CN112962860A - 一种纵肋空心墙板及其钢筋吊环连接节点和设计施工方法 - Google Patents

一种纵肋空心墙板及其钢筋吊环连接节点和设计施工方法 Download PDF

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CN112962860A CN202110180989.9A CN202110180989A CN112962860A CN 112962860 A CN112962860 A CN 112962860A CN 202110180989 A CN202110180989 A CN 202110180989A CN 112962860 A CN112962860 A CN 112962860A
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Abstract

本发明的纵肋空心墙板的钢筋吊环连接节点及其设计施工方法属于建筑结构领域，本发明基于吊装荷载增大效应、约束箍筋混凝土锚固效应、纵肋混凝土锥形体破坏边界、弯起钢筋效益，提出了连接节点的理论设计方法和施工安装方法，方便设计和安装。本发明采用设置约束箍筋的环形钢筋吊环和设置辅助钢筋的构造形式，能够有效减少钢筋吊环锚固长度、防止钢筋吊环与混凝土发生锚固破坏后的吊点节点失效现象。采用箍筋外设置弯起钢筋的构造形式，能够提高吊点节点处混凝土抗劈裂破坏能力，降低混凝土开裂程度。本发明还解决了不能在具有贯通空腔的纵肋空心预制墙板中设置吊点的技术问题。

Description

一种纵肋空心墙板及其钢筋吊环连接节点和设计施工方法
技术领域
本发明属于建筑结构领域，具体为一种纵肋空心墙板及其钢筋吊环连接节点和设计施工方法。
背景技术
我国的装配式建筑进入快速发展新阶段。装配式住宅楼项试点目建设逐步形成了一套装配式混凝土剪力墙结构的设计、预制构件制造和装配施工技术，有力促进了新型装配式建筑在停滞多年后的再次崛起。
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，与卸扣、吊线、吊梁等吊装工具连接，通过起重机械进行调姿、移动。为避免预制构件开裂、吊点受力破坏引发的生产、施工安全隐患，应开展纵肋空心墙板吊装技术研究。
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。预埋工具类吊环需要预埋内置螺母和吊点局部加强，且需要专业厂商生产，价格相对较高。预埋钢筋吊环存在钢筋外露，影响使用时需要后期切割。预埋吊钉需要吊点局部加强，且价格相对较高。预留孔穿心吊需要后期封孔处理，且需要使用专用吊具。
当纵肋空心墙板采用贯通型空腔时，由于纵肋宽度较小，混凝土锚固区域较小。各现行规范对钢筋吊环的设计方法和构造措施存在差别，导致设计方法不统一，安全度差异较大，不便钢筋吊环设计、应用，故需对钢筋吊环的设计方法、构造措施开展研究，提出适用于纵肋空心墙板、安全度高的钢筋吊环设计方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种纵肋空心墙板及其钢筋吊环连接节点和设计施工方法，以解决上述技术问题。
为此，本发明提供一种纵肋空心墙板的钢筋吊环连接节点，包括：
钢筋吊环，沿预制墙板的厚度方向设置在墙板纵肋中，并且钢筋吊环的顶部伸出预制墙板外；
约束箍筋骨架，水平设置在墙板纵肋中并且沿预制墙板高度方向间隔设置，所述约束箍筋骨架包括闭合约束箍筋和非闭合钢筋，所述闭合约束箍筋将钢筋吊环包覆其中，所述非闭合钢筋连接在闭合约束箍筋的端部，并且非闭合钢筋与相应侧的墙板钢筋网片连接；
弯起钢筋，设置在墙板纵肋中，包括墙板厚度方向弯起钢筋和墙板长度方向弯起钢筋，所述墙板厚度方向弯起钢筋沿预制墙板厚度方向对称连接在闭合约束箍筋外侧，所述墙板长度方向弯起钢筋沿预制墙板长度方向对称连接在闭合约束箍筋外侧。
优选地，还包括辅助钢筋，所述辅助钢筋包括呈十字形的顶部定位钢筋(51)和呈U形的底部加强钢筋(52)，所述顶部定位钢筋(51)水平连接在最上方的约束箍筋骨架的顶部，所述顶部定位钢筋(51)与钢筋吊环(1)连接；所述底部加强钢筋(52)连接在钢筋吊环(1)的底部，所述底部加强钢筋(52)穿过钢筋吊环(1)并且两端与墙板钢筋网片(6)连接。
优选地，每组约束箍筋骨架包括两个相向设置的几字形钢筋，两个几字形钢筋的U形段共同形成矩形的闭合约束箍筋，几字形钢筋的非闭合钢筋与相应侧的墙板钢筋网片连接。
优选地，所述墙板厚度方向弯起钢筋为立体双V形，包括两个倒V形钢筋和连接在倒V形钢筋的端部之间的水平钢筋，所述墙板长度方向弯起钢筋呈倒U形，所述钢筋吊环的截面为一个矩形和两个半圆组成的长圆形。
