可調(diào)端承式支座支撐體系在裝配式建筑中的應(yīng)用

韓亞明

上海建工五建集團有限公司 上海 200063

1 工程概況

星河灣中學(xué)項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40.03%，構(gòu)件數(shù)量多達5 411塊。

2 可調(diào)端承式支座支撐體系設(shè)計

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，可用于傳遞構(gòu)件的豎向荷載。

為節(jié)省排架支設(shè)時間，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，施工時通過螺栓安裝鋼牛腿配件，即可達到支撐效果。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)用性驗算

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

圖4 梁柱牛腿三維示意

3.1 梁柱牛腿驗算

3.1.1 螺栓群驗算

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。跨中無支撐。

計算過程：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，連接板材料類型為Q235。具體驗算過程如下：軸力作用下單個螺栓所承受的拉力NNt＝0 kN，螺栓群對中心的y坐標(biāo)平方和S＝∑y2＝17 424 mm2，在彎矩作用下單個螺栓所承受的最大拉力NMt＝20 kN，NNt＜NMt，部分螺栓受壓，單個螺栓所承受的最大拉力Ndt＝NNt+NMt＝20 kN，單個螺栓所承受的剪力Vd＝24.118 kN，單個螺栓抗拉承載力Nt＝63.714 kN，單個螺栓抗剪承載力Nv＝72.225 kN。拉剪作用下螺栓承載力驗算：sqrt[(Vd/Nv)2+(Nd/Nt)2]＝0.458 3≤1，滿足要求。單個螺栓抗壓承載力Nc＝213.84 kN。剪力作用下螺栓抗壓承載力驗算：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)螺紋套筒計算

混凝土局部承壓采用規(guī)范公式進行驗算。經(jīng)驗算，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)計規(guī)范》16.4.4條規(guī)定。由3.1.1可知，彎矩作用下，單個螺栓承受最大拉力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形從基礎(chǔ)中拔出破壞（圖5、圖6）。

圖5 抗拔驗算模型

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 梁板牛腿驗算

3.2.1 螺栓群計算

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個連接件（∠63 mm×63 mm，長度112 mm，中部加焊加勁板），每個連接件所受剪力為26.09 kN。

1）螺栓群驗算。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，連接板材料類型為Q235。具體驗算過程如下：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)計算，螺栓實際所受承載力為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)螺紋套筒計算

混凝土局部承壓采用規(guī)范公式進行驗算。經(jīng)驗算，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

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)立即進行臨時固定。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)系進行校正。

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

3）垂直度的校正。在柱臨時固定后進行，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)制柱進行封倉處理，封倉完畢之后，使用配制好的灌漿料進行灌漿，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，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，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)制梁的運輸通道和吊裝現(xiàn)場進行全面檢查，檢查完畢后，按先主梁、后次梁的順序進行吊裝。在吊裝時要確保梁的水平，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，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。同時檢查并排除鋼筋等就位的障礙。吊裝時應(yīng)按預(yù)留吊環(huán)位置，采取6個吊環(huán)同步起吊的方式。起吊時，應(yīng)使疊合板對準(zhǔn)所畫定的疊合板位置線，按設(shè)計支座慢降到位，穩(wěn)定落實。

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)合實際工程進行設(shè)計，驗算結(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)工程實踐檢驗，其表現(xiàn)出良好的受力性能，達到預(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行廣泛的推廣使用。

[1] 張顯柱,楊巍.牛腿設(shè)計的要點[J].內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟,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算[J].河南 科學(xué),2003(6):754-757.

[3] 賈金青,孫洪梅.一種新型牛腿的設(shè)計與應(yīng)用[J].建筑結(jié)構(gòu),2002, 30(3):29-30.