■ 夏 锋 Xia Feng 樊 骅 Fan Hua 汪 力 Wang Li

预制门窗一体化叠合墙板的研发

■ 夏 锋 Xia Feng 樊 骅 Fan Hua 汪 力 Wang Li

文章研究以纤维水泥板作为副框，通过节点设计，生产工艺优化，制备预制门窗一体化叠合墙板。对该预制门窗一体化叠合墙板进行工况模拟分析，结果表明该预制门窗一体化叠合墙板的应力和应变满足工况要求。

门窗一体化；叠合墙板；纤维水泥板；工况模拟分析

0 引言

装配式建筑中，预制门窗一体化墙板是在工厂将门窗框与预制墙板一次浇筑成型的。它由生产工人控制安装质量，并由专业质检人员检查，有效保证门窗框质量，更能节约材料用量，提高预制墙板工业化程度，缩短施工工期。现阶段的预制门窗一体化墙板主要用于实心墙板，但存在一定问题：①门窗框与实心墙板一次浇筑成型，如需更换门窗框较麻烦；②门窗框一般采用金属材料，在长期环境作用下可能与混凝土之间发生分离。

若以叠合墙板辅以特殊辅材替代普通预制墙板，在工厂将门窗与叠合墙板浇筑成型，制成预制门窗一体化叠合墙板，则应该可以提高预制叠合墙板的装配化程度，便于门窗的更换；同时还能解决传统现场门窗安装所存在的问题，提高工程质量。但是，国内目前预制门窗一体化叠合墙板的研究几乎为零。这就需要组织相关专业人士进行系统研究，尽早填补我国在这一领域的空缺。

图1 纤维水泥板

1 纤维水泥板

纤维水泥板又称纤维增强水泥板（图1），是以硅质、钙质材料为主原料，加入植物纤维，经过制浆、抄取、加压、养护而成的一种新型建筑材料。因纤维水泥板与混凝土一样，主要胶凝材料都是水泥，因而两者具有相似的性能。纤维水泥板的物理力学性能如表1、2所示。

预制门窗一体化叠合墙板常用的窗框材料有断桥铝合金窗框、塑钢窗框等，若与混凝土直接接触，因窗框材料与混凝土两者的膨胀系数相差较大，在长期环境作用下易发生分离，产生裂缝而漏水。因此，本研究采用纤维水泥板作为副框材料，作为窗框与混凝土之间的一个过渡层。一方面，纤维水泥板与混凝土有着相近的膨胀系数，两种材料连接紧密；另一方面，纤维水泥板与窗框通过自攻螺钉+密封胶紧密连接，防止渗漏，且纤维水泥板更加方便窗框更换。

表1 纤维水泥板的物理性能

2 预制门窗一体化叠合墙板设计

预制门窗一体化叠合墙板设计的重点是窗洞口处窗框与叠合墙板的连接问题。本研究预制门窗一体化叠合墙板示意图如图2所示，由外预制层、现浇混凝土层、内预制层、20mm厚纤维水泥条板、20mm厚木水泥板、窗框组成。

（1）20mm厚木条板通过自攻螺母与20mm厚纤维水泥板固定，一方面可控制内预制层厚度，另一方面作为副框便于窗框更换。

（2）20mm厚纤维水泥板沿墙板洞口四周连续布置。其中，水泥板固定时，一边与叠合墙板钢筋进行固定，另一边通过磁性边模进行临时固定。在现场浇筑混凝土时，水泥板可作为边模使用，减少现场施工作业，免去墙板洞口处现场支模封堵，加快工作效率；洞口处窗框可根据实际需要在工厂或者工地现场安装，可通过十字自攻螺母调整窗框位置，大大提高方便性。

图2 预制门窗一体化叠合墙板节点示意图

图3 预制门窗一体化叠合墙板生产工艺流程

3 预制门窗一体化叠合墙板生产工艺

预制门窗一体化叠合墙板的生产工艺流程如图3，要求在最大限度保证生产效率的前提下，以对生产线改动最小为原则，在工厂将门窗副框与混凝土浇筑成型。其中，副框即纤维水泥板在下层钢筋绑扎完毕后固定，同时木条板通过螺钉固定在纤维水泥板上。本预制门窗一体化叠合墙板在宝业青浦工厂试生产，其生产过程如图4～7所示。

为验证所生产预制门窗一体化叠合墙板安装窗户的可行性，用临时支撑将该叠合墙板竖向固定，在工厂进行窗框、窗户安装。如图8所示，窗户很好地安装在该叠合墙板上，且窗框更换非常方便。

4 工况模拟分析

为保证工厂生产的预制门窗一体化叠合墙板从工厂到施工现场不发生破坏，有必要对叠合墙板的工况（主要为吊装和运输）进行分析。叠合墙板又称双面叠合墙板，为轴对称构件，格构钢筋增强了墙板平面外的刚度，而吊装及运输工况时，墙板主要是平面内受力，因此，通过建立单面墙板的力学模型可分析各工况下的受力及变形状态。根据《装配式混凝土结构技术规程》（JGJ1—2014）规定，预制构件运输、吊运时，动力系数宜取1.5，将构件的自重放大1.5倍，以模拟各种工况下的变形受力状况。其中，预制门窗一体化叠合墙板尺寸为3m×3m，洞口尺寸为1.5m×1.5m，强度设计值为C35。

4.1 吊装工况分析

图9为单面墙板吊装有效应力图，应力主要集中在钢筋与预制构件锚固段，应力沿着吊筋的锚固长度方向逐渐减小。其中，最大应力出现在吊钩起吊位置，混凝土应力达到1.10MPa，吊筋锚固末端混凝土应力为0.22MPa，满足设计要求。

图10为单面墙板吊装变形图，图11为单面板吊装中的角部变形放大数值图。可以看出，最大变形发生在角部，变形最大值为1.03mm，也满足设计要求。

图4 副框固定图

5 下层混凝土浇筑

图6 单板翻转图

图7 叠合墙板吊运

图8 窗户安装

4.2 运输工况分析

图12为单面墙板在运输中的有效应力图，应力主要集中在支座范围处，并沿着以支座为原点的扩散圆方向逐渐减小。其中，最大应力出现在支座位置，混凝土应力达到0.93MPa，满足设计要求。图13、14分别为运输过程中单面墙板变形图及其中部变形放大数值图。可以看出，最大变形发生在中部，变形最大值为0.02mm，也满足设计要求。

图9 单面墙板吊装节点有效应力图

图10 单面墙板吊装变形图

图11 角部变形放大数值图

图12 单面墙板在运输中的有效应力图

图13 单面墙板运输变形图

图14 中部变形放大数值图

5 结语

近年来，我国预制混凝土装配式建筑得到迅速发展，相关预制装配式创新技术不断涌现。合理提高预制混凝土墙体的装配化程度是我国PC装配式墙体的重要发展方向之一，也是真正实现装配式建筑的必经之路。预制门窗一体化叠合墙板将门窗技术与叠合墙板技术相结合，门窗框既可在工厂安装，又可根据需要在施工现场安装。它的研发不但可提高PC装配式建筑的工业化程度，而且为装配式建筑提供更多选择，减少现场工作量，提高施工效率，保证工程质量，还能彻底改变传统建筑业的施工过程，为人民创造出安静、优雅的高质量居住环境，达到建设和谐社会、生态社会的目标。

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）

上海市科学技术委员会科研计划项目（14DZ1202100）。

夏锋，宝业集团上海公司总经理；樊骅，宝业集团股份有限公司副总工程师，宝业集团上海建筑工业化研究院院长；汪力，宝业集团上海建筑工业化研究院。