铝合金门窗设计思路（摘要）见解 2008-01-17 16:01:40 阅读978 评论0 字号：大中小
摘 要：铝合金门窗是现在应用最广泛的一类门窗，本文就如何设计出满足建筑要求和功能的铝合金门窗提出一此思路和看法。
门窗作为建筑外围护结构的组成部分，无论是高档建筑、还是普通住宅，都给予了不同的建筑功能和要求，如要满足建筑效果、防雨、采光、通风、视野、保温隔热、隔声等多种功能，才能为人们提供舒适、宁静的室内环境，实现社会可持续发展的要求。铝合金门窗是现在应用最广泛的一类门窗，本文就如何设计出满足建筑要求和功能的铝合金门窗提出一些思路和看法。
一、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。
2．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最终效果的重要一环。在确定颜色时要与建筑设计师、业主等多方共同商定，最终要有建筑设计师的签字确认。
3．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。
4．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。
5．门窗的采光和通风
门窗的通风面积和活动扇数量要满足建筑通风要求；同时门窗的采光面积也应满足《建筑采光设计标准》(GB/T50033-2001)的规定和建筑设计图的要求。《公共建筑节能设计标准》(GB50189-2005)第4。2。4条规定：建筑外窗每个朝向的窗墙面积比均不应大于0。70。当窗墙面积比小于0。40时，玻璃的可见光透射比不应小于0。4。
二、门窗安全性设计
1．门窗铝型材壁厚要求
2．门窗玻璃安全设计
(1)玻璃的选择：玻璃厚度经计算确定，并不宜小于5mm。建筑下列部位的门窗必须采用安全玻璃(钢化玻璃或夹层玻璃)：
(a)7层及7层以上建筑外开窗；
(b)面积大于1。5㎡的窗玻璃；
(c)玻璃底边离最终装修面小于500mm的落地窗；
(d)与水平夹角小于75°倾斜屋顶且距室内地面大于3m的倾斜窗；
(e)玻璃面积大于0。5㎡的有框玻璃门；
(f)无框玻璃门应采用厚度不小于10mm的钢化玻璃。
(2)玻璃与槽口搭接量和其它配合尺寸应符合《铝合金窗》(GB/T8479)中表5和表6的规定。
(3)玻璃与铝合金框槽应采用橡胶垫片柔性接触。
(4)玻璃应进行机械磨边处理，磨轮的目数应在180目以上。
3．五金配件的选择和设计。
4．推拉门窗窗扇与上下框导轨搭接量应不小于10mm，并且必须安装防脱落块和防撞块等安全措施，防止窗扇掉落和开启时碰撞伤人。
5．建筑外墙面玻璃窗活动扇下框距室内地面高度应不低于900mm。特殊情况下如果低于900mm时应采取其它防护安全措施(如增加防护栏杆等)。
6．铝合金门窗连接固定采用的螺钉、螺栓必须采用优质不锈钢制品，以防止电化腐蚀产生螺钉松动。不锈钢螺钉尽量采用机制螺纹，尽量避免使用自攻钉，螺钉连接最好设计成受剪状态。
7．门窗应与墙体可靠连接固定
门窗与墙体连接方法主要有钢附框连接、燕尾铁脚焊接连接、燕尾铁脚与预埋件连接、固定钢片射钉连接、固定钢片金属膨胀螺栓连接等几种。燕尾铁脚厚度应≥3mm。固定钢片厚度≥1。5mm，宽度≥15mm。所有燕尾铁脚和固定钢片表面应进行热浸镀锌处理。门窗连接固定点间距一般在300mm～500mm之间，不能大于500mm。
