關(guān)于斷熱型材及計(jì)算

1、.關(guān)于斷熱型材的計(jì)算        斷熱型材是按照組合截面計(jì)算抗彎剛度還是按疊和截面計(jì)算抗彎剛度。按組合截面計(jì)算就是用布爾運(yùn)算將截面相加，按疊和截面計(jì)算就是簡(jiǎn)單的將兩部分截面抗彎剛度數(shù)學(xué)相加。也就是能否考慮中間隔熱材料的抗剪能力。對(duì)于此問題,國家出臺(tái)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),隔熱型材的慣性矩是視其長度來確定,需要檢測(cè)才能出結(jié)果的,因?yàn)樯婕暗矫考倚筒膹S生產(chǎn)工藝的不同其值也不相同,我先貼一個(gè)計(jì)算的過程上來吧,參考B 3 計(jì)算示例通過計(jì)算可得：A1 = 2.55cm2      I1= 4.7162 cm

2、4       1 = 1.39 cmA2 = 1.58cm2      I2 = 0.1584 cm4       2 = 1.87 cm  = 70000N/ mm2     = 150 cm         c = 80 N/ mm2Is = I1+I2+ A1 12 + A2 22  = 4.7162+0.1584+2.55

3、15;1.392 +1.58×1.872 = 15.33 cm4  =（A1 12 + A2 22 ）/ Is =(2.55×1.392 +1.58×1.872)/15.33 = 0.682  = 82.21C = 2/（2+2）= 82.21 /（3.142+82.21) = 0.8928Ief = Is(1-  )/ ( 1-  C ) = 15.33×(1-0.682)/(1-0.682×0.8928) = 12.46 cm4這個(gè)計(jì)算值比隔熱條按鋁材來算小了3

4、cm4左右,上述按長度為1500來計(jì)算,但按2000mm以上來計(jì)算,其截面特性基本同隔熱條按鋁材來計(jì)算,但上述隔熱條是尼龍66的,PVC當(dāng)然也就不同了 三型材強(qiáng)度（復(fù)合慣性矩）        對(duì)于隔熱鋁材能否作為主承重載體而用于大型和高層建筑用窗或幕墻的關(guān)鍵之一，是隔熱鋁材的強(qiáng)度（或復(fù)合慣性矩）能否達(dá)到設(shè)計(jì)方的規(guī)定。那么，注膠式隔熱鋁材、穿條式隔熱鋁材與普通鋁材的強(qiáng)度是否相等呢？我們對(duì)此也進(jìn)行了計(jì)算和分析。我們參考了歐盟的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)（prEN 14024:2000隔熱金屬型材性能要求和測(cè)試試驗(yàn)）和美國的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)（AA

5、MA TIR A8：2004隔熱建筑鋁合金型材結(jié)構(gòu)性能與分析）。為了可以公平性的考量隔熱鋁材的強(qiáng)度差異，在這里我們采用了歐盟prEN 14024:2000標(biāo)準(zhǔn)作為計(jì)算分析的理論依據(jù)。以下為該標(biāo)準(zhǔn)的部分原文翻譯：隔熱型材的有效慣性矩計(jì)算方法B.1 隔熱型材的撓度可以通過常用撓度公式計(jì)算出來，但是要考慮金屬型材彈性結(jié)合的組合慣性矩。B.2 有效慣性矩計(jì)算公式為：Ief = Is（ 1-   ）/ （ 1-   C ）     （1）其中：Is = I1+ I2 + A1  12 +A2 

6、 22 （2）= （A1  12 + A2   22 ）/ Is        （3）C = 2/（2+2 ）                   （4）                      

7、                （5）式中：     Ief   有效慣性矩(單位為cm4)；Is   剛性慣性矩(單位為cm4)；    剛性慣性矩的組合參數(shù)；C    彈性結(jié)合作用參數(shù)；   幾何形狀參數(shù)；    梁的跨度(單位為cm)；c  &

