預制門窗一體化疊合墻板的研發

■ 夏 鋒 Xia Feng 樊 驊 Fan Hua 汪 力 Wang Li

預制門窗一體化疊合墻板的研發

■ 夏 鋒 Xia Feng 樊 驊 Fan Hua 汪 力 Wang Li

文章研究以纖維水泥板作為副框，通過節點設計，生產工藝優化，制備預制門窗一體化疊合墻板。對該預制門窗一體化疊合墻板進行工況模擬分析，結果表明該預制門窗一體化疊合墻板的應力和應變滿足工況要求。

門窗一體化；疊合墻板；纖維水泥板；工況模擬分析

0 引言

裝配式建筑中，預制門窗一體化墻板是在工廠將門窗框與預制墻板一次澆筑成型的。它由生產工人控制安裝質量，并由專業質檢人員檢查，有效保證門窗框質量，更能節約材料用量，提高預制墻板工業化程度，縮短施工工期。現階段的預制門窗一體化墻板主要用于實心墻板，但存在一定問題：①門窗框與實心墻板一次澆筑成型，如需更換門窗框較麻煩；②門窗框一般采用金屬材料，在長期環境作用下可能與混凝土之間發生分離。

若以疊合墻板輔以特殊輔材替代普通預制墻板，在工廠將門窗與疊合墻板澆筑成型，制成預制門窗一體化疊合墻板，則應該可以提高預制疊合墻板的裝配化程度，便于門窗的更換；同時還能解決傳統現場門窗安裝所存在的問題，提高工程質量。但是，國內目前預制門窗一體化疊合墻板的研究幾乎為零。這就需要組織相關專業人士進行系統研究，盡早填補我國在這一領域的空缺。

圖1 纖維水泥板

1 纖維水泥板

纖維水泥板又稱纖維增強水泥板（圖1），是以硅質、鈣質材料為主原料，加入植物纖維，經過制漿、抄取、加壓、養護而成的一種新型建筑材料。因纖維水泥板與混凝土一樣，主要膠凝材料都是水泥，因而兩者具有相似的性能。纖維水泥板的物理力學性能如表1、2所示。

預制門窗一體化疊合墻板常用的窗框材料有斷橋鋁合金窗框、塑鋼窗框等，若與混凝土直接接觸，因窗框材料與混凝土兩者的膨脹系數相差較大，在長期環境作用下易發生分離，產生裂縫而漏水。因此，本研究采用纖維水泥板作為副框材料，作為窗框與混凝土之間的一個過渡層。一方面，纖維水泥板與混凝土有著相近的膨脹系數，兩種材料連接緊密；另一方面，纖維水泥板與窗框通過自攻螺釘+密封膠緊密連接，防止滲漏，且纖維水泥板更加方便窗框更換。

表1 纖維水泥板的物理性能

2 預制門窗一體化疊合墻板設計

預制門窗一體化疊合墻板設計的重點是窗洞口處窗框與疊合墻板的連接問題。本研究預制門窗一體化疊合墻板示意圖如圖2所示，由外預制層、現澆混凝土層、內預制層、20mm厚纖維水泥條板、20mm厚木水泥板、窗框組成。

（1）20mm厚木條板通過自攻螺母與20mm厚纖維水泥板固定，一方面可控制內預制層厚度，另一方面作為副框便于窗框更換。

（2）20mm厚纖維水泥板沿墻板洞口四周連續布置。其中，水泥板固定時，一邊與疊合墻板鋼筋進行固定，另一邊通過磁性邊模進行臨時固定。在現場澆筑混凝土時，水泥板可作為邊模使用，減少現場施工作業，免去墻板洞口處現場支模封堵，加快工作效率；洞口處窗框可根據實際需要在工廠或者工地現場安裝，可通過十字自攻螺母調整窗框位置，大大提高方便性。

圖2 預制門窗一體化疊合墻板節點示意圖

圖3 預制門窗一體化疊合墻板生產工藝流程

3 預制門窗一體化疊合墻板生產工藝

預制門窗一體化疊合墻板的生產工藝流程如圖3，要求在最大限度保證生產效率的前提下，以對生產線改動最小為原則，在工廠將門窗副框與混凝土澆筑成型。其中，副框即纖維水泥板在下層鋼筋綁扎完畢后固定，同時木條板通過螺釘固定在纖維水泥板上。本預制門窗一體化疊合墻板在寶業青浦工廠試生產，其生產過程如圖4～7所示。

