纵肋空心墙板及其多功能吊环连接节点和设计施工方法与流程

1.本发明属于建筑结构技术领域，具体为一种纵肋空心墙板及其多功能吊环连接节点和设计施工方法。


背景技术：

2.纵肋空心墙板通常需要设置吊点，用于与卸扣、吊线、吊梁等吊装工具连接。目前预制墙体常用吊点主要包括三类：(1)预埋吊环吊点，如工具类吊环、钢筋吊环；(2) 预埋吊钉吊点；(3)预留孔穿心吊点。目前常见的吊点连接节点需要较大的纵肋面积，无法应用于贯通空腔纵肋空心墙板。而且墙板纵肋处安装拉筋时，需要在墙板纵肋中另外设置附加钢筋，安装效率较低。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种纵肋空心墙板及其多功能吊环连接节点和设计施工方法，以解决常见的吊点连接节点无法应用于贯通空腔纵肋空心墙板；墙板纵肋处安装拉筋时，需要在墙板纵肋中另外设置附加钢筋，安装效率较低的技术问题。
4.为此，本发明提供一种纵肋空心墙板的多功能吊环连接节点，包括：
5.钢筋吊环，沿预制墙板的厚度方向设置在墙板纵肋中，并且钢筋吊环的顶部伸出预制墙板外，所述钢筋吊环沿竖向通长布置；
6.约束箍筋，为螺旋箍筋，所述约束箍筋围绕钢筋吊环的上段设置；
7.拉筋，沿预制墙板的厚度方向拉结在钢筋吊环与墙板钢筋网片的交接处之间。
8.优选地，所述钢筋吊环包括吊环上段、吊环弯折段和吊环竖直段，所述吊环上段呈倒u形，所述约束箍筋围绕吊环上段设置，所述吊环弯折段连接在吊环上段的底端并且吊环弯折段之间的间距由上至下逐渐增大，所述吊环竖直段连接在吊环弯折段的底端。
9.优选地，所述墙板纵肋中、吊环上段的一侧还连接有u形附加钢筋，所述u形附加钢筋与吊环上段形成封闭的长圆形。
10.优选地，所述u形附加钢筋的底部沿垂直预制墙板厚度方向水平连接有销轴钢筋。
11.优选地，所述u形附加钢筋的底部一侧沿预制墙板的厚度方向连接有水平附加钢筋。
12.优选地，所述约束箍筋的外侧间隔连接有约束箍筋竖向附加筋。
13.另外，本发明还提供了一种纵肋空心墙板，包括墙板纵肋和墙板空腔，所述墙板纵肋中设有墙板钢筋网片，所述墙板空腔为通孔，还包括如上所述的纵肋空心墙板的多功能吊环连接节点。
14.另外，本发明还提供了一种如上所述的纵肋空心墙板的多功能吊环连接节点的设计施工方法，包括以下步骤：
15.s1、根据预制墙板的体积v、混凝土材料密度ρ和空腔率r
v
，计算预制墙板自重标准值g
mk
＝ρv(1
‑
r
v
)，并根据式(1)计算考虑脱模吸附、动力增大效应和安全冗余度的荷载增大
系数k；
[0016][0017]
式(1)中ψ
dy
、ψ
dy1
、ψ
dy2
分别为非脱模工况动力增大系数、脱模工况动力增大系数1、脱模工况动力增大系数2，q
ad
为脱模吸附力，a
m
为构件脱模面积；
[0018]
s2、将通长钢筋吊环连接节点当成铰支座，按照梁模型并考虑荷载增大系数计算各支反力并求和，得出通长钢筋吊环的受力总荷载f
k
；
[0019]
s3、设计约束箍筋的强度设计值f
jy
、面积a
j
、直径d
j
和间距s；
[0020]
s4、根据式(3)和(4)计算钢筋吊环的粘结锚固强度τ
u
和基本锚固长度l
ab
；
[0021][0022][0023][0024][0025]
式中c为墙体的钢筋保护层厚度，f
c
为墙体的混凝土抗压强度设计值，d为钢筋吊环的直径，a
j
为约束箍筋的面积，f
jy
为约束箍筋的强度设计值，f
y
为钢筋吊环的屈服强度设计值，s为约束箍筋的相邻箍筋之间的间距；
