韓亞明

上海建工五建集團(tuán)有限公司 上海 200063

1 工程概況

星河灣中學(xué)項(xiàng)目位于上海市閔行區(qū)，由5棟單體及其配套建筑組成，主體建筑為裝配整體式框架結(jié)構(gòu)。地上部分采用預(yù)制柱、預(yù)制疊合梁、預(yù)制疊合板、預(yù)制樓梯、預(yù)制空調(diào)板等預(yù)制構(gòu)件。

其中，學(xué)生宿舍樓為地下1層，地上10層，預(yù)制率為47.2%；教學(xué)辦公樓為地下1層，地上5層，預(yù)制率為45.1%；多功能綜合樓為地下1層，地上3層，預(yù)制率為16.1%。綜合預(yù)制率達(dá)40.03%，構(gòu)件數(shù)量多達(dá)5 411塊。

2 可調(diào)端承式支座支撐體系設(shè)計(jì)

鋼牛腿作為工程結(jié)構(gòu)中常用的受力構(gòu)件，其具有截面小、受力簡單、承載力高等優(yōu)點(diǎn)，可用于傳遞構(gòu)件的豎向荷載。

為節(jié)省排架支設(shè)時(shí)間，便捷施工，以鋼牛腿為原型，研發(fā)專用于裝配式建筑吊裝施工中構(gòu)件支撐的可調(diào)端承式支座支撐，分別用于預(yù)制梁和預(yù)制板的支撐，如圖1所示。在預(yù)制柱及預(yù)制梁上預(yù)埋螺母，施工時(shí)通過螺栓安裝鋼牛腿配件，即可達(dá)到支撐效果。鋼牛腿配件和螺栓分別如圖2和圖3所示。

圖1 可調(diào)端承式支座支撐體系

圖2 鋼牛腿

圖3 螺栓

3 可調(diào)端承式支座支撐體系可應(yīng)用性驗(yàn)算

針對實(shí)際工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)相應(yīng)的支座支撐體系，如圖4所示，結(jié)合工程結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果驗(yàn)算其受力性能，對其在本工程中的可應(yīng)用性能進(jìn)行驗(yàn)算。本文著重介紹梁柱支撐和梁板支撐的驗(yàn)算過程[1-3]。

圖4 梁柱牛腿三維示意

3.1 梁柱牛腿驗(yàn)算

3.1.1 螺栓群驗(yàn)算

已知條件：梁高700 mm，預(yù)制高度550 mm，梁寬400 mm，跨度6 600 mm，選用C30混凝土，彈性模量為3.25×107kN/m2，素混凝土重度25 kN/m3，施工活荷載為2.0 kN/m2?？缰袩o支撐。

計(jì)算過程：取鋼筋混凝土重度27 kN/m3，考慮現(xiàn)澆后的情況，梁自重荷載偏安全取7.56 kN/m，施工荷載取0.8 kN/m，板傳遞的荷載為20.87 kN/m，梁承受荷載為29.23 kN/m，梁慣性矩為5.55×10-3m4，截面剛度為1.80×105kN·m2，兩端剪力為96.47 kN。

1）螺栓群驗(yàn)算。梁端最大剪力V=96.47 kN，螺栓連接件采用5.6級M22螺栓，螺栓群行間距為132 mm，列間距為120 mm，列邊距為50 mm，行邊距為94 mm。螺栓受剪面?zhèn)€數(shù)為1個(gè)，連接板材料類型為Q235。具體驗(yàn)算過程如下：軸力作用下單個(gè)螺栓所承受的拉力NNt＝0 kN，螺栓群對中心的y坐標(biāo)平方和S＝∑y2＝17 424 mm2，在彎矩作用下單個(gè)螺栓所承受的最大拉力NMt＝20 kN，NNt＜NMt，部分螺栓受壓，單個(gè)螺栓所承受的最大拉力Ndt＝NNt+NMt＝20 kN，單個(gè)螺栓所承受的剪力Vd＝24.118 kN，單個(gè)螺栓抗拉承載力Nt＝63.714 kN，單個(gè)螺栓抗剪承載力Nv＝72.225 kN。拉剪作用下螺栓承載力驗(yàn)算：sqrt[(Vd/Nv)2+(Nd/Nt)2]＝0.458 3≤1，滿足要求。單個(gè)螺栓抗壓承載力Nc＝213.84 kN。剪力作用下螺栓抗壓承載力驗(yàn)算：Vd/Nc＝0.112 8≤1，滿足要求。

2）螺栓群構(gòu)造檢查。列邊距為50 mm，最小限值為47 mm；列邊距為50 mm，最大限值為94 mm；外排列間距為120 mm，最大限值為144 mm；中排列間距為120 mm，最大限值為288 mm；列間距為120 mm，最小限值為70.5 mm；行邊距為94 mm，最小限值為28.2 mm；行邊距為94 mm，最大限值為94 mm；外排行間距為132 mm，最大限值為144 mm；中排行間距為132 mm，最大限值為288 mm；行間距為132 mm，最小限值為70.5 mm。綜上所述，螺栓群構(gòu)造滿足要求。

