铝合金许用最大挠度

文章目录：

1、GB/T 8478-2020《铝合金门窗》国家标准更新要点2、铝合金门窗的窗型与外观设计3、如何读取门窗型材截面I和W值

GB/T 8478-2020《铝合金门窗》国家标准更新要点

近日，2020年第4号中国国家标准正式公告，国家市场监督管理总局、国家标准化管理委员会批准发布《标准化工作导则 第1部分：标准化文件的结构和起草规则》等186项国家标准，其中包括国家标准GB/T 8478-2020《铝合金门窗》，该标准将于2021年2月1日正式实施，代替GB/T 8478-2008《铝合金门窗》。

此次标准修订对于标准适用范围、门窗材料要求、门窗基础性能要求、门窗构造细节要求、模数化尺寸规范、门窗产品标记等方面都进行了完善，全面提高了标准水平，可以说此次国家标准GB/T 8478-2020 《铝合金门窗》的正式发布是我国建筑幕墙门窗标准的又一个里程碑。

此次修订与GB/T8478-2008年版相比，有较多的技术变化，主要提高了门窗主型材壁厚要求，增加了中空玻璃构造及厚度尺寸偏差的要求和门窗产品二维码要求，提高了抗风压性能、水密性能、气密性能、保温性能和隔声性能以及反复启闭耐久性等主要性能的要求，全面提高了标准的水平。同时，还提出了一些主要修改和建议，如取消了原第3.4条太阳的热系数术语和定义等。

即将实施的GB/T 8478-2020《铝合金门窗》，与GB/T 8478-2008相比，主要技术变化如下：

调整了标准使用范围，明确本标准不适用于防爆门窗，同时删除了部分参照使用条件（见第1章）；

删除了门窗“遮阳性能、遮阳系数、型材截面主要受力部位”的术语和定义（见2008年版的3.2、3.3、3.7）；

增加了“门窗保温性能” “门窗隔热性能” “普通型门窗” “隔声型门窗” “保温型门窗” “隔热型门窗” “保温隔热型门窗” “耐火型门窗” “门窗反复启闭耐久性” 的术语和定义(见3.2～3.10）；

解读：本标准中采用隔热性能取代原遮阳性能，门窗隔热性能在现行标准中尚无术语及定义。由于门窗的冬季断热保温与夏季遮阳隔热很容易混淆，为便于对比说明便于理解，故同时增加门窗保温性能和隔热性能术语及定义。

新制定的行业标准JC/T 2304-2015 《建筑用保温隔热玻璃技术条件》也将建筑玻璃分为保温型玻璃、隔热型玻璃、保温隔热型玻璃。

GB 50016-2014《建筑设计防火规范》对门窗的要求给出了”门窗耐火完整性”的术语和定义，但尚无耐火型门窗的术语和定义，故本标准增加了耐火型门窗。

“反复启闭耐久性“，即是指门窗开启部分的机械耐久性，不包括门窗材料及其表面处理层在环境中的腐蚀或锈蚀耐久性。

将“门、窗按使用功能划分的类型和代号”改为“门、窗按主要性能划分的类型和代号”，将2008年版的表1和表2合并为表1，其中将“遮阳型”改为“隔热型”，并增加了“保温隔热型”和“耐火型”（见4.1.2、表1，2008年版的4.1.2、表1和表2）；

将“外门窗框、扇、拼樘框等主要受力杆件所用主型材基材壁厚应经设计计算或试验确定”改为“外门窗主要受力杆件所用主型材基材壁厚公称尺寸应经设计计算和试验确定”（见5.1.2.1.1,2008年版的5.1.2.1.1）；

将主型材基材最小实测壁厚的规定改为主型材基材壁厚公称尺寸及允许偏差精度等级的规定，并提高了外门窗主型材的基材壁厚要求，增加了内门窗型材基材壁厚和尺寸偏差精度等级要求；增加了有装配关系的门窗主型材基材非壁厚尺寸允许偏差要求（见5.1.2.1，2008年版的5.1.2.1）；

