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行業(yè)資訊 | 預(yù)制墻板預(yù)埋吊件的安全性與實(shí)用性分析研究

廣東裝配式建筑分會(huì)     2022-09-27     2040

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王艷蔚 董長鑫 王 群 趙志剛 董鐵良 何長黎

北京市燕通建筑構(gòu)件有限公司  北京  102202 


摘  要:預(yù)制剪力墻板作為裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)中的主要豎向構(gòu)件,從生產(chǎn)、運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場安裝都需要用到吊裝埋件,而且預(yù)制墻板重量普遍較大,因此預(yù)埋吊件的安全性尤為重要。目前行業(yè)內(nèi)常用的吊件有球頭彎折吊釘、吊環(huán)和內(nèi)埋式螺栓這3種。本文以典型夾心保溫外墻板為例展開分析研究,介紹了構(gòu)件在吊裝運(yùn)輸過程中常見的破壞形式,并分別計(jì)算了4種破壞形式下3種吊件及吊件區(qū)混凝土的破壞荷載。結(jié)果表明,吊釘與吊環(huán)安全性高于內(nèi)埋式螺栓,實(shí)用性和便利性方面吊釘和內(nèi)埋式螺栓優(yōu)于吊環(huán)。


關(guān)鍵詞:預(yù)制剪力墻板;吊裝埋件;安全性;實(shí)用性


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引言


隨著我國“住宅產(chǎn)業(yè)化,建筑工業(yè)化”的進(jìn)程加快,裝配式建筑以其質(zhì)量控制好,施工速度快,節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)在住宅建筑中得到了廣泛應(yīng)用。裝配式住宅中最常用的結(jié)構(gòu)為裝配式框架和裝配整體式剪力墻結(jié)構(gòu)。剪力墻結(jié)構(gòu)適用于開間較小,布置較規(guī)則的高層建筑,在住宅中應(yīng)用廣泛。


由DB 11/1003—2013《裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程》可知,裝配整體式剪力墻結(jié)構(gòu)指的是混凝土結(jié)構(gòu)的部分或全部采用承重預(yù)制墻板,通過節(jié)點(diǎn)部位的連接形成具有可靠傳力機(jī)制,并與現(xiàn)場澆筑的混凝土結(jié)構(gòu)形成整體的裝配式混凝土剪力墻結(jié)構(gòu),其整體性能與現(xiàn)澆混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)接近。由于北方地區(qū)對(duì)建筑的外保溫要求較高,因此承重預(yù)制外墻一般做成預(yù)制混凝土夾心保溫外墻板,即有內(nèi)外2層混凝土,內(nèi)層混凝土作為承重結(jié)構(gòu),外層混凝土作為裝飾面,中間夾有保溫材料,并通過拉結(jié)件將3層可靠相連的外墻板,簡稱為夾心保溫外墻板,也稱為預(yù)制三明治墻板。戶內(nèi)承重墻板拆分為預(yù)制構(gòu)件即為預(yù)制內(nèi)墻板,夾心保溫外墻板及內(nèi)墻板組成裝配整體式剪力墻結(jié)構(gòu)的豎向承重構(gòu)件,即為預(yù)制剪力墻板,以下簡稱為預(yù)制墻板。


預(yù)制墻板在工廠生產(chǎn)時(shí)一體成型,生產(chǎn)完成后的倒運(yùn)、碼放、運(yùn)輸、現(xiàn)場安裝等都需要用到構(gòu)件中預(yù)埋的吊件。預(yù)制墻板單塊構(gòu)件重量較大,一般在4~6.5t之間,在各種吊裝環(huán)節(jié)中預(yù)埋吊件的安全性尤為重要。目前市場上常用的預(yù)埋吊件主要有球頭吊釘、吊環(huán)和內(nèi)埋式螺栓這3種,這3種埋件的選擇和使用一直飽受業(yè)內(nèi)爭議,本文將從安全性和實(shí)用性的角度對(duì)3種埋件展開對(duì)比分析。


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預(yù)埋吊件安全性對(duì)比分析
 



預(yù)制剪力墻吊裝及運(yùn)輸時(shí)使用扁擔(dān)梁垂直起吊,吊件主要受拉拔力,容易發(fā)生的損壞情況有:

(1)吊件拉斷破壞;

(2)混凝土側(cè)面劈裂破壞;

(3)吊件拔出破壞;

(4)混凝土椎體破壞。吊件在墻板中預(yù)埋的邊距較小,因此采用美國規(guī)范ACI318附錄D中預(yù)埋吊件的算法進(jìn)行各項(xiàng)破壞荷載計(jì)算[1]