3）端板孔壁承壓。鋼材板厚12 mm，材料型號為Q235，所受應(yīng)力為46.5 MPa，小于235 MPa，滿足要求。

3.1.2 內(nèi)螺紋套筒計(jì)算

混凝土局部承壓采用規(guī)范公式進(jìn)行驗(yàn)算。經(jīng)驗(yàn)算，滿足要求。

套筒埋置深度90 mm，滿足GB 50367—2013《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范》中錨固深度不應(yīng)小于60 mm的規(guī)定。

由3.1.1可知，內(nèi)螺紋套筒頂部邊距94 mm，側(cè)邊邊距240 mm，群錨間距120 mm，滿足GB 50367—2013《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范》16.4.4條規(guī)定。由3.1.1可知，彎矩作用下，單個(gè)螺栓承受最大拉力20 kN。假定埋件到基礎(chǔ)邊緣有足夠的距離，錨板螺栓在軸向力F作用下，螺栓及其周圍的混凝土以圓錐臺(tái)形從基礎(chǔ)中拔出破壞（圖5、圖6）。

圖5 抗拔驗(yàn)算模型

圖6 柱牛腿立面

分析可知，沿破裂面作用有切向應(yīng)力和法向應(yīng)力，由力系平衡條件可得埋件抗拔力F＝34.6 kN＞20 kN，滿足要求。經(jīng)驗(yàn)算，錨板處混凝土局部承壓力為278 kN＞20 kN，滿足要求。

3.2 梁板牛腿驗(yàn)算

3.2.1 螺栓群計(jì)算

已知條件：全板厚150 mm，預(yù)制80 mm，x向跨度2 500 mm，y向跨度6 900 mm（實(shí)際6 530 mm），選用C30混凝土，彈性模量為3.25×107 kN/m2，素混凝土重度25 kN/m3，施工活荷載為2.0 kN/m2。

計(jì)算過程：取鋼筋混凝土重度27 kN/m3，考慮現(xiàn)澆后的情況，板自重荷載偏安全取4.05 kN/m，板承受荷載為6.05 kN/m2，轉(zhuǎn)換為線荷載15.12 kN/m，端部剪力為52.18 kN。一側(cè)端部配置2個(gè)連接件（∠63 mm×63 mm，長度112 mm，中部加焊加勁板），每個(gè)連接件所受剪力為26.09 kN。

1）螺栓群驗(yàn)算。列向剪力V＝26.09 kN，螺栓連接件采用5.6級M22螺栓，列間距為60 mm，列邊距為26 mm，行邊距為31.5 mm。螺栓受剪面?zhèn)€數(shù)為1個(gè)，連接板材料類型為Q235。具體驗(yàn)算過程如下：螺栓抗剪承載力Nv＝21.488 kN，螺栓承壓承載力Nc＝48.6 kN，螺栓承載力Nvt＝min（Nv，Nc）＝21.488 kN。 經(jīng)計(jì)算，螺栓實(shí)際所受承載力為13.045 kN，小于21.488 kN，滿足要求。

2）螺栓群構(gòu)造檢查。列邊距為26 mm，最小限值為15.6 mm；列邊距為26 mm，最大限值為52 mm；外排列間距為60 mm，最大限值為104 mm；中排列間距為60 mm，最大限值為156 mm；列間距為60 mm，最小限值為39 mm；行邊距為32 mm，最小限值為26 mm；行邊距為32 mm，最大限值為52 mm。綜上所述，螺栓群構(gòu)造均滿足要求。

3）端板孔壁承壓。板厚10 mm，材料型號為Q235，所受應(yīng)力為35.3 MPa＜235 MPa，滿足要求。

3.2.2 內(nèi)螺紋套筒計(jì)算

混凝土局部承壓采用規(guī)范公式進(jìn)行驗(yàn)算。經(jīng)驗(yàn)算，滿足要求。

套筒埋置深度60 mm，滿足GB 50367—2013《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范》中錨固深度不應(yīng)小于60 mm的規(guī)定。

內(nèi)螺紋套筒頂部邊距52 mm，群錨間距60 mm，均滿足構(gòu)造規(guī)定。

4 工程應(yīng)用

4.1 施工流程

施工準(zhǔn)備→柱牛腿安裝→預(yù)制柱吊裝→預(yù)制柱固定及校正→柱底灌漿作業(yè)→梁牛腿安裝→預(yù)制主梁吊裝→預(yù)制次梁吊裝→疊合板吊裝

4.2 施工要點(diǎn)

