铝合金门窗系统型材结构设计优化分析

张帅

青岛中宇置业有限公司 山东 青岛 266100

引言

通过调查可知，国内建筑门窗材质以铝合金为主，相较于塑钢及传统木窗，铝合金门窗的特点十分突出，例如，有良好的装饰性、耐久性及防火性，在保证强度的前提下，最大程度减轻了自身重量。现阶段，社会各界对门窗系统所提出要求均较之前有所提高，要想使门窗发挥出应有作用，关键是对其进行优化，这也是本文所研究的主要内容。

1 门窗型材设计原则

1.1 科学选择槽口

槽口指的是毛条、配件及胶条槽口。目前，市场上常见平开配件的槽口形式，多为U槽或C槽，推拉五金适配滑轮的形式相对多元，可供选择的余地较大。此外，若以搭接量、密封位置为依据，毛条及胶条同样可被划分成多个型号。由此可见，在设计工作正式开始前，设计人员先要了解配件特点、性能还有市场价格，再根据实际需求做出选择[1]。若用户所提出要求较为特殊，可选择对配件进行定制，但开发成本和时间长度均会有所增加。

1.2 安装简单可靠

在智能生产飞速发展且人工成本不断提升的当下，针对门窗型材所展开结构设计工作，其重心不再局限于降低成本，而是逐渐向如何减少工作量、如何使安装精度得到提升等领域延伸。

1.3 考虑用户需求

受审美、环境气候等因素影响，用户对门窗所提出要求往往存在明显的个性化特征，由此可见，在开展门窗设计相关工作时，设计人员应对门窗经济性、可靠性引起重视，根据实际情况确定适宜方案，确保用户需求可得到最大限度满足。

1.4 重视门窗性能

1.4.1 隔声性。该性能强调利用门窗屏蔽外界声能，被用来对门窗隔声性加以表示的参数，通常是材料透过声音和入射声音的差值，单位是分贝。一般来说，差值越大的材料，其隔声性越理想。考虑到铝合金所表现出隔声性往往差强人意，在进行结构优化时，设计人员可酌情对其结构做出调整。

1.4.2 隔热性。该性能主要是指材料导热性。在强调持续发展的当下，节能成为各行各业的主要前进方向，对门窗进行设计时，设计人员应确保门窗有理想传热系数，避免出现能源被不必要浪费的情况。

1.4.3 抗风压。对该性能进行考核的方法，通常是向门窗施加外力作用，待受力型材出现变形情况后，根据实时风压值对门窗刚度以及强度是否满足要求加以判断。

1.4.4 气密性。在单位面积内，门窗所渗透空气量，便是其气密性。该性能主要被用来判断门窗对空气渗透所具有阻止能力。

2 门窗型材结构优化方案

在优化门窗结构时，设计人员应以上述原则为指导，结合自身长期实践所积累经验，确保优化效果符合预期。现阶段，实证有效的优化方案如下：

2.1 隔声

门窗材质以玻璃为主，这也决定其隔声效果主要取决于玻璃性质。如果条件允许，设计人员可选择对三层中空玻璃进行大面积应用，另外，还可以选择用双层玻璃对单层玻璃进行替代。对占比较小的铝合金结构进行优化，同样可使噪声得到降低，具体方法与下文所介绍气密性大致相同。

2.2 隔热

门窗隔热性往往取决于玻璃隔热性，即便如此，设计人员仍需对铝合金进行优化。现阶段，铝合金适用隔热形式较多，既有经济性良好、可大范围推广应用的注胶与穿条，还有效果理想但造价偏高的木铝复合及铝木复合。上述形式的隔热原理都是利用低导热性材料，将室内外既有铝合金隔离。事实证明，越长的隔热条、越大的注胶面积，越能取得理想的隔热效果，若用户有进一步强化门窗隔热性的要求，设计人员可根据实际情况，选择增设挡片或泡沫条的形式，使热传递得到有力控制[2]。

2.3 抗风压

平开门窗可通过增加主受力型材直径及厚度的方式，达到提升强度的效果，但增加程度和强度提升程度的相关性较差。在条件允许的情况下，设计人员可优先选择对受力方向尺寸进行增加。推拉门窗普遍拥有较平开门窗更大的截面积，这也是其具有良好抗风压性的主要原因。分析结果表明，推拉门窗多以扇料为主要受力杆，对窗扇横料风载加以承受的主体是滑轮，较易使抗风压性受到影响，基于此，设计人员可选择对扇料腔体进行加强，通过强化扇料的方式，使门窗抗风压效果达到预期。

2.4 气密性

对门窗型材进行多道密封设计，可使其气密性 得到显著增加。一般来说，密封胶条应优先选择三元乙丙等弹性、耐久性理想的材料，另外，设计人员还要对整窗搭接量做出规定，搭接过多将带来干涉问题，搭接过少则无法起到密封作用。该数值往往由窗型、配件选用情况所决定。实验证明，仅考虑气密性，推拉门窗＜平开门窗。若项目计划使用推拉门窗，设计人员可选择融入平开门窗所用结构，用胶条槽口替代毛条槽口，预留相应空间，用来对两点锁进行安装，确保门窗贴合效果可达到预期。