(1)钢附框适用于门窗与各种墙体的连接，安装精度高，连接可靠，但成本较高。
(2)门窗与钢结构的连接可采用燕尾铁脚焊接连接方法。燕尾铁脚与钢结构的连接用钢条或钢角码焊接调节。
(3)门窗与轻质墙体的连接宜采用燕尾铁脚与预埋件焊接连接方法。燕尾铁脚与预埋件之间用钢条或钢角码焊接调节。
(4)门窗与钢筋混凝土墙体的连接可用固定钢片(或燕尾铁脚)射钉或金属膨胀螺栓连接等。当采用固定钢片连接固定门窗时，门窗四周边框与墙体之间的缝隙应采用水泥砂浆塞缝。水泥砂浆塞缝能使门窗外框与墙体牢固可靠地连接，并对门窗的框料起着重要的加固作用。当缝隙采用聚胺脂泡沫填缝剂或其它柔性材料填塞时，固定钢片应采用燕尾铁脚代替，以保证门窗与墙体的连接固定可靠度。
(5)门窗与砖墙的连接可用固定钢片(或燕尾铁脚)金属膨胀螺栓连接。在砖墙上严禁采用射钉固定门窗。同钢筋混凝土墙体一样，当采用固定钢片时缝隙应采用水泥砂浆塞缝，当缝隙采用聚胺脂泡沫填缝剂或其它柔性材料填塞时，应采用燕尾铁脚固定。
三、铝合金门窗的防水密封设计
1．铝合金门窗水密性能最低控制指标
铝合金门窗水密性能最低指标可按下式取值且不小于250Pa(即铝合金门窗的水密性能不能低于3级指标)：
P=k×μz×μs×W0
式中P：水密性设计取值（Pa）；
w0：基本风压（N/㎡）；
μz：风压高度变化系数；
μs：体形系数，可取1。2；
k：系数，沿海热带风暴和台风地区k值取0。3，其它地方取0。25。
2．门窗结构防水设计
(1)铝合金门窗结构设计时积极采用等压原理，是提高门窗防水密封性能的最有效途径。
(2)活动扇与窗框的搭接量不能过小。平开窗活动扇与窗框的搭接量不宜小于7mm。
(3)尽量采用平开型门窗结构形式，少用或不用推拉型门窗结构形式。由于推拉型门窗活动扇与上下滑轨间存在较大缝隙、且相临的两个窗扇不在同一个平面上，两个窗扇之间没有密封压紧力存在，仅仅依靠毛条进行重叠搭接，而毛条之间存在缝隙，密封作用非常微弱，所以推拉门窗防水密封性能很差。而平开型门窗窗扇和窗框间均设有2～3道密封橡胶胶条密封，在窗扇关闭锁紧后密封橡胶条压得很紧，而且中间空腔很容易形成等压腔，因此可以设计出密封性能非常优越的门窗。
(4)门窗安装玻璃的铝合金玻璃压线宜设计在室内方向，避免玻璃压线与窗框之间的细微缝隙渗水。
(5)推拉类型门窗下滑室内侧要设计足够高的挡水板，否则当室外雨水有一定压力时，雨水将越过挡水板流入室内。
(6)门窗活动扇上部应设置披水板，下部设置排水孔。
(7)组合门窗尽量减少外露拼缝，因为细微缝隙无法采用密封胶密封而产生渗漏。因结构原因无法避免外露拼缝时，则拼缝处型材两接触面形成90°，便于注密封胶密封。
环保与节能
在过去三年中，中国建筑行业蓬勃发展，而对于铝合金节能门窗的需求与用量，更是一日千里。在2000年广州的铝合金，幕墙年会时，当时国内的铝合金隔热型材生产线总数不超过10条。三年来，在国家政策的引导，行业领导，专家的推动及市场的需求下，如今全国的欧式铝合金断桥(穿条式)生产线，已超过150条，使用的厂家也超过120家，2003年的隔热条用量已超过3000万米。市场的迅猛发展诚然可喜可贺！但我们也注意到在这大好时机背后，所隐藏的危机与转机。这里透过铝合金节能门窗在欧洲发展的轨迹，对现在中国市场存在的一些特殊现象，及今后行业如何与国际接轨，竞争作一探讨。