[0026]
s5、根据式(5)计算钢筋吊环(1)的锚固长度l
a
；
[0027][0028]
式中l
limit
为不考虑约束箍筋效益的最小限值；
[0029]
s6、确定钢筋吊环的构造：根据式(6)确定钢筋吊环的外露高度h
o
、最大宽度b、最大高度h、环形端部内径d
min
，采用锚固长度l
a
作为吊环上段的长度，并按照不大于 1/6的斜率设计吊环弯折段的长度；
[0030][0031]
式中t
w
为预制墙板的厚度，h＝h
o
l
a
50mm，d
min
≥2.5d；
[0032]
s7、根据式(7)计算连接节点处受拉状态下纵肋混凝土锥形体破坏强度n
rib
；
[0033][0034]
式中a
ria
、a
ric
分别为连接节点处受拉状态下纵肋混凝土锥形体破坏面在考虑边距影响情况下的实际投影面积和不考虑边距影响情况的计算投影面积，f
t
为混凝土抗拉强度
设计值；
[0035]
s8、判断是否满足n
rib
≥f
k
/n，如果满足条件进行下一步，如果不满足，返回s3
‑
s7，重新确定钢筋吊环的锚固长度l
a
，直至满足条件；
[0036]
s9、确定约束箍筋竖向附加筋的构造和直径；
[0037]
s10、按照式(9)确定约束箍筋竖向附加筋伸出约束箍筋的长度l
ad
，并在约束箍筋竖向附加筋的底端设置端锚板；
[0038][0039]
s11、确定u形附加钢筋和销轴钢筋的构造；
[0040]
s12、将u形附加钢筋与水平附加钢筋连接形成整体；
[0041]
s13、按照设计位置，将带有水平附加钢筋的u形附加钢筋与钢筋吊环绑扎；
[0042]
s14、按照设计要求，将约束箍筋与约束箍筋竖向附加筋焊接或绑扎成型；
[0043]
s15、将约束箍筋从钢筋吊环的顶部向下放置，直至约束箍筋的底部与水平附加钢筋接触，然后将约束箍筋与水平附加钢筋绑扎；
[0044]
s16、将带约束箍筋的钢筋吊环沿预制墙板的厚度方向设置在墙板纵肋中，保证钢筋吊环沿竖向延伸并且钢筋吊环的中轴线与墙板纵肋的中轴线同轴，将钢筋吊环与墙板钢筋网片绑扎；
[0045]
s17、按照设计要求，在钢筋吊环与墙板钢筋网片的交接处连接拉筋；
[0046]
s18、将销轴钢筋与u形附加钢筋绑扎，多功能吊环连接节点的各组件安装完成；
[0047]
s19、浇筑混凝土、收面、养护、脱模成型，最终形成纵肋空心墙板的多功能吊环连接节点。
[0048]
优选地，s4中钢筋吊环的直径d的确定方法为：根据式(2)计算钢筋吊环的单肢截面面积a
r
，进而确定钢筋吊环的直径d；
[0049][0050]
式中n取值：两点吊装取2，四点吊装取3；f
y
为钢筋吊环的屈服强度设计值。
[0051]
优选地，s9中约束箍筋竖向附加筋的直径的确定方法为：根据式(8)确定约束箍筋竖向附加筋的面积a
ad
和直径d
ad
；
[0052][0053]
式中：f
ad
为约束箍筋竖向附加筋的屈服强度设计值；m为约束箍筋竖向附加筋的根数，4根布置时m取4；2n
rib
是考虑了增大1倍的安全储备。
[0054]
与现有技术相比，本发明的特点和有益效果为：
[0055]
(1)本发明的多功能吊环连接节点中钢筋吊环呈倒u形设置，钢筋吊环的竖直段之间的间距较大，竖直段与墙板钢筋网片可靠连接，钢筋吊环的吊环上段之间的间距较小，吊环上段与墙体边缘距离较大，可有效防止墙体边缘斜向劈裂破坏，方便约束钢筋周边放置。约束箍筋采用螺旋钢筋，约束箍筋围绕钢筋吊环的上段设置，约束箍筋与吊点处混凝土形成约束效应，可有效避免墙体翻转、吊运时吊点开裂。约束箍筋的外侧间隔连接的约束箍筋竖向附加筋可提高节点混凝土椎体破坏的承载力强度。拉筋拉结在钢筋吊环与墙板钢筋网
