桁架鋼筋混凝土疊合板吊點位置研究

孟凡文 謝景輝

摘 要：本文結(jié)合相關(guān)圖集、規(guī)范，利用理論計算的方法對桁架鋼筋混凝土疊合板的吊點位置進行了研究，通過控制桁架鋼筋混凝土疊合板吊點及跨中處混凝土的裂縫寬度，計算出吊點與疊合板邊緣的最大距離以及采用四點吊裝時疊合板的最大跨度。旨在為裝配式建筑中疊合板吊裝提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：桁架鋼筋混凝土疊合板；吊點；裂縫寬度；裝配式建筑；吊裝

近年來，隨著裝配式建筑在我國的發(fā)展和應(yīng)用，吊裝單元日趨大型化、復(fù)雜化，再加上吊裝單元在吊裝過程中的邊界條件和受力狀態(tài)與設(shè)計階段不同，對吊裝工程提出了更高的要求。因此，通過結(jié)合力學(xué)理論，了解吊點位置對預(yù)制構(gòu)件的應(yīng)力、變形等的影響，進而為制定合理的吊裝方案提供理論依據(jù)是目前裝配式建筑施工所迫切需要的技術(shù)之一。

確定預(yù)制構(gòu)件的吊點位置時，通常先根據(jù)構(gòu)件的幾何形狀和約束情況將吊裝體系（吊裝體系由預(yù)制構(gòu)件、吊索和吊鉤三部分組成）簡化成吊裝簡圖，然后結(jié)合材料力學(xué)相關(guān)知識進行計算。對于梁、柱等細長構(gòu)件而言，可以將吊裝體系簡化成上部受均布荷載作用的簡支梁或者外伸梁，然后根據(jù)彎矩法、撓度法或者應(yīng)變能法計算吊點的位置。預(yù)制樓板一般采用四點吊裝，對于尺寸較大或者形狀不規(guī)則的預(yù)制樓板可能采用六點吊裝甚至八點吊裝。因此，確定預(yù)制樓板的吊點位置時，計算簡圖更復(fù)雜，計算量更大。美國的《PCI設(shè)計手冊》[1]（第六版）中介紹了一種確定預(yù)制混凝土樓板吊點位置的方法并且提供了預(yù)制混凝土樓板采用四點吊裝時的吊點位置。該方法先根據(jù)吊點的位置將預(yù)制混凝土樓板“分割”成若干塊“條狀平板”（國內(nèi)學(xué)者稱之為“等效梁”或者“等代梁”），然后按照梁的吊裝簡圖和彎矩法計算吊點位置。對于一塊長度為b，寬度為a，厚度為t的矩形板，采用四點吊裝時，Mx作用的截面寬度取15t與b/2之間的較小值，My作用的截面寬度為a/2。

確定預(yù)制樓板的吊點位置是預(yù)制樓板吊裝的重點和難點，不僅要保證預(yù)制構(gòu)件所受到的應(yīng)力在混凝土的抗拉、抗壓強度和鋼筋的屈服強度的范圍之內(nèi)，還要控制預(yù)制樓板的裂縫寬度。因此，本文主要從裂縫控制的角度對桁架鋼筋混凝土疊合板吊點位置的確定方法進行研究。

1 吊點位置的確定方法

現(xiàn)有文獻中評判吊點位置合理性的方法主要有最小彎矩法和最小應(yīng)變能法[2]。

1.1最小彎矩法

所謂最小彎矩法，就是將被吊物體簡化成質(zhì)量分布均勻的桿件，同時將吊點簡化成支座，通過調(diào)整支座的位置，使桿件的最大正彎矩和最大負彎矩相等，進而確定吊點的合理位置的方法。目前，最小彎矩法常用于評判鋼筋混凝土柱（或樁）等細長構(gòu)件吊點位置的合理性。

1.2最小應(yīng)變能法

最小應(yīng)變能法是一種以結(jié)構(gòu)整體應(yīng)變能取得最小值為目標，逐步優(yōu)化吊點位置的方法。這種方法在大跨度鋼桁架結(jié)構(gòu)吊裝、大跨度鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)吊裝等領(lǐng)域得到了深入研究和廣泛應(yīng)用。

