機械錨固技術在門窗安裝工程中的應用及其優勢分析

羅 鵬 張 慶 王仲鋒 蔣文華 盧乙賢 趙 昆

（1.河南僑啟建筑公司有限公司，河南 商丘 476000；2.沈陽騰越建筑工程有限公司，遼寧 沈陽 110000；3.新鄉市匠仁裝飾設計有限公司，河南 新鄉 453000）

0 引言

門窗安裝固定是保障建筑物安全性、節能性、舒適度和美觀度的重要環節。門窗固定的方式也經歷了從傳統的木磚固定到預制混凝土固定的演變。不可否認，傳統門窗安裝工藝在一定程度上保障了建筑物的“兩性兩度”，即安全性、節能性、舒適度和美觀度。然而，隨著新材料、新技術、新工藝和新措施的不斷出現，企業降本提效的不斷升級，傳統門窗安裝工藝的弊端也愈發凸顯。機械錨固技術作為一種新型工藝，利用錨栓和錨孔之間的摩擦作用或鎖鍵作用形成的錨固，能夠有效提升建筑物的“兩性兩度”，有望解決目前傳統門窗安裝工藝的弊端。本文探討機械錨固技術在門窗安裝工程中的應用，并分析其應用優勢。

1 傳統門窗安裝工藝存在的問題

傳統門窗安裝工藝經歷了從傳統的木磚固定到預制混凝土固定的演變，目前仍以預制混凝土塊固定為主流，然而，預制混凝土塊固定的弊端在實際施工過程中也日益凸顯，具體如下：

（1）技術策劃需要提前：在門窗安裝之前需要進行預埋混凝土塊的規劃，包括位置和高程的確定，否則會對后續施工進度造成影響。

（2）成本高：預制混凝土塊的制作和安裝成本較高，需要額外的人工和材料投入。

（3）施工周期長：預制混凝土塊需要在現場進行制作和安裝，施工周期相對較長，會延長工程周期。

（4）可調性差：預制混凝土塊的尺寸和形狀通常是固定的，無法滿足不同門窗尺寸和形狀的需求，可調性較差，此外預制混凝土塊的形狀和尺寸限制了門窗設計的靈活性，難以滿足特殊設計要求[1]。

（5）不易調整和更換：一旦預制混凝土塊固定，調整和更換門窗位置較為困難，對于后期的維修和改動帶來不便[2]。

（6）質量不穩定：預制混凝土塊的質量受到制作和運輸過程中的影響，容易出現尺寸偏差、裂縫等質量問題。

（7）強度不均勻：由于預制混凝土塊的制作過程中難以實現混凝土的均勻性控制，導致固定點的強度不均勻，影響門窗的穩定性和安全性。

（8）施工難度大：制作和安裝預制混凝土塊需要專業的施工人員和設備，對施工技術要求較高。

（9）防水性能差：預制混凝土塊的連接點容易出現滲漏問題，在淋水試驗中滲漏通病頻發，影響門窗的防水性能。

（10）不適用于特殊場所：在地震頻發區域或高風壓區域等特殊地區，預制混凝土塊的固定方式可能無法滿足安全要求。

（11）難以調整水平和垂直度：預制混凝土塊的尺寸和形狀可能存在一定的偏差，難以實現門窗的水平和垂直安裝。

（12）質量隱患：在粉刷前期由于預制混凝土塊成品質量優劣不一，首先需要對基層進行處理，因預制混凝土塊與蒸壓加氣塊材料收縮率、吸水率的不同，不同材料接觸面需施掛鋼絲網，上述措施會對后期施工抹灰帶來質量隱患。

2 機械錨固技術及其在門窗安裝工程中的應用

2.1 機械錨固技術概述

機械錨固技術作為一種重要的工程技術手段，廣泛應用于各類建筑和工程領域。該技術主要依賴于機械原理，通過特定的錨固裝置和結構設計，實現對結構物的穩定固定和連接。機械錨固技術的基本原理是根據機械鎖定效應，利用錨固裝置與結構物之間的摩擦力、擠壓力和鎖緊力等力學作用，實現對結構物的穩定固定。這種固定方式不依賴于材料之間的粘結力，而是借助于錨固裝置與結構物之間的機械作用，通過物理方式將錨固件嵌入基材中，形成強大的連接力，因此具有較高的可靠性和耐久性。基于此，機械錨固技術在各種建筑和工程領域得到廣泛應用，包括但不限于橋梁、高層建筑、地下工程、隧道、礦山、水利工程等。在這些領域中，機械錨固技術常被用于固定鋼筋、鋼板、鋼管等金屬材料，以及混凝土、巖石等非金屬材料，以確保結構物的穩定性和安全性。

