Mike 文章目录：
1、如何读取门窗型材截面I和W值2、老广铝材只做厚料，这与它对产品质感的追求紧密相连3、铝合金门窗工程技术深化设计要求、设计深度及节点设计要求
如何读取门窗型材截面I和W值
门窗杆件截面惯性矩I和抵抗矩W是建筑门窗抗风压计算的重要参数，那么如何读取门窗型材惯性矩I和抵抗矩W呢？本期聊聊这个话题，不妥之处敬请指正！
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门窗型材截面I和W值有何作用？
门窗幕墙杆件结构设计时我们主要关注其强度(以应力表征)和刚度(以挠度表征)。
铝合金门窗、塑料门窗、玻璃幕墙等相关标准规范中均给出了杆件强度(应力)和刚度(挠度)计算公式。
铝合金门窗杆件强度(应力σ)计算公式：
式中：
Mx——杆件绕x轴的弯矩设计值，N·mm；
My——杆件绕y轴的弯矩设计值，N·mm；
Wx——杆件截面绕x轴的截面抵抗矩，mm3；
Wy——杆件截面绕y轴的截面抵抗矩，mm3；
γ——塑性发展系数，可取1.0；
f——型材抗弯强度设计值，N/mm2。
铝合金门窗杆件刚度(挠度μ)变形(简支梁矩形荷载为例)计算公式：
式中：
qk——矩形荷载的线荷载标准值，N/mm；
Qk——矩形荷载的标准值，N；
l——杆件长度，mm；
E——材料的弹性模量，N/mm2；
I——截面的惯性矩，mm4。
由上述公式可知，截面惯性矩I和抵抗矩W是门窗幕墙杆件强度和刚度计算的基础参数，对于门窗幕墙抗风压性能计算十分重要。
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如何读取门窗型材截面I和W值？
截面惯性矩和抵抗矩可以从CAD中直接读取，以某隔热铝合金型材为例，见图1。
图1 隔热铝合金型材 图2 隔热铝合金型材室外部分
该型材由内外两部分铝合金型材和隔热条组成，为简化起见，以室外侧铝合金型材(见图2)为例，步骤如下：
(1)建立面域
CAD质量特性是针对面域的，面域是利用型材截面创建的封闭区域，方法如下：
选择“绘图-面域(或输入命令：reg)”，选择全部截面，执行命令，软件会提示“已创建3个面域”。
此时，这3个面域相互独立，并未形成型材截面，需要从型材轮廓面域中减去内部空腔面域，见图3。
图3 面域处理
选择“修改-实体编辑-差集(或输入命令：su)”，用鼠标型材外轮廓，空格后软件提示“选择要减去的实体或面域”，用鼠标依次点击型材内部空腔面域，空格执行命令后，将生成型材实际截面形状，见图4。
图4 型材截面
(2)查询质心
选择“工具-查询-面域/质量特性(或者输入命令：massprop)”，空格执行命令后点击生成的面域，结果见图5。
图5 型材截面特性(CAD默认原点)
此时得到的惯性矩是基于CAD默认原点的值，而我们需要的是基于型材截面质心的惯性矩，因此需要我们将CAD原点移动至型材截面质心位置。
输入ucs，空格执行命令，软件将提示“指定UCS的原点或[面(F)/命名(NA)/对象(OB)/上一个(P)/视图(V)/世界(W)/X/Y/Z/Z轴(ZA)]:”。
输入上一步查询所得质心坐标，本例即(2310.0419, 1410.8090)，空格执行命令，可以看到CAD坐标原点移到了型材质心，再空格确认。
(3)查询质量特性
再次选择“工具-查询-面域/质量特性(或者输入命令：massprop)”，空格执行命令后点击生成的面域，即可得到截面质量特性，见图6。
图6 型材截面特性(质心为原点)
此时得到的x方向的惯性矩X：154561.9453，即是惯性矩I值(Ix)，Y轴负方向的坐标-38.6741即是偏心距e值，x方向抵抗矩Wx=Ix/e=3996.5234。
则整理后截面特性为：
A 面积为: 383mm2
Ix 惯性矩为: 154562mm4
Iy 惯性矩为: 83868mm4
Wx 抗弯矩为: 3997mm3
Wy 抗弯矩为: 2330mm3
