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美式塑料门窗异型材断面设计的特点
点击:9 日期:2017-3-23 16:52:03
        塑料异型材的断面设计决定了成吕门窗的各项性能、使用功能、组装工艺、外观造型以及成本造价,它涉及到建筑特点、材料性能、模具设计与制造、门窗五金与配件、门窗的组装工艺与安装,以及使用地区的地理环境、气候条件、消费者的使用习惯以及消费审美观等因素。
        1、美式塑料门窗是在继承传统门窗优点的基础上发展来的。
        美式门窗与欧式门窗从开启方式上分,都有推拉(含提拉)和平开两大类。在长期的发展和使用中,德国等欧洲国家形成以使用平开窗为主;美国的塑料门窗继承了木制门窗异型材断面设计的优点,结合塑料异型材挤出的特性,形成了美善的塑料门窗标准体系。
        在长期的发展和使用中,美式塑料门的开启方式,形成以单推拉、平开门为主。而且尺寸比较大,如推拉门常用尺寸为1800*2100。由于价格的原因,平开门使用较少,单推拉门占据塑料门相当大的市场份额。美国许家庭将塑料门当户外门使用,这一点与我们国家的使用习惯不同。如图一,图二所示。
        美式塑料窗的窗型种类比较多,主要有推拉、提拉、平开三种。推拉窗在使用过程中,又分单推拉窗和双推拉窗两种,由于双推拉窗的密闭效果不如单推拉窗,因此,现在美国市场上,已经很少使用双推拉窗,主要是以单推拉窗为主;提拉窗在使用中的种类比较多,主要有不带翻转单提拉窗、不带翻转双提拉窗、带翻转单提拉窗和带翻转提拉窗。带翻转提拉窗在使用中方便清洁和维护,价格较为适中,因此得到了大量使用。平开窗在使用中,分为单平开和对平开两种,以向外单扇平开为主,基本上很少使用对开的平开窗。
        在美国塑料窗的市场上,基本上是以推拉、提拉窗为主,少量使用平开窗,而在推拉窗使用中又是以单推拉窗为主。
        2、型材的断面设计没有统一的标准和规范化
        美式塑料门窗异型材的断面设计,在美国AAMA和ASTM的标准体系中,没有任何限制性的规定。如型材断面的壁厚没有硬性、统一规定,而是由“买卖的双方认可”。虽然在标准中没有作统一的规定,但美式塑料门窗异型材在长期的发展过程中,各个生产厂家还是达成了共识。一般,推拉窗、提拉窗的可视面壁厚在1.65毫米左右;平开窗的可视面以及与五金件连接安装面的壁厚,在2.00毫米左右;推拉门、平开门的可视面壁厚,在1.80~2.50毫米之间,以2.00毫米居多。在美国的标准体系中,更没有规定诸如“毛条口、压条口、压条脚、拼接口”等所谓功能性结构的统一尺寸。
        在型材的断面设计中,是完全由生产厂家自行设计。但是,在长期的五金件使用中,也形成了一些约定俗成的五金件装配的功能结构尺寸,如安装毛条、密封条的毛条口中、密封条口的尺寸。许多门窗生产制造商在自己所生产的门窗上,都是使用由自行开发设计的五金件,其相应地对型材断面也会有所要求,而与众不同。
        3、型材断面设计是为实现门窗功能、提高使用的性能服务
        美式型材断面设计是从实现门窗性能以及使用功能出发,有利于挤出成型而设计。如窗扇、门扇型材一般都设计为单腔型材,其结构非常简单;为了开启的方便,提拉、推拉窗都设计有手柄扇,如图三,图四中(d)(el所示。为适应美国木质结构房屋的特点,在框型材上都设计有安装翅;为提高提拉窗的排水功能,专门设计有排水功能的提拉窗底框型材;为了满足中梃框、扇或锁、扣扇等和五金件连接、紧固螺丝钉的需要,而设计专用的连接或安装用的螺丝孔、螺丝槽或内筋等小空腔。如图三,图四中(b)(e)所示。
        4、美式型材的型腔设计与内筋设计
        长期以来,人们对美式塑料异型材的认识大都停留在“多腔室”设计,认为型材一般有“9-13个腔室”的粗浅认识上。实际上,美式型材的断面设计、功能的实现以及门窗的外观造型,总体结构上是框包扇的形式。在具体的框、扇设计上,推拉(提拉)门窗的扇型材,是以单腔室设计为主;有的生产商对门扇型材,也开始采用增设排水腔的两腔室结构。
        在提拉窗、推拉窗的框型材的设计中,一般都采用二腔室或三腔室内的结构设计。推拉窗框型材大都是采用三腔室的设计,其原因是推拉窗的扇滑槽中,由于窗扇在开启、闭合的推拉运动过程中,重力的作用会使窗框的扇滑槽产生向下变形,因此,在设计中为此专门设计一条内立筋,起到支撑作用,而形成三腔室内的结婚,这与欧式型材所谓三腔室设计理论,导热节能等没有关系。提拉窗的框型材设计,一般是采用二腔室结构,这是由于在提拉窗的边扇内都安装有平衡器,而改变底框的受力情况,因而在提拉框的设计中普遍采用了二腔室结构设计。如图五所示。