将“铝合金型材表面处理层厚度要求”改为“铝合金型材装饰面表面处理层适用范围及厚度要求，并按外门窗和内门窗分别规定表面处理层适用范围及厚度要求（见表4,2008年版的表5）；

增加了外门窗中空玻璃气体层厚度和单腔中空玻璃厚度允许偏差的规定（见5.1.3.1）；

增加了外门窗用内置遮阳中空玻璃制品的要求（见5.1.3.3、5.1.3.4）；

增加了保温型、隔热型、保温隔热型和耐火型门窗玻璃的要求（见5.1.3.3、5.1.3.4））；

解读：这样规定是为了防止中空腔内的控制启闭传动的磁性材料高温下退磁失效，并防止两边框形式的中空腔内的遮阳材料刮花玻璃内表面。

增加了耐火型门窗用密封胶、密封胶条、支承块及定位块等密封及弹性材料的要求（见5.1.5.3、5.1.5.5、5.1.5.6）；

增加了“规格系列”要求和单樘门窗“优先采用GB/T 30591规定的常用标准规格门、窗尺寸”要求（见5.3.1.1、5.3.1.2）(推进门窗尺寸标准化、模数化)

将“门窗宽度、高度构造内侧尺寸”“门窗宽度、高度构造内侧尺寸对边尺寸之差”分别改为“门窗宽度、高度构造尺寸”“门窗宽度、高度构造尺寸对边尺寸差”，并增加“对角线尺寸差”（见表６，2008年版的表7）；

解读：根据铝合金门窗产品特点及多年来的实际情况，门窗宽、高由原来的“实体内侧尺寸”即槽口尺寸改为“实体外侧尺寸”即外形尺寸，检测时操作简单方便可行。增加“对角线尺寸差”以适应整窗、整扇出厂检测或抽检的整窗成品检测情况，有利于产品组装质量控制。

修改了抗风压性能要求，并增加了在1.5P3风压作用下主要受力杆件不应出现危机人身安全的损坏要求、”在抗风压性能分级指标值P3作用下，玻璃面板的挠度允许值为其短边边长的1/60；在1.5P3风压作用下，玻璃面板不应发生破坏“的要求（见5.6.1，2008年版的5.6.1）；

解读：本标准2008年版只有P3风压作用下的挠度控制要求，本标准增加了“在1.5倍P3风压作用下不应出现危及人身安全的损坏”要求是与修订后的GB/T 7106《建筑外门窗气密、水密、抗风压性能检测方法》相协调;

规定“在抗风压性能分级值P3作用下，玻璃面板的挠度允许值为其短边边长的1/60；在1.5P3风压作用下玻璃面板不应发生破坏”，可实现杆件、玻璃的挠度和承载力双控制，也解决了单扇固定窗（立面中无分格杆件）的抗风压性能要求与检测试验的问题。

水密性能要求增加了外门、外窗的最低要求水密性能值（外门不低于150Pa，外窗不低于250Pa）（见5.6.2）；

气密性能要求增加了具有气密性能要求门窗的最低气密性能值要求（有气密性能要求的外门不低于4级，外窗不低于6级）（见5.6.3）；

空气声隔声性能要求增加了隔声型门窗最低要求的隔声性能值（不小于35dB）（见5.6.4）；

保温性能要求增加了保温型门窗最低要求的传热系数K值的要求{小于2.5W/(㎡·K)}（见5.6.5）；

将遮阳性能及其分级（遮阳系数）改为隔热性能及其分级（太阳得热系数），并规定了隔热型门窗最低要求的太阳得热系数SHGC值（不大于0.44）（见5.6.6）；

增加了耐火型门窗“耐火完整性”要求（见5.6.7）；

采光性能要求增加了具有辨色要求的门窗颜色透射指数要求（不小于60）（见5.6.8）；

增加了防沙尘性能要求（见5.6.9）；

增加了抗风携碎物冲击性能要求（见5.6.10）；

将门“耐撞击性能”改为“耐软重物撞击性能”，适用范围由玻璃面积占门扇面积不超过50%的平开旋转类门扩展到各类开启形式的门（见5.6.11.3，2008年版的5.6.10），并在该性能试验方法中增加了门扇受撞击方向和撞击点的规定（见6.6.9.2）；

