木塑型材門窗設(shè)計(jì)研究

楊冰冰，宋魁彥

(東北林業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，哈爾濱 150040)

目前中國(guó)有430多億m2的建筑，其中99%是高能耗建筑，保溫隔熱性能的優(yōu)劣是影響建筑能耗最主要的原因，我國(guó)現(xiàn)有居住建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能普遍較低，直接影響了建筑物的保溫隔熱性能［1－2］?！笆濉逼陂g，國(guó)務(wù)院提出了節(jié)能減排的戰(zhàn)略要求和實(shí)施策略、在強(qiáng)化節(jié)能減排目標(biāo)責(zé)任、調(diào)整優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)等多方面提出具體要求，在建筑節(jié)能領(lǐng)域，積極倡導(dǎo)落實(shí)“綠色、環(huán)保、節(jié)能”的口號(hào)［3］。

木塑門窗的主要原材料是廢舊塑料和植物纖維與穩(wěn)定劑、著色劑、填充劑等各類添加劑混合后，經(jīng)過(guò)擠壓加工成型材［4］。由于木塑型材劃分為多個(gè)腔室，致使其導(dǎo)熱系數(shù)較小，具有良好的隔熱性能;門窗所有縫隙均采用橡膠或塑料等密封材料填充，因此木塑門窗具有顯著的保溫、隔熱效果。木塑門窗具有良好的環(huán)境學(xué)屬性，較之其他材料的門窗，木塑門窗在保護(hù)自然環(huán)境、美化建筑物方面，具有不可比擬的優(yōu)勢(shì)。

1 門窗類型

1.1 按使用功能分類

根據(jù)國(guó)標(biāo)GB 5823－86《建筑門窗術(shù)語(yǔ)》的規(guī)定門窗按照用途劃分為防火門，防盜門，保溫門，內(nèi)門，外門等。窗扇結(jié)構(gòu)方式分類，有單玻窗、雙玻窗、三玻窗、百葉窗、換氣窗等;百葉窗又分固定窗、可調(diào)百葉窗和卷簾百葉窗3種。按照開啟方式分為固定窗、平開窗、內(nèi)開下懸窗、推拉窗、旋轉(zhuǎn)窗、下懸窗、異型窗等;在實(shí)際運(yùn)用中，一樘窗不僅可以采用一種開啟方式，也可綜合運(yùn)用多種開啟方式，滿足采光、防盜、美化環(huán)境等需求。

1.2 按照窗型分類

按照窗型分為單元門窗、組合門窗、復(fù)合門窗等形式。單元門窗為最理想的門窗形式，但是由于具體施工條件的限制，在實(shí)際建筑中不僅采用單元門窗，還將多種窗戶形式綜合運(yùn)用，形成樣式靈活多變、功能多樣化的組合門窗、復(fù)合門窗。

單元門窗是將每個(gè)洞口的樘整體窗做成一個(gè)整體為單元的窗，但是由于實(shí)際建筑需要安裝門窗的洞口可能很大，而單元窗的面積過(guò)大，就會(huì)出現(xiàn)門窗變形問(wèn)題，加工條件限制問(wèn)題，包裝，儲(chǔ)存，運(yùn)輸和安全問(wèn)題。因此當(dāng)洞口高度和寬度均在2 400 mm以下時(shí)，一般采用單元門窗的形式，若洞口過(guò)大則要運(yùn)用組合門窗形式。

將兩樘或多樘單元窗組合成一樘窗的門窗形式稱為組合門窗。組合門窗又分為橫向組合形成的“帶形窗”、 “組合門”;豎向組合形成的“條形窗”，窗扇開啟方式為上旋式 (外開)或下懸式(內(nèi)開);門窗組合形成的“門聯(lián)窗”， “門聯(lián)窗”一般多用于陽(yáng)臺(tái)上，“左門右窗”、“右門左窗”和“中門雙窗”等三種組合形式。當(dāng)洞口寬度在2 400 mm以下、寬度在2 400 mm以上時(shí)，應(yīng)該使用帶形組合門窗;當(dāng)洞口寬度在2 400 mm以下、高度在2 400 mm以上時(shí)，應(yīng)使用條形門窗。