8、#160; 隔熱材料的彈性常數(shù)或組合彈性值(單位為N/mm2)；     鋁合金彈性模量(單位為N/mm2)；A1   A1區(qū)的截面積(單位為cm2)；A2   A2區(qū)的截面積(單位為cm2)；1   A1區(qū)形心到隔熱型材形心的距離(單位為cm)。2   A2區(qū)形心到隔熱型材形心的距離(單位為cm)；I1   A1區(qū)型材慣性矩(單位為cm4)；I2   A2區(qū)型材慣性矩(單位為cm4)。注：1) 因?yàn)槿Q于梁的跨度，所以有效慣

9、性矩是跨度的函數(shù)。對(duì)于大的跨度,其值則接近剛性值。2) C的公式對(duì)于正弦形荷載是嚴(yán)格有效的，而對(duì)于不變載荷以及三角形載荷也具有較高的精確度。B.3 計(jì)算示例：如右圖中所示：    面積A1=253.7mm2         A2=336.3mm2形心距a1=27.3mma2=25.2mm                    a=52.5mm慣性矩I1=12570.2 mm4I

10、2=114422.0 mm4    則IS=I1+I2+A1a12+A2a22 =12570.2+114422.0+253.7×27.32+336.3×25.22=529636.2 mm4=（A1a12+A2a22）/IS =（253.7×27.32+336.3×25.22）/529636.2= 0.762  =ca2 l2/ （EIS）（1 -） 取梁跨l=1000mm，隔熱膠彈性常數(shù)c=1600N/mm2，鋁合金彈性模量E=70000 N/mm2      2 = 160

11、0×52.52×10002/70000×529636.2×0.76×（1-0.76）         = 652.14C=2/（2+2）=652.14/（3.142+652.14）=0.99所以該型材截面的組合慣性矩：Ief=IS(1-)/(1-C)    =529636.2×（1-0.76）/（1-0.76×0.99）=513379.2 mm4該澆注式隔熱型材，若將隔熱膠看作鋁合金，通過計(jì)算機(jī)計(jì)算得到的I值為549217.4 mm4，與上述梁跨

12、l=1000mm的情況下的計(jì)算結(jié)果基本接近，而跨度l越大，通過該方法計(jì)算的結(jié)果越精確。        同樣，對(duì)于結(jié)構(gòu)尺寸一致的穿條式隔熱鋁材，我們也作了計(jì)算分析。由于主要參數(shù)c（隔熱材料的彈性常數(shù)或組合彈性值）相差較遠(yuǎn)，且其他相關(guān)參數(shù)的微量差異，使得兩種隔熱鋁材的復(fù)合慣性距相差較大。具體結(jié)果如圖所示： 澆注隔熱窗的強(qiáng)度優(yōu)勢(shì)        隨著我國人民生活水平的發(fā)展，城市居住條件的改善，對(duì)于門窗的要求也在不斷的提高。門窗是建筑設(shè)計(jì)的重要元素，既可以增加美觀、

13、造型，又可以提高用戶的舒適度。更重要的是高性能的門窗能提高建筑的采光度，顯著彌補(bǔ)建筑使用時(shí)的能耗；在少數(shù)情況下，可以使建筑的使用能耗降低為零。斷熱鋁合金門窗由于其結(jié)構(gòu)性強(qiáng)、造型美觀、表面的色彩及耐老化、節(jié)能，在北美洲、歐洲、日韓市場(chǎng)普遍應(yīng)用，技術(shù)領(lǐng)先，工藝成熟，可供我們借鑒。        自從隔熱材料開始用于鋁合金門窗系統(tǒng)，就有兩種系統(tǒng)在市場(chǎng)處于領(lǐng)先地位，結(jié)構(gòu)膠-就是常說的澆注系統(tǒng)，以及穿條系統(tǒng)。所有成功或著失敗的產(chǎn)品都是基于材料的性價(jià)比。下面來分析這兩種產(chǎn)品的差異，讀者可以根據(jù)自己的工作性質(zhì)來作出判定。一隔熱性能隔熱材料