片的交接处之间，并可通过销轴钢筋提高吊点连接节点抗混凝土椎体破坏性能，增大安全储备。本发明可实现在具有贯通空腔的纵肋空心预制墙板中设置吊点，减轻纵肋空心预制墙板的自重，减小墙板的尺寸，提高安装效率。
[0056]
(2)本发明可实现吊点设置和拉筋布置的多功能集成，优化工序，提高施工效率。本发明的多功能吊环连接节点受力合理，而且可方便工厂自行加工，降低生产成本。
附图说明
[0057]
图1为多功能吊环连接节点的示意图。
[0058]
图2为图1中c部分放大示意图。
[0059]
图3为图1中a
‑
a剖面示意图。
[0060]
图4为图3中d部分放大示意图。
[0061]
图5为图1中b
‑
b剖面示意图。
[0062]
图6为约束箍筋与约束箍筋竖向附加筋的连接示意图。
[0063]
图7为图6中e
‑
e剖面示意图。
[0064]
图8为u形附加钢筋和水平附加钢筋的连接示意图。
[0065]
附图标注：1
‑
钢筋吊环、11
‑
吊环上段、12
‑
吊环弯折段、13
‑
吊环竖直段、2
‑
约束箍筋、3
‑
拉筋、4
‑
墙板纵肋、5
‑
墙板钢筋网片、6
‑
u形附加钢筋、7
‑
水平附加钢筋、 8
‑
墙板空腔、9
‑
约束箍筋竖向附加筋、10
‑
销轴钢筋。
具体实施方式
[0066]
为使本发明实现的技术手段、创新特征、达成目的与功效易于明白了解，下面对本发明进一步说明。
[0067]
在此记载的实施例为本发明的特定的具体实施方式，用于说明本发明的构思，均是解释性和示例性的，不应解释为对本发明实施方式及本发明范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本技术权利要求书和说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案。
[0068]
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0069]
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0070]
如图1
‑
8所示为一种纵肋空心墙板的多功能吊环连接节点，其中纵肋空心墙板包括墙板纵肋4和墙板空腔8，所述墙板纵肋4中设有墙板钢筋网片5。多功能吊环连接节点包
括钢筋吊环1、约束箍筋2和拉筋3。
[0071]
钢筋吊环1沿预制墙板的厚度方向设置在墙板纵肋4中，并且钢筋吊环1的顶部伸出预制墙板外，所述钢筋吊环1沿竖向通长布置。所述钢筋吊环1包括吊环上段11、吊环弯折段12和吊环竖直段13，所述吊环上段11呈倒u形，所述约束箍筋2围绕吊环上段11设置，所述吊环弯折段12连接在吊环上段11的底端并且吊环弯折段12之间的间距由上至下逐渐增大，所述吊环竖直段13连接在吊环弯折段12的底端。钢筋吊环 1采用hpb300钢筋。吊环竖直段13之间的间距较大，吊环竖直段13与墙板钢筋网片5 的水平钢筋直接接触并可靠连接，吊环上段11之间的间距相对较小，吊环上段11与预制墙板边缘的距离较大，可有效防止预制墙板边缘斜向劈裂破坏，方便放置约束箍筋2。钢筋吊环1的外露长度为60mm
‑
70mm，既能方便吊扣放置，又能降低斜向拉力产生的端部附加弯矩。
[0072]
