关于断热型材及计算.doc

关于断热型材的计算断热型材是按照组合截面计算抗弯刚度还是按叠和截面计算抗弯刚度按组合截面计算就是用布尔运算将截面相加，按叠和截面计算就是简单的将两部分截面抗弯刚度数学相加也就是能否考虑中间隔热材料的抗剪能力对于此问题,国家出台的相关标准,隔热型材的惯性矩是视其长度来确定,需要检测才能出结果的,因为涉及到每家型材厂生产工艺的不同其值也不相同,我先贴一个计算的过程上来吧,参考B 3 计算示例通过计算可得：A1 = 2.55cm2 I1= 4.7162 cm4 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+2.55×1.392 +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 = λ2/（π2+λ2）= 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这个计算值比隔热条按铝材来算小了 3cm4 左右,上述按长度为 1500 来计算,但按 2000mm 以上来计算,其截面特性基本同隔热条按铝材来计算,但上述隔热条是尼龙 66 的,PVC 当然也就不同了三．型材强度（复合惯性矩）对于隔热铝材能否作为主承重载体而用于大型和高层建筑用窗或幕墙的关键之一，是隔热铝材的强度（或复合惯性矩）能否达到设计方的规定。

那么，注胶式隔热铝材、穿条式隔热铝材与普通铝材的强度是否相等呢？我们对此也进行了计算和分析我们参考了欧盟的相关标准（prEN 14024:2000《隔热金属型材性能要求和测试试验》）和美国的相关标准（AAMA TIR A8：2004《隔热建筑铝合金型材结构性能与分析》）为了可以公平性的考量隔热铝材的强度差异，在这里我们采用了欧盟 prEN 14024:2000 标准作为计算分析的理论依据以下为该标准的部分原文翻译：隔热型材的有效惯性矩计算方法B.1 隔热型材的挠度可以通过常用挠度公式计算出来，但是要考虑金属型材弹性结合的组合惯性矩B.2 有效惯性矩计算公式为：Ief = Is•（ 1- ）/ （ 1- • C ） （1）其中：Is = I1+ I2 + A1 12 +A2 22 （2）= （A1 12 + A2 22 ）/ Is （3）C = λ2/（π2+λ2 ） （4）（5）式中： Ief — 有效惯性矩(单位为 cm4)；Is — 刚性惯性矩(单位为 cm4)；— 刚性惯性矩的组合参数；C — 弹性结合作用参数；λ — 几何形状参数；— 梁的跨度(单位为 cm)；c — 隔热材料的弹性常数或组合弹性值(单位为 N/mm2)；— 铝合金弹性模量(单位为 N/mm2)；A1 — A1 区的截面积(单位为 cm2)；A2 — A2 区的截面积(单位为 cm2)；1 — A1 区形心到隔热型材形心的距离(单位为 cm)。

2 — A2 区形心到隔热型材形心的距离(单位为 cm)；I1 — A1 区型材惯性矩(单位为 cm4)；I2 — A2 区型材惯性矩(单位为 cm4)注：1) 因为 λ 取决于梁的跨度，所以有效惯性矩是跨度的函数对于大的跨度,其值则接近刚性值2) C 的公式对于正弦形荷载是严格有效的，而对于不变载荷以及三角形载荷也具有较高的精确度B.3 计算示例：如右图中所示：面积 A1=253.7mm2A2=336.3mm2形心距 a1=27.3mma2=25.2mm a=52.5mm惯性矩 I1=12570.2 mm4I2=114422.0 mm4则 IS=I1+I2+A1a12+A2a22 =12570.2+114422.0+253.7×27.32+336.3×25.22=529636.2 mm4υ=（A1a12+A2a22）/IS =（253.7×27.32+336.3×25.22）/529636.2= 0.76λ2 =ca2 l2/ [（EIS）υ（1 -υ）] 取梁跨 l=1000mm，隔热胶弹性常数 c=1600N/mm2，铝合金弹性模量 E=70000 N/mm2λ2 = 1600×52.52×10002/[70000×529636.2×0.76×（1-0.76）]= 652.14C=λ2/（π2+λ2）=652.14/（3.142+652.14）=0.99所以该型材截面的组合惯性矩：Ief=IS•(1-υ)/(1-υ•C)=529636.2×（1-0.76）/（1-0.76×0.99）=513379.2 mm4该浇注式隔热型材，若将隔热胶看作铝合金，通过计算机计算得到的 I 值为 549217.4 mm4，与上述梁跨l=1000mm 的情况下的计算结果基本接近，而跨度 l 越大，通过该方法计算的结果越精确。

同样，对于结构尺寸一致的穿条式隔热铝材，我们也作了计算分析由于主要参数 c（隔热材料的弹性常数或组合弹性值）相差较远，且其他相关参数的微量差异，使得两种隔热铝材的复合惯性距相差较大具体结果如图所示：浇注隔热窗的强度优势随着我国人民生活水平的发展，城市居住条件的改善，对于门窗的要求也在不断的提高门窗是建筑设计的重要元素，既可以增加美观、造型，又可以提高用户的舒适度更重要的是高性能的门窗能提高建筑的采光度，显著弥补建筑使用时的能耗；在少数情况下，可以使建筑的使用能耗降低为零断热铝合金门窗由于其结构性强、造型美观、表面的色彩及耐老化、节能，在北美洲、欧洲、日韩市场普遍应用，技术领先，工艺成熟，可供我们借鉴自从隔热材料开始用于铝合金门窗系统，就有两种系统在市场处于领先地位，结构胶---就是常说的浇注系统，以及穿条系统所有成功或着失败的产品都是基于材料的性价比下面来分析这两种产品的差异，读者可以根据自己的工作性质来作出判定一．隔热性能隔热材料的主要功能就是阻止热传导1．围护结构总的传热绝缘系数：M0 = Mi + M + Me K = 1/M0M0-----围护结构总的传热绝缘系数（m2•K/W）Mi-----内表面传热绝缘系数（m2•K/W），0.11（m2•K/W）。

