铝合金门窗的设计与生产毕业论文

5 结构设计

5.1 一般规定

5.1.1 铝合金门窗为建筑物外围结构的重要组成部分，一般情况下属于易于替换的结构构件，承受自重以及直接作用于其上的风荷载、地震作用和温度作用等，不分担主体结构承受的各种荷载和作用。

5.1.2 铝合金门窗是建筑外围护结构的组成部分，除必须具备足够的刚度和承载能力外，铝合金门窗自身结构、铝合金门窗与建筑洞口连接之间，须有一定的变形能力，以适应主体结构的变位。当主体结构在外荷载作用下产生的变形时，不应使门窗构件产生过大的内力和不能承受的变形。

5.1.4 铝合金门窗的面板玻璃为脆性材料，为了不致由于门窗受力后产生过大挠度导致玻璃破损，同时也避免因杆件变形过大而影响门窗的使用性能——开关困难、水密性能、气密性能降低或玻璃发生严重畸变等，故对铝合金门窗受力杆件，需同时验算其挠度和承载力。

铝合金门窗连接件根据不同受荷情况，需进行抗拉(压)、抗剪和抗承压强度验算。

根据《建筑结构可靠度设计统一标准》GB50068规定，对于承载能力极限状态，应采用下列设计表达式进行设计：

γ0S≤R (2)

式中：R——结构构件抗力的设计值;

S——荷载效应组合的设计值;

γ0——结构重要性系数。

门窗构件的结构重要性系数(γ0)，与门窗的设计使用年限和安全等级有关。考虑门窗为重要的持久性非结构构件，因此，门窗的安全等级一般可定为二级或三级，其结构重要性系数(γ0)可取1.0。因此，本规范设计表达式简化表示为S≤R，本承载力设计表达式具有通用意义，作用效应设计值S可以是内力或应力，抗力设计值R可以是构件的承载力设计值或材料强度设计值。

铝合金门窗玻璃的设计计算方法按现行行业标准《建筑玻璃应用技术规程》JGJ113的规定执行。按此计算方法，门窗玻璃的安全系数K=2.50，此时对应的玻璃失效概率为1‰。

5.1.5 铝合金门窗构件在实际使用中，将承受自重以及直接作用于其上的风荷载、地震作用、温度作用等。在其所承受的这些荷载和作用中，风荷载时主要的作用，其数值可达(1.0～5.0)kN/㎡。地震荷载方面，根据《建筑抗震设计规范》GB50011规定，非结构构件的地震作用只考虑由自身重力产生的水平方向地震作用和支座间相对位移产生的附加作用，采用等效侧力方法计算。因为门窗自重较轻，即使按最大地震作用系数考虑，门窗的水平地震荷载在各种常用玻璃配置情况下的水平方向地震作用力一般处于(0.04～0.4)kN/㎡的范围内，其相应的组合效应值仅为0.26 kN/㎡，远小于风压值。温度作用方面，对于温度变化引起的门窗杆件和玻璃的热胀冷缩，在构造上可以采用相应措施有效解决，避免因门窗构件间挤压产生温度应力造成门窗构件破坏，如门窗框、扇连接装配间隙，玻璃镶嵌预留间隙(本规范第5章第5.3.2条已规定)等。同时，多年的工程设计计算经验也表明，在正常的使用环境下，由玻璃中央部分与边缘部分存在温度差而产生的温度应力亦不致使玻璃发生破损。因此，本规范规定进行铝合金门窗结构设计时仅计算主要作用效应重力荷载和风荷载，地震作用和温度作用效应不作计算，仅要求在设计构造上采取相应措施避免因地震作用和温度作用效应引起门窗构件破坏。

进行铝合金门窗构件的承载力计算时，当重力荷载对铝合金门窗构件的承载能力不利时，重力荷载和风荷载作用的分项系数(γG、γW)应分别取1.2和1.4;当重力荷载对铝合金门窗构件的承载能力有利时(γG、γW)应分别取1.2和1.4。

5.1.7 铝合金门窗年温度变化△T应按实际情况确定，当不能取得实际数据时应取80℃。

5.2 材料力学性能

5.2.1 铝合金型材和抗拉、压强度设计值是根据材料的强度标准值除以材料性能分项系数取得的，本规范按《铝合金结构设计规范》GB50429规定材料性能分项系数(γf)取1.2，所以，相应的铝合金型材抗拉、压强度设计值为：