2.2 鋼質防火門安裝

2.2.1 施工流程

彈線→基層處理→臨時就位→電鉆開孔→安裝門框→門框與墻體空隙填充→門套線安裝→門扇及五金安裝→校正。

2.2.2 操作步驟及要求

（1）彈線定位：根據設計圖紙上標注的門的尺寸、標高和方向等信息，在相應的墻面上標出門框的位置，并進行標注。這樣可以明確門的位置和尺寸，方便后續門的安裝和施工。

（2）基層處理：在安裝之前，首先需要檢查門洞口的尺寸是否符合鋼質防火門、公區鋼制防火門的尺寸要求，如果不符合，需要進行剔鑿或抹灰處理，以確保門洞口的尺寸符合鋼質防火門、公區鋼制防火門的尺寸要求。同時，如果門洞口存在偏位、不垂直或不方正等問題，也需要進行相應的處理，以確保門的安裝位置和方向正確，避免因門洞問題導致門的安裝不穩定或使用不便。

（3）臨時就位：利用木楔子臨時將鋁合金門放置洞口內，利用水平儀確定連接點位置。

（4）電鉆開孔：根據放好的定位，手持電鉆搭配16mm的梅花鉆頭，依次進行鉆孔且不得少于三個連接點。

（5）安裝門框：待檢查門框垂直、左右縫隙一致、上下位置一致均滿足要求后，利用鍍鋅錨板的一側連接門框，另一側打入已開孔的專用膨脹錨栓（規格為100mm×12mm）。

（6）門框與墻體空隙填充：門框周圍空隙使用膠槍填塞發泡劑，打滿打嚴。如果有多出來的發泡膠，在發泡劑固化前及時地用手按進去，固化后多余發泡劑按要求切割平整。

（7）門套線安裝：待門套后塞口填充料固化后開始安裝門套線。

（8）門扇及五金安裝：確保門扇安裝正確，至關重要的是正確安裝門扇和五金配件，使門間隙均勻，門可以輕松平穩地打開，而不會太緊，太松或反彈。防火門在安裝完畢后，等待消防驗收前，必須確保在防火門門框上正確安裝上部釘掛防火門框標識牌。

2.3 木門安裝

2.3.1 施工流程

彈線→基層處理→打眼塞木楔→門框就位→門框與墻體空隙填充→門套線安裝→門扇及五金安裝→校正。

2.3.2 操作步驟及要求

（1）彈線定位：根據設計圖紙上標注的門的尺寸、標高和方向等信息，在相應的墻面上標出門框的位置，并進行標注。這樣可以明確門的位置和尺寸，方便后續門的安裝和施工。

（2）基層處理：在安裝之前，首先需要檢查門洞口的尺寸是否符合室內木門、公區木質防火門的尺寸要求，如果不符合，需要進行剔鑿或抹灰處理，以確保門洞口的尺寸符合室內木門、公區木質防火門的尺寸要求。同時，如果門洞口存在偏位、不垂直或不方正等問題，也需要進行相應的處理，以確保門的安裝位置和方向正確，避免因門洞問題導致門的安裝不穩定或使用不便。

（3）打眼塞木楔：根據放好的線打眼安裝木楔，間距不大于600mm，按照拼裝好的門框進行洞口復尺，過長的木楔采用切割機進行切除[7]。

（4）門框就位：門框就位洞口后，經校正合格后，采用射釘的方式連接木楔固定門框，確保每邊均有不少于3個連結點并緊湊固定。

（5）門框與墻體空隙填充：門框周圍空隙使用膠槍填塞發泡劑，打滿打嚴。如果有多出來的發泡膠，在發泡劑固化前及時地用手按進去，固化后多余發泡劑按要求切割平整。

（6）門套線安裝：待門套后塞口填充料凝固后開始安裝門套線。

（7）門扇及五金安裝、校正：確保門扇安裝正確，至關重要的是正確安裝門扇和五金配件，使門間隙均勻，門可以輕松平穩地打開，而不會太緊，太松或反彈。

2.4 室內鋁合金門窗安裝

2.4.1 施工流程

彈線→基層處理→臨時就位→電鉆開孔→門框就位→門框與墻體空隙填充→門套線安裝→門扇及五金安裝→校正。

2.4.2 操作步驟及要求

（1）彈線定位：根據設計圖紙上標注的門的尺寸、標高和方向等信息，在相應的墻面上標出門框的位置，并進行標注，從而明確門的位置和尺寸，方便后續門的安裝和施工。

（2）基層處理：在安裝之前，首先需要檢查門洞口的尺寸是否符合鋁合金門的尺寸要求，如果不符合，需要進行剔鑿或抹灰處理，以確保門洞口的尺寸符合鋁合金門的尺寸要求。同時，如果門洞口存在偏位、不垂直或不方正等問題，也需要進行相應的處理，以確保門的安裝位置和方向正確，避免因門洞問題導致門的安裝不穩定或使用不便。