Me-----外表面传热绝缘系数（m2•K/W），0.04（m2•K/W）K-----围护结构总的传热系数（W/m2•K）2．单层结构传热绝缘系数：M = δ/λδ-----材料层厚度（m）λ-----材料热导率(W/m•K)3．多层结构传热绝缘系数：M = M1 + M2 +•••+ Mn = δ1/λ1 + δ2/λ2 +•••+ δn/λn式中 M1、M2、••• 、Mn-----各层材料热绝缘系数（m2•K/W）;δ1、δ2、•••、δn-----各层材料厚度（m）;λ1、λ2、•••、λn-----各层材料热导率（W/m•K）.4．热导率（W/m•K）:又导热系数在稳定条件下，1 米厚的物体，两侧表面温度差为 1K 或 10C，单位时间内通过 1 平方米面积所传递的热量铝合金 ----- 203（W/m•K）聚苯乙烯泡沫板----- 0.05（W/m•K）挤出 PS 泡沫板 ----- 0.030（W/m•K）聚氯乙烯型材 ----- 0.16（W/m•K）亚松聚氨脂胶 ----- 0.12（W/m•K） 尼龙 66（玻璃纤维增强 25%）----- 0.35（W/m•K）4．穿条铝合金断桥实例计算A: 14.8mm 穿条铝合金断桥位置的 K 值M0=0.11+0.02/203 + 0.010/0.35+ 0.03/203 +0.04=0.179（m2•K/W）K=1/M0=1/0.179= 5.6（W/m2•K）B: 25.0mm 穿条铝合金断桥位置的 K 值M0=0.11+0.02/203+0.020/0.35+0.03/203+0.04=0.207（m2•K/W）K=1/M0=1/0.207= 4.83（W/m2•K）5．浇注铝合金断桥实例计算A: AA 槽浇注铝合金断桥位置的 K 值M0=0.11+0.02/203+0.0052/0.12+0.03/203+0.04=0.193（m2•K/W）K=1/M0=1/0.193= 5.18（W/m2•K）B: BB 槽浇注铝合金断桥位置的 K 值M0=0.11+0.02/203+0.0064/0.12+0.03/203+0.04=0.203（m2•K/W）K=1/M0=1/0.203= 4.93（W/m2•K）C：浇注铝合金断桥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（m2•K/W）K=1/M0=1/1.05= 0.95（W/m2•K）D: 浇注铝合金断桥填充挤出 PS 泡沫板位置的 K 值M0=0.11+0.02/203+0.045/0.03+0.03/203+0.04=1.65（m2•K/W）K=1/M0=1/1.65= 0.61（W/m2•K）6．结论浇注铝合金断桥窗要想达到理想的 K 值，只需在框内填充廉价的泡沫塑料。

二．结构性结构的整体性是设计师在生产中需要考虑的另一个标准产品在许多实际应用中销声匿迹，原因都是整体性能不佳结构的整体性可以保证产品在使用期间内都能保持最初的性能在住宅应用中需要考虑到抗风、飓风和其它的恶劣条件，因此要求具有优秀的结构性和长效性在商用设施中，抗风载、抗煎切和偏移都是任何隔热产品设计要考虑的因素两种隔热材料系统的重要的结构特性都可以通过不同 ASTM 的测试，来评价设计差异测试标准和比较如下：聚氨脂结构胶 玻璃纤维增强尼龙 66 条 煎切强度（AAMA TIR-A8）100mm 12,000 N 3,700 N冲击强度（ASTM D 256 ） 1.02 J/m 0.54 J/m弯曲强度（ASTM D 790） 131 N/mm2 123 N/mm2伸长率（ASTM D 638 ） 65% 8%尽管每项的差异很明显，对于成品的整体性最重要的方面就是抗风压形变。

在门窗受到正风压时门窗要往屋内凹陷变形，门窗的中梃内侧的铝合金型材受到拉伸，门窗的中梃外侧的铝合金型材受到压缩，隔热材料受到剪切应力；同理，当门窗受到负风压时，隔热材料受到相反的剪切应力因门窗的挠度形变 ( f ) 与材料的弹性模量 ( E )及惯性矩 (I )的乘积成反比，所以隔热铝合金型材料的有效惯性矩的大小成为大家关注的焦点因铝合金材料的弹性模量(70000 N/mm2)与隔热材料的弹性模量（PA= 2500 N/mm2 ;PU=1600 N/mm2）相差悬殊，故在理论计算上只考虑铝合金材料的弹性模量如上图所示，两根截面为 a×b 的材料，中间联结有效时，其惯性矩为 1/12×a(2b)3；联结失效时，其惯性矩为 1/6×ab3比较一下，相差 4 倍而隔热材料的联结有效程度应为以上两种情况之间I 有效 = Is• (1–v)/(1–v•C)Is = I1 + I2 +A。