一种纵肋空心墙体及其预埋螺母连接节点和设计施工方法与流程

1.本发明属于建筑结构领域，具体为一种纵肋空心墙体及其预埋螺母连接节点和设计施工方法。


背景技术：

2.为满足脱模、翻转、吊运、安装等生产、施工环节需求，纵肋空心墙板需要设置吊点。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。目前纵肋空心墙板中预埋螺母时需要保证有较大的纵肋面积，因此在具有贯通空腔的纵列空心墙板中预埋螺母。并且，预埋螺母的纵肋空心墙板在吊装时需要专用吊具，预制纵肋空心墙板的顶部形成半圆形凹槽，造成局部削弱。此外，预埋螺母外露部分较多，平面外受力性能不佳。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种纵肋空心墙体及其预埋螺母连接节点和设计施工方法，以解决上述技术问题。
4.为此，本发明提供一种纵肋空心墙体的预埋螺母连接节点，包括：
5.螺母，沿竖向预埋在墙体纵肋中；
6.约束装置，套设在螺母外并沿竖向间隔设置；
7.钢筋骨架，包括竖向附加u形钢筋和水平附加槽形钢筋，所述竖向附加u形钢筋穿过约束装置并沿螺母的圆周方向间隔设置，所述水平附加槽形钢筋为相背设置的两个c形钢筋，所述水平附加槽形钢筋沿竖向间隔设置并且与竖向附加u形钢筋和墙体钢筋网片绑扎。
8.优选地，所述约束装置包括键槽环、约束环和十字交叉杆，所述键槽环和约束环为同心设置的圆弧，键槽环的半径小于约束环的半径，两个键槽环的端部之间、以及两个约束环的端部之间均为铰接连接，所述十字交叉杆连接在键槽环和约束环之间，所述竖向附加u形钢筋穿过十字交叉杆。
9.优选地，所述键槽环的高度大于约束环的高度。
10.优选地，所述钢筋骨架还包括沿竖向间隔设置的水平附加梯形钢筋，所述水平附加梯形钢筋垂直预制墙体厚度方向对称连接在竖向附加u形钢筋的外侧并且与墙体钢筋网片绑扎。
11.优选地，最底部的约束装置处还对称设有u形底部加强钢筋，所述u形底部加强钢筋穿过十字交叉杆并且端部与相应侧的墙体钢筋网片绑扎。
12.另外，本发明还提供一种纵肋空心墙体，包括墙体纵肋和墙体空腔，所述墙体纵肋中设有墙体钢筋网片，所述墙体空腔为贯通空腔，还包括如上所述的纵肋空心墙体的预埋螺母连接节点。
13.另外，本发明还提供一种如上所述的纵肋空心墙体的预埋螺母连接节点的设计施
工方法，包括以下步骤：
14.s1、根据预制墙体的体积v、混凝土材料密度ρ和空腔率r
v
，计算预制墙体自重标准值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；
[0015][0016]
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；
[0017]
s2、将预埋螺母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，得出螺母的受力总荷载f
k
；
[0018]
s3、根据式(3)和(4)计算螺母1的粘结锚固强度τ
u
和基本锚固长度l
ab
；
[0019][0020][0021]
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
r
为螺母的直径，a
j
为约束环的面积，f
jy
为约束环的强度设计值，f
y
为螺母的屈服强度设计值，s为竖向相邻的约束环之间的间距；
[0022]
s4、根据式(5)计算螺母的锚固长度l
a
，并确定螺母的总长度l
a1
；
[0023]
l
a1
≥l
a
20mm 15mm
[0024]
l
a
＝0.6ζ
a
l
ab
[0025][0026]
s5、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
；
[0027][0028]
a
ric
＝π(d
r
2b
t
)2ꢀꢀꢀ
(7)
[0029]
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；
[0030]
s6、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s4
‑
s5，重新确定螺母的锚固长度l
a
和螺母的总长度l
a1
，直至满足条件；
[0031]
s7、确定竖向附加u形钢筋的构造和环形内直径d
vr
，其中d
vr
≥2.5d
ad
；
[0032]
s8、按照式(9)确定竖向附加u形钢筋伸出最底部的约束装置的约束环底部的长度为l
ad
，并确定竖向附加u形钢筋的总长度l
ad1
；
[0033][0034]
l
ad1
＝l
ad
d
ad
l
a
ꢀꢀꢀ
(9)
[0035]
式中d
ad
为竖向附加u形钢筋的直径；
[0036]