2 基于裂縫控制的吊點位置研究

本文以圖集《桁架鋼筋混凝土疊合板（60mm厚底板）》[3]（15G366-1）中編號為DBD67-2720-2的疊合板為研究對象進行分析。疊合板混凝土強度等級為C30，底板鋼筋、鋼筋桁架的上弦鋼筋和鋼筋桁架的下弦鋼筋采用HRB400級鋼筋，鋼筋桁架的腹桿鋼筋采用HPB300級鋼筋。板配筋圖如圖1所示，相關(guān)參數(shù)見表1和表2。

對于跨度為L，寬度為W，底板厚度t為60mm的疊合板，采用等代梁模型計算吊點位置時，取等代梁的長度為l，寬度b為900mm。

如圖2所示，設(shè)吊點位置距離疊合板邊緣長度為 ，起吊時安全考慮動力系數(shù)取1.5。則等代梁上作用的均布荷載q、吊點處橫截面上的彎矩M—和跨中截面上的彎矩M +計算如下：

對于混凝土構(gòu)件而言，吊裝時應(yīng)保證危險截面處的裂縫寬度不超過《鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》中規(guī)定的限值，即一類環(huán)境，最大裂縫寬度不應(yīng)超過0.30mm；二a、二b、三a、三b類環(huán)境，最大裂縫寬度不應(yīng)超過0.20mm。按荷載效應(yīng)的準永久組合并考慮長期作用影響的最大裂縫寬度計算過程[4]如下：

式中，

—構(gòu)件受力特征系數(shù)，對受彎構(gòu)件有 =1.9；

當 時，取 ；當 時，取 ；

—最外層縱向受拉鋼筋外邊緣至受拉區(qū)底邊的距離（mm）：當 <20mm時，取20mm； >65mm時，取65mm；

—按荷載準永久組合計算的鋼筋混凝土構(gòu)件縱向受拉普通鋼筋應(yīng)力；

—縱向受拉鋼筋的等效直徑（mm）；

—按有效受拉混凝土截面面積計算的縱向受拉鋼筋配筋率，在最大裂縫寬度和撓度驗算中，當 時，取 ；

—按荷載準永久組合計算的截面彎矩；

、 分別為受拉區(qū)第i種縱向鋼筋的根數(shù)、公稱直徑（mm）；

為第i種縱向鋼筋的相對粘結(jié)特性系數(shù)，光圓鋼筋 =0.7；帶肋鋼筋 =1.0；

2.1 吊點處裂縫寬度驗算

=60-20-6-8=26mm

由 <0.3得，a<1796.1mm

2.2 跨中裂縫寬度驗算

令a=1795mm，則

=20mm

由 <0.3得，l<8781.36mm

綜上所述，處于一類環(huán)境的桁架鋼筋混凝土疊合板采用四點吊裝時，吊點與疊合板邊緣的最大距離不宜超過1795mm，疊合板跨度不宜超過8780mm。

3 結(jié)語

本文基于裂縫控制相關(guān)理論對桁架鋼筋混凝土疊合板的吊點位置進行研究，通過計算得到了處于一類環(huán)境的疊合板在四點吊裝工況下吊點與疊合板邊緣的最大距離及疊合板的最大跨度，為桁架鋼筋混凝土的吊點位置確定提供了理論依據(jù)。

參考文獻

[1] PCI industry handbook committee. PCI design handbook（6th edition）[M].Chicago，2004.

[2] 姚剛，謝巍，居虎.基于應(yīng)變能法的大跨度鋼桁架四吊點選取分析[J].重慶大學(xué)學(xué)報，2009，32（9）：1080-1085.

[3] 15G366-1，桁架鋼筋混凝土疊合板（60mm厚底板）[S].北京：中國計劃出版社，2015.

[4] 東南大學(xué)，同濟大學(xué)，天津大學(xué).混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008.