為驗證所生產預制門窗一體化疊合墻板安裝窗戶的可行性，用臨時支撐將該疊合墻板豎向固定，在工廠進行窗框、窗戶安裝。如圖8所示，窗戶很好地安裝在該疊合墻板上，且窗框更換非常方便。

4 工況模擬分析

為保證工廠生產的預制門窗一體化疊合墻板從工廠到施工現場不發生破壞，有必要對疊合墻板的工況（主要為吊裝和運輸）進行分析。疊合墻板又稱雙面疊合墻板，為軸對稱構件，格構鋼筋增強了墻板平面外的剛度，而吊裝及運輸工況時，墻板主要是平面內受力，因此，通過建立單面墻板的力學模型可分析各工況下的受力及變形狀態。根據《裝配式混凝土結構技術規程》（JGJ1—2014）規定，預制構件運輸、吊運時，動力系數宜取1.5，將構件的自重放大1.5倍，以模擬各種工況下的變形受力狀況。其中，預制門窗一體化疊合墻板尺寸為3m×3m，洞口尺寸為1.5m×1.5m，強度設計值為C35。

4.1 吊裝工況分析

圖9為單面墻板吊裝有效應力圖，應力主要集中在鋼筋與預制構件錨固段，應力沿著吊筋的錨固長度方向逐漸減小。其中，最大應力出現在吊鉤起吊位置，混凝土應力達到1.10MPa，吊筋錨固末端混凝土應力為0.22MPa，滿足設計要求。

圖10為單面墻板吊裝變形圖，圖11為單面板吊裝中的角部變形放大數值圖。可以看出，最大變形發生在角部，變形最大值為1.03mm，也滿足設計要求。

圖4 副框固定圖

5 下層混凝土澆筑

圖6 單板翻轉圖

圖7 疊合墻板吊運

圖8 窗戶安裝

4.2 運輸工況分析

圖12為單面墻板在運輸中的有效應力圖，應力主要集中在支座范圍處，并沿著以支座為原點的擴散圓方向逐漸減小。其中，最大應力出現在支座位置，混凝土應力達到0.93MPa，滿足設計要求。圖13、14分別為運輸過程中單面墻板變形圖及其中部變形放大數值圖。可以看出，最大變形發生在中部，變形最大值為0.02mm，也滿足設計要求。

圖9 單面墻板吊裝節點有效應力圖

圖10 單面墻板吊裝變形圖

圖11 角部變形放大數值圖

圖12 單面墻板在運輸中的有效應力圖

圖13 單面墻板運輸變形圖

圖14 中部變形放大數值圖

5 結語

近年來，我國預制混凝土裝配式建筑得到迅速發展，相關預制裝配式創新技術不斷涌現。合理提高預制混凝土墻體的裝配化程度是我國PC裝配式墻體的重要發展方向之一，也是真正實現裝配式建筑的必經之路。預制門窗一體化疊合墻板將門窗技術與疊合墻板技術相結合，門窗框既可在工廠安裝，又可根據需要在施工現場安裝。它的研發不但可提高PC裝配式建筑的工業化程度，而且為裝配式建筑提供更多選擇，減少現場工作量，提高施工效率，保證工程質量，還能徹底改變傳統建筑業的施工過程，為人民創造出安靜、優雅的高質量居住環境，達到建設和諧社會、生態社會的目標。

Research & Development of Integrated Superimposed Wallboard for Fabricated Window and Door

This paper studied manufacture of integrated superimposed wall board for fabricated window and door with f i ber cement board as sub-frame through node design and production process optimization. The result of simulated working condition analysis to this superimposed wall board for fabricated integrated window and door showed that the stress and strain of this superimposed wall board for fabricated integrated window and door meets requirements of working condition.

door and window integration, superimposed wall board, f i ber cement board, simulated working condition analysis

2016-03-15）

上海市科學技術委員會科研計劃項目（14DZ1202100）。

夏鋒，寶業集團上海公司總經理；樊驊，寶業集團股份有限公司副總工程師，寶業集團上海建筑工業化研究院院長；汪力，寶業集團上海建筑工業化研究院。