铝合金型材强度标准(fak)一般取铝合金型材的规定非比例延伸强度Rρ0.2，Rρ0.2可按现行国家标准《铝合金建筑型材》GB5237的规定取用。为便于设计应用，将上式计算得到的数值取5的整数倍，表5.2.1中的铝合金抗拉、压强度设计值即为按照这一要求计算得出的。

因风荷载分项系数γW=1.4，材料性能分项系数γf=1.2，本规范铝合金型材总安全系数为K=γWγf=1.68。

5.2.2 铝合金门窗中钢材主要用于连接件(如连接钢板、螺栓等)，其计算和设计要求应按现行国家标准《钢结构设计规范》GB50017的规定进行。其常用钢材的强度设计值亦按现行国家标准《钢结构设计规范》GB50017的规定采用。

5.2.4 在铝合金门窗的实际使用中，失效概率最大的即为门窗五金件、连接构件其承载力须满足其产品标准的要求，对尚无产品标准的受力五金件、连接件须提供由专业检测机构出去的产品承载力的检测报告。

铝合金门窗五金件、连接构件主要用于门窗窗扇与窗框的连接、锁固和门窗的连接，一旦出现失效，将影响窗扇的正常启闭，甚至导致窗扇的坠落，宜具有较高的安全度。根据目前国内工程的经验，一般情况下，门窗五金件、连接构件的总安全系数可取2.0，故抗力分项系数γR(或材料性能分项系数γf)可取为1.4.所以，当门窗五金件产品标准或检测报告提供了产品承载力标准值(产品正常使用极限状态对应的承载力)时，其承载力设计值可按承载力标准值除以相应的抗力分项系数γR(或材料性能分项系数γf)1.4确定。特殊情况下课按总安全系数不小于2.0的原则通过分析确定相应的承载力设计值。

5.2.5 为方便使用，本规范在附录A中收录了门窗常用紧固件和焊缝的强度设计值或承载力设计值。本规范计算门窗常用紧固件材料强度设计值时所取的抗力分项系数γR(或材料性能分项系数γf)分别为：

1 不锈钢螺栓、螺钉：总安全系数K=3，抗拉：γf=2.15;抗剪：γR=2.857;

2 抽芯铆钉：总安全系数K=1.8，γR=1.286;

3 焊缝材料强度设计值按现行国家标准《钢结构设计规范》GB50017的规定采用。

5.4 铝合金门窗主要受力杆件计算

5.4.1 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旺旺是杆件的挠度，因此进行门窗工程计算时，可先按门窗杆件挠度计算选取合适的杆件，然后进行杆件强度的复核。门窗中横框型材受力形式是双弯杆件，当门窗垂直安装时，中横框型材水平方向承受风荷载作用力，垂直方向承受玻璃的重力。为使中横框型材下面框架内的玻璃镶嵌安装和使用不受影响，本规范要求验算在承受重力荷载作用下中横框型材平行于玻璃平面方向的挠度值。

5.4.2 门窗型材细长杆件受弯后其最大弯曲正应力远大于最大弯曲剪应力，所以在对门窗杆件进行强度复核时可仅进行最大弯曲正应力的验算。同时，因铝合金门窗自重较轻，其在竖框杆件中产生的轴力通常情况下都很小，可忽略不计。

在进行受理杆件截面抗弯承载力验算时，铝型材的抗弯强度设计值(f)可按本规范5.2.1条的规定采用(fa);当铝型材中加有钢芯时，其钢芯的抗弯强度设计值f可按本规范5.2.2条的规定采用(fb)

按《铝合金结构设计规范》GB50429规定，铝合金型材截面塑性发展系数(γ)，当采用强硬化(T4、T5状态)型材时取1.00;当采用弱硬化(T6状态)型材时根据不同的截面形状分别可取1.00或1.05，而对于铝合金门窗常用截面形状，大部分都取γ=1.00。为方便实际计算应用，本规范规定在进行铝合金门窗受力杆件截面抗弯承载力验算时统一取γ=1.00。

5.4.3 铝合金门窗框、扇主要受力杆件的力学模型，应根据门窗的立面分格情况、开启形式、框扇连接锁固方式等，按照《建筑结构静力学计算手册》计算方法，分别简化为承受各类分布荷载或集中荷载的简支梁和悬臂梁等来进行计算。为方便使用，本规范在附录B中，规定了门窗杆件挠度、弯矩的简化计算方法，可参照执行。