s9、确定水平附加槽形钢筋的构造；
[0037]
s10、确定水平附加梯形钢筋的构造；
[0038]
s11、确定u形底部加强钢筋的构造；
[0039]
s12、将约束装置安装在螺母外；
[0040]
s13、将竖向附加u形钢筋穿过十字交叉杆并与约束装置绑扎；
[0041]
s14、将带有约束装置和竖向附加u形钢筋的螺母1沿竖向安装在墙体纵肋中；
[0042]
s15、将水平附加槽形钢筋、水平附加梯形钢筋分别与竖向附加u形钢筋和墙体钢筋网片绑扎，形成钢筋骨架；
[0043]
s16、将u形底部加强钢筋穿过底部的约束装置的十字交叉杆并与相应侧的墙体钢筋网片绑扎；
[0044]
s17、浇筑混凝土，脱模成型，最终形在预制墙体顶部形成预埋螺母连接节点。
[0045]
优选地，根据式(2)确定s3中螺母的面积a
r
和直径d
r
：
[0046][0047]
式中n取值：两点吊装取2；f
y
为螺母的屈服强度设计值。
[0048]
优选地，根据式(8)确定s7中竖向附加u形钢筋的面积a
ad
和直径d
ad
；
[0049][0050]
式中：f
ad
为竖向附加u形钢筋的屈服强度设计值，m为竖向附加u形钢筋的根数，4根竖向附加u形钢筋布置时取8，2n
rib
是考虑了增大1倍的安全储备。
[0051]
优选地，根据式(11)确定s11中u形底部加强钢筋的面积a
u
和直径d
u
；
[0052][0053]
式中f
uy
为u形底部加强钢筋的屈服强度设计值；j为u形底部加强钢筋的肢数，一个u形底部加强钢筋取2，两个u形底部加强钢筋取4；0.7为考虑安装角度对强度的折减系数。
[0054]
与现有技术相比，本发明的特点和有益效果为：
[0055]
(1)本发明的纵肋空心墙体的预埋螺母连接节点通过在螺母外套设约束装置，键槽环与螺母紧密连接，提升螺母与混凝土粘结滑移性能，约束环在最外侧，提高节点区混凝土的抗开裂性能。十字交叉杆形成双向销栓作用，提高节点承载力安装储备。竖向附加u形钢筋、水平附加槽型钢筋和水平附加梯形钢筋形成钢筋骨架，有效提高节点混凝土椎体破坏的承载力强度。u形底部加强钢筋将螺母、钢筋骨架与预制墙体钢筋网片有效连接，提高整体受力性能，并防止螺母与混凝土发生锚固破坏后出现节点失效现象。该预埋螺母连接
节点受力合理、加工方便，安装快捷，成本较低。
[0056]
(2)本发明的预埋螺母连接节点可实现在具有贯通空腔的纵肋空心预制墙板中设置螺母，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。
[0057]
(3)本发明提出纵肋空心墙体的预埋螺母连接节点的设计施工方法，为设计、生产提供了依据。
附图说明
[0058]
图1为纵肋空心墙体的预埋螺母连接节点的示意图。
[0059]
图2为图1中a
‑
a剖面的示意图。
[0060]
图3为图1中b
‑
b剖面的示意图。
[0061]
图4为约束装置的示意图。
[0062]
图5为图4中c
‑
c剖面的示意图。
[0063]
图6为约束装置打开时的示意图。
[0064]
图7为水平附加梯形钢筋的示意图。
[0065]
附图标注：1
‑
螺母、2
‑
约束装置、21
‑
键槽环、22
‑
约束环、23
‑
十字交叉杆、24
‑
插销、3
‑
竖向附加u形钢筋、4
‑
水平附加槽形钢筋、5
‑
墙体钢筋网片、6
‑
水平附加梯形钢筋、7
‑
墙体纵肋、8
‑
墙体空腔、9
‑
u形底部加强钢筋。
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
‑
7所示为一种纵肋空心墙体的预埋螺母连接节点，其中纵肋空心墙体包括墙体纵肋7和墙体空腔8，墙体纵肋7中设有墙体钢筋网片5。该预埋螺母连接节点包括螺母1、约束装置2和钢筋骨架。
[0071]
螺母1沿竖向预埋在墙体纵肋7中。螺母1依据设计选用，并埋置在预制墙体内，受力性能较好。
[0072]
约束装置2套设在螺母1外并沿竖向间隔设置。约束装置2包括键槽环21、约束环22和十字交叉杆23，键槽环21和约束环22为同心设置的圆弧，键槽环21的半径小于约束环22的半径，两个键槽环21的端部之间、以及两个约束环22的端部之间均为铰接连接。具体地，两个键槽环21的端部之间、以及两个约束环22的端部之间均通过插销24连接。十字交叉杆23连接在键槽环21和约束环22之间。键槽环21与螺母1紧密连接，且键槽环21外圆周边缘部分设置倒角，提高螺母1与混凝土粘结力。约束环22的设置可以提高节点区混凝土的抗开裂性能。十字交叉杆23形成双向销栓作用，提高节点承载力安装储备。
[0073]
键槽环21的高度不小于螺母1的直径。键槽环21的外圆周边缘部分设有不大于60
°
的倒角。十字交叉杆23的直径不小于10mm。键槽环21的高度大于约束环22的高度。约束环22的宽度比墙体纵肋7的厚度小30mm。约束装置2的顶部比竖向附加u形钢筋3的顶部高15mm。