1、欧洲节能门窗的发展
在1970年代，因为中东阿以战争，导致两次石油危机，造成以德国，意大利为主的工业国家深受能源短缺之苦，更加强了他们在新能源开发及节约能源的投人。据统计，一般家庭，公共建筑的能源消耗，有40%-50%使用在空调或取暖上，这其中门窗是否采用节能门窗，又关系到30%-50%的节约效果(依K值大小而定)。因此大力推广节能门窗，既可以发挥立竿见影的节约效果，也成为政府的重要能源政策。
在节能门窗的发展上，以材料的使用范围，分成三大领域，即木门窗，塑钢门窗及铝合金断桥门窗。其中铝合金断热窗又分美式注胶及欧式尼龙断桥两种。下面探讨的重点，主要集中在欧式门窗与门窗系统。
经过30年的发展，欧式铝合金节能窗，从无到有，再发展到现在功能齐全，配备完善，外形美观多小，严格而规范的施工工艺和训练有素，责任性强的施工人员将至关重要。
2、既有建筑物顶层热环境改造
普通住宅由于屋面的保温和隔热性能不符合要求，所以顶楼住户常会经受"夏热冬冷"的煎熬。在康诗丹郡别墅和叶茂别墅等工程中，我们将墙体内保温板复贴在顶层屋面的内侧，夏季温度即由原来的50℃降至3190，获得了住户的一致赞许。另外，此种产品在东、西山墙的节能改造中，也将被广泛应用。
3、楼地面的保温，隔热，隔音和防潮
为了克服以往普通住宅隔层楼板所用的空心预制板存在着抗震性差，易产生裂纹，易渗漏等弊病，而改用厚度仅为80mm- 120mm的现浇实心楼板。因后者厚度远远低于空心预制板的厚度，其隔音效果随之变差。由于墙体内保温板隔音性能优良，许多住户在铺设地板时，选用它作为底垫材料，除了保温隔热外，在隔绝上下楼间的噪声传递和建筑物固体传声方面，都有独到的效果。同时该产品的防潮性能优越，底层住户也可将它铺设在地面下以杜绝潮气。
4、采暖地板
低温地板辐射供暖是将热源埋置于地面下，以被加热的地面作为散热面的一种辐射供热方式。随着各种电加热或热水管材的不断进步，采暖地板在节能住宅中极具发展前途。墙体内保温板作为底垫材料时，在抗压性，安全性，保温性等方面更胜一筹，极具推广价值。
在国家和各地政府有关建筑节能法规和标准的推动下，我国的建筑节能事业正在蓬勃兴起，由于建筑节能在技术层面上是一个涉及热工设计，结构技术，材料技术，施工工艺，物业管理等科学的系统工程，因此培养各方面的专业人才是当前重中之重，也是保证我国建筑节能事业健康发展的关键之一。
整个行业包含系统：(如德国旭格-SCHUCO)，铝材(如海德鲁-HYDRO)，玻璃，隔热条，胶条，门窗五金件，设备及其他配套公司。在整个大行业中，"系统公司"是居于领导的地位，一些有规模，有实力的铝材公司，其本身也有系统部门。而在市场上，工程用户或者一般消费者，一定指定XX品牌的系统门窗。没有系统的门窗，在欧洲可以说是寸步难行！如此看来，系统的重要性，可想而知。
5、系统的设计要求
系统对门窗的定义是，一个好的门窗，必须要有好的气密，水密，隔音，隔热，抗风压，并在设计上，必须考虑以下几点：
1）尽量减少型材截面
大部分的型材批发商或者门窗公司都面临一个相同的问题，型材品种繁多，且容易积压，影响资金流动及管理的困难。比如，不隔热窗，在设计型材时，若考虑内开，外开，活动百叶的共用性，即可以减少型材截面的品种。