復(fù)合組合門窗是在同一個(gè)洞口內(nèi)既有水平橫向的帶形組合窗，又有垂直豎向的條形組合窗的門窗形式。當(dāng)洞口高度和寬度都在2 400 mm以上時(shí)，應(yīng)該使用復(fù)合組合門窗。玻璃幕墻是復(fù)合組合窗的一種表現(xiàn)形式，使用玻璃和骨架以取代部分或是全部外墻，能夠使建筑物顯得豪華、莊重、美觀和氣派，具有很強(qiáng)的裝飾作用;玻璃幕墻分為隱框玻璃幕墻、明框玻璃幕墻和半隱框玻璃幕墻［5］。

2 木塑門窗設(shè)計(jì)

2.1 窗型設(shè)計(jì)

木塑門窗的窗型設(shè)計(jì)是整樘窗設(shè)計(jì)的前提，窗型設(shè)計(jì)影響到窗戶的抗風(fēng)壓性能，保溫性能，生產(chǎn)的成本以及美觀程度。以當(dāng)?shù)氐臍v史條件、地理位置、氣候情況、人們的生活習(xí)慣、生活水平、經(jīng)濟(jì)條件、以及建筑物風(fēng)格和生產(chǎn)技術(shù)等因素為依據(jù)確定窗戶的開啟方式、分格形式、組合方式等，以保證窗型設(shè)計(jì)的科學(xué)、合理性。

2.2 截面設(shè)計(jì)

木塑門窗的截面設(shè)計(jì)包括框型材、增強(qiáng)鋼襯、玻璃壓條、配套五金件窗框型材截面形狀設(shè)計(jì)以及功能性腔室設(shè)計(jì)等重要內(nèi)容。截面外部輪廓的造型直接影響門窗造型;型材壁厚和腔室劃分直接影響到門窗的彎曲強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度、保溫性能等。

2.2.1 截面設(shè)計(jì)原則

(1)截面設(shè)計(jì)要適應(yīng)物料流變特性，應(yīng)符合擠出成型工藝要求，要考慮擠出模具加工制造對(duì)塑料異型材截面形狀的工藝性約束。型材的拐角應(yīng)當(dāng)有適當(dāng)?shù)幕《纫员阌谀＞呒庸?，因?yàn)樾筒膹澖沁^(guò)小，彎角處的熔料流動(dòng)困難，會(huì)引起截面內(nèi)流速不均勻分布，彎角處應(yīng)力集中，擠出型材容易變形;擠出型材要盡量避免交叉重疊部分和單臂的出現(xiàn)，因?yàn)榻徊娌糠掷鋮s較型材的其他部分慢，單臂部分的冷卻較型材其他部分慢，這兩種情況都會(huì)引起型材的翹曲變形;型腔的中空部分不能太小，因?yàn)橹锌詹糠痔?，模頭芯棒相應(yīng)也小，這樣芯棒的強(qiáng)度也有可能不夠，容易引起變形，造成制品的厚薄不勻，而且芯棒過(guò)小時(shí)，安裝固定會(huì)很困難，提高了模頭成本［6］。

由于調(diào)整材料的收縮時(shí)差、熔融物料的流動(dòng)等原因，制品會(huì)出現(xiàn)收縮痕，因此在模具、在截面設(shè)計(jì)時(shí)，截面厚薄應(yīng)均勻，內(nèi)部加強(qiáng)筋的厚度較外壁薄一些;在容易出現(xiàn)收縮痕的部分設(shè)置突緣、凹陷或是花紋來(lái)掩飾。

(2)截面設(shè)計(jì)要考慮當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)壓級(jí)別、年平均溫度以及國(guó)家對(duì)門窗配件的規(guī)定對(duì)門窗截面壁厚、截面形狀的制約條件。型材可視面壁厚，非可視面壁厚，內(nèi)肋壁厚決定了型材慣性矩，慣性矩與型材抗風(fēng)壓性能密切相關(guān)。截面設(shè)計(jì)應(yīng)便于安裝密封條、五金件、防盜欄桿、便于安裝紗窗、紗門，便于安裝固定件與墻體連接、便于建筑施工便于清潔玻璃，便于安裝窗式空調(diào)等。木塑料異型材要滿足建筑的使用要求如:隔熱、隔音、密封、排水性能等。此外截面設(shè)計(jì)應(yīng)考慮該地區(qū)生活習(xí)慣與建筑風(fēng)格，使得門窗能夠起到美化生活環(huán)境的作用。

2.2.2 腔室設(shè)計(jì)