14、的主要功能就是阻止熱傳導(dǎo)。1圍護(hù)結(jié)構(gòu)總的傳熱絕緣系數(shù)：M0 = Mi + M + Me   K = 1/M0M0-圍護(hù)結(jié)構(gòu)總的傳熱絕緣系數(shù)（m2K/W）Mi-內(nèi)表面?zhèn)鳠峤^緣系數(shù)（m2K/W），0.11（m2K/W）。Me-外表面?zhèn)鳠峤^緣系數(shù)（m2K/W），0.04（m2K/W）。K-圍護(hù)結(jié)構(gòu)總的傳熱系數(shù)（W/m2K）2單層結(jié)構(gòu)傳熱絕緣系數(shù)：   M = /   -材料層厚度（m）-材料熱導(dǎo)率(W/mK)3多層結(jié)構(gòu)傳熱絕緣系數(shù)：M = M1 + M2 + Mn = 1/1 + 2/2  + n/n式中  &

15、#160;M1、M2、 、Mn-各層材料熱絕緣系數(shù)（m2K/W）;       1、2、n-各層材料厚度（m）;       1、2、n-各層材料熱導(dǎo)率（W/mK）.4熱導(dǎo)率（W/mK）:    又導(dǎo)熱系數(shù)。在穩(wěn)定條件下，1米厚的物體，兩側(cè)表面溫度差為1K或10C，單位時(shí)間內(nèi)通過1平方米面積所傳遞的熱量。    鋁合金  - 203（W/mK）     聚苯乙烯泡沫板- 0.05（W/mK）   

16、  擠出PS泡沫板 - 0.030（W/mK）     聚氯乙烯型材  - 0.16（W/mK）     亞松聚氨脂膠  - 0.12（W/mK）     尼龍66（玻璃纖維增強(qiáng)25%）- 0.35（W/mK）4穿條鋁合金斷橋?qū)嵗?jì)算A: 14.8mm穿條鋁合金斷橋位置的K值M0=0.11+0.02/203 + 0.010/0.35+ 0.03/203 +0.04=0.179（m2K/W）K=1/M0=1/0.179

17、=  5.6（W/m2K）  B: 25.0mm穿條鋁合金斷橋位置的K值M0=0.11+0.02/203+0.020/0.35+0.03/203+0.04=0.207（m2K/W）K=1/M0=1/0.207=  4.83（W/m2K）5澆注鋁合金斷橋?qū)嵗?jì)算  A: AA槽澆注鋁合金斷橋位置的K值M0=0.11+0.02/203+0.0052/0.12+0.03/203+0.04=0.193（m2K/W）K=1/M0=1/0.193=  5.18（W/m2K）  B: BB

18、槽澆注鋁合金斷橋位置的K值M0=0.11+0.02/203+0.0064/0.12+0.03/203+0.04=0.203（m2K/W）K=1/M0=1/0.203=  4.93（W/m2K）  C：澆注鋁合金斷橋填充聚苯乙烯泡沫板位置的K值    M0=0.11+0.02/203+0.045/0.05+0.03/203+0.04=1.05（m2K/W）K=1/M0=1/1.05=  0.95（W/m2K）  D: 澆注鋁合金斷橋填充擠出PS泡沫板位置的K值M0=0.11+0.02/203+0.

19、045/0.03+0.03/203+0.04=1.65（m2K/W）K=1/M0=1/1.65=  0.61（W/m2K）6結(jié)論        澆注鋁合金斷橋窗要想達(dá)到理想的K值，只需在框內(nèi)填充廉價(jià)的泡沫塑料。二結(jié)構(gòu)性        結(jié)構(gòu)的整體性是設(shè)計(jì)師在生產(chǎn)中需要考慮的另一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。產(chǎn)品在許多實(shí)際應(yīng)用中銷聲匿跡，原因都是整體性能不佳。結(jié)構(gòu)的整體性可以保證產(chǎn)品在使用期間內(nèi)都能保持最初的性能。在住宅應(yīng)用中需要考慮到抗風(fēng)、颶風(fēng)和其它的惡劣條件

