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

預(yù)制門窗一體化疊合墻板的研發(fā)

■ 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(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)，生產(chǎn)工藝優(yōu)化，制備預(yù)制門窗一體化疊合墻板。對該預(yù)制門窗一體化疊合墻板進(jìn)行工況模擬分析，結(jié)果表明該預(yù)制門窗一體化疊合墻板的應(yīng)力和應(yīng)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(yù)制門窗一體化墻板是在工廠將門窗框與預(yù)制墻板一次澆筑成型的。它由生產(chǎn)工人控制安裝質(zhì)量，并由專業(yè)質(zhì)檢人員檢查，有效保證門窗框質(zhì)量，更能節(jié)約材料用量，提高預(yù)制墻板工業(yè)化程度，縮短施工工期?，F(xiàn)階段的預(yù)制門窗一體化墻板主要用于實(shí)心墻板，但存在一定問題：①門窗框與實(shí)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(huán)境作用下可能與混凝土之間發(fā)生分離。

若以疊合墻板輔以特殊輔材替代普通預(yù)制墻板，在工廠將門窗與疊合墻板澆筑成型，制成預(yù)制門窗一體化疊合墻板，則應(yīng)該可以提高預(yù)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(tǒng)現(xiàn)場門窗安裝所存在的問題，提高工程質(zhì)量。但是，國內(nèi)目前預(yù)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(guān)專業(yè)人士進(jìn)行系統(tǒng)研究，盡早填補(bǔ)我國在這一領(lǐng)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(qiáng)水泥板（圖1），是以硅質(zhì)、鈣質(zhì)材料為主原料，加入植物纖維，經(jīng)過制漿、抄取、加壓、養(yǎng)護(hù)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(xué)性能如表1、2所示。

預(yù)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(shù)相差較大，在長期環(huán)境作用下易發(fā)生分離，產(chǎn)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(shù)，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?jié)B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(yù)制門窗一體化疊合墻板設(shè)計(jì)

預(yù)制門窗一體化疊合墻板設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是窗洞口處窗框與疊合墻板的連接問題。本研究預(yù)制門窗一體化疊合墻板示意圖如圖2所示，由外預(yù)制層、現(xiàn)澆混凝土層、內(nèi)預(yù)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(nèi)預(yù)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(xù)布置。其中，水泥板固定時，一邊與疊合墻板鋼筋進(jìn)行固定，另一邊通過磁性邊模進(jìn)行臨時固定。在現(xiàn)場澆筑混凝土?xí)r，水泥板可作為邊模使用，減少現(xiàn)場施工作業(yè)，免去墻板洞口處現(xiàn)場支模封堵，加快工作效率；洞口處窗框可根據(jù)實(shí)際需要在工廠或者工地現(xiàn)場安裝，可通過十字自攻螺母調(diào)整窗框位置，大大提高方便性。

圖2 預(yù)制門窗一體化疊合墻板節(jié)點(diǎn)示意圖

圖3 預(yù)制門窗一體化疊合墻板生產(chǎn)工藝流程

3 預(yù)制門窗一體化疊合墻板生產(chǎn)工藝

預(yù)制門窗一體化疊合墻板的生產(chǎn)工藝流程如圖3，要求在最大限度保證生產(chǎn)效率的前提下，以對生產(chǎn)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(yù)制門窗一體化疊合墻板在寶業(yè)青浦工廠試生產(chǎn)，其生產(chǎn)過程如圖4～7所示。