约束箍筋2为螺旋箍筋，所述约束箍筋2围绕钢筋吊环1的上段设置。约束箍筋2 的外侧间隔连接有约束箍筋竖向附加筋9，可提高节点混凝土椎体破坏的承载力强度。约束箍筋2的顶部位于预制墙体顶部下方20mm
‑
30mm，约束箍筋2的高度不小于预制墙体的厚度，外径比墙板纵肋4的宽度小30mm，箍筋间距为40mm
‑
60mm。该螺旋箍筋与吊点处混凝土形成约束效应，可有效避免墙体翻转、吊运时吊点开裂。约束箍筋竖向附加筋9优选为四根。
[0073]
拉筋3沿预制墙板的厚度方向拉结在钢筋吊环1与墙板钢筋网片5的交接处之间。拉筋3底部沿高度方向加密布置，加密部位相邻的拉筋3之间的间距不大于200mm。其他部位相邻的拉筋3之间的间距不大于600mm。且穿过约束箍筋2处的拉筋3的数量不小于2个。拉筋3可将两侧的墙板钢筋网片5连接成一体。
[0074]
为提高吊环连接节点的抗拉性能，本发明在所述墙板纵肋4中、吊环上段11的一侧还连接有u形附加钢筋6，所述u形附加钢筋6与吊环上段11形成封闭的长圆形，可使其间混凝土受压来提高吊点连接件节点的抗拉性能。另外还在所述u形附加钢筋6 的底部一侧沿预制墙板的厚度方向连接有水平附加钢筋7，用于约束箍筋2的定位和安装。u形附加钢筋6的底部沿垂直预制墙板厚度方向水平连接有销轴钢筋10，可进一步提高混凝土椎体破坏的承载力强度。
[0075]
上述纵肋空心墙板的多功能吊环连接节点的设计施工方法具体为：
[0076]
s1、根据预制墙板的体积v、混凝土材料密度ρ和空腔率r
v
，计算预制墙板自重标准值g
mk
＝ρv(1
‑
r
v
)，并根据荷载工况、构件类型、模板类型等参数，按照式(1)计算考虑脱模吸附、动力增大效应和安全冗余度的荷载增大系数k；
[0077][0078]
式(1)中ψ
dy
、ψ
dy1
、ψ
dy2
分别为非脱模工况动力增大系数、脱模工况动力增大系数1、脱模工况动力增大系数2，q
ad
为脱模吸附力，a
m
为构件脱模面积。各参数按照表1取值。
[0079]
表1.各种模板的参数对照表
[0080][0081]
s2、根据s1中确定的墙板自重标准值g
mk
和荷载增大系数k，将钢筋吊环连接节点当成铰支座，按照梁模型并考虑荷载增大系数计算各支反力，并求和，得出钢筋吊环(1) 的受力总荷载f
k
。
[0082]
s3、设计约束箍筋2的强度设计值f
jy
、面积a
j
、直径d
j
和间距s。
[0083]
s4、根据式(3)和(4)计算钢筋吊环1的粘结锚固强度τ
u
(单位mpa)和基本锚固长度l
ab
；
[0084][0085][0086][0087][0088]
式中c为预制墙体的钢筋保护层厚度，f
c
为预制墙体的混凝土抗压强度设计值，d 为钢筋吊环1的直径，a
j
为约束箍筋2的面积，f
jy
为约束箍筋2的强度设计值，f
y
为钢筋吊环1的屈服强度设计值，s为约束箍筋2的箍筋间距。
[0089]
钢筋吊环1的直径d的确定方法为：采用hpb300、hpb235钢筋和钢筋吊环1受力相同的原则，确定钢筋吊环1的个数n，根据式(2)计算钢筋吊环1的单肢截面面积 a
r
，进而确定钢筋吊环1的直径d；
[0090][0091]
式中n取值：两点吊装取2，四点吊装取3；f
y
为钢筋吊环1的屈服强度设计值。
[0092]
s5、按照s4确定的钢筋吊环1的基本锚固长度l
ab
，考虑墙体生产方式、最小限值，根据式(5)计算钢筋吊环1的锚固长度l
a
；
[0093][0094]
式中l
limit