5.5 连接设计

5.5.1 铝合金门窗构件的端部连接节点、窗扇连接铰链、合页和锁紧装置等门窗五金件和连接件的连接点，在门窗结构受力体系体系中相当于受力杆件简支梁和悬臂梁的支座，应有足够的连接强度和承载力，以保证门窗结构体系的受力和传力。在我国多年的铝合金门窗实际工程经验中，实际使用中损坏和在风压作用下发生的损毁，很多情况都是由于五金件和连接体本身承载力不足或链接螺钉、铆钉拉脱而导致链接失效而引起。因此，在铝合金门窗工程设计中，应高度注意门窗五金件和连接件承受力校核和连接可靠性设计，应按荷载和作用的分布和传递，正确设计、计算门窗连接节点，根据连接形式和承载情况，进行五金件、连接件及紧固件的抗拉(压)、抗剪切和抗挤压等强度校核计算。

5.5.2 在进行铝合金门窗五金件和连接件强度计算时，根据不同连接件情况，可分别采用应力表达式：σ≤f或承载力表达式：S≤R进行计算。

通常情况下，进行连接件强度计算时，一般可采用应力表达式进行计算;而门窗五金件产品标准或产品检测报告所提供的一般为产品承载力，在此情况下，采用承载力表达式进行计算将较为直观、简单。

5.5.8 不同金属相互接触处，容易产生双金属腐蚀，所以要求设置绝缘垫片或采取其他防腐措施。在正常条件下，铝合金与不锈钢材料接触不易发生双金属腐蚀，一般可不设置绝缘垫片。

5.5.9 连接螺栓、螺钉或铆钉的中心距和中心至构件边缘的距离，应按《铝合金结构设计规范》GB50429规定执行，同时应满足构件受剪面进行验算。同事，当螺钉直接通过型材孔壁螺纹受力连接时，应验算螺纹承载力。必要时，应采取相应的补强措施，如采用加衬板等，或改变连接方式。

5.6 隐框窗硅酮结构密封胶设计

5.6.1 硅酮结构密封胶在施工前，应进行与玻璃、型材的剥离试验，以及相接触的有机材料的相容性试验，合格后方能使用。如果硅酮结构密封与接触材料不相容，会导致结构胶粘结力下降或丧失。

5.6.2 硅酮结构密封胶的粘结宽度、厚度的设计计算，《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102均作了详细规定。在进行隐框窗结构胶粘接宽度、厚度的设计计算时，应考虑风荷载效应和玻璃自重效应，按照非抗震设计计算公式进行设计计算。