本文以一塊重量6t,混凝土強(qiáng)度C30的的預(yù)制夾心保溫外墻板為例,考慮到構(gòu)件在廠內(nèi)倒運(yùn)及翻轉(zhuǎn)時(shí)混凝土強(qiáng)度可能未達(dá)到100%,偏于安全按照脫模強(qiáng)度,即75%的設(shè)計(jì)強(qiáng)度進(jìn)行各項(xiàng)計(jì)算。墻板尺寸如圖1所示。


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圖 1   預(yù)制墻板尺寸(單位:mm)


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圖 2   吊件規(guī)格及在墻板內(nèi)的預(yù)埋(單位:mm)


1.1 吊件拉斷破壞強(qiáng)度對(duì)比

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由上述結(jié)果可見,3種吊件材質(zhì)拉斷破壞荷載均遠(yuǎn)大于吊件的受拉荷載,可見幾種預(yù)埋吊件在吊裝和運(yùn)輸工況下,材質(zhì)安全系數(shù)足夠,不易發(fā)生吊件的拉斷破壞。


1.2 混凝土側(cè)面劈裂破壞對(duì)比


預(yù)埋吊件沿厚度方向布置時(shí)考慮外葉板和保溫板對(duì)重心的影響,偏心放置于距保溫板70mm處,距混凝土側(cè)面邊緣較近,易發(fā)生混凝土的側(cè)面圓錐體劈裂破壞(如圖3所示)。

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圖 3   混凝土側(cè)向破壞


依據(jù)ACI 318M—05《美國房屋建筑混凝土結(jié)構(gòu)規(guī)范》D5.4.1,3種吊件布置于相同位置,混凝土發(fā)生側(cè)向破壞的拉力承載力設(shè)計(jì)值分別如下:


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由上計(jì)算結(jié)果可見,側(cè)邊距與混凝土強(qiáng)度相同時(shí),混凝土的側(cè)向剪力設(shè)計(jì)值主要取決于吊件的凈受力面積。吊釘?shù)撞繑U(kuò)頭部分對(duì)凈受力面積的貢獻(xiàn)較大,且考慮彎折對(duì)側(cè)邊距的影響時(shí),剪力設(shè)計(jì)值有明顯提高。由此可見,夾心保溫外墻板使用彎折吊釘對(duì)抵抗混凝土的側(cè)向受剪破壞意義明顯。


1.3 吊件拔出破壞


吊件在拉力作用下,與混凝土粘結(jié)力不夠時(shí)可能發(fā)生拔出破壞,吊件沒有破壞且混凝土沒有斷裂,不同吊件的抗拔力如下:

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由上述結(jié)果可見,吊釘?shù)撞繄A腳使得吊釘與混凝土的粘結(jié)錨固強(qiáng)度增大,而預(yù)埋吊環(huán)和內(nèi)埋式螺栓由于彎鉤會(huì)減少混凝土的連接剛度,導(dǎo)致抗拔破壞的開始,因此抗拔強(qiáng)度只考慮彎鉤部分的作用。內(nèi)埋式螺栓由于只有單個(gè)彎鉤且平直段較短,在混凝土強(qiáng)度較低時(shí)極易發(fā)生拔出破壞,因此在實(shí)際應(yīng)用過程中應(yīng)通過增大平直段長度或增加附加鋼筋與結(jié)構(gòu)主體鋼筋可靠連接等措施進(jìn)行加固處理。


1.4 混凝土椎體破壞


構(gòu)件吊裝時(shí)吊件通過底部圓腳或彎鉤把荷載傳遞到混凝土上,形成載荷圓錐體(如圖4所示),吊件的錨固長度、側(cè)邊距和混凝土強(qiáng)度對(duì)混凝土的椎體破壞有明顯影響。


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圖 4   混凝土載荷圓錐體


依據(jù)ACI 318M附錄D,3種吊件混凝土椎體破壞受拉承載力設(shè)計(jì)值分別為:


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以上可見,3種吊件均能滿足要求,吊釘與吊環(huán)性能略優(yōu)于內(nèi)埋式螺栓。


本節(jié)以一塊重量6t的預(yù)制夾心保溫墻板為例,分析了3種吊件在相同條件下幾種破壞情況的承載力對(duì)比。結(jié)果顯示,吊環(huán)和內(nèi)埋式螺栓在拉斷破壞中有顯著優(yōu)勢;混凝土椎體破壞中吊釘與吊環(huán)計(jì)算結(jié)果相當(dāng),均略高于內(nèi)埋式螺栓;但是在吊件拔出破壞及混凝土側(cè)向劈裂破壞時(shí),吊釘相比于吊環(huán)和內(nèi)埋式螺栓有更高的承載力,尤其內(nèi)埋式螺栓的拔出破壞荷載不能滿足構(gòu)件的吊裝運(yùn)輸荷載,易發(fā)生吊件拔出的危險(xiǎn)。因此,在實(shí)際工程應(yīng)用中,吊件應(yīng)首選吊釘和吊環(huán),若因特殊情況不得不采用內(nèi)埋式螺栓時(shí),需采取有效措施防止吊件的拔出破壞。