解读：本标准2008版该项内容基本是参照日本JIS A 4702：2000 《门》的相关内容确定的：该项性能只对玻璃占门扇面积不超过50%的平开旋转类门适用，“30 kg砂袋170mm高度落下，撞击锁闭状态的门扇把（拉）手处1次，未出现明显变形，启闭无异常，使用无障碍，除钢化玻璃外，不允许有玻璃脱落现象”。有一点不同，即日本标准中撞击后，门玻璃的破损不作为判定事项。本次修订，再次对JIS A 4702：2015 《门》对该项性能要求的制定背景的研究，以及对铝合金门耐撞击性能的实际执行情况的调研，本标准最终基于各类开启形式的门都应保证在人体撞击后的人身安全的原则，确定的门耐软重物撞击性能的要求大大严于日本标准的规定：

（1）适用范围扩展到各类开启形式的门

（2）30Kg砂袋下落高度由原来170mm一个指标，扩展到100～950mm范围的六个等级指标

（3）增加了玻璃方面的判定：“玻璃面板不应脱落，除钢化玻璃外，不允许有玻璃破坏”

（4）在试验方法中增加了确定门扇薄弱部位撞击点的具体规定。

增加了“抗扭曲变形性能、抗对角线变形性能、抗大力关闭性能、开启限位抗冲击性能、撑挡定位耐静荷载性能”等力学性能要求（见表9、表10及5.6.11.6～5.6.11.10）；

解读：表9、表10，分别与表2门的开启形式品种、表3的开启形式品种相对应，根据门、窗的开启形式和使用特点确定其力学性能要求。按照铝合金门窗的窗型特点实际情况贯彻了GB/T 9158-2015《建筑门窗力学性能检测方法》。

将“反复启闭性能”改为“反复启闭耐久性”，并增加了门窗反复启闭耐久性能分级要求（见5.6.12，表11）；

将“性能检验试件分组、数量和试验顺序”修改为“试验次序”，并删除了表16（见6.7）；

增加了表12“产品检验项目”，其中分别列出产品出厂检验和型式检验的所有项目及相应的抽样试件数量（见7.1.1）；

修改了门窗及框扇装配尺寸偏差检验的组批与抽样规则（见7.2.1.2）；

修改了型式检验组批与抽样规则（见7.3.2）；

删除了“产品合格证书”；

增加了“产品合格证”和“产品质量保证书”（见8.2.1，8.2.2）；

增加了“产品二维码标记”（见8.3）；

增加了资料性附录 B"常用密封胶条种类及适用范围"。

铝合金门窗的窗型与外观设计

1．前言

门窗作为建筑物的主要结构配件，其基本作用是通风、防风、采光、隔音、隔热，同时对建筑物的外观造型和室内外环境也有很大影响。随着建筑业的飞速发展以及人们生活水平的提高，对建筑门窗的性能要求也越来越高，建筑美学要求的风格、材料越来越多样化，如何根据不同地域的人文环境和建筑风格正确设计和选择门窗的窗型和外观，使之满足人们的审美要求且与建筑风格相协调，对建筑门窗设计生产者来说就显得尤为重要，本文将主要从铝合金门窗的窗型设计和选用，外观和设计等方面进行阐述。

2．铝合金门窗的窗型设计和选用

铝合金门窗的开启构造形式很多，但归纳起来大致可分为旋转式（平开）开启门窗，平移式（推拉）开启门窗和固定门窗三大类。其中旋转式门窗主要有：外平开门窗、内平开门窗、内平开下悬门窗、上悬窗、中悬窗、下悬窗、立转窗等，平移式门窗主要有：推拉门窗、上下推拉窗、内平开推拉门窗、提升推拉门窗、推拉下悬门窗、折叠推拉门窗等。各种门窗又有不同的系列产品，如常用的外平开窗有50系列、55系列、60系列、65系列等，推拉窗有70系列、80系列、90系列、95系列、100系列等。采用何种门窗开启构造形式和产品系列，应根据建筑类型、使用场所要求和门窗窗型使用特点来确定。