（3）臨時就位：利用木楔子臨時將鋁合金門放置洞口內，利用水平儀確定連接點位置。

（4）電鉆開孔：根據放好的定位，手持電錘搭配10mm的梅花鉆頭（鉆頭直徑與膨脹錨栓直徑一致），依次進行鉆孔且不得少于三個連接點[8]。

（5）門框就位：待檢查鋁合金門垂直、左右縫隙一致、上下位置一致均滿足要求后，利用機械膨脹螺栓直接連接固定門框，另一側依次打入已開孔的膨脹錨栓（規格為M8×100mm）。

（6）門框與墻體空隙填充：門框周圍空隙使用膠槍填塞發泡劑，打滿打嚴。如果有多出來的發泡膠，在發泡劑固化前及時地用手按進去，固化后多余發泡劑按要求切割平整。

（7）門套線安裝：待門套后塞口填充料固化后開始安裝門套線。

（8）門扇及五金安裝：確保門扇安裝正確，至關重要的是正確安裝門扇和五金配件，使門間隙均勻，門可以輕松平穩地打開，而不會太緊，太松或反彈。

3 機械錨固技術實驗驗證

在機械錨固技術應用方案中，以最不利于安裝的GFM-1022-A1.5（甲級）-1 鋼制防火門為例，防火門門扇寬度為1000mm、高度為2200mm，門扇內填充密度為300kg∕m3的膨脹珍珠巖板，門扇內部結構為0.8mm厚鋼板+膨脹珍珠巖板+0.8mm 冷軋鋼板，門框用1.2mm 的冷軋鋼板折彎、拼焊而成，門扇實際尺寸為866mm × 2120mm × 50mm，經計算得到防火門的重量約為95kg[9]。

3.1 膨脹螺栓拉拔錨固力分析

在實際工程施工中，蒸壓加氣塊墻體門窗安裝采用膨脹螺栓固定的情況屢見不鮮，但是門窗安裝膨脹螺栓拉拔強度試驗的強制標準中，沒有蒸壓加氣混凝土墻體的相關試驗要求。

考慮到基層墻體是蒸壓加氣塊，結合螺栓在各類基層墻體中抗拉拔承載力標準值試驗方法（JG∕T366-2012），對專用膨脹錨栓（規格為100mm×12mm）進行門窗安裝膨脹螺栓拉拔強度試驗。實測錨固力見表2所示。

表2 實測錨固力

錨栓抗拉承載力計算：

K=2.6，錨栓樣本數為5個時取3.4

錨栓樣本數為10個時取2.6

樣本數=10

樣本和=2.25+2.17+2.16+2.21+2.24+2.31+2.21+2.27+2.19+2.24=22.25

算術平均值F平均=樣本和∕10=2.23

變異系數V=標準偏差∕算術平均值F平均=0.046∕2.22=0.021

單個錨栓抗拉承載力標準值=算術平均值F平均(1-K×變異系數V)=2.23×（1-2.6×0.021）=2.10kN

3.2 膨脹螺栓剪力分析

在現有的標準、規范上沒有對蒸壓加氣塊墻體上膨脹螺栓的抗剪要求，故參考混凝土結構后錨固技術規程（JGJ145-2013）進行剪力分析。加氣塊專用膨脹螺栓碳素合金鋼的力學性能指標[9]見表3所示，碳素合金鋼材料以最不利條件考慮，fyk按表3取值為180N∕mm2，抗剪受力簡圖見圖1所示。

圖1 抗剪受力簡圖

表3 碳素合金鋼的力學性能指標

由圖1可得，本節點受力情況屬于無杠桿臂的純剪。

單顆錨栓鋼材破壞受剪承載力標準值：

V=0.5×錨栓屈服強度標準值（N∕mm2）×錨栓應力截面面積（mm2）= 0.5 × fyk × A = 0.5 × 180 × 3.14 × 6 ×6 = 10.17kN