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门窗的开启方式主要有： 内平开窗、平开下悬窗、上悬窗、外平开窗、下悬窗、推拉窗、中悬窗、内平开门、外平开门、推拉门、提升推拉门、折叠门、平行推拉上悬门。 第二节铝合金门窗设计重点： A :门窗的建筑设计 门窗是建筑的单元，是立面效果的装饰符号，最终体现出建筑的特点。尽管不同建筑对门窗的设计有不同的要求，门窗大样分格千变万化，但我们还是可以找寻出一些规律。 1．门窗立面分格要符合美学特点，分格设计时，要考虑如下因素 (1)分格比例的协调性。就单个玻璃板块来说，长宽比接近黄金分格比是美的，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、严肃；不等距自由划分则显示韵律、活泼和动感。 (3)至少同一房间、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。 (4)门窗立面设计时要考虑建筑的整体效果要求，比如建筑的虚实对比、光影效果、对称性等。 B．门窗颜色的选配(包括玻璃和型材的颜色) 门窗的颜色的选配是影响建筑和装修最终效果的重要一环。在确定颜色时要与建筑或装修设计师、业主等多方共同商定，最终要有业主建筑/装修/设计师的签字确认。 C．门窗的个性化设计 可以根据顾客的不同爱好和审美观点，设计出独特的门窗造型。 D．门窗的通透性 门窗立面在主视部位的视线高度范围内(1.5m～1.8m左右)最好不要设置横框和竖框，以免遮挡视线。有些门窗需要采用高透光率的玻璃或者要求具有较大的开阔视野，便于观看室外风景。 第三节：对铝合金门窗生产加工图的识别 1： 技术部提供图纸均为内视图 2: 阳台窗所标尺寸均包括转角尺寸，减去为实际尺寸 3: 内开门窗用虚线表示，外开门窗用实线表示 4： 开启方式中交点表示合页的位置，如图所示： 下单注意事项 一 ：门窗二次深化设计方案，必须经过技术部校对、审核窗型是否合理，是否有设计上的弊端，校对、审核确定无误方可下的单 二： 技术员前期备料阶段必须到现场核对洞口尺寸，备料时提供技术部副框、主框加工尺寸备料 三: 下单统一编号为2011--零售0601-YG --01 (年家装月日亚高单号)四： 下单时严格按设计提供的大样图的格式下单，见下说明 1：所提供图纸均为内视图，内开为虚线，外开为实线2：阳台均为外径尺寸，并画阳台平面示意图。 3：所提供的图纸签字齐全 4：提供图纸尺寸全部标清，开启扇大小尽可能保持一致 5：提供A4 图纸一份，电子图一份（所有线层均为白色） 6：所提供的图纸如下：说明如下： A：窗号要标明 B：铝材标明厂家、系列、表面处理方式、颜色 C：位置要标明 D：玻璃要标清，中空玻璃的规格、夹胶玻璃的规格、钢化与非钢化分开 E：数量要标明 F：五金标明厂家、型号尽量标清，如采用大执手、小执手等。执手安装位置高度颜色等。 G：备注表明：方向标明、是否打水孔、是否带隐纱以及隐纱的材质与墙体的固定方式要标清、如有特殊情况标明固定件、胀丝的长度、玻璃打胶、上胶条标清。如采用固定件注明采用小胀丝还是射钉。 H：变更注明变更原因，并找相关领导签字。尽量避免电话通知。 7、注明窗台高度，以此确定下亮玻璃是否在安全高度和五金安装高度。如下图 为了更有效的提高各部门的工作效率，我们应根据统一标准、规范下生产加工图、备料单，尽量避免来回得通电话，浪费时间。请生产部在下图时严格按以上要求下达生产加工图、备料单。 五：下单的大样图统一放在公司的共享文档 六：下单的批次减少，集中下单，必须按安装进度下单 七：现场有业主变更，变更恰商给技术部一份，技术员下单错误时注明原因，此单必须找负责人签字，签字完毕方可下单 八：现场技术员设计方案签字完毕，设计方案交技术部，技术部提前做备料的准备工作 九：现场技术员最后一次下单注明 设计方案 一：设计方案的组成 1： 封面 2：目录 3：设计说明 4：建筑平面图 5：建筑立面图6：门窗大样图 7：门窗标准节点 8：计算书 二：建筑平面图为1001 ，建筑立面图2001 门窗大样图3001 门窗标准节点4001 三：注意事项 1：设计说明中内容必须与合同文件的相符合，主要是型材的系列、玻璃的配置、五金件的选用、框连接方式、是否带隐纱 2：门窗大样图图层必须是白色图层、注意备注中的内容，大样图标注用50A标注 3：门窗标准节点中图与节点对应，视口用1：2的比例，标注用1-W 的标注方式，上面为室内、下面为室外，左面为室内，右面为室外 4：安装节点中上、下、左、右共四个节点，视口用1：1的比例， 标注用1-W的标注方式五、图纸表达要求:1、分格图：分格图绘制标准：1) 绘制内视图；2) 虚线表示内开,实线表示外开；3) 尖点表示合页端；分格图表达要求：1) 说明所有视图均为内视图；2) 需明确门窗编号及数量；3) 注明门窗的安装位置及使用功能；4) 注明门窗的窗型系列及功能分类(如外平开/内平开等)；5) 注明选用加强中梃的型材编号；6) 注明边框与洞口的间隙及洞口连接方式(附框、连接片、螺丝)；2、节点图：节点图绘制标准:1) 节点图索引放在图的右上角；2) 节点图需表达横向剖面及纵向剖面的节点大样,横向剖面图的下方为室外,纵向剖面图的左方为室外;节点图表达要求:1) 需绘制门窗工程中所有不同组装方式的窗型节点;2) 需注明各位置的型材、附件编号或名称;3) 需表示出各部位的外形尺寸及尺寸推算需要的尺寸链;4) 明确分格尺寸的标注位置;