2.1 常用门窗开启形式特性和适用场所

1）外平开门窗：外平开门窗是我国目前广泛使用的一种窗型，它的特点是构造简单、使用方便、气密性、水密性较好，通常可达到4级以上，造价相对低廉，适用于底层公共建筑和住宅建筑。但当门窗开启时，若受到大风吹袭可能发生窗扇坠落事故，故高层建筑应慎用这一窗型。外平开门窗一般采用滑移摩擦铰链作为开启连接配件，采用单点（适用于小开启扇）或多点（适用于大开启扇）锁紧装置锁紧。

2）内平开门窗：内平开门窗通常采用合页作为开启连接配件，并配以风撑以确保开启角度和位置，锁紧装置同外平开门窗。内平开门窗同外平开门窗一样，具有构造简单、使用方便、气密性、水密性较好，造价低廉的特点，同时相对安全，适用于各类公共建筑和住宅建筑。但内平开门窗开启时开启扇开向室内，占用室内空间，对室内人员的活动造成一定影响，同时对窗帘的挂设也带来一些问题，在设计选用时需要注意协调解决这一问题。

3）推拉门窗：推拉门窗最大的特点是节省空间，开启简单，造价低廉，目前在我国得到广泛使用，但其水密性能和气密性能相对较低，一般只能达到3级左右，在要求水密性能和气密性能高的建筑上不宜使用。适用于水密性能和气密性能要求较低的建筑外门窗和室内门窗，如封闭阳台门等。推拉门窗通常采用装在底部的滑轮来实现窗扇在窗框平面内沿水平方向滑移，采用钩锁、碰锁或多点锁锁紧装置锁紧。

4）上悬窗：上悬窗通常采用滑移摩擦铰链作为开启连接配件，另配二连杆支撑铰链作开启限位，紧固锁紧装置采用七字执手（使用于小开启扇）或多点锁（适用于大开启扇）。

5）内平开下悬门窗：内平开下悬门窗式一款具有复合开启功能的窗型，外观精美，功能多样，综合性能高。通过简单的联动执手，可分别实现门窗的内平开（满足人员进出、擦窗和大量通风之需要）和下悬（通风、换气之需要）开启，以满足不同的用户需求。当其下悬开启时，在实现通风换气的同时，还能避免大量雨水进入室内和阻挡部分噪音，而当其关闭时，其窗扇的四边都会被联动锁固在窗框上，具有优良的抗风压性能和水密、气密性能。但其造价相对较高，另外。在设计时同样需要协调考虑由于内平开所带来的问题。

7）折叠推拉门窗：折叠推拉门窗采用合页将多个门窗扇连接一体，可实现门窗扇沿水平方向折叠移动开启，满足大开启和通透的需要。

2.2 铝合金门窗窗型设计和选用

铝合金门窗发展至今，以形成了相对完整的系列化通用窗型，可以满足绝大多数建筑门窗的要求，所以，一般情况下，在进行门窗窗型设计时，尽可能选用标准窗型，以达到方便设计、生产、施工和降低产品成本的目的。在窗型选用时，应充分考虑下列因素合理选取；

1）选取与不同地区、不同环境、不同建筑类型相适应的门窗窗型和系列。

2）满足门窗抗风压性能、水密性能、气密性能和保温性能等物理性能有求。

我国地域辽阔，从北方严寒的东北三省到南国炎热的海南岛，从干燥的西北内陆到多雨的东南沿海，气候环境差别巨大，同时各类建筑业有不同的建筑功能和建筑装饰要求。因此，在进行门窗窗型设计和选用时，应根据各地气候特点与建筑设计要求，正确合理的选择建筑外窗窗型。如北方严寒地区冬季气候寒冷，建筑门窗首先要考虑是门窗的保温性能和气密性能，应选用高气密性能的隔热型材Low-E中空玻璃保温平开型门窗；而南方夏热冬暖地区多狂风暴雨、气候炎热，应注重门窗的抗风压性能、气密性能和门窗的遮阳性能，可选择满足抗风压性能、水密性能要求的遮阳型平开门窗。

