现在的门窗市场，消费者需要的也不再仅仅是一扇挡风的玻璃，高配置的系统窗可以说是人气不断上升，所以门窗设计师们也越来越多地考虑到了铝合金窗的细节。比如，考虑玻璃自重完全压在室外侧铝腔体上，或者受到负风压作用时，隔热条的承载情况。从挠曲线上也可以看出：负风压作用下的变形更大。因为作用在隔热条上的力最后都传递给了锤头，推测此处的铝型材壁厚需要再考虑。
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——满分的泰叔
昨天双十二，泰叔本想薅一波羊毛，结果挑了半天，下单了一个不参与优惠的Apple 。今天收到快递，觉得这钱花得挺值。笔的细节非常到位，握感舒适，画图流畅。果然细节决定成败，这道理放在哪种产品上都合适。
现在的门窗市场，消费者需要的也不再仅仅是一扇挡风的玻璃，高配置的系统窗可以说是人气不断上升，所以门窗设计师们也越来越多地考虑到了铝合金窗的细节。比如，考虑玻璃自重完全压在室外侧铝腔体上，或者受到负风压作用时，隔热条的承载情况。今天泰叔就想针对这个问题，给各位展示一些力学模型的定性分析和实际型材的受力检测。从中我们能发现一些端倪，探出些隔热型材设计时要注意的薄弱环节。
01
悬臂梁模型
因为试验设备和夹具的限制，型材是切成50mm长的，是悬臂梁。负风压作用下的型材如左图，类似刚架梁，其弯矩分布如右图，可以发现红圈里的拐点是薄弱环节，因为横竖的力矩都是最大。注意到作用在水平部分的弯矩是不变的。
自重下的弯矩分布如下图，作用在水平部分的弯矩是递减的。从挠曲线上也可以看出：负风压作用下的变形更大。
02
隔热型材断面
前面说的悬臂梁公式只能定性分析挠度，因为铝合金的弹性模量是隔热材料的十倍以上，而且断面的高度和宽度比也不严格符合梁的定义。
正因为铝合金和隔热材料的弹性模量差很多，可以推断隔热条的变形量是关键，而且两者之间的连接质量也很重要。以上表中序号1的挠曲线公式，假设隔热条宽度25mm，推演出的挠度变化如下图。因为检测时，夹具固定住了室内型材，因此下图横轴的跨距以隔热条为零点。蓝色曲线是指隔热条用铝合金材料代替。可以看出，隔热条部分的变形占了大头。随着隔热条宽度的增加，变形量会增加。
对于常见的穿双支隔热条的型材来说，隔热区域可以想象成没有腹板的工字梁，后者的设计已经很成熟。据此推测如下：两根隔热条之间的距离越大，整体的刚度越好，变形也小。
03
型材检测结果
泰叔实验室一共进行了三种型材检测：
1、幕墙型材、玻璃自重
2、框型材、下压力
3、负风压
第一组和第二组试验可以看作是相对的（单支条和双支条），后者的隔热条更宽的情况下，其最大抗扭荷载（9.15 N/mm）比前者（5.41 N/mm）大了接近一倍。这符合上面的定性推理（隔热条之间的距离越大，刚度越好）。而试验后，隔热条并未发生断裂等，但隔热条与铝型材的槽口出现了松动。对于单支条来说，一侧的锤头被掰弯了，隔热条可以直接取出。双支条中，靠上的一个槽口里隔热条头部有翻转迹象，出现了明显缝隙（光透射）。因为作用在隔热条上的力最后都传递给了锤头，推测此处的铝型材壁厚需要再考虑。
1、锤头被掰开
2、隔热条旋转，形成了缝隙
需要补充的是，这两组试验型材的变形量都很大（在10mm以上）。这大大超出了密封胶条等的补偿范围。
第三组试验的是负风压作用下的穿双支条（普铝，14.8mm隔热条，24mm隔热条，35.3mm隔热条）型材。典型破坏是铝型材室外悬臂折断。如前所述，此处是个薄弱环节，而且测试时的悬臂部分是单臂结构，抗弯差点。实际上隔热型材所受的力并没有前两组大，所以隔热条头部与槽口无任何松动。
04
实际工况
装配成整窗之后，隔热型材的变形更接近于平面应变状态，而非悬臂梁。因为如下图红圈内的截面变化被束缚了，而且角码能传递一部分力给边框等，因此实际的承载能力应该要好于检测值。
但是整个型材容易发生变形的位置还是一样的，悬臂部分、滚压复合质量、隔热条本身质量值得注意。
实际应用当中，应该根据工程工况来确定合理的外力作用，保证滚压复合的质量的前提下，选择合适形状，宽度，间距的隔热条组合。特殊的甚至可能需要进行锤头改良。
05
结论
通过上述对于自重和负风压作用下的实验室检测以及定性分析，隔热条发生破坏的几率不大，但滚压复合部位要严格控制。而且因为隔热条的弹性模量比较低，导致相应的挠度大，会超过玻璃胶条等的补偿范围，甚至脱落。这可以通过选择合适形状，宽度，间距的隔热条组合来改善。
总结下来就是三个薄弱环节值得注意：隔热条之间的距离、滚压复合质量、隔热条质量。各位看官，如果觉得本文有益，可告诉泰叔更多你想了解的知识，也许下一个专题解答就是为你而来！
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