4.2.1 柱牛腿安裝

在預(yù)制柱的頂端與梁結(jié)合處安裝牛腿，使用4根螺栓將其固定，如圖7所示。

4.2.2 預(yù)制柱吊裝

吊裝前在柱子表面彈出安裝中心線，作為吊裝、對位、校正的依據(jù)，還要標(biāo)出其重心和綁扎點(diǎn)位置。為便于觀察及避免視差，柱頂與牛腿上還應(yīng)標(biāo)出屋架及吊車梁的安裝中心線。

4.2.3 預(yù)制柱固定及校正

柱就位后，應(yīng)立即進(jìn)行臨時(shí)固定。固定方法一般采用無風(fēng)纜固定法，在柱根部打入4～8個(gè)木楔或鋼楔，露出杯口100～150 mm，使柱保持穩(wěn)定。柱的校正包括平面位置測量校正、垂直度校正和標(biāo)高校正。

1）平面位置的校正。將經(jīng)緯儀架設(shè)在軸線控制樁上，向每個(gè)杯形基礎(chǔ)投測軸線，在杯口上形成相互垂直的十字線，在吊裝時(shí)按柱身上所彈中心線和杯形基礎(chǔ)上所彈軸線位置關(guān)系進(jìn)行校正。

2）柱標(biāo)高的校正。主要是按實(shí)際柱長調(diào)整杯底標(biāo)高，架設(shè)1臺(tái)水準(zhǔn)儀，測量每個(gè)杯形基礎(chǔ)杯口內(nèi)標(biāo)高，用M30砂漿進(jìn)行校正。

3）垂直度的校正。在柱臨時(shí)固定后進(jìn)行，垂直度的校正直接影響吊車梁、屋架等安裝的準(zhǔn)確性，柱垂直度的校正方法采用鋼管撐桿法和纜風(fēng)繩校正法。

4.2.4 柱底灌漿作業(yè)

先對預(yù)制柱進(jìn)行封倉處理，封倉完畢之后，使用配制好的灌漿料進(jìn)行灌漿，灌漿料需在30 min內(nèi)使用完成。

4.2.5 梁牛腿安裝

在安裝牛腿前，須放出高程安裝定位線并掛線標(biāo)記。施工人員須按定位線高程及圖紙具體尺寸安裝牛腿支架。安裝時(shí)，牛腿支架與預(yù)埋件采用螺栓連接，要求連接處螺栓擰緊牢固、不松動(dòng)，如圖8所示。

圖7 支撐預(yù)制梁牛腿安裝

圖8 支撐預(yù)制板牛腿安裝

4.2.6 預(yù)制梁吊裝

吊裝前應(yīng)對預(yù)制梁的運(yùn)輸通道和吊裝現(xiàn)場進(jìn)行全面檢查，檢查完畢后，按先主梁、后次梁的順序進(jìn)行吊裝。在吊裝時(shí)要確保梁的水平，在梁的頂部掛線錘，根據(jù)梁端面上的豎向中心線來檢查梁梗是否垂直，且不向兩側(cè)傾斜。

4.2.7 疊合板吊裝

疊合板吊裝時(shí)，若疊合板有預(yù)留孔洞，吊裝前先查清其位置，明確板的擱置方向。同時(shí)檢查并排除鋼筋等就位的障礙。吊裝時(shí)應(yīng)按預(yù)留吊環(huán)位置，采取6個(gè)吊環(huán)同步起吊的方式。起吊時(shí)，應(yīng)使疊合板對準(zhǔn)所畫定的疊合板位置線，按設(shè)計(jì)支座慢降到位，穩(wěn)定落實(shí)。

5 結(jié)語

參考牛腿受力構(gòu)件，創(chuàng)新研發(fā)可調(diào)端承式支座支撐體系，用于預(yù)制裝配式建筑構(gòu)件安裝施工中疊合梁和疊合板的固定。結(jié)合實(shí)際工程進(jìn)行設(shè)計(jì)，驗(yàn)算結(jié)果表明，可調(diào)端承式支座支撐體系受力可靠，構(gòu)造滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。經(jīng)工程實(shí)踐檢驗(yàn)，其表現(xiàn)出良好的受力性能，達(dá)到預(yù)期的固定效果，可代替腳手架對預(yù)制疊合梁與疊合板進(jìn)行固定，安裝便捷，節(jié)約了大量鋼材，提高了施工效率，值得在預(yù)制裝配式建筑建造中進(jìn)行廣泛的推廣使用。

[1] 張顯柱,楊巍.牛腿設(shè)計(jì)的要點(diǎn)[J].內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟(jì),2013(3):57-59.

[2] 劉文華,邢上志,田向陽.牛腿的抗裂度及承載能力的計(jì)算[J].河南 科學(xué),2003(6):754-757.

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