门窗型材设计要素.doc

论门窗型材设计要素

摘要：本文主要介绍了门窗型材的一些基本组成要素及每一类要素的特定作用和功能。正是通过一些基本要素的组合，才形成了门窗型材特定的使用功能。制定、选用一些标准要素，可简化设计过程，缩短产品成形周期，进而逐步实现门窗型材设计的标准化及通用化。
关键词：门窗型材 基本要素 功能

门窗是建筑空间环境组合的重要围护构件，它的性能对建筑物的功能有着重大影响。随着时代的发展，门窗的功能日臻完备，形式日趋多元化，而这一多元化的实现又得益于门窗型材的不断推陈出新。型材断面设计的优劣，一定程度上决定了门窗的性能指标。纵观林林总总的各类型材，我们不难发现，型材断面设计还是有其章法可循的。正如一百多种元素构筑了多彩的物质世界，各种系列的型材也是由一些基本要素组合而成的。作为一个门窗设计师有必要对这些要素作一个清晰、完整的认识。
通常我们将满足每一特定作用和功能的型材剖面形状作为一个“要素”。设计型材时，我们可根据型材在门窗结构中所侧重的功能，针对性地进行要素组合，从而简化设计过程，缩短产品成形周期。此外通过对型材每类要素的外形进行统一规定，可逐步实现型材设计的标准化及通用化。现将门窗型材的一些基本要素作如下的功能定位。

1. 满足力学性能：

1.1型材惯性矩（I）和截面抵抗矩（W）：
针对门窗受到风荷载作用而必须具备的抗力，型材断面应满足强度和刚度方面的要求。相对而言,刚度要求比强度要求更为严格。与型材的强度、刚度密切相关的是型材的截面惯性矩(I)和截面抵抗矩(W)。从力学观点来分析，在用料相同的情况下，加大惯性矩和截面抵抗矩是型材设计要优先解决的。从截面惯性矩计算公式可知，型材截面高度H越大，惯性矩越大。减小离形心轴近的面积，增大离形心轴远的面积，惯性矩也越大。但从保持型材的稳定角度出发，型材截面的宽厚比要保持在一定比例之内，一般为1/6-1/4。
1.2型材壁厚：
型材的截面惯性矩（I）和截面抵抗矩（W）与型材壁厚成正比，壁厚越厚相应的I和W也越大。但壁厚过大，不利于经济性。通常可在型材适当部位设置加强筋，局部增大型材壁厚以达到加大型材的截面惯性矩，提高型材力学性能的效果。新修编的铝合金建筑型材国家标准中增加了对建筑门窗用型材最小壁厚的强制性规定，即门窗受力杆件厚不得小于1.2mm。

2. 满足气密性要求：

一般而言，选用适宜的密封条和安装部位，对门窗空气渗透起决定性作用。按用途分，门窗的密封条可分为玻璃密封条和框扇密封条。框扇密封条又可分：在平开门窗上用的压紧密封条和推拉门窗上用的滑动密封毛条。
2．1玻璃密封条槽：
门窗扇的一个主要功能便是镶嵌玻璃。玻璃密封条可用于玻璃与门窗扇的密封及缓冲减震。因此与玻璃密封条相配合的槽口形状与尺寸便是门窗扇的一个基本“要素”。现行国标对玻璃与门窗槽口的配合尺寸作了如下规定：
单层玻璃与窗玻璃槽的配合尺寸
玻璃厚度
镶嵌口的净宽
a≥
镶嵌深度
b≥
镶嵌槽间隙
c≥
4、5、6
2.5
6
3
8
3
8
3

单层玻璃与门玻璃槽的配合尺寸
玻璃厚度
镶嵌口的净宽
a≥
镶嵌深度
b≥
镶嵌槽间隙
c≥
5，6
2.5
6
4
8
3
8
5

2．2框扇密封条槽：
为了使平开门窗框、扇在关闭时密封，应在框扇型材的搭接处设计可以安装密封条的沟槽。这个沟槽的形状和尺寸即为一个“要素”（如图1所示）。
2．3密封毛条槽：
推拉窗一般采用框扇接触
平面全封闭密封方式，安装于
扇框之间的密封毛条是影响推
拉门窗气密性及开启力的重要
因素。因此，密封毛条槽也是
推拉门窗中一个不可或缺的要
素，其基本形状可参见图2。 (图1) （图2）

