鋁合金型材壁厚與材料變形性能的研究

　　【中國幕墻網(wǎng)】鋁合金建筑型材作為建筑工程的一種重要原材料，在國民經(jīng)濟體系中起著基礎(chǔ)性的作用，近年來在房地產(chǎn)產(chǎn)業(yè)的拉動下，中國鋁合金建筑型材產(chǎn)量持續(xù)走高，而鋁合金建筑型材壁厚作為影響建筑工程質(zhì)量的重要質(zhì)量指標(biāo)，同時又是關(guān)系建筑工程造價的經(jīng)濟指標(biāo)，在通過計算確保工程質(zhì)量的前提下合理控制鋁型材壁厚，對于降低鋁資源消耗和建筑工程成本，提高鋁型材的市場競爭力有著重要意義。

　　為規(guī)范市場秩序，防止某些廠家生產(chǎn)不符合質(zhì)量要求的薄壁型材，杜絕建筑工程中的質(zhì)量和安全隱患，鋁合金建筑型材的標(biāo)準及鋁合金門窗及幕墻的標(biāo)準、規(guī)范無一例外的把鋁合金型材壁厚作為保證鋁合金門窗和幕墻質(zhì)量及確保建筑工程質(zhì)量和安全的重要指標(biāo)，而對鋁合金型材壁厚作了硬性規(guī)定，如GB5237.1-2008《鋁合金建筑型材 第1部分：基材》強制性條款4.4.1.1.2規(guī)定：除壓條、壓蓋、扣板等需要彈性裝配的型材之外,型材最小公稱壁厚應(yīng)不小于1.2mm;GB/T8478-2008《鋁合金門窗》第5.1.2.1.1條規(guī)定：外門窗框扇拼樘框等主要受力桿件所用主型材壁厚應(yīng)經(jīng)設(shè)計計算或試驗確定。主型材截面主要受力部位基材最小實測壁厚，外門不應(yīng)低于2.0mm;外窗不應(yīng)低于1.4mm等，但標(biāo)準中未對其所規(guī)定的最小壁厚提供科學(xué)依據(jù)或做出合理的解釋。因此在工程設(shè)計單位根據(jù)具體的工程和實際使用條件進行壁厚的計算和設(shè)計時，出現(xiàn)了部分計算壁厚與標(biāo)準規(guī)定有出入的情況，而鋁型材生產(chǎn)企業(yè)夾在兩者之間，就該嚴格按照標(biāo)準要求還是根據(jù)設(shè)計單位經(jīng)過計算校核之后的壁厚生產(chǎn)的問題，陷入了困惑和兩難之中，如何充分理解國家標(biāo)準、行業(yè)標(biāo)準和地方性法律法規(guī)中關(guān)于鋁合金型材壁厚規(guī)定，而又協(xié)調(diào)工程設(shè)計單位的計算結(jié)果，生產(chǎn)中合理控制鋁合金建筑型材壁厚，在一定程度上節(jié)約鋁資源，是鋁合金建筑型材生產(chǎn)企業(yè)必須面對的重要課題。

　　要使構(gòu)件安全地工作，即要有足夠的承載荷載的能力，如果構(gòu)件設(shè)計得薄弱，或選用的材料不恰當(dāng)，不能安全地工作，則會影響到整體的安全工作，甚至造成嚴重事故;另一方面如果構(gòu)件設(shè)計得過于保守，或選用的材料太好，雖然構(gòu)件整體都能安全工作，但構(gòu)件的承載能力不能充分發(fā)揮，既浪費材料、又增加重量和成本，也是不可取的。顯然，構(gòu)件的設(shè)計是否合理有著相互矛盾的兩個方面，即安全性和經(jīng)濟性，既要有足夠的承載能力，又要經(jīng)濟、適用。在材料力學(xué)中，衡量構(gòu)件的承載能力，主要有三方面的內(nèi)容：強度、剛度、穩(wěn)定性。而桿件的變形的基本形式主要有以下四種：軸向拉伸或壓縮;剪切;扭轉(zhuǎn);彎曲。因鋁合金門窗自重較輕，其在豎框桿件中產(chǎn)生的軸力較小，故軸向拉伸或壓縮也較小，可忽略不計，下面從鋁合金門窗型材桿件最常見的彎曲和剪切變形的強度和剛度校核來闡明壁厚與材料變形的關(guān)系，對于鋁合金門窗桿件這類細長構(gòu)件來說，受荷后起控制作用的往往是桿件的撓度(即桿件的剛度)，剛度就是變形不能超過某一允許值,否則就會影響桿件正常的工作，因此進行門窗工程計算，可先按門窗桿件撓度的計算選取合適的桿件，然后進行桿件強度的校核。

　　撓度(剛度)校驗依據(jù)：

　　根據(jù)鋁合金門窗GBT8478-2008

　　1)單層玻璃，夾層玻璃：fmax<=L/100

　　2)雙層玻璃，中空玻璃：fmax<=L/150

　　其中：fmax:為受力桿件最大變形量(mm)

　　L:為受力桿件長度(mm)

　　因建筑外窗在風(fēng)荷載作用下，承受的是與外窗垂直的橫向水平力，外窗各框料間構(gòu)成的受荷單元，可視為四邊鉸接的簡支板。在每個受荷單元的四角各作45度斜線，使其與平行于長邊的中線相交。這些線把受荷單元分成4塊，每塊面積所承受的風(fēng)荷載傳遞給其相鄰的構(gòu)件，每個構(gòu)件可近似地簡化為簡支梁上呈矩形、梯形或三角形的均布荷載。這樣的近似簡化與精確解相比有足夠的準確度，結(jié)果偏于安全，可以滿足工程設(shè)計計算和使用的需要。

　　材料的撓度主要和材料的彎曲剛度EI值有關(guān)，E是材料的彈性模量，對同一材料來說是一個常數(shù)，對于鋁合金材料而言為70000MPa，I是材料的有效慣性矩，雖然與型材壁厚有一定關(guān)系，但主要與截面形狀有關(guān)，即增加壁厚不是提高截面有效慣性矩I的最佳途徑，因此型材壁厚不是桿件剛度條件的決定因素。

　　強度校核依據(jù)：彎曲正應(yīng)力對桿件強度起主導(dǎo)作用，是控制因素。提高桿件的強度，主要依據(jù)彎曲正應(yīng)力強度條件：

　　彎曲應(yīng)力校驗依據(jù)：σmax=M/W<=[σ]

　　σmax:計算截面上的最大彎曲應(yīng)力(N/mm)

　　M:受力桿件承受的最大彎矩(N.mm)

　　W:凈截面抵抗矩(mm)

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