建筑幕墙铝型材的模块化设计

铝型材凭借其良好的耐久性、装饰性、易加工等诸多优点在建筑幕墙领域应用十分广泛，随着建筑外立面形式的日新月异，幕墙铝型材的横断面也呈现出不同的外观形式，虽然铝型材的截面千奇百怪，但总有一些规律性的东西贯穿于其中，本文通过对几种幕墙型材的局部截面尺寸分析，总结出型材细部与相关部件的配合关系，引出模块化设计的概念，以达到抛砖引玉的目的，使我们能站在前人的肩上，避免无谓的设计失误，从而少走弯路，不断提升行业技术水平。 　　 1 铝型材与机制螺纹标准件的配合
　　（图一）是一个标准隐框幕墙竖龙骨的横截断面，它的装配节点如（图二），与其配合的相关部件见（图三）。槽口尺寸见（图四），螺钉尺寸见（图五），螺母尺寸见（图六）。



　　现在分析槽口与螺钉、螺母配合尺寸关系。槽口的宽度方向尺寸一为6.5mm，与其配合的十字槽盘头螺钉M6x25（GB818-2000）其螺纹公称直径为6mm（中径5.35mm、小径4.917 mm）。因此螺钉能顺利的置入槽口中，安装过程极为简便。槽口的宽度方向尺寸二为10.5mm，与其配合的六角螺母M6 C级（GB/T41-2000）其螺母两平行边距离为10mm，能保证螺母顺利的穿入铝型材槽口之内，六角螺母两对角距离为10.89mm大于槽口的宽度方向尺寸10.5mm，从而能保证螺母在穿入铝型材槽口之后不会在固定安装螺钉M6x25的 过程中，发生槽口内的螺母与螺栓同时转动（俗称连轴转）而致使螺钉无法拧紧的现象。槽口的深度方向尺寸为14.5mm（14.5=17.5-3）主要考虑以下三方面尺寸①现有螺钉的螺纹长度尺寸规格；②与螺钉配合的弹簧垫圈、平垫圈、玻璃附框压板、螺母的高度尺寸；③螺钉螺纹旋入螺母后伸出部分的螺纹长度。第①项螺钉的螺纹长度尺寸规格为长度超出20mm时以5mm为模数递增。第②项弹簧垫圈、平垫圈、玻璃附框压板、螺母的高度尺寸分别为1.3mm、1.6 mm、10 mm、6.1 mm、再加上铝型材的壁厚3mm合计21.5（玻璃附框压板嵌入竖龙骨型材0.5mm），因此选用螺钉规格为M6x25 ，螺钉伸出螺母部分的螺纹长度为3.5 mm（3.5=25-21.5），在确保螺钉紧固效果的前提下也做到了最经济和节约空间。槽口内的深度尺寸关系为槽深14.5mm，螺母高6.1mm、剩余伸出螺母的螺纹长度为3.5mm，螺纹末端距槽内表面4.9 mm（4.9=14.5-6.1-3.5），使螺栓有足够的剩余间隙空间。

　　（图七）是一个标准的隐框幕墙横龙骨的型材断面，它的装配节点如（图八），与其配合的相关部件见（图九）。横框与玻璃附框压板连接部分安装槽口尺寸关系同前述的竖龙骨完全一致，只是方向改变，故不赘述。现只分析横竖框相连接部分横框槽口的尺寸关系。槽口尺寸见（图十），螺栓尺寸见（图十一）垫圈及螺母尺寸见（图十二）。