3.铝合金门窗外观设计

铝合金门窗外观设计包含门窗色彩、造型、立面风格尺寸等诸多内容。

建筑门窗作为建筑外墙和室内装饰的一部分，其色彩、造型、立面风格尺寸和外观效果，对建筑外立面的美观协调和室内环境的舒适和谐有着十分重要的作用。

3.1 铝合金门窗色彩

门窗颜色的选配是影响建筑装饰效果的重要一环。门窗所用玻璃、铝合金型材的类型和色彩种类繁多。铝合金型材可采取阳极氧化、电泳涂漆、粉末喷涂、氟碳喷涂和木纹转印等多种处理方法，其中阳极氧化可形成的型材颜色相对较少，常见的有银白色、古铜色和黑色，电泳涂漆、粉末喷涂和氟碳喷涂均有许多的色彩和表面质感可供选择，木纹转印处理技术可在型材表面形成木纹、花岗岩纹等多种花色。在采用传条隔热铝合金型材时，还可将门窗室内和室外设计成不同的颜色，玻璃的色彩主要有玻璃着色和镀膜形成，颜色的选择同样十分丰富。通过玻璃颜色和型材颜色的合理搭配，可形成非常丰富多彩的铝合金门窗色彩组合，满足各种建筑装饰效果要求。

铝合金门窗色彩组合是影响建筑立面和室内装饰效果的重要因素，在选择时要综合考虑以下因素：建筑物的性质和用途、建筑外立面基准色调、室内装饰要求、门窗造价等，同时要与周围环境相协调。

3.2 铝合金门窗造型

铝合金门窗设计性强，可按建筑的需要设计变化出各种立面造型，如平面型、折线型、圆弧型等。在设计铝合金门窗的立面造型时，同样应综合考虑与建筑外立面及室内装饰相协调，同时应综合考虑生产工艺和综合价格，如制作圆弧型门窗需将型材和玻璃拉弯，当采用特殊玻璃时会造成玻璃成品率低，甚至在门窗使用期内造成玻璃不时爆裂，影响门窗的正常使用，其造价也比折线型门窗的造价高许多，另外当门窗需要开启时，亦不宜设计成圆弧形门窗。所以在设计门窗的立面造型时，应综合考虑装饰效果、综合价格和生产工艺等因素，以满足不同的建筑需要。

3.3 铝合金门窗立面、分格尺寸设计

门窗立面分格千变万化，但我们还有可以找寻出一些规律。门窗立面分格要符合美学特点，分格设计时，主要应根据建筑立面效果、房间间隔、建筑采光、节能、通风和视野等建筑装饰效果和满足建筑使用功能要求，同时兼顾门窗受力计算、成本和玻璃成材率等多方面因素合理确定。

1）门窗立面分格设计原则

a. 门窗立面设计时要考虑建筑的整体效果，如建筑的虚实对比、光影效果、对称性等。

b. 立面分格根据需要可设计为独立窗，也可设计为各种类型的组合窗和条形窗。

c. 门窗立面分格既要有一定的规律，又要体现变化，在变化中求规律，分格线条疏密有度；等距离、等尺寸划分显示了严谨、庄重；不等距划分则显示韵律、活泼和动感。

d. 至少同一个房间、同一墙面门窗的横向分格线条要尽量处于同一水平线上，竖向线条尽量对齐。在主要的视线高度范围内（1.5m~1.8m左右）最好不要设置横向分格线，以免遮挡视线。

e. 分格比例的协调性，就单个玻璃板块来说，长度比宜按接近黄金分格比来设计，而不宜设计成正方形和长宽比达1:2以上的狭长矩形。

2）门窗立面分格设计时主要应考虑的因素

a. 建筑功能和装饰的需要，如门窗的通风面积和活动扇数量要满足建筑通风要求；门窗的采光面积应满足《建筑采光设计标准》GB/T50033的要求。同时应满足建筑节能有求的窗墙面积比、建筑立面和室内的装饰有求等（此条一般有建筑设计根据相关有求确定）。