另外，本发明还提供了一种纵肋空心墙板，包括墙板纵肋和墙板空腔所述墙板空腔为通孔，还包括如上所述的纵肋空心墙板的钢筋吊环连接节点。
另外，本发明还提供了一种如上所述的纵肋空心墙板的钢筋吊环连接节点的设计施工方法，包括以下步骤：
S1、根据预制墙板的体积V、混凝土材料密度ρ和空腔率rV，计算预制墙板自重标准值Gmk＝ρV(1-rV)，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；
Figure BDA0002940469100000021
式(1)中ψdy、ψdy1、ψdy2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，qad为脱模吸附力，Am为构件脱模面积；
S2、将钢筋吊环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，得出钢筋吊环的受力总荷载Fk；
S3、根据式(3)和(4)计算钢筋吊环的粘结锚固强度τu和基本锚固长度lab；
Figure BDA0002940469100000031
Figure BDA0002940469100000032
式中c为墙体的钢筋保护层厚度，fc为墙体的混凝土抗压强度设计值，d为钢筋吊环的直径，Aj为几字形钢筋的面积，fjy为几字形钢筋的强度设计值，fy为钢筋吊环的屈服强度设计值，s为几字形钢筋的间距；
S4、根据式(5)计算钢筋吊环的锚固长度la；
Figure BDA0002940469100000033
式中llimit为不考虑约束箍筋效益的最小限值；
S5、确定钢筋吊环的构造：根据式(6)确定钢筋吊环的外露高度ho、最大宽度b、最大高度h、环形端部内径Dmin；
Figure BDA0002940469100000034
式中tw为预制墙板的厚度，h＝ho+la+50mm，Dmin≥2.5d；
S6、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Nrib；
Figure BDA0002940469100000035
式中Aria、Aric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，ft为混凝土抗拉强度设计值；
S7、判断是否满足Nrib≥Fk/n，如果满足条件进行下一步，如果不满足，返回S3-S6，重新确定钢筋吊环的锚固长度la，直至满足条件；
S8、确定约束箍筋骨架的构造：几字形钢筋组的数量i＝(la-50mm)/s；每组几字形钢筋的高度hjs＝la-50mm+dj；几字形钢筋的宽度bj＝brib－2(c+dadx)，brib为节点处墙板纵肋最小宽度，dadx为墙板厚度方向弯起钢筋的直径；几字形钢筋的长度lj＝0.5(tw－2c+bj)；
S9、确定弯起钢筋的构造：确定墙板厚度方向弯起钢筋的高度hv＝hjs+40mm，宽度bv＝bj+2dadx，长度lv＝tw－2c，弯起角度tanαv＝2hv/lv；确定墙板长度方向弯起钢筋的高度hz＝hjs+40mm；宽度bz＝bj-2dj，环形端部内径Du＝0.5(bz-2dady)；
S10、确定辅助钢筋的构造，完成钢筋吊环连接节点的设计：顶部定位钢筋的直径d+等于几字形钢筋的直径dj，顶部定位钢筋的长度大于几字形钢筋的宽度bj；根据式(9)确定底部加强钢筋的面积Au、直径du，环形端部内径Duf＝2.5du，固定时底部加强钢筋与墙体厚度方向的水平夹角不小于45°；
Figure BDA0002940469100000041
式中Ar为钢筋吊环的单肢截面面积；fy为钢筋吊环的屈服强度设计值；fuy为底部加强钢筋的屈服强度设计值；j为底部加强钢筋的肢数，一个底部加强钢筋取2，两个底部加强钢筋取4；0.7为考虑安装角度对强度的折减系数；
S11、在预制墙板模具内，进行墙板钢筋网片绑扎和定位放置，然后定位放置墙板纵肋的成型模具，并将墙板纵肋的成型模具与预制墙板模具连接固定；
S12、按照设计要求，沿竖向间隔放置约束箍筋骨架，并将约束箍筋骨架的非闭合钢筋与相应侧的墙板钢筋网片连接；
S13、将墙板厚度方向弯起钢筋按照从墙底部到顶部的方向放置在闭合约束箍筋的外侧，直至墙板厚度方向弯起钢筋的水平钢筋与最下方的约束箍筋骨架接触，然后将墙板厚度方向弯起钢筋与约束箍筋骨架绑扎；
S14、将顶部定位钢筋水平连接在最上方的约束箍筋骨架的顶部，并且将顶部定位钢筋与钢筋吊环连接；