        在推拉窗、提拉窗的扇型材设计中,如图四中各型材,一般采用“b”字形的单腔设计,结构简单;为方便在使用中开启、关闭,特意在侧边扇和锁边扇型材上,增加了手柄设计;为提高窗的密封效果,在锁、扣扇和中梃扇上,增加了扇框对扣后,提高密闭功能的钩、槽设计,使成窗的密封性能有很大提高;如图四中(b)、(e)所示。为紧固锁、扣等五金件,专门设计相应的紧同螺丝用的小空腔或内筋;为提高中梃扇、锁、扣扇抗风压强度和更好地紧固锁、扣等五金件,有时将中梃扇设计为铝合金材料,或按照锁扣扇的内腔结构特点,专门设计了壁厚在2.5~3.0毫米的单壁铝合金内衬型材,它穿人锁扣扇内非常吻合。如图三、图六所示。
        为了利用推拉窗框型材,也可以作为提拉窗的框型材使用,为此而设计了“h”字形的提拉边扇型材,图四中(c)所示,再搭配图四中其他推拉窗的扇型材,就可生产制作不带翻转的提拉窗。这种通用型设计搭配,既简单又实用、灵活,提高型材的利用率,降低生产的成本。
        若按照欧式门窗型材有关角强度的理论和标准,美式推拉或提拉窗扇型材的角强度就很难达到“1400牛顿就更是无从谈起。
        美式平开窗采用涡轮涡杆结构图手摇式开闭器,窗扇可以停留下任意位置,并有自锁功能,开关时手也不必伸到窗外,故可以采用内固定纱窗,装在室内一侧,既简单又清洁,密封性能好。
        但是,其五金件价格偏高,因此,即使在美国平开窗的使用率也不高。如图七所示。
        美式平开窗型材断面设计是比较复杂的,它要满足安装开闭器、风撑、多点锁闭器等五金件的要求,相应地设计了紧固螺丝用的内筋、内槽和小空腔。平开窗的框、扇型材外的壁厚、一般都为2.00毫米左右,因此,美式平开窗的型材断面设计是比较复杂的。
        美式推拉门型材从结构上与推拉窗类似。其型材壁厚一般在1.80~2.00毫米之间,2.5毫米壁厚门型材不多见。由于美式推拉门在使用中,每一樘门都比较宽大,也比较高,所安装的中空玻璃重量是比较大的,为此在设计框型材中,内设增加4~7个内支撑立筋,满足支撑门扇的作用;推拉门的扇型材还是采用“h”字形的单腔设计,只是较为宽大的内腔,可以更好满足内置大尺寸镀锌钢衬和大尺寸滑轮的要求;镀锌钢衬的设计壁厚一般在1.5毫米以上,采用“n”字形或矩形管设计。
        美式平开门窗型材断面设计与美式平开窗的设计有很大的不同,美式平开门的成品门结构与我们平常用的木质门很类似。在使用中有单开,也有对开;门框型材的设计,即可以向内开也可以向外开。门锁五金件安装复杂,与之相对应的型材断面设计也较为复杂,在设计中主要是要考虑为紧固五金件而设计内筋或衬钢型腔。由于美式平开门造价较贵,因此,它在美国使用率也不大。如图八、图九所示。
        5、美式型材断面的型腔设计
        在美式型材断面的型腔设计中,一般是不分所谓的排水腔、衬钢腔的,在美国AAMA和ASTM的标准体系中,更没有“排水通道不得与旋转增强型钢的腔室连通”规定。其主要原因是:1美式门窗的框型材内一般是不装增强型钢,只有在平开门的框型材需要安装合页等五金件,相应的型腔内穿镀锌钢衬或铝合金内衬;推拉窗或提拉窗只在锁扣扇型材中加铝合金内衬;平开窗型材内是不加镀锌钢衬或铝合金内衬的,推拉门的扇型材内需要安装增强型钢或铝合金内衬。2在美国ASTM D4099标准中,对塑料门窗所使用的紧固件、五金件、锚固件等等连结件的材料,都必须“应是铝、不锈钢、或其他与硬PVC相适应的耐腐蚀性材料”,“使用钢制件应按ASTM A165标准中,OS—类规定镀镍和铬”。正是由于这样的标准规定,保证了各种五金件、加强筋等配件的质量和良好的耐腐蚀性能,所以,在型材的型腔设计中,一般没有刻意设计排水腔或五金腔,从而简化型材的断面设计。
        6、美式型材断面的保温性能、隔音性能设计
        在我国对欧式型材的保温性能,以及不同结构的塑料门窗型材的传热研究已经很成熟了;但是,对美式型材的保温性能研究,存在明显不足,因而,对美式型材的保温性能研究,存在明显不足,因而,对美式门窗的保温性能、节能特点的认识还不甚了解。