[0074]
钢筋骨架包括竖向附加u形钢筋3和水平附加槽形钢筋4，竖向附加u形钢筋3穿过十字交叉杆23并沿螺母1的圆周方向间隔设置，水平附加槽形钢筋4为相背设置的两个c形钢筋，水平附加槽形钢筋4沿竖向间隔设置并且与竖向附加u形钢筋3和墙体钢筋网片5绑扎。
[0075]
钢筋骨架还包括沿竖向间隔设置的水平附加梯形钢筋6，水平附加梯形钢筋6垂直预制墙体厚度方向对称连接在竖向附加u形钢筋3的外侧并且与墙体钢筋网片5绑扎。
[0076]
最底部的约束装置2处还对称设有u形底部加强钢筋9，u形底部加强钢筋9穿过十字交叉杆23并且端部与相应侧的墙体钢筋网片5绑扎。u形底部加强钢筋9与墙体厚度方向的水平夹角不小于45
°
。
[0077]
上述纵肋空心墙体的预埋螺母连接节点的设计施工方法包括以下步骤：
[0078]
s1、根据预制墙体的体积v、混凝土材料密度ρ和空腔率r
v
，计算预制墙体自重标准值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；
[0079][0080]
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。
[0081]
表1.各种模板的参数对照表
[0082][0083]
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，将预埋螺母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，得出螺母1的受力总荷载f
k
。
[0084]
s3、根据式(3)和(4)计算螺母1的粘结锚固强度τ
u
和基本锚固长度l
ab
；
[0085][0086]
取3.0
[0087][0088][0089]
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
r
为螺母1的直径，a
j
为约束环22的面积，f
jy
为约束环22的强度设计值，f
y
为螺母1的屈服强度设计值，s为竖向相邻的约束环22之间的间距。
[0090]
根据式(2)确定螺母1的面积a
r
和直径d
r
：
[0091][0092]
式中n取值：两点吊装取2；f
y
为螺母1的屈服强度设计值。
[0093]
s4、根据式(5)计算螺母1的锚固长度l
a
，并确定螺母1的总长度l
a1
；
[0094]
l
a1
≥l
a
20mm 15mm
[0095]
l
a
＝0.6ζ
a
l
ab
[0096][0097]
s5、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
；
[0098]
[0099]
a
ric
＝π(d
r
2b
t
)2ꢀꢀꢀ
(7)
[0100]
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。
[0101]
s6、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s4
‑
s5，重新确定螺母1的锚固长度l
a
和螺母1的总长度l
a1
，直至满足条件。
[0102]
s7、确定竖向附加u形钢筋3的构造和环形内直径d
vr
，其中d
vr
≥2.5d
ad
。
[0103]
根据式(8)确定竖向附加u形钢筋3的面积a
ad
和直径d
ad
；
[0104][0105]
式中：f
ad
为竖向附加u形钢筋3的屈服强度设计值，m为竖向附加u形钢筋3的根数，4根竖向附加u形钢筋3布置时取8，2n
rib
是考虑了增大1倍的安全储备。
[0106]
s8、按照式(9)确定竖向附加u形钢筋3伸出最底部的约束装置2的约束环22底部的长度为l
ad
，并确定竖向附加u形钢筋3的总长度l
ad1
；
[0107][0108]
l
ad1
＝l
ad
d
ad
l
a
ꢀꢀꢀ
(9)。
[0109]
式中d
ad
为竖向附加u形钢筋3的直径。
[0110]
s9、确定水平附加槽形钢筋4的构造。水平附加槽形钢筋4的直径与竖向附加u形钢筋3的直径相同，水平附加槽形钢筋4沿竖向等间距设置，相邻的水平附加槽形钢筋4之间的间距不大于100mm，并且水平附加槽形钢筋4不少于三组。其中最顶部的水平附加槽形钢筋4设置在顶部第一个约束装置2和第二个约束装置2之间，最优选为最顶部的水平附加槽形钢筋4设置在顶部第一个约束装置2和第二个约束装置2的中间。
[0111]
s10、确定水平附加梯形钢筋6的构造。水平附加梯形钢筋6的直径与水平附加槽形钢筋4相同。同样的，水平附加梯形钢筋6沿竖向间隔设置，相邻水平附加梯形钢筋6之间的间距与相邻水平附加槽形钢筋4的间距相同。
[0112]