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預(yù)埋吊件實(shí)用性對(duì)比分析
 



2.1 吊件的安裝


吊件在構(gòu)件混凝土澆筑前固定于模具上,球頭吊釘在模具上開圓孔,通過玻膠螺栓固定,如圖5所示;吊環(huán)通過插入模具上預(yù)留長槽進(jìn)行固定,如圖6所示;內(nèi)埋式螺栓通過在側(cè)模上安裝螺桿進(jìn)行緊固固定,如圖7所示。吊環(huán)尺寸較大,需要在模具上開長槽,吊釘和內(nèi)埋式螺栓只需在模具上開較小的固定圓孔,相比來說吊環(huán)對(duì)模具的損壞更大,對(duì)側(cè)模的周轉(zhuǎn)利用率有一定影響。


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圖 5   球頭吊釘在側(cè)模上的固定


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圖 6   吊環(huán)在側(cè)模上的固定


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圖 7   內(nèi)埋式螺栓在側(cè)模上的固定


另外,吊環(huán)為雙肢U型,端頭帶彎鉤且埋深較大,實(shí)際使用過程中極易與構(gòu)件上的預(yù)留預(yù)埋,如空調(diào)洞、電氣線盒等發(fā)生沖突,設(shè)計(jì)時(shí)需考慮吊環(huán)在合理范圍內(nèi)的移動(dòng)避讓。


2.2 吊件的使用


吊釘使用時(shí),需要配套專門吊具鴨嘴扣進(jìn)行吊裝,先將吊頭與吊釘連接,球狀結(jié)構(gòu)的開口朝向吊釘下方,然后將球狀結(jié)構(gòu)的舌部轉(zhuǎn)向下方,與吊釘靠近并閉鎖,如圖8所示。吊環(huán)使用時(shí)配套卸扣或吊鉤進(jìn)行吊裝,如圖9所示。內(nèi)埋式螺栓吊裝時(shí)配套萬向吊環(huán),擰緊進(jìn)行吊裝,如圖10所示。吊鉤及萬向吊環(huán)為較常用吊具,工人操作熟悉,鴨嘴扣為吊釘專業(yè)配套吊具,工人操作前需進(jìn)行交底培訓(xùn),保證吊具與吊件的緊固到位,保證起吊的安全。


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圖 8   鴨嘴扣與吊釘


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圖 9   吊鉤、卸扣


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圖 10   萬向吊環(huán)


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結(jié)論
 



本文通過計(jì)算4種破壞形式下球頭吊釘、吊環(huán)和內(nèi)埋式螺栓對(duì)混凝土的破壞荷載可知,預(yù)埋吊件的安全性與多種因素有關(guān),不同吊件各有優(yōu)缺點(diǎn),結(jié)合生產(chǎn)實(shí)例,得出以下結(jié)論:


(1)吊件的拉斷破壞強(qiáng)度為吊環(huán)>內(nèi)埋式螺栓>吊釘;

(2)混凝土的側(cè)面劈裂破壞荷載為吊釘>吊環(huán)>內(nèi)埋式螺栓;

(3)吊件的拔出破壞荷載為吊釘>吊環(huán)>內(nèi)埋式螺栓,內(nèi)埋式螺栓甚至不能滿足構(gòu)件吊裝所需的荷載;

(4)混凝土的椎體破壞荷載為吊釘=吊環(huán)>內(nèi)埋式螺栓;

(5)吊釘和內(nèi)埋式螺栓在生產(chǎn)階段只需圓孔及螺栓與側(cè)模固定,對(duì)模具破壞較小,操作簡單,吊環(huán)相對(duì)來說破壞較大,操作復(fù)雜,易與其他預(yù)留預(yù)埋沖突。

(6)在實(shí)際吊裝階段,吊環(huán)和內(nèi)埋式螺栓選用常用吊具,操作簡單易上手,而吊釘需配套專用吊具,對(duì)工人進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn)和交底。


綜上所述,從安全性的角度來看,建議優(yōu)先選用吊釘或吊環(huán);從實(shí)用性及對(duì)生產(chǎn)施工階段的便利性來看,在保證足夠安全的前提下建議優(yōu)先選用吊釘或內(nèi)埋式螺栓。工程應(yīng)用中,可根據(jù)實(shí)際需求選用合適吊件。


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參考文獻(xiàn)

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原文參見《混凝土世界》2022年7期 P41~P45

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