S15、将墙板长度方向弯起钢筋按照从墙顶部到底部的方向放置在闭合约束箍筋的外侧，直至墙板长度方向弯起钢筋与顶部定位钢筋接触，然后与约束箍筋骨架绑扎；
S16、将钢筋吊环放置在几字形钢筋形成的闭合约束箍筋内，并与顶部定位钢筋绑扎；
S17、底部加强钢筋穿过钢筋吊环，使底部加强钢筋与钢筋吊环底部接触，将底部加强钢筋的两端与墙板钢筋网片中的水平钢筋绑扎，钢筋吊环连接节点的各组件安装完成；
S18、预制墙板其它预留预埋件安装完成后，浇筑混凝土、收面、养护、脱模成型，最终形成具有钢筋吊环连接节点的纵肋空心墙板。
优选地，S3中钢筋吊环的直径d的确定方法为：根据式(2)计算钢筋吊环的单肢截面面积Ar，进而确定钢筋吊环的直径d；
Figure BDA0002940469100000051
式中n取值：两点吊装取2，四点吊装取3；fy为钢筋吊环的屈服强度设计值。
优选地，S8中墙板厚度方向弯起钢筋的直径dadx和S9中墙板长度方向弯起钢筋的直径dady的确定方法为：根据式(8)计算墙板厚度方向弯起钢筋的面积Aadx和墙板长度方向弯起钢筋的面积Aady，进而确定墙板厚度方向弯起钢筋的直径dadx和墙板长度方向弯起钢筋的直径dady；
Figure BDA0002940469100000052
式中：fady为墙板长度方向弯起钢筋的钢筋屈服强度设计值，fadx为墙板厚度方向弯起钢筋的钢筋屈服强度设计值，墙板厚度方向弯起钢筋与预制墙板厚度方向的夹角α满足tanα＝2la/(tw-2c)，m为弯起钢筋肢数。
优选地，S12中约束箍筋骨架的施工方法为：先沿竖向间隔放置一侧的几字形钢筋，将几字形钢筋的非闭合钢筋与相应侧的墙板钢筋网片连接，然后沿竖向间隔放置另一侧的几字形钢筋，保证两侧的几字形钢筋的重叠段间没有空隙后，将几字形钢筋与相应侧的墙板钢筋网片连接。
优选地，S14中顶部定位钢筋的施工方法为：将顶部定位钢筋的第一肢穿过墙板厚度方向弯起钢筋的顶部并与最上方的约束箍筋骨架的顶部接触，然后与最上方的约束箍筋骨架两点绑扎，将顶部定位钢筋的第二肢垂直第一肢放置并且第二肢与第一肢顶部接触，然后将顶部定位钢筋的第二肢与第一肢绑扎。
与现有技术相比，本发明的特点和有益效果为：
(1)本发明研发了一种纵肋空心墙板的钢筋吊环连接节点，解决了不能在具有贯通空腔的纵肋空心预制墙板中设置吊点的技术问题。
(2)本发明采用设置约束箍筋的环形钢筋吊环和设置辅助钢筋的构造形式，能够有效减少钢筋吊环锚固长度、防止钢筋吊环与混凝土发生锚固破坏后的吊点节点失效现象。
(3)本发明采用箍筋外设置弯起钢筋的构造形式，能够提高吊点节点处混凝土抗劈裂破坏能力，降低混凝土开裂程度。
(4)本发明基于吊装荷载增大效应、约束箍筋混凝土锚固效应、纵肋混凝土锥形体破坏边界、弯起钢筋效益，提出了连接节点的理论设计方法和施工安装方法，方便设计和安装。
附图说明
图1为纵肋空心墙板的钢筋吊环连接节点的示意图。
图2为图1中A-A剖面示意图。
图3为图1中B-B剖面示意图。
图4为单组约束箍筋骨架的平面示意图。
图5为墙板厚度方向弯起钢筋的示意图。
附图标注：1-钢筋吊环、2-几字形钢筋、31-墙板厚度方向弯起钢筋、32-墙板长度方向弯起钢筋、4-墙板纵肋、51-顶部定位钢筋、52-底部加强钢筋、6-墙板钢筋网片、7-墙板空腔。
具体实施方式
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。
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申请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。
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。
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。
如图1-5所示为一种纵肋空心墙板的钢筋吊环连接节点，其中纵肋空心墙板包括墙板纵肋(4)和墙板空腔(7)，墙板空腔(7)为通孔，墙板纵肋(4)的宽度较小(为150mm)。纵肋空心墙板的钢筋吊环连接节点包括钢筋吊环(1)、约束箍筋骨架、弯起钢筋和辅助钢筋。
钢筋吊环(1)沿预制墙板的厚度方向设置在墙板纵肋(4)中，并且钢筋吊环(1)的顶部伸出预制墙板外。所述钢筋吊环(1)的截面优选为一个矩形和两个半圆组成的长圆形。