即單個錨栓抗拉承載力= 2.10kN＞0.95kN、單顆錨栓鋼材破壞受剪承載力= 10.17kN＞0.95kN，滿足要求。

4 機械錨固技術在門窗工程中的應用優勢

4.1 經濟效應評價

機械錨固技術在門窗工程中的應用，主要材料替換情況見表4所示，輔助材料節約見表所示，安裝工藝調整見表6所示。

表4 主要材料替換費用明細（m3/元）

表5 輔助材料節約費用明細（m3/元）

表6 安裝工藝調整費用明細（m3/元）

綜合表4～表6內容，取消預制混凝土塊采用專用螺栓固定門窗可能會帶來以下經濟效應：

（1）成本節約：使用專用螺栓固定門窗可以簡化安裝過程，減少施工時間和人力成本。相比于傳統的預制混凝土塊安裝方式，螺栓固定門窗在預制混凝土塊安裝上節約了346.1m3∕元、墻面抹灰施掛鋼絲網施工上節約了19.72m2∕元，簡化施工工藝費用上節約了27.11m2∕元。

（2）提高效益：由于螺栓固定門窗的安裝過程更加高效，可以縮短工期，加快工程的交付速度，這將有助于提高項目的效益，減少資金的占用時間，提前實現投資回報。

（3）增加市場競爭力：采用新的門窗安裝方式，可以提高建筑項目的靈活性和多樣性，將有助于滿足不同客戶的需求，提升產品的市場競爭力，擴大市場份額。

4.2 社會效應評價

取消預制混凝土塊改為專用螺栓固定門窗，具有以下社會效應：

（1）安裝便利性：相較于預制混凝土塊，使用專用螺栓進行門窗固定可以簡化安裝過程。螺栓可以直接固定在墻體上，無需預先施工，安裝過程更加簡單和快速，有助于減少施工時間和人力成本、提高施工效率，縮短工期，加快工程的交付速度。

（2）靈活性：使用專用螺栓固定門窗可以提供更大的靈活性。螺栓可以根據具體情況進行調整和調節，以適應不同尺寸和形狀的門窗，這將使得門窗的安裝更加靈活，能夠滿足不同的設計需求和變化的建筑結構。

（3）維護和更換便利性：使用專用螺栓固定的門窗，如果需要進行維護或更換，可以更加方便。螺栓可以相對容易地拆卸和重新安裝，減少維護和更換過程中對建筑結構的干擾和損害。這將有助于降低維護和更換的成本和工作量。

（4）降低施工噪音和擾民程度：相較于預制混凝土塊，使用螺栓固定門窗的安裝過程可能會產生較少的噪音和振動，減少對周圍環境和居民的干擾，提高施工的社會接受度。

4.3 環境效應評價

取消預制混凝土塊改為專用螺栓固定門窗，產生以下環境效應：

（1）減少混凝土使用：取消預制混凝土塊的使用，減少了對混凝土資源的需求。混凝土生產對環境有一定的影響，如能源消耗和二氧化碳排放等。因此，減少混凝土使用可以降低建筑活動對環境的負面影響。

（2）降低建筑廢棄物產生：取消預制混凝土塊的使用，減少了建筑廢棄物的產生。混凝土廢棄物的處理和處置對環境造成一定的壓力，如土地占用和資源浪費等。因此，減少建筑廢棄物的產生可以減輕對環境的負擔。

（3）節約能源：相較于預制混凝土塊的制造和運輸過程，使用螺栓固定門窗可以減少能源的消耗。這有助于降低建筑活動對能源的需求，減少對環境的能源壓力。

5 結束語

綜上所述，基于傳統門窗固定工藝施工過程中出現的問題，結合國家規范及相關標準提出的技術要求，機械錨固技術在門窗工程中應用既能滿足門窗固定，耐久性達到500h無異常的的技術要求，又能保障加氣塊墻體及后續抹灰的質量，節約了施工作業的人力、材料、機具的費用、提高了作業效率，整個安裝工藝在工程建設中顯著實現了降本提效。此外，還能減少對預制混凝土塊的連續開孔工序，降低了作業難度及對周邊環境的影響，更確保了作業中的安全文明施工。另外，減少對混凝土使用的依賴，在門窗的安裝工藝選擇上更加地靈活和便捷。總而言之，基于現有的資源配置，可用資金和技術支持，機械錨固技術在門窗工程中應用能夠產生更大的經濟效益、社會效益和環境效益，具有較大的借鑒意義和推廣價值。