其中型材截面面积在玻璃幕墙立柱抗弯承载力计算时会用到。
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典型门窗杆件截面参数读取探讨
以常见的铝合金门窗和塑料门窗型材杆件作为典型案例进行探讨。
(1)铝合金门窗型材
铝合金门窗型材分为普铝型材和隔热铝合金型材，普铝型材可直接参考上述过程读取截面特性。
隔热铝合金型材截面特性计算较为复杂，JG 175-2011《建筑用隔热铝合金型材》附录A和附录B给出了穿条式和浇注式隔热型材等效惯性矩计算方法。
实践中多采用一些专业插件进行读取，某隔热铝合金型材整体截面特性见图7。
图7 隔热铝合金型材整体截面特性
(2)塑料门窗型材
塑料门窗型材一般由塑料型材和钢衬组成，二者为叠合式构件(详见叠合式vs组合式，组合截面如何计算？)，需对塑料型材和钢衬单独读取截面特性。
某塑料型材和钢衬截面特性分别见图8和图9。
图8 某塑料型材截面特性
图9 某钢衬截面特性
则整理后截面特性为：
I型材 惯性矩为：1735457mm4
Wx型材 抗弯矩为：31558mm3
I钢衬 惯性矩为：42328mm4
Wx钢衬 抗弯矩为：2228mm3
需要说明的是，塑料型材弹性模量E约为2500MPa，钢材弹性模量E为210000MPa，但塑料型材惯性矩较大，尤其是超低、近零能耗建筑用窗塑料型材截面较大，刚度贡献不容忽略。
本例中二者刚度分别为：
E塑I塑=2500×1735457=4,338,642,500
E钢I钢=210000×42328=8,888,880,000
E塑I塑/E钢I钢=0.49
即塑料型材刚度贡献约为钢衬的1/2，约为整个型材截面的1/3，因此在计算塑料门窗杆件刚度时，应综合考虑塑料型材和钢衬的截面特性。
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结论
门窗幕墙杆件抗风压结构设计时我们主要关注其强度(以应力表征)和刚度(以挠度表征)，截面惯性矩I和抵抗矩W是门窗幕墙抗风压结构设计时的重要参数。
截面惯性矩和抵抗矩可以从CAD中直接读取，分为三步：(1)建立面域；(2)查询质心；(3)查询质量特性。
普铝型材可直接读取截面特性；隔热铝合金型材截面特性理论计算较为复杂，可参考JG 175-2011的附录A和附录B，实践中多采用专业插件进行读取。
塑料门窗型材一般由塑料型材和钢衬组成，二者为叠合式构件，需对塑料型材和钢衬单独读取截面特性；计算塑料门窗杆件刚度时，应综合考虑塑料型材和钢衬的截面特性。
抗风压性能是保证门窗幕墙安全的第一步，而杆件截面力学特性又是抗风压性能设计计算的基础，准确读取杆件截面力学特性对于保证门窗幕墙抗风压安全具有重要意义。
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为什么说抗风压性能测评是保证门窗安全的第一步？
老广铝材只做厚料，这与它对产品质感的追求紧密相连
厚料铝材所呈现出的质感是薄料无法比拟的。其表面更加光滑平整，光泽度更高，给人一种高端、大气、稳重的视觉感受。在高端住宅、别墅以及商业建筑的装饰应用中，老广铝材厚料制作的门窗、栏杆等部件能够显著提升建筑的整体档次和品质形象。例如，在一些豪华别墅的门窗设计中，老广铝材厚料的窗框搭配精致的玻璃，不仅在功能上满足了安全、隔音、隔热等需求，在外观上也成为了建筑的一大亮点，彰显了主人的品味和格调。
从抗风压性能的维度考量，厚料铝材在面对强风时具有卓越的抵抗能力。在高层建筑、沿海建筑以及山区多风地带的建筑中，风压对建筑外立面的影响极大。老广铝材厚料凭借其较大的截面惯性矩和强度，能够有效抵御强风的吹袭，防止门窗、幕墙等部件被吹变形或损坏。例如在台风频繁登陆的沿海地区，采用老广铝材厚料制作的建筑幕墙系统经过多次台风考验，依然保持完好无损，为建筑内部提供了安全的防护。