        美式塑料门窗的框包扇结构,是具有良好的保温、隔音性能,框、扇搭配自然的形成复合式的多腔室保温、隔音结构;如图三、图七、图十所示。同时,美式门窗的框型材厚度大,宽度小,其成品门窗的采交效果,明显提高;正是由于成品美式门窗扇框宽度较小,使型材传导的热量大大减少。例如,以洞口尺寸为1.5*1.2米,面积为1.8平方米的美式单推拉窗为例,成窗的框扇宽度为5.5厘米,中梃宽度为2.8厘米,这样可以计算出,成窗型材的面积为0.3331平方米,成窗玻璃的面积为1.469平方米,成窗的塑料型材外可见面积,只占成窗面积的18%。由此可得出,从门窗的框扇型材上所传导的热量、声音是少量的,而大部分的热量和声音都是通过玻璃进行传导的。因此,要提高塑料门窗的保温和隔音性能,重点是要选择好的保温、隔热和隔音下玻璃,以及提高成品门窗的密封性能。
        欧式型材窗框或门框的扇框,一般都是由同一种型材焊接,在焊接后,多型腔结构型材因拥有几个密闭空间,可以使导热和传音系数大大降低。同时,由外壁端面画一直线到内壁端面,穿过几个型腔,声音在传递过程中同样需穿过这几个密封型腔的腔室由室外传到室内,在传递过程中,型材的弹性系数与空气弹性系数不一样,声音经过多层过滤后,不同频率的声波也逐渐消解。因此,欧式型材断面设计时,尽量采用多腔室结构。
        美式型材在设计时,一般比较讲究各个型材的功能的组合搭配,如在带翻转双提拉窗的框设计中,有时两侧框、底框、顶框、是分别采用三种不同的型材,其断面设计上,两个侧框设计有安装提拉装置用的平衡器滑槽,顶框的扇槽中设计有毛条槽,可以提高成窗密封性能,底框设计有利于排水斜面,进而改善成窗的排水性能;一般的,提拉窗和推拉门穿的扇框都采用三种不同的型材,通过独有的锁扣扇和中梃扇以及手柄扇设计,提搞了提拉窗和推拉门窗的密封性能、水密性能、何温性能、隔音性能。
        三种不同功能的型材的焊接后,由于型材的型腔在设计上是不同的,所以各个型腔间就不能形成密闭的空间,这样美式成品门窗的扇框的导热和传音效率,与欧式型材单一型材焊接后导热和传音的效率比较,是有一定差异的。但是成品门窗的塑料扇、框型材外可见面积,占成品门窗面积的比例较小,因此从门窗的框扇型材上所传导的热量、声音也是少量的,有限的。要提高塑料门窗的保温和隔音性能,重点是要选择好的保温、隔热和隔音玻璃,以及提高成品门窗的密封性能。
        成品门穿的密封性能,水密性能、保温性能、隔音性能的提高,首先,要有科学的断面设计,精巧合理的搭配组合;其次,要使用优质的密封件,如由橡胶和海绵或者由无纺布和海面复合而成的密封条,其密封性能非常优异,如图九所示,再次,是玻璃的选择以及装配方式。
        美式型材断面设计应体现优美的造型、组合功能强、有新颖性,创造性和适用性。
        7、美式型材断面的抗风压和加强衬筋设计
        PVC塑料的材料性能特点是韧性好,刚性不足,因此,塑料型材的断面,无论是美式还是欧式型材,单凭其型材本身无法满足门窗抗风压的要求,美式型材的锁扣扇、中梃扇的断面一般采用单腔设计,这样可以使用较大的断面的加强衬筋,这些加强衬筋采用铝型材或镀锌型钢,同时,加强衬筋又作为连接锁扣等五金件的锚固件。如在铝加强衬筋上设计有专门用于固定窗锁的螺丝槽。如图四、图十一所示。
        8、美式型材断面的个性化装饰性设计
        美式异型材外廓造型细腻、活泼,框材内、外可视面大多以平面或斜面或曲面造型;在外观设计过程中,使用流线型、圆弧、斜面和曲面可以使窗立面显得线条流畅,美观大方。
        成窗追求提供最大的可视面积和采光效果,外形美观包括内部的斜角框架和窗扇,细长的轮廓和圆滑的流线。如图十二、图十三所示。
        在美国AAMA和ASTM的标准体系或其它的标准规范中,虽然没有壁厚、型腔样式等要求,也没有统一的所谓“功能结构型尺寸”。
        但是,在市场上流通销售的塑料异型材以及塑料门窗产品,都必须符合并达到AAMA和ASTM的标准体系中AAMA303和ASTMD4726以及ASTMD4099标准中相关规范要求;而塑料异型才的断面、型腔、壁厚、功能结构性装配尺寸、型材的外形等等,都不作出具体的规定或要求。正是这种开放的、无拘束的氛围,形成美式塑料门窗“百花齐放,百家争鸣”的繁荣市场。
 
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