3. 满足水密性要求：

3．1水密壁高度：
门窗下框内侧边缘的高度即水密壁高度，对门窗尤其是推拉门窗的水密性能起决定性作用。由于压差值可与水柱高度相对应，按一个大气压的水柱为10336mm的原理推证，在一个大气压约为100Kpa的单位压力下，可使水柱升高10336mm，在10pa单位压力下可使水柱升高1.03mm。如一下框型材的水密壁高为12mm,且框表层有2mm积水，在缺乏有效阻挡的情况下，水柱升高10mm即会溢入室内，此时的水密压力为100pa。由此，提高下框型材的水密壁高度是提高门窗水密性的一个较为直接的方法。为此我们将水密壁高度列为型材设计的一个要素。
3．2排水孔形状：
提高门窗水密性能的另一个行之有效的方法即是在门窗的下横框及中横框上加设通畅的排水孔。因为当风压和雨水同时作用在外窗表面时，总有一部分雨水会积存在横框的槽中，相应减小了水密壁的高度，不利于门窗水密性能的提高。设置排水孔的目的就是为了降低积水层高度，通常我们将横框设计成封闭的型腔或增设一集水槽（参见图5）。当室外风压较大积水一时难以外排时，可将水收集在封闭的内腔或集水槽内，待风压减小时再排出内部积水。如此可保证下框表面无积水滞留。排水孔作为门窗排水系统的组成要素，其尺寸也有相关要求。一般排水孔宽为5mm，长度有30mm,40mm,50mm三种。根据不同地区雨量的大小，每块玻璃的面积可自行选择。

4. 满足门窗安装、组合的要求：

4．1固定铁件连接槽（如图3所示）：
一般在门窗外框型材上设置此槽，
用于安装铁固定件，以便将窗框安装
于墙体中。设置固定铁件连接槽不仅
简化了门窗的安装工序，且不会在外
框表面留下螺钉洞孔，保证了门窗的
外观效果。
4．2组合用联接槽（如图4所示）：
这种联接槽多在外框型材上使用。
当窗框与窗框，窗框与门框进行组合
时，联接槽与联接型材进行卡接，不
仅安装方便，更可省去中间的拼樘料，
简化立面，降低成本。联接槽一般用 （图3）
于组合窗或门联窗。

5. 满足门窗装配工艺的要求：

5.1十字螺钉孔：
在门窗型材的适当位置设置如图5所示的十字螺钉孔，可用于门窗框或扇组合时拧入螺钉之用。使用这种装配方法较为简单、快捷。一般每个节点只需2-4个螺钉。
5.2钻孔中心标记线（如图5所示）：
一般与十字螺钉孔配套设置，使螺钉能准确定位，拧入相应型材的十字螺钉孔中。也可用于示出门窗五金件的安装位置。
5.3压条槽（如图5所示）：
一般用于安装玻璃压条型材，利用玻璃压条型材的弹性变形将两种型材卡接在一起，使安装过程简单易行。
5.4五金件定位槽及加强筋：
用于门窗五金件的安装定位。例如：不锈钢滑撑是平开窗的主要五金件之一，它以4根（或5根）片状杆件联接在一起，其中的两根联杆分别固定在窗框和窗扇上。通过这4根联杆间的复合运动，实现窗扇的开关。图5中所示的凸筋其功能之一即可作为滑撑的定位基准。另外，在型材断面设置加强筋可使门窗在固定五金件时增加紧固件的固定牢度。图5中的加强凸台保证了安装滑撑时，安装部位有足够的厚度锚固紧固件。

（图4） (图5)

6. 满足型材加工工艺要求：

型材断面可设计成各种复杂的形状，但也不能随心所欲，在某些方面还是有所限制的。一个完整、合理的型材断面设计，必须兼顾到加工工艺的要求。
6.1型材的尖角必须倒圆。
6.2半封闭型材开口区面积A与开口宽度b之比见下表：
开口宽度b(mm)
A与b的比值(mm)
4~10
5
10~18
4.5
18~30
4
30~50
3.5
50~80
2
80~120以上
1.5

6.3封闭型材空腔高h与宽b之比，见下表：
空腔宽b(mm)
空腔高h与宽b之比(mm)
5~10
3
10~18
5
18~30
6
30以上
7

以上是铝合金门窗型材的一些基本组成要素，借助这些要素的具体化，得以形成门窗特定的使用功能。当然，型材断面设计并不是要素的简单堆砌，而是设计人员技术积累，经验综合的结果。通过全局定位，强化细部得以形成独特的结构体系。而制定、选用一些标准要素，逐步实现铝合金门窗标准化、通用化设计开发，这才是强调设计要素的真正意义所在。