溫度對隔熱斷橋型材的影響

　　【摘要】隔熱斷橋型材是由隔熱條和鋁合金型材復合而成的，本文通過理論數據的計算、工程實例的案例分析，并輔以實驗數據的校核，研究了溫度對隔熱斷橋型材所產生的影響。

　　【關鍵詞】線性膨脹系數;隔熱斷橋型材;熱變形

　　隨著建筑節能指標的不斷提升，促使隔熱斷橋型材的應用越來越廣泛，大家對隔熱型材的相關性能也早已不陌生了。然而我們之前討論比較多的都是隔熱斷橋型材的各項力學性能、穩定性能，以及加工方案等內容。然而對于實際使用時會遇到的問題可能少有人關注，下面我們就對會造成使用困擾的問題來進行研究，尤其是溫度問題。眾所周知，隔熱斷橋型材是由隔熱條和鋁合金型材復合而成的。隔熱條和鋁合金型材的線性膨脹系數雖然比較接近，但是還是有差異的。鋁合金的線膨脹系數是α=2.35X10-5K-1，隔熱條的線性膨脹系數為2.3-3.5X10-5K-1。

　　以泰諾風為例，隔熱條的線性膨脹系數為α=2.8X10-5K-1，取L0=1.5m的桿件長度，溫差變化取∆T=30℃，可以分別計算在沒有約束的情況下兩種材質的溫度熱變形量：隔熱條：∆L=αL0∆T=2.8×10-5×1.5×103×30=1.26mm鋁合金：∆L=αL0∆T=2.35×10-5×1.5×103×30=1.06mm對于門窗而言1.5m的桿件在溫差30℃的情況下，隔熱條和鋁合金型材的溫度變形量僅僅相差0.2mm，大概占到桿件長度的0.01%，加上約束這個變形是可以吸收的。所以隔熱斷橋型材的溫度變形基本是同步的，不會產生型材內部使用上的問題。接下來我們將以一個實際案例來分析一下在溫差比較大的地區熱變形會不會產生使用的問題。

　　1.發現問題

　　客戶發郵件來反映在美洲Gooderham項目上提升推拉門啟閉異常事宜，遇到客戶投訴。客戶反饋的情況如下：

　　1.1其中遭到投訴的10堂推拉門，分布在不同樓層和不同立面。現場的陣風風壓沒有實測過。現場的人體感風壓有時大，有時候小。

　　1.2外扇變形朝室外拱，中間鼓起約4-5mm。內扇幾乎沒有變形，1-2mm變向朝室內拱，目前數據都來自總包，出現的季節集中在冬天，有8樘，1樘在春天，1樘在夏天。關不上的情況都是變形引起。冬天發生的時候，據總包反饋，當稍微出現點太陽的時候，門就可以關上了。最冷的時候因為太冷沒有人開門，所以也沒有數據。

　　1.3勾起沒有變形，關不上的情況非持續性，是偶發且短暫發生。

　　1.4多倫多所有使用此提升推拉門的工程，相隔距離不超過5公里。其他工程沒有出現過類似情況。

　　2.分析問題

　　當地的氣候條件如下：多倫多地區冬季溫度在-10℃左右，體感溫度-16-17℃。最冷的時候可以達到-30℃，體感溫度可以達到-40℃。室內溫度為20-25℃。基本風壓設計值為2.5KN/m2，門的尺寸為2.0×1.0m。出現變形的門基本都處在轉角位置。溫度分析：根據現場反饋可知，室內外溫差最高可達55℃。而勾起的線性膨脹系數為2.8x10-5K-1。由溫度引起的變形量為：=55×2.8×10-5×2.0×1000=3.08mm。計算軟件得出計算數據撓度的值為48.074mm。對于型材而言：線性膨脹系數為2.35x10-5K-1，由溫度引起的變形量為：=55×2.35×10-5×2.0×1000=2.585mm。

　　由軟件計算可得：由上圖計算軟件得出計算數據撓度的值為44.04mm。如果是由溫度引起的變形室外側為低溫，室內側為高溫，變形應該是像室內側彎曲(熱脹冷縮原理)，而不是現場反饋的像室外側彎曲。由以上兩點可知，此變形不是因為溫差造成的。允許的撓度限值是L/180=11mm>9mm，滿足撓度限值要求。實際使用中的5mm<9mm，即滿足設計要求。溫度變形和風壓變形二者疊加后的變形為：44.04-9=35.04mm，不滿足實際使用要求。

　　結論：此工程由溫度變形引起的變形方向與實際出現的方向不符，因而不是由于溫度變形引起的過度變形。而強度設計滿足設計要求。雖然撓度滿足限值要求，但是不滿足實際的使用要求。已經超出了此工程反映的撓度變形的要求。

　　3.解決方案

　　針對以上容易出現的問題，我們綜合考慮了當地的環境溫度的特殊性，以及較大風壓的情況，建議可以采取以下兩種方案來解決和改善這種問題的發生。

　　3.1可以將勾起與型材固定位置的開孔由圓孔改為長圓孔，這樣有利于勾起在溫差下的變形伸縮。

　　3.2增強型材的斷面設計，從而增加型材的強度和有效慣性矩，進而控制型材的撓度和溫度變形。對于復雜環境的區域，建議我們做好強度，撓度相關的力學計算，從而減少或者規避因為方案不足而帶來的使用問題。結論如下：a.常規隔熱條溫差變形比防拱隔熱條要大;b.隨著溫差的不斷增大，防拱型隔熱條的形變率比常規條要低。所以防拱隔熱條的應用也會降低溫差變形對隔熱斷橋門窗的影響。通過以上理論數據的計算、工程實例的案例分析，并輔以實驗數據的校核，我們可以知道溫度引起的熱變形也是不能被忽略的一種現象對于復雜氣候條件的地區，即溫差變化比較大的地區，或者濕度比較大的地區要尤其慎重考慮隔熱斷橋型材的熱變形。

　　而對于這種情況的發生，我們可以采取的解決辦法是先確定力學因素還是溫度因素,如果是力學因素我們可以選擇增加型材斷面、加強剛度,如果是溫度因素可以考慮選擇具有防拱功能的隔熱條。通過對以上方法的選擇，我們能夠實現一些復雜區域的隔熱斷橋型材的設計，可以解決一些不必要問題的發生。讓我們的工程近最大限度的滿足我們的使用需求。對于熱變形的問題此文章拋磚引玉，后續還會有進一步的研究。

　　參考文獻

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　　[2]JGJ102-2013《玻璃幕墻工程技術規范》

　　[3]GBT23615.1-2017《鋁合金建筑型材用隔熱材料第1部分：聚酰胺型材》

　　鋁合金論文范文：鋁合金母線型材生產工藝研究

　　這篇工藝研究論文發表了鋁合金母線型材工藝試驗研究，隨著現代社會的發展，電氣設備越來越多，銅作為一種優良的金屬材料，被廣泛的應用于電氣設備中，但是很多發達國家使用純鋁或鋁合金材料，我國也逐步掌握了生產該合金鋁母線擠壓技術，為今后批量生產此類產品積累了經驗。

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