鋁合金建筑型材作為建筑工程的一種重要原材料，在國民經濟體系中起著基礎性的作用，近年來在房地產產業的拉動下，中國鋁合金建筑型材產量持續走高，而鋁合金建筑型材壁厚作為影響建筑工程質量的重要質量指標，同時又是關系建筑工程造價的經濟指標，在通過計算確保工程質量的前提下合理控制鋁型材壁厚，對于降低鋁資源消耗和建筑工程成本，提高鋁型材的市場競爭力有著重要意義。

為規范市場秩序，防止某些廠家生產不符合質量要求的薄壁型材，杜絕建筑工程中的質量和安全隱患，鋁合金建筑型材的標準及鋁合金門窗及幕墻的標準、規范無一例外的把鋁合金型材壁厚作為保證鋁合金門窗和幕墻質量及確保建筑工程質量和安全的重要指標，而對鋁合金型材壁厚作了硬性規定，如GB5237.1-2008《鋁合金建筑型材 第1部分：基材》強制性條款4.4.1.1.2規定：除壓條、壓蓋、扣板等需要彈性裝配的型材之外,型材最小公稱壁厚應不小于1.2mm；GB/T8478-2008《鋁合金門窗》第5.1.2.1.1條規定：外門窗框扇拼樘框等主要受力桿件所用主型材壁厚應經設計計算或試驗確定。主型材截面主要受力部位基材最小實測壁厚，外門不應低于2.0mm；外窗不應低于1.4mm等，但標準中未對其所規定的最小壁厚提供科學依據或做出合理的解釋。因此在工程設計單位根據具體的工程和實際使用條件進行壁厚的計算和設計時，出現了部分計算壁厚與標準規定有出入的情況，而鋁型材生產企業夾在兩者之間，就該嚴格按照標準要求還是根據設計單位經過計算校核之后的壁厚生產的問題，陷入了困惑和兩難之中，如何充分理解國家標準、行業標準和地方性法律法規中關于鋁合金型材壁厚規定，而又協調工程設計單位的計算結果，生產中合理控制鋁合金建筑型材壁厚，在一定程度上節約鋁資源，是鋁合金建筑型材生產企業必須面對的重要課題。

要使構件安全地工作，即要有足夠的承載荷載的能力，如果構件設計得薄弱，或選用的材料不恰當，不能安全地工作，則會影響到整體的安全工作，甚至造成嚴重事故；另一方面如果構件設計得過于保守，或選用的材料太好，雖然構件整體都能安全工作，但構件的承載能力不能充分發揮，既浪費材料、又增加重量和成本，也是不可取的。顯然，構件的設計是否合理有著相互矛盾的兩個方面，即安全性和經濟性，既要有足夠的承載能力，又要經濟、適用。在材料力學中，衡量構件的承載能力，主要有三方面的內容：強度、剛度、穩定性。而桿件的變形的基本形式主要有以下四種：軸向拉伸或壓縮；剪切；扭轉；彎曲。因鋁合金門窗自重較輕，其在豎框桿件中產生的軸力較小，故軸向拉伸或壓縮也較小，可忽略不計，下面從鋁合金門窗型材桿件最常見的彎曲和剪切變形的強度和剛度校核來闡明壁厚與材料變形的關系，對于鋁合金門窗桿件這類細長構件來說，受荷后起控制作用的往往是桿件的撓度（即桿件的剛度），剛度就是變形不能超過某一允許值,否則就會影響桿件正常的工作，因此進行門窗工程計算，可先按門窗桿件撓度的計算選取合適的桿件，然后進行桿件強度的校核。

撓度(剛度)校驗依據：

根據鋁合金門窗GBT8478-2008

1)單層玻璃，夾層玻璃：fmax<=L/100

2)雙層玻璃，中空玻璃：fmax<=L/150

其中：fmax:為受力桿件最大變形量(mm)

L:為受力桿件長度(mm)

因建筑外窗在風荷載作用下，承受的是與外窗垂直的橫向水平力，外窗各框料間構成的受荷單元，可視為四邊鉸接的簡支板。在每個受荷單元的四角各作45度斜線，使其與平行于長邊的中線相交。這些線把受荷單元分成4塊，每塊面積所承受的風荷載傳遞給其相鄰的構件，每個構件可近似地簡化為簡支梁上呈矩形、梯形或三角形的均布荷載。這樣的近似簡化與精確解相比有足夠的準確度，結果偏于安全，可以滿足工程設計計算和使用的需要。