而且，老广铝材专注厚料有利于打造专业的生产团队和技术体系。企业可以针对厚料铝材的生产特点，培养一批经验丰富、技能精湛的技术工人和专业的研发人员。这些专业人员在长期的厚料铝材生产实践中，不断积累经验、改进工艺，形成了一套高效、稳定的生产技术体系，进一步提升了厚料铝材的生产质量和效率，巩固了老广铝材在厚料领域的竞争优势。
铝合金门窗工程技术深化设计要求、设计深度及节点设计要求
铝合金门窗工程技术深化设计要求、设计深度及节点设计要求
深化设计的设计深度及节点设计要求
工程的所有合约及提示图所表示的仅是设计示意及概念图，乙方须按照合约及招标图结合有关当地部门、国家及行业规范或标准、乙方工程的建筑结构及机电施工图的要求进行深化施工图及大样设计完善工作，包括：设计说明、门窗大样图、主要节点图、计算书等，加强中挺、内置钢芯等须在立面大样中注明。五金选用类别与对应型材组合断面大样应前置出图(附照片)，乙方须通过深化图审批，甲方及监理签字确认后方可按有关图纸进行加工工作，否则所有返工将由乙方负责。
门窗设计总说明设计总说明中应包含门窗抗风压设计及五性试验要求，并对通风量进行复核。应包含门窗型材、五金、玻璃、密封胶及其他配件的标准、规范、技术文件等。设计总说明中应包含招标技术要求中对型材、玻璃、五金及各种配件等相关要求。设计总说明中应包含中洞口处理、塞缝要求、门窗框试水、验收淋水实验。选用玻璃必须与原节能备案表中传导系数、遮蔽系数、可见光透射比、厚度一致。平、立面大样图深化设计时，先应对原建筑门窗大样图与外立面门窗进行上下统一门窗分格形式的复核，并应与原建筑门窗大样的分格形式一致。如发现外立面门窗上下不一致应在第一时间通知甲方设计部复核确认。平面图中应在不同楼层中牵引出所有平面位置的门窗立面窗型大样；门窗立面大样图的绘制应达到示意实物型材加工方式的设计深度，不得照搬原设计门窗大样图，并应表示出扇料、转换料、中梃料、拼樘料组合宽度效果。门窗节点图门窗大样中应详尽标注不同位置的框扇,中梃,转角,拼樘组合节点大样索引。门窗节点大样图中应采用连续的水平和竖向剖面形式清晰表达型材组装设计构造。门窗节点大样图中应表示出角码和中梃连接件，销钉、组角片等型材附件。门窗节点大样图中应表示所有选用型材及附件和五金等型材图集中编号。深化设计图中应有框扇料组角注胶方式的专项节点设计大样图（工艺制作轴测图）中梃之间、中梃与框之间的连接方式(含十字型）的专项节点大样（工艺制作轴测图）。深化设计图中应有详细的门窗框与外墙洞口之间的塞缝和节点防水设。深化设计图中应有详细的门窗排水设计构造节点大样，解决内开窗窗工积水问题。五金选用类别与对应型材组合断面大样应前置出图(附照片)，当设计为超宽大窗导致无法整樘运输安装时，应采取组合拼樘设计，拼樘位置应选在开启扇与大固定扇之间。拼樘料上下与结构之间应设计可靠的连接方式。超宽的大型平开窗采用加强中竖梃设计时，其加强中梃或内置钢芯两端也应与结构进行可靠连接。
采用无附框外窗设计时，外开窗框料的外可视面设计宽度宜≥20mm，且扇料内可视面宽度应满足拨叉型执手锁底座(四点螺丝)的安装宽度，避免螺丝固定在压线上；当选用方轴执手锁款式时，所设计或选用窗扇的断面构造和腔内尺寸应与之相匹配。采用无附框外窗且拉片固定设计时，外开窗框料设计断面构造应与卡式固定片相匹配，外可视面设计宽度应考虑外墙保温装饰层厚度。 内平开或外平开门均应设计门槛，保证基本的密封性能和隔音性能。当设计拼窗时应选用或设计带卡口的拼樘料或拼板。推拉门扇高超过2.4米时,扇料型材应为加强或带手柄扇料，不得设计内置型钢。推拉门选用，深化设计选用光、勾企宜为等宽扇料，当产品定位选用方轴或拨叉执手锁时，设计的扇料光企断面构造和内部空间应与五金件外形、尺寸相匹配。选用光勾企通用料时，应先确定扇料断面构造和空间是否与传动执手锁类别匹配，设计选用无压线扇料时，光企宽度不应低于60mm，上方宽≥50，下方宽≥60并带密封卡槽料。