约束箍筋骨架水平设置在墙板纵肋(4)中并且沿预制墙板高度方向间隔设置，所述约束箍筋骨架包括闭合约束箍筋和非闭合钢筋，所述闭合约束箍筋将钢筋吊环(1)包覆其中，所述非闭合钢筋连接在闭合约束箍筋的端部，并且非闭合钢筋与相应侧的墙板钢筋网片(6)连接。具体地，每组约束箍筋骨架包括两个相向设置的几字形钢筋(2)，两个几字形钢筋(2)的U形段共同形成矩形的闭合约束箍筋，几字形钢筋(2)的非闭合钢筋与相应侧的墙板钢筋网片(6)连接。约束箍筋骨架可有效约束闭合约束箍筋区域内的混凝土，提高混凝土与钢筋吊环(1)的粘结锚固强度，减小钢筋吊环(1)的锚固长度。可实现约束箍筋骨架直接与墙板钢筋网片(6)连接，无需设置附加钢筋。
弯起钢筋设置在墙板纵肋(4)中，包括墙板厚度方向弯起钢筋(31)和墙板长度方向弯起钢筋(32)，所述墙板厚度方向弯起钢筋(31)沿预制墙板厚度方向对称连接在闭合约束箍筋外侧，所述墙板长度方向弯起钢筋(32)沿预制墙板长度方向对称连接在闭合约束箍筋外侧。所述墙板厚度方向弯起钢筋(31)为立体双V形，包括两个倒V形钢筋和连接在倒V形钢筋的端部之间的水平钢筋。所述墙板长度方向弯起钢筋(32)呈倒U形。弯起钢筋置的设置可提高吊点节点处混凝土抗劈裂破坏承载力，增大吊点的安全程度。
所述辅助钢筋包括呈十字形的顶部定位钢筋(51)和呈U形的底部加强钢筋(52)，所述顶部定位钢筋(51)水平连接在最上方的约束箍筋骨架的顶部，所述顶部定位钢筋(51)与钢筋吊环(1)连接。十字形的顶部定位钢筋(51)起定位作用，可有效连接节点其它部分组件，形成整体结构。所述底部加强钢筋(52)连接在钢筋吊环(1)的底部，所述底部加强钢筋(52)穿过钢筋吊环(1)并且两端与墙板钢筋网片(6)连接。底部加强钢筋(52)可有效防止钢筋吊环(1)与混凝土发生锚固破坏后的吊点节点失效现象，能够将钢筋吊环(1)所受荷载传递至墙板钢筋网片(6)上。
上述纵肋空心墙板的钢筋吊环连接节点的设计施工方法包括以下步骤：
S1、根据预制墙板的体积V、混凝土材料密度ρ和空腔率rV，计算预制墙板自重标准值Gmk＝ρV(1-rV)，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；
Figure BDA0002940469100000081
式(1)中ψdy、ψdy1、ψdy2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，qad为脱模吸附力，Am为构件脱模面积。各参数按照表1取值。
表1.各种模板的参数对照表
Figure BDA0002940469100000082
S2、根据S1中确定的墙板自重标准值Gmk和荷载增大系数K，将钢筋吊环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，得出钢筋吊环(1)的受力总荷载Fk。
S3、设计约束箍筋骨架，确定几字形钢筋(2)的强度设计值fjy、面积Aj、直径dj和间距s。根据式(3)和(4)计算钢筋吊环(1)的粘结锚固强度τu(单位MPa)和基本锚固长度lab；
Figure BDA0002940469100000091
Figure BDA0002940469100000092
式中c为墙体的钢筋保护层厚度，fc为墙体的混凝土抗压强度设计值，d为钢筋吊环(1)的直径，Aj为几字形钢筋(2)的面积，fjy为几字形钢筋(2)的强度设计值，fy为钢筋吊环(1)的屈服强度设计值，s为几字形钢筋(2)的间距。
钢筋吊环(1)的直径d的确定方法为：采用HPB300、HPB235钢筋和钢筋吊环(1)受力相同的原则，确定钢筋吊环(1)的个数n，根据式(2)计算钢筋吊环(1)的单肢截面面积Ar，进而确定钢筋吊环(1)的直径d；
Figure BDA0002940469100000093
式中n取值：两点吊装取2，四点吊装取3；fy为钢筋吊环(1)的屈服强度设计值。
S4、按照S4确定的钢筋吊环(1)的基本锚固长度lab，考虑墙体生产方式、最小限值，根据式(5)计算钢筋吊环(1)的锚固长度la；
la＝ζalab≥llimit
Figure BDA0002940469100000094
式中llimit为不考虑约束箍筋效益的最小限值。
S5、确定钢筋吊环(1)的构造：根据式(6)确定钢筋吊环(1)的外露高度ho、最大宽度b、最大高度h、环形端部内径Dmin；
max(60mm,4d)≤ho≤70mm
max(60mm,3d)+2d≤b≤tw-7d (6)
式中tw为预制墙板的厚度，h＝ho+la+50mm，Dmin≥2.5d。
S6、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Nrib；
Figure BDA0002940469100000101
Aric＝πla 2+2lab (7)