20、，因此要求具有優(yōu)秀的結(jié)構(gòu)性和長效性。在商用設(shè)施中，抗風(fēng)載、抗煎切和偏移都是任何隔熱產(chǎn)品設(shè)計(jì)要考慮的因素。兩種隔熱材料系統(tǒng)的重要的結(jié)構(gòu)特性都可以通過不同ASTM的測(cè)試，來評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)差異。測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)和比較如下：聚氨脂結(jié)構(gòu)膠          玻璃纖維增強(qiáng)尼龍66條    煎切強(qiáng)度（AAMA TIR-A8）100mm            12,000 N       

21、60;      3,700 N沖擊強(qiáng)度（ASTM D 256 ）                   1.02 J/m                0.54 J/m彎曲強(qiáng)度（ASTM D 790）                

22、;    131 N/mm2              123 N/mm2伸長率（ASTM D 638 ）                    65%                    

23、;8%盡管每項(xiàng)的差異很明顯，對(duì)于成品的整體性最重要的方面就是抗風(fēng)壓形變。在門窗受到正風(fēng)壓時(shí)門窗要往屋內(nèi)凹陷變形，門窗的中梃內(nèi)側(cè)的鋁合金型材受到拉伸，門窗的中梃外側(cè)的鋁合金型材受到壓縮，隔熱材料受到剪切應(yīng)力；同理，當(dāng)門窗受到負(fù)風(fēng)壓時(shí)，隔熱材料受到相反的剪切應(yīng)力。因門窗的撓度形變 ( f ) 與材料的彈性模量 ( E )及慣性矩 (I )的乘積成反比，所以隔熱鋁合金型材料的有效慣性矩的大小成為大家關(guān)注的焦點(diǎn)。因鋁合金材料的彈性模量(70000 N/mm2)與隔熱材料的彈性模量（PA= 2500 N/mm2 ;PU=1600 N/mm2）相差懸殊，故在理論計(jì)算上只考慮鋁合金材料的彈性模量。 

24、;       如上圖所示，兩根截面為a×b的材料，中間聯(lián)結(jié)有效時(shí)，其慣性矩為1/12×a(2b)3；聯(lián)結(jié)失效時(shí)，其慣性矩為1/6×ab3。比較一下，相差4倍。而隔熱材料的聯(lián)結(jié)有效程度應(yīng)為以上兩種情況之間。I有效 = Is (1v)/(1vC)Is  = I1 + I2 +A1a12 +A2a22v  = (A1a12 + AA2a22)/ IsC = 2/(2 + 2)2 =ca2L2/(EIs)v(1v)式中： Is-鋼性慣性矩(cm4)   

25、;    v -鋼性慣性矩的組合參數(shù)       C-彈性結(jié)合作用參數(shù)       L-梁的跨度（cm）       A1- A1區(qū)的截面積       A2- A2區(qū)的截面積       a1-A1區(qū)形心到隔熱型材形心的距離(cm)       a2- A2區(qū)形心到隔熱型材形心的距離(cm)    

26、60; I1-A1區(qū)型材的慣性矩（cm4）       I2-A2區(qū)型材的慣性矩（cm4）穿條的c值取80 N/mm2；澆注的c值取1600 N/mm2 。按L=150 cm；a=2 cm；b= 2.5 cm。得：V=0.75。 C（穿條）=0.80；C（澆注）=0.998。I（穿條有效）=0.63 Is ；I（澆注有效）=0.99 Is        以上結(jié)果說明：澆注鋁合金型材的鋼性為0.99，幾乎可視同兩根鋁合金型材為一體，進(jìn)行慣性矩計(jì)算。而穿條鋁合金型材的慣性矩，僅為兩根鋁合金

27、型材為一體時(shí)慣性矩的63%。因此，這就是摩天大樓總是使用澆注隔熱鋁合金型材系統(tǒng)的原因所在。        如果兩種隔熱技術(shù)在慣性矩相等時(shí)，型材的高度也相等，那么在型材的寬度上會(huì)怎么樣呢？以澆注系統(tǒng)的AA槽和穿條系統(tǒng)的14.8mm為例。a. 隔熱區(qū)在中間：0.95(W澆注-6)3=0.63(W穿條-14.8+4.8)3 。W穿條=1.145 W澆注+4        例如：澆注45mm（寬度）=穿條56mm（寬度）   