為驗(yàn)證所生產(chǎn)預(yù)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(jìn)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(chǎn)的預(yù)制門窗一體化疊合墻板從工廠到施工現(xiàn)場不發(fā)生破壞，有必要對疊合墻板的工況（主要為吊裝和運(yùn)輸）進(jìn)行分析。疊合墻板又稱雙面疊合墻板，為軸對稱構(gòu)件，格構(gòu)鋼筋增強(qiáng)了墻板平面外的剛度，而吊裝及運(yùn)輸工況時，墻板主要是平面內(nèi)受力，因此，通過建立單面墻板的力學(xué)模型可分析各工況下的受力及變形狀態(tài)。根據(jù)《裝配式混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ1—2014）規(guī)定，預(yù)制構(gòu)件運(yùn)輸、吊運(yùn)時，動力系數(shù)宜取1.5，將構(gòu)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(yù)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(qiáng)度設(shè)計(jì)值為C35。

4.1 吊裝工況分析

圖9為單面墻板吊裝有效應(yīng)力圖，應(yīng)力主要集中在鋼筋與預(yù)制構(gòu)件錨固段，應(yīng)力沿著吊筋的錨固長度方向逐漸減小。其中，最大應(yīng)力出現(xiàn)在吊鉤起吊位置，混凝土應(yīng)力達(dá)到1.10MPa，吊筋錨固末端混凝土應(yīng)力為0.22MPa，滿足設(shè)計(jì)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(shù)值圖。可以看出，最大變形發(fā)生在角部，變形最大值為1.03mm，也滿足設(shè)計(jì)要求。

圖4 副框固定圖

5 下層混凝土澆筑

圖6 單板翻轉(zhuǎn)圖

圖7 疊合墻板吊運(yùn)

圖8 窗戶安裝

4.2 運(yùn)輸工況分析

圖12為單面墻板在運(yùn)輸中的有效應(yīng)力圖，應(yīng)力主要集中在支座范圍處，并沿著以支座為原點(diǎn)的擴(kuò)散圓方向逐漸減小。其中，最大應(yīng)力出現(xiàn)在支座位置，混凝土應(yīng)力達(dá)到0.93MPa，滿足設(shè)計(jì)要求。圖13、14分別為運(yùn)輸過程中單面墻板變形圖及其中部變形放大數(shù)值圖?？梢钥闯觯畲笞冃伟l(fā)生在中部，變形最大值為0.02mm，也滿足設(shè)計(jì)要求。

圖9 單面墻板吊裝節(jié)點(diǎn)有效應(yīng)力圖

圖10 單面墻板吊裝變形圖

圖11 角部變形放大數(shù)值圖

圖12 單面墻板在運(yùn)輸中的有效應(yīng)力圖

圖13 單面墻板運(yùn)輸變形圖

圖14 中部變形放大數(shù)值圖

5 結(jié)語

近年來，我國預(yù)制混凝土裝配式建筑得到迅速發(fā)展，相關(guān)預(yù)制裝配式創(chuàng)新技術(shù)不斷涌現(xiàn)。合理提高預(yù)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(fā)展方向之一，也是真正實(shí)現(xiàn)裝配式建筑的必經(jīng)之路。預(yù)制門窗一體化疊合墻板將門窗技術(shù)與疊合墻板技術(shù)相結(jié)合，門窗框既可在工廠安裝，又可根據(jù)需要在施工現(xiàn)場安裝。它的研發(fā)不但可提高PC裝配式建筑的工業(yè)化程度，而且為裝配式建筑提供更多選擇，減少現(xiàn)場工作量，提高施工效率，保證工程質(zhì)量，還能徹底改變傳統(tǒng)建筑業(yè)的施工過程，為人民創(chuàng)造出安靜、優(yōu)雅的高質(zhì)量居住環(huán)境，達(dá)到建設(shè)和諧社會、生態(tài)社會的目標(biāo)。

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(xué)技術(shù)委員會科研計(jì)劃項(xiàng)目（14DZ1202100）。

夏鋒，寶業(yè)集團(tuán)上海公司總經(jīng)理；樊驊，寶業(yè)集團(tuán)股份有限公司副總工程師，寶業(yè)集團(tuán)上海建筑工業(yè)化研究院院長；汪力，寶業(yè)集團(tuán)上海建筑工業(yè)化研究院。