　　横框型材槽口的宽度方向尺寸一为5.5mm，与其配合的六角头螺栓C级 规格为M5x25（GB/T5780-2000），其螺纹公称直径5mm（中径4.480mm、小径4.134mm）。因此螺栓能顺利的穿入横框槽口中，安装过程极为容易。横框槽口的宽度方向尺寸二为8.5mm，与其配合的六角头螺栓M5x25C级（GB/T5780-2000）其螺栓头部两平行边公称距离为8mm（最小值为7.64），能保证螺栓顺利的穿入铝型材槽口之内，六角螺栓头部两对角距离为8 . 63mm大于槽口的宽度方向尺寸8.5mm，从而能保证螺栓头部在穿入铝型材槽口之后不会在固定横竖框安装螺栓M5x25的过程中，发生槽口内的螺栓与螺母同时转动致使螺栓无法拧紧的现象。槽口的深度方向尺寸为5 mm主要是考虑螺栓头部的高度为3.5mm，剩余的1.5mm（1.5=5-3.5）还可以容纳螺栓倒角0.2mm和柔性隔离垫片的厚度，并保持一定的安装间隙以利于装配。
　　 2 铝型材与自攻螺纹的配合
　　与自攻钉螺纹配合的铝型材槽口，也存在着标准模块化的尺寸设计。（图十三）是与自攻钉螺纹配合的槽口简图，（图十四）是自攻钉螺纹的细部尺寸。

　　对于自攻钉自攻螺纹相配合的铝型材槽口尺寸φB的要求是其值小于自攻钉螺纹大径D 1同 时大于自攻钉螺纹小径D2 ，这样才能使自攻钉能楔入铝型材槽口内从而保证足够的连接强度，同时自攻钉螺纹大径D 1切 削掉铝型材槽口φB的 铝屑填充于槽口φB与 自攻钉螺纹小径D2之 间。如果槽口φB大 于自攻螺纹小径D2就 会使切削掉的铝屑无处排放，强行固定自攻钉会出现种种问题。不同规格的自攻螺钉螺纹大径D1和小径D2的 极限值见（图十五），配套槽口φB的值见（图十六），自攻螺钉螺纹与配套槽口φB间 隙值见（图十七）。
　　同理与铝型材槽口尺寸φB与 不同规格普通螺纹的配合见（表十八）

　　 3 铝型材与隔热条的配合
　　采用此种标准隔热条槽口设计能延长铝型材挤压模具寿命，减少滚压后表面涂层裂纹的产生，保证隔热型材抗剪性能并易于装配。以上总结了几种常用的铝型材槽口，读者完全将槽口做成标准模块，按照所配合部件的要求不同将标准模块进行组合，应用于型材的截面设计过程中。这就是型材模块化设计的核心理念。
　　 4 标准模块的扩展
　　除了在建筑幕墙领域上述列举的一些标准模块外，在铝合金隔热窗系统中也存在着相类似的情形，比如铝合金隔热型材在开启五金件槽口的截面设计上就应当充分考虑现有几种欧标型材的标准尺寸（见图二十至图二十五）。


　　不仅是型材槽口与标准部件配合时存在模块化设计的问题，推而广之也可以扩展到相互存在装配关系的两个铝型材截面，如（图二十六）的明框幕墙的压板与扣板，（图二十七）的开腔横框型材与其扣盖，只要选中配合关系的型材，其型材断面设计都可以采用以对方型材为基准的“大”模块化设计的理念。

　　 5 结 语
　　总之，采用了模块化设计理念以后，在设计过程中只将注意力集中于型材的特殊部位，而对于标准模块化部位可直接引用，从而大大的提高设计效率并降低设计失误率。本文仅是从最基本的方面阐述了模块化设计的理念，难免有肤浅和不足之处，希望各位专家与读者批评指正。
　　 参考书目：
　　1GB818-2000 《 十字槽盘头螺钉》
　　2GB196-2003 《 普通螺纹 基 本尺寸》
　　3GB/T41-2000 《 六角螺母 C级 》
　　4GB859-87 《 轻型弹簧垫圈》
　　5GB/T95-2002 《 平垫圈 C级 》
　　6GB/T5780-2000《 六角头螺栓 C级 》
　　7GB/T845-2000 《 不锈钢盘头自攻螺钉》
　　8GB5280-2002 《 自攻螺钉用螺纹》