钢附框和节能附框设计最大组装尺寸等于洞口尺寸扣减30mm，超高窗型洞口，钢附框规格和壁厚应经计算确定，应焊接组角。门窗附框几何形状,可根据型材宽度和窗台披水板安装要求自行设计，其最小截面尺寸不应小于40mm x 20mm。有耐火和保温要求的地区，壁厚、组角方式及填充保温材料应按当地标准选用。钢附框可设计阻燃型刚性插角，现场组合安装。选用节能附框时，附框的厚度规定为标准尺寸24mm。窄附框宜设计拉片固定法。 有整体防火要求的外檐窗项目，当组角和中梃连接工艺与产品认定形式的防火构造措施有矛盾时，应先确认或调整制作工艺，不得以此不执行深化设计所确定节点形式；深化设计应对外墙门窗通风面进行复核。通风面积占比和开启扇面积的折算系数应按不同地区类别的节能规程和当地审图中心要求的地方规定执行。五金件配置要求推拉门采用方钢转轴执手锁，应配置三点锌合金联动杆。推拉扇必须采用配重系数不小于1.5倍的双滑轮，当推拉扇净宽超过800mm时，高度超过2.2米，必须有专项的配重方案并出具测试报告。根据2017年《建筑门窗五金 滑轮》国家标准对推拉门滑轮操作力的规定，扇重不超过100公斤时，推拉力不得大于40N。平开门采用带锁体的面板门执手锁，并设计多点传动锁闭器，上下锁点距离两端不宜超过200mm。应采用门用合页，合页数量不低于三个，带有中空玻璃的采用重型合页。平开窗设两点锌合金连动杆，上下锁点应距离窗扇两端不超过150mm；平开扇窗工应装提升块、高度大于800上悬窗扇应加限位装置。常规尺寸外平开窗应选用14或16吋滑撑铰链，对槽口型材应选配C槽滑撑(左图)；当扇重需装＞16吋滑撑时，应用垫高C槽方法(中图)，不得破坏型材(右图)野蛮安装；当窗扇≥650宽，且高度超过1500时，应优先选用外开窗用的重型摩擦铰链。
推拉门（窗）应设置防止从室外拆卸门扇的装置。设计防撞胶块定位不应超出扇料光企宽度，防止执手与扇相撞。在扇料光/勾企处上下密封有漏洞处加装密封件密封。型材截面图门窗型材截面大样中的型材编号必须与选用型材标准图集中的编号一致。门窗型材截面图中的型材必须列全所有型材名称和编号及使用部位，并应标注所型材断面的四面尺寸和所有位置的壁厚，并标注米重。门窗型材截面大样图应包括组角角码和专用中梃连接件及组角片、销钉等所有附件五金配置图执手锁、摩擦铰链、合页、滑轮、地弹簧等五金配件的深化设计(如款式、规格、尺寸、配重及编号)应在施工图中体现。如果发现门窗分格尺寸导致超大超重的现象，必须选用与之相配套的承重五金，如滑撑、合页（铰链）、推拉门用执手及滑轮，并应符合规范或标准。门窗承重计算和复核对于个别项目（如别墅类）的门窗分格采用超宽、超高扇或超大扇处理时，应对照《建筑门窗五金 通用要求》和2017年新版《建筑门窗五金 滑撑》国家行业标准是否严重不满足对最大扇宽和高度的限定，当显著超越该标准的限定范围时应作如下验算。当设计窗扇尺寸超出正常窗扇和高度（宽度550～700、高度1200～1500）时，应对开启扇选用的标准断面和壁厚，通过型材厂提供结构参数（惯性矩截面抵抗矩）对窗扇开启90度时的瞬时风压作用下扇框整体刚度和抗弯强度进行计算。并采用有限元方法重点验算窗扇开启90度时，窗扇与滑撑（或重型摩擦铰链）个点螺丝连接处，及窗扇上框、扇下梃螺丝孔处局部受拉应力和扭矩作用时型材表面的抗变形能力。
在个别项目(别墅类)的推拉门分格优化中，若双扇或四扇分格超出正常推拉扇宽度（900）高度（2400）时，除对承重滑轮的承载重的计算，应通过厂家提供的摩擦力或进行针对性测试，是否超出2017年新版《建筑门窗五金 滑轮》对推拉门扇的不同重量分级（＜100、100~200、＞200）的单扇重量所限定的最大推拉力（40、60、80N）。当设计洞口尺寸需要分格为三扇三轨推拉门时，对滑轮的配重应充分考虑关闭会拉时，出现一拖二或一拖三现象，从而导致按单扇重量计算所配置的滑轮承载严重不足，严重降低使用寿命，对分格扇宽应相对四扇减小，以避免导致推拉力超出规范限定过大的问题。
