摘要：本文针对预制双面叠合墙板构件，结合国内外相关资料给出大型预制双面叠合墙板的界定原则，并针对预制双面叠合墙板在吊装、安装两种工况中实际存在的受力状况展开研究，根据相关资料进行理论计算分析并得出结论，为装配式领域大型预制构件在吊装和安装工况的受力状态提出相应的解决方案及实施建议。
关键词：大型预制双面叠合墙板；吊装；安装；受力分析
近几年来国家和地方政府制定了大量的建筑工业化相关政策，极大地推动了装配式建筑发展。随着建筑类型向大跨度和大空间方向发展，大型预制构件的运用是未来不可避免的发展趋势。然而，目前运用于民用和公共建筑中的大型预制构件，其在设计、生产以及施工阶段的研究成果却明显不足，也造成了当前装配式公共建筑的大量大型预制构件在各个阶段都暴露出较多的问题，比如构件在脱模起吊过程中的开裂、吊钩断裂拔出、构件运输折断，甚至安装倒塌等。
鉴于此，本文对预制双面叠合墙板的吊装、安装受力状况进行了深入的研究，通过分析国外情况确定了大型预制双面叠合墙板构件的界定原则，同时参考相关技术规程对双面叠合墙板的吊装、安装受力进行了理论分析，以便能够给大型预制构件的生产、设计及施工等阶段提供一些技术参考和实施建议。
1 大型预制双面叠合墙板属性界定
德国作为双面叠合墙板的发源地，对双面叠合墙板的研究和应用都十分成熟，因此对德国的相关资料进行分析梳理，可以保证本文研究方向的正确性。界定是否属于大型构件，一般从构件的尺寸、面积及重量三方面着手。对德国双面叠合墙板情况[1]进行分析梳理如下表1所示，保守起见，初步拟定墙板长度大于6.0m为大型双面叠合墙板。
表1 德国大型双面叠合墙板属性定义
2 预制双面叠合墙板吊装受力分析
对于大型预制双面叠合墙板来说，无门窗是受力最有利的构件形式，最大限度保持了构件本身的完整性，在脱模、起吊、安装各工况下均有很好的整体性，避免局部应力集中导致的开裂问题，因此本文基于无洞口的典型双面叠合墙板进行分析。国内外对于无洞口墙板吊装点位的选择已有较成熟的研究和规范，如美国PCI手册[2]就确定了吊点位置为距离墙板两侧0.207倍墙板长度处对于构件的抗弯设计最合理，双面叠合墙板构造形式及吊装方式分别如下图1和图2 所示。
图1预制双面叠合墙板构造示意 图2预制双面叠合墙板吊装示意
2.1 起吊验算
基于预制双面叠合墙板尺寸大于6m为大型的定义，对典型无洞口墙板进行吊装受力分析。选用的预制双面叠合墙板尺寸为6000mmx2800mm，重量为4.20吨，预制厚度为100mm，采用C30混凝土。
双面叠合剪力墙安装起吊时通常采用二点起吊，当两点起吊不满足要求时可采用四点起吊[2]如下图3所示，计算模型采用等代梁模型。墙板吊装时主要受墙板自重作用，此时的计算荷载qm取板自重qd的1.5倍（安装吊运时动力系数取1.5）[3]，即qm=1.5qd，内力计算简图如图4所示。
图3 两点起吊和四点起吊位置布置图
图4 双面叠合剪力墙板吊装时内力计算简图
（1）
（2）
（3）
根据预制墙板内力简图及式（1）~（2），计算得出6m长墙的最大弯矩为Mmax=8.13×106N·mm。
双面叠合剪力墙横截面惯性矩[4]为：
（4）
双面叠合剪力墙横截面最大拉应力取：
（5）
其中，B为双面叠合墙板预制厚度取100mm；H为墙板高度取2800mm。
根据式（4）及式（5）计算得出此预制双面叠合墙板的截面惯性矩为W0=1.31×108 mm3，因此6m长预制双面叠合墙板吊装时，最大拉应力为σ=0.062N/mm2，而C30混凝土的抗拉强度标准值ftk=2.01N/mm2，因此σ<ftk，满足要求，安全系数为32.42。
按照上述计算方法，以墙板长度相差1m为一个间隔对7m到14m范围的预制双面叠合墙板进行吊装受力分析，计算结果如下表2所示：
表2 不同长度预制墙板构件验算
对于无洞口的预制双面叠合墙板，根据上表6m~14m长墙板计算结果，可见墙板本身在吊装过程中的开裂安全系数较大，可以认为墙体本身在吊装过程中不会开裂。因此，推断墙板吊装的薄弱环节会出现在吊环自身强度及吊环的锚固上，因此接下来进行墙板吊环的验算分析。
2.2吊环验算
对于预制双面叠合墙板，考虑到内外叶板厚度较小皆为50mm，且中间留有100mm的后浇空腔，针对叠合墙板一般采用钢筋吊环来进行吊装，且通常焊接或绑扎在钢筋骨架上，因此验算吊环一般计算电环钢筋截面的应力是否满足要求。