式中Aria、Aric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，ft为混凝土抗拉强度设计值。
S7、判断是否满足Nrib≥Fk/n，如果满足条件进行下一步，如果不满足，返回S3-S6，重新确定钢筋吊环(1)的锚固长度la，直至满足条件。
S8、确定约束箍筋骨架的构造：几字形钢筋组的数量i＝(la-50mm)/s；每组几字形钢筋(2)的高度hjs＝la-50mm+dj；几字形钢筋(2)的宽度(算至外表面)bj＝brib－2(c+dadx)，brib为节点处墙板纵肋(4)最小宽度，dadx为墙板厚度方向弯起钢筋(31)的直径；几字形钢筋(2)的长度(算至外表面)lj＝0.5(tw－2c+bj)。几字形钢筋(2)与墙板钢筋网片(6)的水平段长度应满足可靠固定的要求。
墙板厚度方向弯起钢筋(31)的直径dadx和S9中墙板长度方向弯起钢筋(32)的直径dady的确定方法为：根据式(8)计算墙板厚度方向弯起钢筋(31)的面积Aadx和墙板长度方向弯起钢筋(32)的面积Aady，进而确定墙板厚度方向弯起钢筋(31)的直径dadx和墙板长度方向弯起钢筋(32)的直径dady；
Figure BDA0002940469100000102
式中：fady为墙板长度方向弯起钢筋(32)的钢筋屈服强度设计值，fadx为墙板厚度方向弯起钢筋(31)的钢筋屈服强度设计值，墙板厚度方向弯起钢筋(31)与墙厚度方向的夹角α满足tanα＝2la/(tw-2c)，m为弯起钢筋肢数。
S9、确定弯起钢筋的构造：确定墙板厚度方向弯起钢筋(31)的高度hv＝hjs+40mm，宽度bv＝bj+2dadx，长度lv＝tw－2c，弯起角度αv满足tanαv＝2hv/lv；确定墙板长度方向弯起钢筋(32)的高度hz＝hjs+40mm；宽度bz＝bj-2dj，环形端部内径Du＝0.5(bz-2dady)。
S10、确定辅助钢筋的构造，完成钢筋吊环连接节点的设计：顶部定位钢筋(51)的直径d+等于几字形钢筋(2)的直径dj，顶部定位钢筋(51)的长度大于几字形钢筋(2)的宽度bj；根据式(9)确定底部加强钢筋(52)的面积Au、直径du，环形端部内径Duf＝2.5du，固定时底部加强钢筋(52)与墙体厚度方向的水平夹角不小于45°；
Figure BDA0002940469100000111
式中Ar为钢筋吊环(1)的单肢截面面积；fy为钢筋吊环(1)的屈服强度设计值；fuy为底部加强钢筋(52)的屈服强度设计值；j为底部加强钢筋(52)的肢数，一个底部加强钢筋(52)取2，两个底部加强钢筋(52)取4；0.7为考虑安装角度对强度的折减系数。
S11、在预制墙板模具内，进行墙板钢筋网片(6)绑扎和定位放置，然后定位放置墙板纵肋(4)的成型模具，并将墙板纵肋(4)的成型模具与预制墙板模具连接固定。
S12、按照设计要求，沿竖向间隔放置约束箍筋骨架，并将约束箍筋骨架的非闭合钢筋与相应侧的墙板钢筋网片(6)连接。约束箍筋骨架的施工方法为：先沿竖向间隔放置一侧的几字形钢筋(2)，将几字形钢筋(2)的非闭合钢筋与相应侧的墙板钢筋网片(6)连接，然后沿竖向间隔放置另一侧的几字形钢筋(2)，保证两侧的几字形钢筋(2)的重叠段间没有空隙后，将几字形钢筋(2)与相应侧的墙板钢筋网片(6)连接。
S13、将墙板厚度方向弯起钢筋(31)按照从墙底部到顶部的方向放置在闭合约束箍筋的外侧，直至墙板厚度方向弯起钢筋(31)的水平钢筋与最下方的约束箍筋骨架底部接触，然后将墙板厚度方向弯起钢筋(31)与约束箍筋骨架隔一绑扎。
S14、将顶部定位钢筋(51)水平连接在最上方的约束箍筋骨架的顶部，并且将顶部定位钢筋(51)与钢筋吊环(1)连接。顶部定位钢筋(51)的施工方法为：将顶部定位钢筋(51)的第一肢穿过墙板厚度方向弯起钢筋(31)的顶部并与最上方的约束箍筋骨架的顶部接触，然后与最上方的约束箍筋骨架两点绑扎，将顶部定位钢筋(51)的第二肢垂直第一肢放置并且第二肢与第一肢顶部接触，然后将顶部定位钢筋(51)的第二肢与第一肢绑扎。
S15、将墙板长度方向弯起钢筋(32)按照从墙顶部到底部的方向放置在闭合约束箍筋的外侧，直至墙板长度方向弯起钢筋(32)中的U形端部内侧与顶部定位钢筋(51)顶部接触，然后与约束箍筋骨架隔一绑扎。
S16、将钢筋吊环(1)放置在几字形钢筋(2)形成的闭合约束箍筋内，并与顶部定位钢筋(51)绑扎。
S17、底部加强钢筋(52)穿过钢筋吊环(1)，使底部加强钢筋(52)的U形段底部与钢筋吊环(1)底部接触，调整底部加强钢筋(52)的角度，将底部加强钢筋(52)的两端与墙板钢筋网片(6)中的水平钢筋绑扎，钢筋吊环连接节点的各组件安装完成。