2）配件，角码，胶条的统一化
3）工艺的统一，简单化
一般的门窗设计，主要考虑型材断面及五金的配合。很少考虑现场工人生产，制造的方便。如果工人的生产效率愈高，品质的合格率愈高，相对的生产成本就愈低。
4）完善的接点，迎合不同的开启方式
建筑设计师在设计工程时，经常为了建筑物优美的造型效果，会有不同的门窗需求。因此，为了配合工程，良好的系统只要做少部分修改，即可满足需要，不须另起炉灶。对于门与窗，推拉窗(门)与平开窗(门)的接点，亦要有良好设计，不致产生好几根铝型材连在一起，影响视觉美观。同时，并能满足不同的开启需求，如外开，内开，内开内导，外翻，内翻，推拉等功能。
5）良好的整体公差配合，完善的生产工艺
窗结构是由铝型材，玻璃，隔热条，胶条，五金件及加工工艺配合完成，如果没有良好的公差配合，很难生产合格的门窗，因此系统公司在这方面就起到主导的作用。试想我们开的汽车，各个零部件若没有好的公差配合，其结果将会如何 欧洲对于门窗的制造销售，均要求必须通过门窗实验室的检测(如德国的ROSEHEIM )，检测的标准也有明确规定(详看CENTC33)。为了通过检测，良好的公差配合，持续且完善的制作工艺是必须的，例如为了"水密"及防止室内外温差造成"结露"，"排水孔"及"通风孔"的设计就至关重要。
6）对材料的要求
A、五金件：由于铝材与铁材五金存在电位差的关系，易造成铝材腐蚀，因此冷(热)轧铁五金件不宜采用。一般使用的材料，在符合强度的前提下，以不锈钢，铝合金，锌合金及工程塑料为主。
B、胶条：以三元乙丙(EPDM)为主，寒冷地区需要采用硅橡胶。欧洲汽车，均采用EPDM为胶条，对于住家门缉肌光可叱玖癸雪含磨窗的要求，当然也用此材料。
C、隔热条：以尼龙66加25%的玻纤为主。目前尚无其他材料取代，若以PVC代替尼龙66，造成的后果，在实验室均有报告。
7）系统的可扩充性
良好的门窗系统，除了满足目前推拉，平开(内开，内开内导，外开)需求外，还需要在现有的基础上，提升到能与幕墙系统，室内隔断系统，室内门系统相结合，如此，才能称得上完整的系统。"系统发展"可以总结为：(a)门窗必须通过门窗检测实验室及各种相关标准的检测要求;(b)为满足市场存在的各种需求;(c)各配套行业，公司的有效管理，配合;(d)公司在发展过程中，所碰到的问题，错误和改进的心得。很多门窗系统的细节，看似平凡，其实是很多错误总结而积累的经验。因此，系统被欧洲各系统公司，型材公司，视为公司的核心竞争力，它的价值不可估量。消费者认定某一品牌门窗，某一系统，因为它代表着品质，性能的保证。
6、中国市场存在的特殊现象
国内对系统的认识，从早期的雷诺兹，旭格，阿鲁克至与罗克迪先生合作的系统。总的来说，中国市场很大，潜力无穷，但是有些观念，似乎应尽快与国际接轨。
1）窗型结构以大固定，小平开为主
大中国地区，包含中国大陆，台湾，香港，门窗的窗型大多如此。根据门窗公司，房产开发商的意见，此种结构，有造价较便宜，可省五金件，型材成本低，采光好，视觉美观等优点。而从另一方面看，欧洲窗的尺寸较大，采光也不差，但对五金件的强度要求更高，其可以开启，方便清洁，不像中国门窗不易清理，影响市容美观。
2）外开窗使用的一些疑点
