铝合金型材壁厚与材料变形性能的研究

　　【中国幕墙网】铝合金建筑型材作为建筑工程的一种重要原材料，在国民经济体系中起着基础性的作用，近年来在房地产产业的拉动下，中国铝合金建筑型材产量持续走高，而铝合金建筑型材壁厚作为影响建筑工程质量的重要质量指标，同时又是关系建筑工程造价的经济指标，在通过计算确保工程质量的前提下合理控制铝型材壁厚，对于降低铝资源消耗和建筑工程成本，提高铝型材的市场竞争力有着重要意义。

　　为规范市场秩序，防止某些厂家生产不符合质量要求的薄壁型材，杜绝建筑工程中的质量和安全隐患，铝合金建筑型材的标准及铝合金门窗及幕墙的标准、规范无一例外的把铝合金型材壁厚作为保证铝合金门窗和幕墙质量及确保建筑工程质量和安全的重要指标，而对铝合金型材壁厚作了硬性规定，如GB5237.1-2008《铝合金建筑型材 第1部分：基材》强制性条款4.4.1.1.2规定：除压条、压盖、扣板等需要弹性装配的型材之外,型材最小公称壁厚应不小于1.2mm;GB/T8478-2008《铝合金门窗》第5.1.2.1.1条规定：外门窗框扇拼樘框等主要受力杆件所用主型材壁厚应经设计计算或试验确定。主型材截面主要受力部位基材最小实测壁厚，外门不应低于2.0mm;外窗不应低于1.4mm等，但标准中未对其所规定的最小壁厚提供科学依据或做出合理的解释。因此在工程设计单位根据具体的工程和实际使用条件进行壁厚的计算和设计时，出现了部分计算壁厚与标准规定有出入的情况，而铝型材生产企业夹在两者之间，就该严格按照标准要求还是根据设计单位经过计算校核之后的壁厚生产的问题，陷入了困惑和两难之中，如何充分理解国家标准、行业标准和地方性法律法规中关于铝合金型材壁厚规定，而又协调工程设计单位的计算结果，生产中合理控制铝合金建筑型材壁厚，在一定程度上节约铝资源，是铝合金建筑型材生产企业必须面对的重要课题。

　　要使构件安全地工作，即要有足够的承载荷载的能力，如果构件设计得薄弱，或选用的材料不恰当，不能安全地工作，则会影响到整体的安全工作，甚至造成严重事故;另一方面如果构件设计得过于保守，或选用的材料太好，虽然构件整体都能安全工作，但构件的承载能力不能充分发挥，既浪费材料、又增加重量和成本，也是不可取的。显然，构件的设计是否合理有着相互矛盾的两个方面，即安全性和经济性，既要有足够的承载能力，又要经济、适用。在材料力学中，衡量构件的承载能力，主要有三方面的内容：强度、刚度、稳定性。而杆件的变形的基本形式主要有以下四种：轴向拉伸或压缩;剪切;扭转;弯曲。因铝合金门窗自重较轻，其在竖框杆件中产生的轴力较小，故轴向拉伸或压缩也较小，可忽略不计，下面从铝合金门窗型材杆件最常见的弯曲和剪切变形的强度和刚度校核来阐明壁厚与材料变形的关系，对于铝合金门窗杆件这类细长构件来说，受荷后起控制作用的往往是杆件的挠度(即杆件的刚度)，刚度就是变形不能超过某一允许值,否则就会影响杆件正常的工作，因此进行门窗工程计算，可先按门窗杆件挠度的计算选取合适的杆件，然后进行杆件强度的校核。

　　挠度(刚度)校验依据：

　　根据铝合金门窗GBT8478-2008

　　1)单层玻璃，夹层玻璃：fmax<=L/100

　　2)双层玻璃，中空玻璃：fmax<=L/150

　　其中：fmax:为受力杆件最大变形量(mm)

　　L:为受力杆件长度(mm)

　　因建筑外窗在风荷载作用下，承受的是与外窗垂直的横向水平力，外窗各框料间构成的受荷单元，可视为四边铰接的简支板。在每个受荷单元的四角各作45度斜线，使其与平行于长边的中线相交。这些线把受荷单元分成4块，每块面积所承受的风荷载传递给其相邻的构件，每个构件可近似地简化为简支梁上呈矩形、梯形或三角形的均布荷载。这样的近似简化与精确解相比有足够的准确度，结果偏于安全，可以满足工程设计计算和使用的需要。

　　材料的挠度主要和材料的弯曲刚度EI值有关，E是材料的弹性模量，对同一材料来说是一个常数，对于铝合金材料而言为70000MPa，I是材料的有效惯性矩，虽然与型材壁厚有一定关系，但主要与截面形状有关，即增加壁厚不是提高截面有效惯性矩I的最佳途径，因此型材壁厚不是杆件刚度条件的决定因素。

　　强度校核依据：弯曲正应力对杆件强度起主导作用，是控制因素。提高杆件的强度，主要依据弯曲正应力强度条件：

　　弯曲应力校验依据：σmax=M/W<=[σ]

　　σmax:计算截面上的最大弯曲应力(N/mm)

　　M:受力杆件承受的最大弯矩(N.mm)

　　W:净截面抵抗矩(mm)

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