S18、预制墙板其它预留预埋件安装完成后，浇筑混凝土、收面、养护、脱模成型，最终形成具有钢筋吊环连接节点的纵肋空心墙板。
具体以某纵肋空心墙板为例，纵肋空心墙板集合尺寸：墙长lw＝5.4m，墙高hw＝2.7m，墙厚tw＝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fc＝19.1Mpa。预制墙体钢筋保护层厚度c为15mm，设置吊环连接节点处纵肋最小宽度brib为150mm。混凝土材料密度ρ＝25kN/m3。HPB300钢筋的屈服强度设计值fy＝300Mpa，HRB400钢筋的屈服强度设计值fy＝360Mpa。
S1、根据预制墙板的体积V，混凝土材料密度ρ，空腔率rV，计算墙板自重标准值Gmk＝47kN；根据计算判断，非脱模吊运工况下所述钢筋吊环受力最大，故按照式(1)计算荷载增大系数K＝4.5。
S2、根据S1确定的墙板自重标准值Gmk、荷载增大系数K，计算考荷载增大效应的钢筋吊环(1)的受力总荷载Fk＝70kN。
S3、钢筋吊环(1)采用2个对称布置，按照式(2)计算钢筋吊环(1)的钢筋单肢截面面积Ar＝175.7mm2，进而确定钢筋吊环(1)采用φ16钢筋(d＝16mm)。
几字形钢筋(2)采用HRB400的φ8钢筋，间距s为100mm，确定钢筋屈服强度设计值fjy＝360MPa，抗压强度设计值fc＝19.1Mpa，几字形钢筋(2)截面面积Aj＝50mm2。
根据式(3)和(4)计算钢筋吊环(1)的粘结锚固强度τu＝＝3.22MPa，基本锚固长度lab满足lab/d＝23.22，最终lab取380mm。
S4、根据式(5)计算钢筋吊环(1)的锚固长度la＝lab＝380mm，满足《混凝土结构设计规范》GB50010-2010规定的最小限值llimit＝(20d，200mm)。
S5、根据式(6)确定钢筋吊环(1)的外露高度ho＝70mm，最大宽度b＝90mm；最大高度(算至端部外表面)h＝500mm；环形端部内径Dmin＝60mm。
S6、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Nrib＝40.1kN，其中实际投影面积Aric按照偏保守的取tw×brib＝150mm×200mm。
S7、判断纵肋混凝土锥形体破坏强度(Nrib＝40.1kN)＞(Fk/n＝70/2＝35kN)，满足判别条件，进入下一步。
S8、按照式(8)确定墙板厚度方向弯起钢筋(31)的面积Aadx＝71.3mm2，最终采用HRB400的φ10钢筋(直径dadx＝10mm)。墙板长度方向弯起钢筋(32)的面积Aady＝65mm2，最终采用HRB400的φ10钢筋(直径dady＝10mm)。
确定约束箍筋骨架的构造：几字形钢筋组的数量i＝(380-50)/100+1＝4.3，布置5组，分别距离墙体上边缘50mm，110mm，180mm，280mm，380mm；几字形钢筋组高度hjs＝380-50+8≈340mm；几字形钢筋(2)的宽度(算至外表面)bj＝150－2(15+10)＝100mm；几字形钢筋(2)的长度(算至外表面)lj＝0.5(200－30+120)＝245mm。根据预制墙板竖向钢筋间距300mm的构造特点，几字形钢筋(2)与墙板钢筋网片(6)固定的水平段长度设置为200mm，可满足可靠固定的要求。
S9、确定弯起钢筋的构造：(1)所述墙板厚度方向弯起钢筋(31)的高度hv＝340+40mm＝380mm，宽度bv＝120+20＝140mm，长度为lv＝200－30＝170mm，弯起角度av＝77.38°；(2)墙板长度方向弯起钢筋(32)的高度hz＝340+40＝380mm；宽度bz＝150-16≈130mm，环形端部内径Du＝110mm。
S10、确定辅助钢筋的构造：(1)顶部定位钢筋(51)采用HRB400的φ8钢筋(d+＝8mm)长度l+＝130mmj；(2)底部加强钢筋(52)采用HPB300的钢筋，按照式(9)确定底部加强钢筋(52)面积Au＝102mm2、直径du＝12mm，环形端部内径Duf＝30mm，固定时底部加强钢筋(52)与墙体厚度方向的水平夹角取45°。
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。

Claims (10)

1.一种纵肋空心墙板的钢筋吊环连接节点，其特征在于包括：
钢筋吊环(1)，沿预制墙板的厚度方向设置在墙板纵肋(4)中，并且钢筋吊环(1)的顶部伸出预制墙板外；