本文预制双面叠合墙板采用HPB300级钢筋作为吊环，等效静力荷载标准值为1.5倍墙板自重，每个吊环按2个截面计算的吊环应力不应大于65N/mm2[4]。
则所选吊环单个截面的受拉承载力为：
（6）
式中：d为吊筋直径，d=14mm。
同样以墙板长度相差1m为一个间隔对6m到14m范围的预制双面叠合墙板进行吊环验算，分析结果如下表3所示。一般采用两点吊装，若两点吊不能满足要求，则采用四点吊进行计算[4]，吊点布置方式如上图3所示。
表3不同长度预制双面叠合墙板吊环验算
根据上表3计算结果可知，当双面叠合墙板的长度为6m时可采用两点吊方式吊装，长度大于6m时推荐采用四点吊方式吊装。当双面叠合墙板的长度为6m~12m范围时可采用直径为18mm的吊环，墙板长度为13m~14m范围时推荐采用直径为20mm的吊环。
图5大型预制墙板安装工况受力简图
3 预制双面叠合墙板安装受力分析
根据墙板安装阶段受力模型，一般一片墙板设置两个支撑，考虑底部支撑的最不利情况，墙板现场安装就位后，浇筑混凝土前主要承受风荷载及重力作用，其受力简图如下图5所示，计算方法参考上海市工程建设规范《装配整体式混凝土住宅体系技术规程》（DG/TJ08-2071-2016） [5]如下式（7）和（8）所示。
（7）
（8）
式中：假定风压标准值wk取858N/m2，b为墙板的厚度为0.2m，h取2m，e为墙底支点距墙板中心的距离取0.075m，θ=45°。
预制双面叠合墙板，安装过程中动力系数取1.2[3] ，则对于长6m，高2.8m的墙板重力荷载标准值为Geq=6×2.8×0.1×25×1.2×1000=50400N。
根据式（7）计算得到，Fw=7207N,则斜撑拉力为
（9）
预制双面叠合墙板安装时采用的斜支撑螺栓为Q235级M12，其承载能力设计值T=12560N>4843.82N，满足要求，安全系数为2.59。参照上述方法，以墙板长度相差3m为一个间隔对9m到15m范围的预制双面叠合墙板均进行安装受力分析，汇总统计如下表4所示：
表4 不同长度预制墙板安装验算
由表4可得，对于6m到15m的大型预制墙板叠合墙板的斜撑工况，采用M12螺栓均能满足在风荷载作用下墙板安装固定的要求。墙板长度超过12米时，可采用3道支撑，以确保足够的安全余量。
4 总结
1）对于无洞口的预制双面叠合墙板，墙体本身在吊装过程中不会开裂。墙板吊装过程中的薄弱环节一般会出现在吊筋自身强度及吊筋的锚固上，应采取必要的构造措施加强吊筋的锚固。
2）当预制墙板长度不大于6m时可以采用2点起吊，当预制墙板的长度超过6m时推荐采用4点起吊。
3) 当双面叠合墙板的长度为6m~12m范围时可采用直径为18mm的吊环，墙板长度为13m~14m范围时推荐采用直径为20mm的吊环。
4）对于6m到15m范围内的预制墙板的斜撑工况，采用Q235级M12螺栓能满足在风荷载作用下墙板安装固定的要求。墙板长度超过12米时，可采用3道支撑，以确保足够的安全余量。
参考文献：
[1]Tragwerke aus Beton, Stahlbeton und Spannbeton: DIN1045-2008. Berlin:Deutsches Institut fuer Normung,2008.
[2]PCI DESIGN HANDBOOK.Chicago:Precast/Prestressed Concrete institute,2010.
[3]装配式混凝土结构技术规程:JGJ 1—2014.北京:中国建筑工业出版社,2014.
[4]混凝土结构设计规范:GB 50010-2010(2015版).北京:中国建筑工业出版社,2015.
[5]装配整体式混凝土住宅体系技术规程:DG/TJ08-2071-2016.上海,2016.
作者简介：闫加利（1993-10），女，汉族，籍贯：安徽省六安市，当前职务：结构工程师，学历：硕士，研究方向：装配式建筑
论文作者:闫加利
论文发表刊物:《基层建设》2019年第14期
论文发表时间:2019/7/29
标签：叠合论文; 墙板论文; 吊环论文; 受力论文; 所示论文; 长度论文; 构件论文; 《基层建设》2019年第14期论文;