b.门窗受力设计计算：门窗的分格尺寸除了根据建筑功能和装饰有求来确定外，它还受到门窗受力计算的制约，如型材、玻璃的强度计算、挠度计算；五金件承重计算等；当建筑师理想的分格尺寸与门窗受力计算出现矛盾时，解决办法有：a）调整分格尺寸；b）变换所选定的材料或采取相应的加强措施。

c. 玻璃原片的成材率：玻璃原片尺寸通常为2.1m~2.4m宽，3.3m~3.6m长，各玻璃厂的产品原片尺寸不尽相同，在进行门窗分格设计时，应根据所选定玻璃厂家提供的玻璃原片规格，确定套裁方法，合理调整分格尺寸，尽可能提高玻璃板材的利用率，这一点在门窗厂自行进行玻璃裁切时显得尤为重要。

d. 门窗开启形式：门窗分格尺寸特别是开启扇尺寸同时还受到门窗开启形式的限制，各类门窗开启形式所能达到的开启扇尺寸各不相同，主要取决于五金件的安装形式和承重能力。如采用摩擦铰链承重的外平开窗开启扇宽度通常不宜超过750mm，过宽的开启扇会因窗扇在自重作用下发生坠角导致窗扇的开启困难。合页的承载能力强于摩擦铰链，所以当采用合页联接承重时可设计制作分格较大的平开窗扇。推拉窗如开启扇设计过大过重，超过了滑轮的承重能力，也会出现开启不畅的情况。所以在进行门窗立面设计时，还需根据门窗开启形式和所选取的五金配件通过计算或试验确定门窗开启扇允许的高宽尺寸。

4.铝合金门窗安全设计

铝合金门窗设计时，应充分考虑门窗的安全性，避免门窗在使用过程中因设计不合理造成损坏，引发危及人身安全的事件或使用本身产生的不安全因素。通常应重点考虑下列因素：

1）开启门扇和固定门扇以及落地窗玻璃的设计选用，必须符合现行业标准《建筑玻璃应用技术规范》JGJ113中的人体冲击安全规定。在人流出入较多，可能产生拥挤和儿童集中的公共场所的门和落地窗，必须采用钢化玻璃或夹层玻璃等安全玻璃。

2）安装高度为7层及7层以上的外开窗、玻璃面积大于1.5m2的窗、玻璃底边离最终装修面高度小于500mm的落地窗和倾斜安装的铝合金窗必须采用安全玻璃。

3）无室外阳台的外窗台距室内地面高度小于0.9m时，必须采用安全玻璃并加设可靠的防护措施；窗台高度低于600mm的凸窗，其计算高度应从窗台面计算。

4）玻璃在正常使用状态下应有足够的刚度，不应产生手动可测出的使人产生不安全感的较大变形挠度。

5）推拉窗用于外墙时，必须有防止窗扇在负风压下向室外脱落的装置。

6）为避免高层建筑窗在开启时受强风吹袭发生坠落，高层建筑宜采用内开式窗或具有可靠防脱落限位装置的推拉式窗。

7）有防盗要求的建筑外窗，应采用夹层玻璃和可靠的门窗锁具，如采用具有多点锁紧装置的锁具，同时可采用带钥匙的窗锁、执手等锁闭装置，也可采用铝合金花格窗、花格网、防护栏杆等防护措施。推拉门窗扇应有防止从室外侧拆卸的装置。

5. 结束语

铝合金门窗的开启形式不同，其适合的场合也不同。在进行门窗设计时，应按工程的不同有求，尽可能选用标准窗型，以达到方便设计、生产、施工和降低产品成本的目的，同时窗型的设计应考虑不同地区、环境和建筑类型，并满足门窗抗风压性能、水密性能、气密性能和保温性能等物理性能要求。门窗的窗型及外观设计应与建筑外立面和室内环境相协调，并充分考虑其安全性，避免在使用过程中因设计不合理造成损坏，引发危及人身安全的事件。

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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