28、;     澆注50mm（寬度）=穿條61mm（寬度）        澆注55mm（寬度）=穿條66mm（寬度）b. 隔熱區(qū)偏心（3:7）: 0.95(W澆注-6)3=0.70(W穿條-10)3 。W穿條=1.11 W澆注+4        例如：澆注45mm（寬度）=穿條54mm（寬度）        澆注50mm（寬度）=穿條59mm（寬度） 

29、       澆注55mm（寬度）=穿條65mm（寬度）其它三項(xiàng)ASTM測(cè)試項(xiàng)目相互關(guān)聯(lián)。沖擊強(qiáng)度高表明材料在生產(chǎn)、運(yùn)輸、安裝及使用過程中抵抗外力的能力強(qiáng)。伸長率高表明材料在使用過程中受外力時(shí)可變形的能力強(qiáng)，當(dāng)外力變小或消失時(shí)，材料因其卓越的彈性而恢復(fù)至原來的形狀，并吸收大量的沖擊能；且表現(xiàn)為低溫使用能力強(qiáng)（300C）；可進(jìn)行弧型窗的制作而不失復(fù)合強(qiáng)度的降低。三設(shè)計(jì)效果的靈活性    澆注產(chǎn)品在門窗設(shè)計(jì)方面提供很大的靈活性，使設(shè)計(jì)師更有創(chuàng)造性。由于膠的杰出性能可以應(yīng)用到許多類型的型材（彎曲的、寬的、窄的、隱藏的槽）而不用犧牲

30、結(jié)構(gòu)和隔熱型能，因此高密度隔熱膠正在得到廣泛應(yīng)用。令人信服的是幾乎任何非隔熱鋁門窗都可以重新設(shè)計(jì)為澆注產(chǎn)品。另外在需要更換復(fù)古歷史性建筑，相當(dāng)窄的視線且需要隔熱，唯一的選擇只能是澆注隔熱系統(tǒng)。    一些門窗五金件在應(yīng)用到穿條系統(tǒng)時(shí)有時(shí)很困難，因?yàn)檎w型材尺寸和隔熱區(qū)的公差問題。使用澆注隔熱系統(tǒng)可以容易地利用標(biāo)準(zhǔn)門窗五金件來保證正常的工作，源于精確的整體型材精度。在安裝過程中，一般的加固方法會(huì)使穿條系統(tǒng)造成特別的問題，而澆注隔熱系統(tǒng)就和任何標(biāo)準(zhǔn)的門窗產(chǎn)品一樣可以加固。四穩(wěn)定性    澆注隔熱系統(tǒng)在生產(chǎn)時(shí)只要保證180C以上的室溫，通過專業(yè)的澆注設(shè)備及隔熱膠的控制，就能保證隔熱型材的抗拉（高溫、室溫、低溫）和抗剪（高溫、室溫、低溫）指標(biāo)。隨機(jī)抽檢樣品的穩(wěn)定性好。而穿條的一根料的兩端和中間抽檢樣品料段的穩(wěn)定性不好（高溫抗剪相差約10%）；條越寬，越不穩(wěn)定。在德國，穿條的工藝為開齒、穿條、壓合、噴粉、烘烤；以保證抗拉（高溫、室溫、低溫）和抗剪（高溫、室溫、低溫）指標(biāo)。而國內(nèi)穿條的工藝為噴粉、烘烤（目的為兩色），再開齒、穿條、壓合；因帶有噴粉的“牙齒”咬合深度只能保證60%70%，故復(fù)合后的隔熱型材的抗拉（高溫、室溫、低溫）和抗剪（高溫、室溫、低溫）指標(biāo)經(jīng)常不達(dá)標(biāo)，且穩(wěn)定性較差。穿條隔熱系統(tǒng)的開齒工序很關(guān)鍵，鈍了保證不