A、传统外开窗，使用四连杆摩擦铰链，单层玻璃，如目前大部分的香港，台湾及华南地区所使用的窗型，除了节能，隔音差外基本上无什么缺点。一旦依照"夏热冬冷地区"，"夏热冬暖地区"节能门窗要求，势必需要使用中空玻璃，并可能采用隔热断桥铝材，这将增加单扇门窗重量。若仍采用传统摩擦铰链，因门窗重量至少增加30%，其支撑强度需要重新严格论证，否则危险性必增加！
B、隔热断桥窗，若采用合页铰链，其合页应包住全部铝材。如仍使用非隔热窗外开合页，因未将全部铝材包住，其强度不够，必将造成安全隐患。
C、隔热外开窗将玻璃压条放于室外，有以下缺点：下雨时，雨水会往室内渗漏;不利于防盗;若用打硅胶的方式，注胶于玻璃四周，不利于玻璃的更换，特别是在高楼的门窗。而且注胶工艺若不好，门窗就好像在流鼻涕一般。
D、基本上，欧洲很少使用外开窗，隔热铝材外开窗更是少之又少，其最大的缺点，就是无法清洁门窗，并且对门窗的安全考虑更多。欧洲还是以内开窗，内开内导窗为主，因为对气密，水密，隔音，清洁门窗等都有良好效果。另外，意大利等南欧国家，夏天炎热，对于遮阳百叶的使用极为普遍，易产生部分隔热，防盗效果。
3）隔热条及三元乙丙(EPDM)胶条的使用
目前中国对隔热条的标准，据了解，国家标准讨论稿已出炉，尚未公布实行。目前市场上PVC条的用量超过尼龙66条(含25%玻纤)，这其实是一种倒退。而胶条仍是PVC条，或是假三元乙丙的天下。门窗的气密，水密，隔音特性中，三元乙丙胶条绝对是关键因素。不妨看看高级轿车的胶条，有用PVC条或打硅胶吗 既然人类住在屋里的时间比在汽车里还多，为何如此不注重自己居住的品质 ？
4）对门窗结构，特性及公差的要求
大部分的型材公司目录及其所展示的样品中，对于结构均轻描淡写。对加工工艺，结露的要求，公差的深化等等均不甚理解。总认为市场上哪种窗好卖，就想办法去买一，两扇样品，依样画葫芦仿制，对于深人了解门窗结构则认为是多余的。试问，门窗若没有整体结构的考虑，良好的公差配合(包括型材，胶条，五金件等)，如何生产出合格的门窗 仿制的产品，如何了解公差 没有门窗系统等于没有整体思考的产品，它将会产生很多问题，且将造成大量模具，时间的浪费。意大利在上世纪七十，八十年代，已有不少这种公司的先例。门窗的公差需综合考虑，还需配合加工工艺的标准化，不是买了哪个名牌的型材，五金件，就可以做好门窗。欧洲系统公司的门窗售价，比一般门窗的价格高，因为卖的是品质，技术，性能与服务。
5）对型材壁厚的思考及配套件的要求
根据新的国家标准，对铝型材壁厚要求，门料需达到2．0mm，窗料为1．4mm。对于窗型材1．4mm的壁厚没有问题，只是对于2．0mm的门料感觉有点怀疑。门窗的壁厚，主要在抗风压中，以增加它的强度，在不同地区，不同建筑物高度，不同朝向，都有不同要求。若全部以最低2。Omm要求，显然有点主观。欧洲有很多门料设计是低于2．0mm。从设计的观点，可利用加强筋等合理的不同型材结构设计，既能提高结构强度，又省下不少铝材，何乐而不为 况且，既然提出型材壁厚最低要求，门的重量相对增加，相应的五金件承载重量规定，检测标准也应及时配套，否则下一个安全问题又将发生。
7、中国门窗需尽快与国际接轨
任何产品的发展规律都是从无到有，从有至完善的阶段。我们很欣喜看到国内在铝合金节能门窗的繁荣气象。现在市场上优劣产品参差不齐，很盼望有更多正确的观念能导人市场。政府主管部门，专家，能制订符合国际要求的标准，并持续且严格地执行。
浅谈建筑铝合金门窗幕墙的设计