s11、确定u形底部加强钢筋9的构造。根据式(11)确定s11中u形底部加强钢筋9的面积a
u
和直径d
u
。u形底部加强钢筋9的环形端部内径d
uf
不小于2.5d
u
。为方便将u形底部加强钢筋9交叉放置，两个u形底部加强钢筋9的环形端部内径d
uf
的差值应大于2d
u
。固定时u形底部加强钢筋9与墙体厚度方向的水平夹角不小于45
°
。
[0113][0114]
式中f
uy
为u形底部加强钢筋9的屈服强度设计值；j为u形底部加强钢筋9的肢数，一个u形底部加强钢筋9取2，两个u形底部加强钢筋9取4；0.7为考虑安装角度对强度的折减系数。
[0115]
s12、取下插销24，将约束装置2打开，将键槽环21套在螺母1外，然后将两个键槽环21、两个约束环22闭合，利用插销24将两个键槽环21、两个约束环22固定，从而将约束装置2安装在螺母1外。
[0116]
s13、将竖向附加u形钢筋3穿过十字交叉杆23并与约束装置2绑扎。每个竖向附加u
形钢筋3与每个约束装置2的连接点不少于1个。
[0117]
s14、将带有约束装置2和竖向附加u形钢筋3的螺母1沿竖向安装在墙体纵肋7中。
[0118]
s15、将水平附加槽形钢筋4、水平附加梯形钢筋6分别与竖向附加u形钢筋3和墙体钢筋网片5绑扎，形成钢筋骨架。
[0119]
s16、将u形底部加强钢筋9穿过底部的约束装置2的十字交叉杆23并与相应侧的墙体钢筋网片5绑扎。
[0120]
s17、浇筑混凝土，脱模成型，最终形在预制墙体顶部形成预埋螺母连接节点。
[0121]
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，设置螺母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，q345钢筋的屈服强度设计值f
y
＝345mpa。
[0122]
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，非脱模吊运工况下螺母1受力最大，故按照式(1)计算荷载增大系数k＝4.5。
[0123]
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螺母1的受力总荷载f
k
＝70kn。
[0124]
s3、螺母1采用q390的钢材，2点对称布置，可得每个外力35kn，直径d
r
＝20mm。
[0125]
约束装置2采用q390的φ10钢筋，间距s为100mm，确定钢材屈服强度设计值f
jy
＝345mpa，抗压强度设计值f
c
＝19.1mpa，约束环22的截面面积a
j
＝75mm2。约束装置2的宽度为b
str
＝120mm，且约束装置2顶部距离预制墙体顶部下方15mm。
[0126]
根据式(3)和(4)计算螺母1的粘结锚固强度τ
u
＝＝3.07mpa，基本锚固长度l
ab
满足l
ab
/d＝28，最终l
ab
取560mm。
[0127]
设计键槽环21的高度取40mm，键槽环21外圆周边缘部分的倒角为60
°
。十字交叉杆23的直径取10mm。
[0128]
s4、根据式(5)计算螺母1的锚固长度l
a
＝340mm。确定螺母1的总长度：l
a1
＝380mm，满足设计要求。
[0129]
s5、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
＝37.75kn，其中实际投影面积a
ric
按照偏保守的取t
w
×
b
rib
＝150mm
×
200mm。
[0130]
s6、判断纵肋混凝土锥形体破坏强度(n
rib
＝37.75kn)＞(f
k
/n＝70/2＝35kn)，满足判别条件，进入下一步。
[0131]
s7、确定竖向附加u形钢筋3的构造，环形内直径为d
vr
≥2.5d
ad
。
[0132]
s8、按照式(9)确定竖向附加u形钢筋3伸出最底部的约束装置2的约束环22底部的长度为l
ad
＝215mm，并确定竖向附加u形钢筋3的总长度l
ad1
＝570mm。
[0133]
s9、水平附加槽形钢筋4采用hrb400的φ10钢筋；布置4组，各组距离墙体顶部60mm，160mm，260mm，340mm。
[0134]
s10、确定水平附加梯形钢筋6的构造：材料、直径、位置间距与水平附加槽形钢筋4相同，平台段长度取60mm，方便绑扎竖向附加u形钢筋3。
[0135]
s11、u形底部加强钢筋9采用hpb300的钢筋，按照式(9)确定u形底部加强钢筋9的面积a
u
＝106mm2、直径d
u
＝12mm，环形端部内径d
uf
＝30mm。固定时u形底部加强钢筋9与墙体厚度方向的水平夹角不小于45
°
。
[0136]
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。