(1)主腔室主要是通過(guò)安裝加強(qiáng)型鋼，增強(qiáng)整窗的承載能力。主腔室高度和寬度決定了裝配型鋼規(guī)格，型鋼規(guī)格和厚度決定了型鋼慣性矩。型材和型鋼兩類材料慣性矩和彈性模量乘積之和組成了門窗的抗彎剛度;材料抗彎剛度決定了門窗抗風(fēng)壓與承受自身重量荷載能力［7－8］。因此，木塑型材的門窗的承受載荷能力和承受應(yīng)力變形能力主要由主腔室決定。

依據(jù)JG/T 131－2000《新聚氯乙烯 (PVC)門窗增強(qiáng)型鋼》的規(guī)定，增強(qiáng)型鋼襯主要為鋁型材或是鍍鋅型鋼，既可以起到增強(qiáng)作用又可以作為連接鎖扣等五金件的錨固件。增強(qiáng)鋼襯的形狀要與所配塑料型材的截面內(nèi)腔吻合，通過(guò)尖角與型材緊密相連，降低了冬季冷空氣通過(guò)墻體傳遞到型鋼上的冷橋效果，提高了熱阻;在門窗制作過(guò)程中，型鋼固定方便、不容易偏移。

(2)其他腔室。門窗型材的其他腔室可劃分為排水腔、保溫腔、五金件固定腔等來(lái)滿足各部分的功能需求。腔數(shù)越多，保溫效果越好?？蛇x擇規(guī)格較大型材，以滿足門窗抗風(fēng)壓、排水和保溫性能的需求。

3 門窗配件

隨著建筑科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，門窗的形制繁多、開啟形式變化多樣，門窗的五金件影響著門窗的牢固度和開啟的靈活性;門窗的密封件影響門窗的抗風(fēng)壓、水密、氣密、保溫隔聲等性能。

3.1 密封配件

GB 12002－89《塑料門窗用密封條》和JG/T 187－2006《建筑門窗用密封膠條》等技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定密封條的截面形狀、尺寸;玻璃密封條槽口、框扇密封條槽口截面設(shè)計(jì)要與的設(shè)計(jì)要素相適應(yīng)，以滿足標(biāo)準(zhǔn)化、批量化生產(chǎn)的要求。玻璃是影響窗戶保溫性能和采光性能的重要因素，不同間距中空玻璃的傳熱系數(shù)不同;從單層玻璃到雙層玻璃，窗戶的傳熱系數(shù)降低將近一倍，增加一層玻璃后，在雙玻之間形成的空氣層 (靜止空氣的導(dǎo)熱率比任何材料都低)增加了窗戶的阻熱作用;但是如果窗框沒有足夠的尺度，三層玻璃的距離太近則阻熱效果就不明顯［5］。

3.2 五金配件

在實(shí)際使用中根據(jù)窗戶的類型、窗型或特殊功能要求合理選擇適合的五金件，我國(guó)建筑門窗常用五金件的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)有:JG/T 124－2007《建筑門窗五金件傳動(dòng)機(jī)構(gòu)用執(zhí)手》，JG/T 126－2007《建筑門窗五金件傳動(dòng)鎖閉器》，JG/T 127－2007《建筑門窗五金件滑撐》，JG/T 128－2007《建筑門窗五金件 撐擋》，JG/T 129－2007《建筑門窗五金件滑輪》，JG/T 130－2007《建筑門窗五金件單點(diǎn)鎖閉器》，JG/T 187－2006《建筑門窗用密封膠條》，JG/T 212－2007《建筑門窗五金件 通用要求》，JG/T 213－2007《建筑門窗五金件 旋壓執(zhí)手》，《JG/T 214－2007建筑門窗五金件 插銷》，JG/T 215－2007《建筑門窗五金件多點(diǎn)鎖閉器》，QB/T 1235－1991《塑料門窗合葉 (鉸鏈)》等。

4 結(jié)論

(1)通過(guò)描述門窗的類別，探討了門窗的分類依據(jù)以及窗型的基本概念和形式，為木塑門窗功能和形制的確定提供了準(zhǔn)則;

(2)通過(guò)闡述木塑門窗的設(shè)計(jì)原則，探討了型材擠出工藝要求和截面設(shè)計(jì)要素以及腔室劃分要求，為木塑門窗截面設(shè)計(jì)提供了依據(jù);

(3)通過(guò)列舉門窗配件的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，探討了傳動(dòng)機(jī)構(gòu)用執(zhí)手、傳動(dòng)鎖閉器、滑撐、撐擋、滑輪等門窗配件的種類，為木塑門窗配件的選用提供準(zhǔn)則。

【參 考 文 獻(xiàn)】

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［5］楊安昌．塑料門窗技術(shù)［M］．北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2003．

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