为不考虑约束箍筋效益的最小限值。
[0095]
s6、确定钢筋吊环1的构造：根据式(6)确定钢筋吊环1的外露高度h
o
、最大宽度b、最大高度h、环形端部内径d
min
。采用锚固长度l
a
作为吊环上段11的长度，并按照不大于1/6的斜率设计吊环弯折段12的长度，吊环竖直段13的长度按照预制墙体高度减去15mm，再减去吊环上段11的长度和吊环弯折段12的长度。
[0096]
max(60mm,4d)≤h
o
≤70mm
[0097]
max(60mm,3d) 2d≤b≤t
w
‑
7d
ꢀꢀꢀꢀ
(6)
[0098]
式中t
w
为预制墙板的厚度，h＝h
o
l
a
50mm，d
min
≥2.5d。
[0099]
s7、根据式(7)计算连接节点处受拉状态下纵肋混凝土锥形体破坏强度n
rib
；
[0100][0101]
式中a
ria
、a
ric
分别为连接节点处受拉状态下纵肋混凝土锥形体破坏面在考虑边距影响情况下的实际投影面积和不考虑边距影响情况的计算投影面积，f
t
为混凝土抗拉强度设计值。
[0102]
s8、判断是否满足n
rib
≥f
k
/n，如果满足条件进行下一步，如果不满足，返回s3
‑
s7，重新确定钢筋吊环1的锚固长度l
a
，直至满足条件。
[0103]
s9、确定约束箍筋竖向附加筋9的构造和直径。约束箍筋竖向附加筋9采用4根均布设置的方式。
[0104]
约束箍筋竖向附加筋9的直径的确定方法为：根据式(8)确定约束箍筋竖向附加筋9的面积a
ad
和直径d
ad
；
[0105][0106]
式中：f
ad
为约束箍筋竖向附加筋9的屈服强度设计值；m为约束箍筋竖向附加筋 9的根数，4根布置时m取4；2n
rib
是考虑了增大1倍的安全储备。
[0107]
s10、按照式(9)确定约束箍筋竖向附加筋9伸出约束箍筋2的长度l
ad
，并在约束箍筋竖向附加筋9的底端设置端锚板。
[0108][0109]
s11、确定u形附加钢筋6和销轴钢筋10的构造。u形附加钢筋6采用hpb300的钢筋，u形附加钢筋6的直径与钢筋吊环1的直径相同；销轴钢筋10的直径不小于10mm，长度比墙板纵肋4的宽度小30mm；水平附加钢筋7的直径不小于6mm，水平附加钢筋7 的比墙板纵肋4的宽度小于30mm。
[0110]
s12、将u形附加钢筋6与水平附加钢筋7连接形成整体。
[0111]
s13、按照设计位置，将带有水平附加钢筋7的u形附加钢筋6与钢筋吊环1多点绑
扎，每肢不少于3点。
[0112]
s14、按照设计要求，将约束箍筋2与约束箍筋竖向附加筋9焊接或绑扎成型。每根约束箍筋竖向附加筋9与约束箍筋2的连接点不少于2点。
[0113]
s15、将约束箍筋2从钢筋吊环1的顶部向下放置，直至约束箍筋2的底部与水平附加钢筋7接触，然后将约束箍筋2与水平附加钢筋7绑扎。
[0114]
s16、将带约束箍筋2的钢筋吊环1沿预制墙板的厚度方向设置在墙板纵肋4中，保证钢筋吊环1沿竖向延伸并且钢筋吊环1的中轴线与墙板纵肋4的中轴线同轴，将钢筋吊环1与墙板钢筋网片5绑扎。
[0115]
s17、按照设计要求，在钢筋吊环1与墙板钢筋网片5的交接处连接拉筋3。
[0116]
s18、将销轴钢筋10与u形附加钢筋6绑扎，多功能吊环连接节点的各组件安装完成。
[0117]
s19、浇筑混凝土、收面、养护、脱模成型，最终形成纵肋空心墙板的多功能吊环连接节点。
[0118]
具体以某纵肋空心墙板为例，纵肋空心墙板集合尺寸：墙长l
w