材料的撓度主要和材料的彎曲剛度EI值有關，E是材料的彈性模量，對同一材料來說是一個常數，對于鋁合金材料而言為70000MPa，I是材料的有效慣性矩，雖然與型材壁厚有一定關系，但主要與截面形狀有關，即增加壁厚不是提高截面有效慣性矩I的最佳途徑，因此型材壁厚不是桿件剛度條件的決定因素。

強度校核依據：彎曲正應力對桿件強度起主導作用，是控制因素。提高桿件的強度，主要依據彎曲正應力強度條件：

彎曲應力校驗依據：σmax=M/W<=[σ]

[σ]:材料的抗彎曲允許應力(N/mm?)

σmax:計算截面上的最大彎曲應力(N/mm?)

M:受力桿件承受的最大彎矩(N.mm)

W:凈截面抵抗矩(mm?)

由此可見，提高桿件強度的主要措施就從降低最大彎矩M，增大截面抵抗矩W值及充分利用材料性能[σ]，其中最大彎矩M的變化主要與載荷作用的位置、方式及支座的位置分布有關，其取決于門窗立面的設計，與型材截面及材料無關，在此不作討論。對型材而言，可通過選擇合理截面，以增大截面抵抗矩W值，桿件的合理截面是指桿件在滿足強度條件的前提下，用較少的材料獲得最大的W值，對于面積A相等而形狀不同的截面，可以用比值W/A作為衡量截面經濟合理的批標，W/A越大,截面就越經濟合理，由于一般截面中，W與其高度的平方成正比，所以，應盡可能地使橫截面面積分布在距中性軸較遠的地方，所以在實際設計中，通過使用加強中梃提高截面的有效慣性矩I和截面抵抗矩W比單純通過中梃增加壁厚經濟合理，從上面的公式還可看出，強度校核中彎曲應力還與材料的性能特性有關，在最大彎矩M和截面抵抗矩W已確定時，可以采用不同的材料或狀態以提高材料的抗彎曲許用應力[σ]，對于鋁合金來說，可通過選擇不同的合金牌號，如6063、6063A、6005、6061等，或不同的熱處理狀態，如T5、T6等來提高材料的抗彎曲許用應力[σ]。因此和桿件剛度校核一樣，型材壁厚可通過其變化導致截面抵抗矩W值的變化，從而影響桿件彎曲應力校核的強度條件，增加壁厚不是提高截面抵抗矩W值的最佳途徑，因此型材壁厚不是桿件彎曲應力校核強度條件的決定因素。

剪切應力校驗依據：τmax=(Q*S)/(I*δ)<=[τ]

[τ]:材料的抗剪允許應力(N/mm?)

τmax:計算截面上的最大剪切應力(N/mm?)

Q:受力桿件計算截面上所承受的最大剪切力(N)

S:材料面積矩(mm?)

I:材料慣性矩(mm^4)

δ:腹板的厚度(mm)

從上式可見，剪切應力除和型材截面參數，如慣性矩I、面積矩S及材料特性[τ]有關外，還和型材腹板的壁厚δ成反比，也就是說增加型材腹板壁厚δ可以減小計算截面上的最大剪切應力τmax，因此型材壁厚不是桿件剪切應力校核強度條件的決定因素之一，但一般材料的抗剪允許應力[τ]遠小于抗彎曲允許應力[σ]，如鋁合金材質6063-T5的[σ]=85.5MPa，[τ]=49.6MPa，[τ]=0.58[σ]，所以一般彎曲應力校驗能通過的，剪切應力也能通過，故可省略。

故對于型材桿件的剛度和強度校核而言，其主要與型材的截面參數如慣性矩I、抵抗矩W等有關，其由截面形狀決定，增加型材壁厚是提高截面參數的一種方法，但不是最佳方法，最好的途徑是應盡可能地使橫截面面積分布在距中性軸較遠的地方，即在保證剛度和強度的前提下，盡可能減小I/A或W/A，這樣型材截面在承載能力和剛度和強度上能保證合理性和經濟性，達到最大的性價比；另外強度校核還右充分利用材料的性能特性，在型材截面確定的前提下，通過選擇不同的合金牌號或熱處理狀態，提高材料的抗彎曲允許應力[σ]，從而滿足桿件的強度條件。故只有在型材的截面和合金狀態確定后，壁厚的增減才是關鍵因素，從而影響桿件的強度和剛度。