[提要] 讨论了建筑铝合金幕墙和铝合金门窗的设计说明的主要组成。
[关键词] 设计说明、工程简况、设计依据、设计参数、设计性能、材料选用、施工技术要求。
根据《建筑工程设计文件编制深度规定》中规定，建筑工程设计说明包括设计总说明和各专业设计说明。而根据这几年工作所参加投标的体会与各评标专家组提出的各项问题，作者认为建筑铝合金幕墙和铝合金门窗的设计说明与建筑设计的设计说明有所区别，一般由以下几部分组成：
⑴工程简况
工程简况包括：
a、工程名称；b、工程地址；c、业主名称；d、工程建筑设计单位；e、工程监理单位；f、建筑物概况（建筑结构类型、门窗或幕墙的最大标高、建筑层高等）；g、工程面积：不同结构形式、不同面板材料的门窗、幕墙的分部面积；门窗幕墙的总面积等内容。
⑵设计依据：
a、进行该项门窗、幕墙工程设计所依据的现行国家标准、行业标准以及地方标准的标准名称和标准编号、年号；
b、进行该项门窗、幕墙工程设计所依据的工程所在地各级地方政府的有关规定的名称和文件编号；
c、进行该项门窗、幕墙工程设计所依据的建筑设计院所设计的该工程的建筑设计施工图的图纸名称、出图日期、版次；
e、该项门窗、幕墙工程业主的具体要求（如果有）或工程招标文件的名称、日期。
注：
1、由于在现行国家标准、行业标准以及地方标准中，已经对原材料的标准进行了规定。因此，在设计说明中，原则上没有必要再将材料标准详细列出。
2、当工程中采用了现行国家标准、行业标准以及地方标准中未覆盖的新型材料时，必须详细列出所选用的材料的标准名称、标准号和年号（或版次）。
工程所在地地方政府的有关规定；
其他相关的原材料、产品及工程验收国家及行业标准、规范。
（注：由于当前我国正处于标准和规范换版、修订的高峰期，对于未标明年号的标准、规范，一定要根据工程的具体情况，选用相应年号的标准。）
⑶设计参数
a、工程所在地50年一遇的基本风压；
b、高度Z处的阵风系数；
c、风荷载体型系数；
d、地面粗糙度类别以及风压高度变化系数；
e、幕墙的年温度变化取值；
f、幕墙的自重标准值；
g、幕墙工程是否进行抗震设计，如果进行抗震设计时的，幕墙的设防烈度。
⑷铝合金门窗、建筑幕墙设计性能
a、抗风压性能；
b、水密性能；
c、气密性能；
d、平面内变形性能（仅对于建筑幕墙）；
e、设计要求的其他性能：如：热工性能、光学性能、耐撞击性能、隔声性能等；
⑸防火要求
说明防火构造所采用的形式；用于防火构造的各种材料的名称、品种、规格，以及耐火极限。
⑹防雷要求
说明防雷构造所采用的形式，连接方法，各种构造材料的名称、品种、规格，以及防雷类别、规定的接地电阻。
⑺外装饰造型或选型说明
简要说明建筑幕墙外立面造型特点、类型，铝合金门窗、建筑幕墙所用铝合金型材、立柱、横梁材料规格的选用依据
⑻材料选用
说明直接用于工程中的各种原材料、连接材料、密封材料、焊接采用的材料以及紧固件、五金配件和附件的材质、品种、规格，及各种材料的表面防腐蚀要求的技术质量要求。
⑼施工技术要求（仅对于施工图）
a、说明安装施工过程中关键工序的操作要领、技术要求，检验标准和特殊的检查方法；
b、说明安装施工过程中的安全要求。
⑽新材料、新工艺
主要从改善使用功能、提高工程质量、降低工程成本、加快施工进度等几个方面说明所采用的新材料、新工艺的优点、特性和选用的理由。