约束箍筋骨架，水平设置在墙板纵肋(4)中并且沿预制墙板高度方向间隔设置，所述约束箍筋骨架包括闭合约束箍筋和非闭合钢筋，所述闭合约束箍筋将钢筋吊环(1)包覆其中，所述非闭合钢筋连接在闭合约束箍筋的端部，并且非闭合钢筋与相应侧的墙板钢筋网片(6)连接；
弯起钢筋，设置在墙板纵肋(4)中，包括墙板厚度方向弯起钢筋(31)和墙板长度方向弯起钢筋(32)，所述墙板厚度方向弯起钢筋(31)沿预制墙板厚度方向对称连接在闭合约束箍筋外侧，所述墙板长度方向弯起钢筋(32)沿预制墙板长度方向对称连接在闭合约束箍筋外侧。
2.根据权利要求1所述的纵肋空心墙板的钢筋吊环连接节点，其特征在于：还包括辅助钢筋，所述辅助钢筋包括呈十字形的顶部定位钢筋(51)和呈U形的底部加强钢筋(52)，所述顶部定位钢筋(51)水平连接在最上方的约束箍筋骨架的顶部，所述顶部定位钢筋(51)与钢筋吊环(1)连接；所述底部加强钢筋(52)连接在钢筋吊环(1)的底部，所述底部加强钢筋(52)穿过钢筋吊环(1)并且两端与墙板钢筋网片(6)连接。
3.根据权利要求1所述的纵肋空心墙板的钢筋吊环连接节点，其特征在于：每组约束箍筋骨架包括两个相向设置的几字形钢筋(2)，两个几字形钢筋(2)的U形段共同形成矩形的闭合约束箍筋，几字形钢筋(2)的非闭合钢筋与相应侧的墙板钢筋网片(6)连接。
4.根据权利要求1所述的纵肋空心墙板的钢筋吊环连接节点，其特征在于：所述墙板厚度方向弯起钢筋(31)为立体双V形，包括两个倒V形钢筋和连接在倒V形钢筋的端部之间的水平钢筋，所述墙板长度方向弯起钢筋(32)呈倒U形，所述钢筋吊环(1)的截面为一个矩形和两个半圆组成的长圆形。
5.一种纵肋空心墙板，包括墙板纵肋(4)和墙板空腔(7)，其特征在于：所述墙板空腔(7)为通孔，还包括如权利要求1-4任意一项所述的纵肋空心墙板的钢筋吊环连接节点。
6.一种如权利要求1-4任意一项所述的纵肋空心墙板的钢筋吊环连接节点的设计施工方法，其特征在于包括以下步骤：
S1、根据预制墙板的体积V、混凝土材料密度ρ和空腔率rV，计算预制墙板自重标准值Gmk＝ρV(1-rV)，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；
Figure FDA0002940469090000021
式(1)中ψdy、ψdy1、ψdy2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，qad为脱模吸附力，Am为构件脱模面积；
S2、将钢筋吊环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，得出钢筋吊环(1)的受力总荷载Fk；
S3、根据式(3)和(4)计算钢筋吊环(1)的粘结锚固强度τu和基本锚固长度lab；
Figure FDA0002940469090000022
Figure FDA0002940469090000023
式中c为墙体的钢筋保护层厚度，fc为墙体的混凝土抗压强度设计值，d为钢筋吊环(1)的直径，Aj为几字形钢筋(2)的面积，fjy为几字形钢筋(2)的强度设计值，fy为钢筋吊环(1)的屈服强度设计值，s为几字形钢筋(2)的间距；
S4、根据式(5)计算钢筋吊环(1)的锚固长度la；
Figure FDA0002940469090000024
式中llimit为不考虑约束箍筋效益的最小限值；
S5、确定钢筋吊环(1)的构造：根据式(6)确定钢筋吊环(1)的外露高度ho、最大宽度b、最大高度h、环形端部内径Dmin；
Figure FDA0002940469090000031
式中tw为预制墙板的厚度，h＝ho+la+50mm，Dmin≥2.5d；
S6、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Nrib；
Figure FDA0002940469090000032
式中Aria、Aric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，ft为混凝土抗拉强度设计值；
S7、判断是否满足Nrib≥Fk/n，如果满足条件进行下一步，如果不满足，返回S3-S6，重新确定钢筋吊环(1)的锚固长度la，直至满足条件；
S8、确定约束箍筋骨架的构造：几字形钢筋组的数量i＝(la-50mm)/s；每组几字形钢筋(2)的高度hjs＝la-50mm+dj；几字形钢筋(2)的宽度bj＝brib－2(c+dadx)，brib为节点处墙板纵肋(4)最小宽度，dadx为墙板厚度方向弯起钢筋(31)的直径；几字形钢筋(2)的长度lj＝0.5(tw－2c+bj)；
