內外裝飾效果相一致。鋁合金型材本身色彩單調，但經過不同的表面處理后，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計過程中，應該根據建筑物的室外整體設計效果和室內環境的裝飾效果分別選擇合適的室內外色調，使得鋁合金門窗的內外色調滿足建筑內外裝飾效果的需要。

六、結語

鋁合金型材質量主要由型材的合金牌號、供應狀態、力學性能及尺寸偏差等決定，鋁合金型材的表面處理方式決定了門窗的耐候性能，鋁合金型材的斷面規格尺寸對門窗的抗風壓性能和安全性能有重要影響，型材的斷面結構形式決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.鋁合金門窗生產與質量控制.中國電力出版社，2010

[2]《鋁合金建筑型材》，GB5237-2008

[3]《鋁合金結構設計規范》，GB50429-2007

[4]《鋁合金門窗工程技術規范》，JGJ214-2010