3 门窗渗水风险规避策略

3.1 影响因素

3.1.1 结构方面。随着社会的发展，人们对居住空间的要求较之前有所提高，早期用来进行采光及通风的门窗，逐渐成为审美标志，在此背景下，大面积飘窗和落地窗成为主流，以上窗体结构往往无法做到完全匹配当地环境和气候特点，门窗使用效果也将受到影响。

3.1.2 材料方面。材料质量会给施工效果产生重大影响，对铝合金门窗进行安装时，材料选择不科学的问题仍未彻底得到解决。在选择材料时，如果有关人员没有做到以规范标准为依据，极易出现门窗结构和选择门窗规格不符的情况，若门窗四周有缝隙存在，渗水的情况将难以避免。此外，厚度不足、断面尺寸及挡水能力不符合要求，同样会带来渗水问题，甚至会增加门窗形变概率。

3.1.3 安装工序方面。导致门窗安装工序不合理的原因，主要是施工人员水平参差不齐和监管力度较弱。现阶段，一部分建设单位仍未意识到门窗施工的重要性，将相关工作交由经验有限的人员负责，即便前期准备阶段已对安装门窗的方法加以明确，由于施工人员不具备精确把控细节的能力，安装效果仍无法达到预期，渗水问题随之出现。

3.2 优化方案

内平开门窗需要配有相应等压腔，将滴水线增设在平开扇料处，确保雨水可被及时排出。另外，设计人员还可以选择将挡水板安装在既有开启扇的上方，其作用是阻止大量雨水流入。对门窗进行制作时，相关人员就应对排水孔进行预留，与此同时，在适宜区域对排水防风块进行安装，见图1[3]。

图1 内平开门窗设计示意图

推拉门窗优化侧重点是下滑截面结构，设计人员可选择在室内对挡边进行设置，确保下滑截面有良好水密性。这里要明确一个概念，在无雨水渗漏或类似情况发生的前提下，门窗所能承受风压力最大差值，即为其水密性能。

当然，可使门窗水密性得到提升的方法较多，除了上文所介绍方法，还包括：其一，将轨道设计成阶梯型；其二，在适宜区域对下滑排水孔进行设置，确保排水系统可最大程度发挥自身作用；其三，密封配件给门窗水密性所带来影响，同样不容小觑，平开门窗所用密封配件多为胶条，推拉门窗则以毛条为主，仅考虑密封性，前者所取得效果较后者更为理想。若用户计划安装推拉门窗且对密封性要求较高，设计人员可视情况采取适宜方案，对门窗进行优化。

3.3 材料选择

出于使材料选择更具有效性以及针对性的考虑，在未做出最终选择前，设计人员先要分析建筑结构和门窗尺寸，对现场勘测所掌握数据进行记录，在确定门窗厚度、形状还有受力节点的基础上，对适用材料加以确定。在选择铝合金材料时，有三方面内容需要引起重视，一是材料是否满足建筑要求，二是材料是否满足施工标准，三是设计方案是否可靠且合理。只有满足以上三点，才能有效解决玻璃、主受力杆布局失衡造成的形变、渗水问题。此外，设计人员还要对美观性加以考虑，通过统一规划、安装并养护的方式，将外界因素给门窗性能、外观所带来影响降至最低。

3.4 部件安装

3.4.1 安装配件。对铝合金门窗进行安装，通常要用到大量五金配件，其作用是保证门窗稳定，为其功能的充分发挥助力。对相关工作加以落实时，有两方面内容需要引起重视，一是配件与既有门窗结构及方向相符，二是对门窗还有配件进行同步输送，在保证零件配套的基础上，为现场施工的有序推进提供便利。除此之外，由于配件安装出现偏差会给门窗整体性能带来巨大影响，因此，在对其进行安装时，施工人员应确保配件可靠且密实，并始终坚持将实用性作为指导原则，为用户日后使用及操作提供便利[4]。

3.4.2 安装门扇窗。对门扇窗进行安装的关键是以窗体结构为依据，确定切实可行的安装方案。一般来说，平开门窗需要在门窗适宜位置对铰链进行固定，这样设计的目的是确保外框及门扇窗所处区域相同，其密实性自然可得到有力保证，此外，用户日常操作的难度也会有所降低。推拉门窗普遍将滑槽安装在门窗上方，要求滑轮始终在下滑槽轨道内。待安装施工告一段落，由专业人员负责对门窗结构进行反复检测，确保门窗有理想密实性、牢固程度以及开合灵活度。如果检测环节发现有质量问题存在，施工人员需第一时间对问题成因进行分析并进行处理，避免日后带来不必要的问题。

4 结束语

通过上文的分析可知，在用户对居住环境所提出要求愈发严格的当下，性能良好的铝合金门窗，必将得到大范围推广和应用。从事门窗型材设计相关工作的人员，只有做到全面考虑门窗系统涉及因素，例如，门窗适用密封件及五金件、加工并安装成品窗的技巧，才能使型材结构得到显著优化，门窗品质自然能够达到用户要求。