以下為使用ansys有限元仿真模擬對型材剛度及強度的計算：

桿件計算長度：2000mm

型材一：

變形最大fmax =4.856mm

彎曲應力最大σmax =73.15Mpa

型材二：

變形最大：fmax =3.698mm

彎曲應力最大：σmax =54.79Mpa

型材三：

變形最大：fmax =2.745mm

彎曲應力最大：σmax =52.66MPa

分析以上計算結果，增大型材壁厚可以增加型材截面參數I和W，從而提高桿件的剛度和強度，從而提高型材的抗變形能力（如型材二），但在不改變型材一壁厚的前提下，改變截面且把截面積盡可能加在遠離中性軸的地方（型材三），型材三的截面積與型材二基本一致，但其慣性矩I和 截面抵抗矩W遠大于型材二，而計算結果顯示，型材三抗變形能力遠高于型材二，故在型材截面積相同即重量線密度相同的情況下，型材三截面更為科學，也說明增加型材壁厚不是提高桿件剛度和強度的最有效手段。

但構件承載能力的三個內容中，還有一個穩定性的問題，對于橫向受力桿件，受彎薄壁梁的截面存在局部失穩的問題，為防止產生壓應力區的局部屈曲，需采取一些方法加以控制，彈性薄板在均勻受壓下的穩定臨界應力可由下式計算：

式中：Ｅ—— 彈性模量；

t —— 截面厚度

ｖ—— 泊松比

—— 截面寬度

—— 彈性屈曲系數，自由挑出部位（邊界條件視為三邊簡支、一邊自由）取0.425，雙側加勁部位（邊界條件視為四邊簡支）取4.0。

由上式可得到型材截面的寬厚比要求，即：

，式中： ｆ—— 型材強度設計值，對于6063-T5鋁合金材質：

對于6063-T6鋁合金材質：

按逢5四舍五入得到：6063-T5時： b/t≤50、6063-T6時： b/t≤40

當壁厚t=1.2mm：6063-T5時： b≤60、6063-T6時： b≤48

當壁厚t=1.4mm：6063-T5時： b≤70、6063-T6時： b≤56

當壁厚t=2.0mm：6063-T5時： b≤100、6063-T6時： b≤80

從按GB 5237.1-2008及GB/T 8478-2008規定的型材最小壁厚計算，滿足桿件局部穩定的型材寬度，壁厚1.2mm及1.4mm時較接近平時窗型材的寬度尺寸，而壁厚2.0mm時的型材最大寬度也接近門型材的最大寬度，從上式也可看出寬厚比也和材料的強度設計值即材料特性有關，可以通過選用不同的材料改變型材的寬厚比要求。綜上所述標準中最小壁厚的規定，在理論上是符合常用門窗型材滿足局部穩定性的寬厚比要求的，由于門窗型材使用的地區，高度，門窗立面不同，其所受的荷載也不相同，應以計算或試驗確定其壁厚，即計算或試驗要求的型材壁厚大于標準的最小壁厚要求，應以計算和試驗值為準，如計算或試驗要求的型材壁厚小于標準的最小壁厚要求，則應取標準規定的型材最小壁厚值。故在目前市場還不是很規范，監控手段還不是很完善的情況下，規定型材最小壁厚對于提高型材抗變形能力，特別是抗局部失穩能力，保證門窗安全，規范市場有較大的作用和重要的意義；但影響材料變形的因素較多，這種一刀切地規定，也可能會造成材料的浪費，成本的上升，建議今后在標準的修訂中，深入研究，逐步完善，形成綜合考慮各種影響因素的規范性條款和圖表。

GB 5237-2008《鋁合金建筑型材》、GB/T 8478-2008《鋁合金門窗》、JGJ 102-2003《玻璃幕墻工程技術規范》均對相關鋁合金建筑型材的最小壁厚進行了規定，但對如何得到最小壁厚未提供合理的解釋，針對上述問題，本文通過理論計算，并利用有限元仿真軟件ANSYS對鋁合金型材壁厚與材料各種典型變形性能的關系進行了計算分析，并通過對計算結果的討論分析，得出鋁合金型材壁厚與材料變形間相互關系的一些結論，并應用這些結論對上述標準中相關規定的科學性進行了討論。