S9、确定弯起钢筋的构造：确定墙板厚度方向弯起钢筋(31)的高度hv＝hjs+40mm，宽度bv＝bj+2dadx，长度lv＝tw－2c，弯起角度tanαv＝2hv/lv；确定墙板长度方向弯起钢筋(32)的高度hz＝hjs+40mm；宽度bz＝bj-2dj，环形端部内径Du＝0.5(bz-2dady)；
S10、确定辅助钢筋的构造，完成钢筋吊环连接节点的设计：顶部定位钢筋(51)的直径d+等于几字形钢筋(2)的直径dj，顶部定位钢筋(51)的长度大于几字形钢筋(2)的宽度bj；根据式(9)确定底部加强钢筋(52)的面积Au、直径du，环形端部内径Duf＝2.5du，固定时底部加强钢筋(52)与墙体厚度方向的水平夹角不小于45°；
Figure FDA0002940469090000033
式中Ar为钢筋吊环(1)的单肢截面面积；fy为钢筋吊环(1)的屈服强度设计值；fuy为底部加强钢筋(52)的屈服强度设计值；j为底部加强钢筋(52)的肢数，一个底部加强钢筋(52)取2，两个底部加强钢筋(52)取4；0.7为考虑安装角度对强度的折减系数；
S11、在预制墙板模具内，进行墙板钢筋网片(6)绑扎和定位放置，然后定位放置墙板纵肋(4)的成型模具，并将墙板纵肋(4)的成型模具与预制墙板模具连接固定；
S12、按照设计要求，沿竖向间隔放置约束箍筋骨架，并将约束箍筋骨架的非闭合钢筋与相应侧的墙板钢筋网片(6)连接；
S13、将墙板厚度方向弯起钢筋(31)按照从墙底部到顶部的方向放置在闭合约束箍筋的外侧，直至墙板厚度方向弯起钢筋(31)的水平钢筋与最下方的约束箍筋骨架接触，然后将墙板厚度方向弯起钢筋(31)与约束箍筋骨架绑扎；
S14、将顶部定位钢筋(51)水平连接在最上方的约束箍筋骨架的顶部，并且将顶部定位钢筋(51)与钢筋吊环(1)连接；
S15、将墙板长度方向弯起钢筋(32)按照从墙顶部到底部的方向放置在闭合约束箍筋的外侧，直至墙板长度方向弯起钢筋(32)与顶部定位钢筋(51)接触，然后与约束箍筋骨架绑扎；
S16、将钢筋吊环(1)放置在几字形钢筋(2)形成的闭合约束箍筋内，并与顶部定位钢筋(51)绑扎；
S17、底部加强钢筋(52)穿过钢筋吊环(1)，使底部加强钢筋(52)与钢筋吊环(1)底部接触，将底部加强钢筋(52)的两端与墙板钢筋网片(6)中的水平钢筋绑扎，钢筋吊环连接节点的各组件安装完成；
S18、预制墙板其它预留预埋件安装完成后，浇筑混凝土、收面、养护、脱模成型，最终形成具有钢筋吊环连接节点的纵肋空心墙板。
7.根据权利要求6所述的纵肋空心墙板的钢筋吊环连接节点的设计施工方法，其特征在于，S3中钢筋吊环(1)的直径d的确定方法为：根据式(2)计算钢筋吊环(1)的单肢截面面积Ar，进而确定钢筋吊环(1)的直径d；
Figure FDA0002940469090000041
式中n取值：两点吊装取2，四点吊装取3；fy为钢筋吊环(1)的屈服强度设计值。
8.根据权利要求6所述的纵肋空心墙板的钢筋吊环连接节点的设计施工方法，其特征在于，S8中墙板厚度方向弯起钢筋(31)的直径dadx和S9中墙板长度方向弯起钢筋(32)的直径dady的确定方法为：根据式(8)计算墙板厚度方向弯起钢筋(31)的面积Aadx和墙板长度方向弯起钢筋(32)的面积Aady，进而确定墙板厚度方向弯起钢筋(31)的直径dadx和墙板长度方向弯起钢筋(32)的直径dady；
Figure FDA0002940469090000051
式中：fady为墙板长度方向弯起钢筋(32)的钢筋屈服强度设计值，fadx为墙板厚度方向弯起钢筋(31)的钢筋屈服强度设计值，墙板厚度方向弯起钢筋(31)与预制墙板厚度方向的夹角α满足tanα＝2la/(tw-2c)，m为弯起钢筋肢数。
9.根据权利要求6所述的纵肋空心墙板的钢筋吊环连接节点的设计施工方法，其特征在于，S12中约束箍筋骨架的施工方法为：先沿竖向间隔放置一侧的几字形钢筋(2)，将几字形钢筋(2)的非闭合钢筋与相应侧的墙板钢筋网片(6)连接，然后沿竖向间隔放置另一侧的几字形钢筋(2)，保证两侧的几字形钢筋(2)的重叠段间没有空隙后，将几字形钢筋(2)与相应侧的墙板钢筋网片(6)连接。
10.根据权利要求6所述的纵肋空心墙板的钢筋吊环连接节点的设计施工方法，其特征在于，S14中顶部定位钢筋(51)的施工方法为：将顶部定位钢筋(51)的第一肢穿过墙板厚度方向弯起钢筋(31)的顶部并与最上方的约束箍筋骨架的顶部接触，然后与最上方的约束箍筋骨架两点绑扎，将顶部定位钢筋(51)的第二肢垂直第一肢放置并且第二肢与第一肢顶部接触，然后将顶部定位钢筋(51)的第二肢与第一肢绑扎。
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