＝5.4m，墙高h
w
＝2.7m，墙厚t
w
＝0.2m，采用贯通空腔，空腔率为35.7％；采用钢模平模生产，不带斜槽和饰面，脱模面积为5.4x2.7＝14.58m2；采用c40混凝土，抗压强度设计值f
c
＝19.1mpa。预制墙体钢筋保护层厚度c为15mm，设置吊环连接节点处纵肋最小宽度b
rib
为150mm。混凝土材料密度ρ＝25kn/m3。hpb300钢筋的屈服强度设计值f
y
＝300mpa，hrb400钢筋的屈服强度设计值f
y
＝360mpa。
[0119]
s1、根据预制墙板的体积v，混凝土材料密度ρ，空腔率r
v
，计算墙板自重标准值 g
mk
＝47kn；根据计算判断，非脱模吊运工况下所述钢筋吊环受力最大，故按照式(1)计算荷载增大系数k＝4.5。
[0120]
s2、根据s1确定的墙板自重标准值g
mk
、荷载增大系数k，计算考荷载增大效应的钢筋吊环1的受力总荷载f
k
＝70kn。
[0121]
s3、约束箍筋2采用hrb400的φ8钢筋，间距s为100mm，确定钢筋屈服强度设计值f
jy
＝360mpa，抗压强度设计值f
c
＝19.1mpa，约束箍筋2截面面积a
j
＝50mm2。
[0122]
s4、钢筋吊环1采用2个对称布置，按照式(2)计算钢筋吊环1的钢筋单肢截面面积a
r
＝175.7mm2，进而确定钢筋吊环1采用φ16钢筋(d＝16mm)。
[0123]
根据式(3)和(4)计算钢筋吊环1的粘结锚固强度τ
u
＝＝3.22mpa，基本锚固长度 l
ab
满足l
ab
/d＝23.22，最终l
ab
取380mm。
[0124]
s5、根据式(5)计算钢筋吊环1的锚固长度l
a
＝l
ab
＝380mm，满足《混凝土结构设计规范》gb50010
‑
2010规定的最小限值l
limit
＝(20d，200mm)。
[0125]
s6、根据式(6)确定通长钢筋吊环1的外露高度h
o
＝70mm，最大宽度b＝90mm；最大高度(算至端部外表面)h＝500mm；环形端部内径d
min
＝60mm。采用锚固长度la＝380 作为吊环上段11的长度，并设置120mm高的吊环弯折段12。
[0126]
s7、根据式(7)计算连接节点处受拉状态下纵肋混凝土锥形体破坏强度n
rib
＝40.1kn，其中实际投影面积a
ric
按照偏保守的取t
w
×
b
rib
＝150mm
×
200mm。
[0127]
s8、判断纵肋混凝土锥形体破坏强度(n
rib
＝40.1kn)＞(f
k
/n＝70/2＝35kn)，满足判别条件，进入下一步。
[0128]
s9、按照式(8)确定约束箍筋竖向附加筋9的面积a
ad
＝69.61mm2，最终采用hrb400 的φ10钢筋(直径d
ad
＝10mm)。
[0129]
s10、按照式(9)确定约束箍筋竖向附加筋9伸出约束箍筋2的长度l
ad
＝16d
ad
小于《混凝土结构设计规范》gb50010
‑
2010规定的最小限值l
limit
＝200mm，最终取200mm，并在约束箍筋竖向附加筋9的底端设置端锚板。
[0130]
s11、u形附加钢筋6采hpb300的钢筋，直径与贯通吊环钢筋相同；销轴钢筋10 采用φ10钢筋，长度120mm，销轴钢筋10的底部位于u形附加钢筋6环内最低处。水平附加钢筋7采用φ6mm，长度120mm。
[0131]
以上的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。