CN113449367A - 一种装配式夹心保温墙的连接件荷载的设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种装配式夹心保温墙的连接件荷载的设计方法，属于装配式建筑领域，其将装配式夹心保温墙饰面层自重荷载、风荷载、地震荷载一共三种载荷进行荷载组合，按照相应规范选择最不利的组合进行设计，具体落实到风载设计、水平地震载荷设计、垂直地震载荷设计和自身重量载荷设计时候，均留有宽松的余量，并综合考虑正常使用工况、脱模起吊工况、垂直运输工况和翻板工况等多种工况，连接件最终设计数量，为水平方向上和竖直方向上计算的连接件数量的较大值，本发明申请对连接件载荷的设计十分可靠，符合工程实际。

Description

一种装配式夹心保温墙的连接件荷载的设计方法

技术领域

本发明属于装配式建筑领域，更具体地，涉及一种装配式夹心保温墙的连接件荷载的设计方法。

背景技术

预制混凝土复合墙板是装配式建筑发挥环保、节能作用的重要组成部分，它兼具承重、围护和保温三种功能，具有十分广阔的应用前景。其主要组成部分为内、外叶混凝土板及中间的绝热保温层，三者通过连接件结合在一起，形成受力整体。在复合墙板中，连接件的主要作用是将内、外叶混凝土板连接在一起，其受力性能对墙板的整体性能有着决定性的影响。

目前，应用于预制混凝土复合墙板的连接件主要有普通钢筋连接件、不锈钢连接件和纤维增强塑料连接件三类。其中，普通钢筋连接件牢固而价格低廉，但是存在“热桥”效应，使用不安全；不锈钢连接件导热性依然达不到理想效果，成本较高，虽耐久性良好，其应用范围仍然非常狭窄；纤维增强塑料(FRP)连接件存在锚固性能低、抗剪性差的问题，但是其具有导热系数低、耐腐蚀性好、抗拉强度高的优点，其应用范围在逐渐扩大。

此外，目前常用的连接件为分体式连接件，其主要包括两个部分，一个部分是受力主筋，另一个部分是锚固件。在夹心式保温墙进行原始设计时，在一整面的保温墙中究竟需要设置多少根连接件，才能保证强度的同时不过多增加自重，这并不得而知。

因此，需要开发一种装配式夹心保温墙的连接件荷载的设计方法。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于，提供一种装配式夹心保温墙的连接件荷载的设计方法，综合考虑连接件需要承受的自重载荷、风载荷和地震载荷，并考虑不同工况下，采用对连接件最不利的载荷组合为依据，进行连接件的设计，其设计构思十分合理，符合工程实际。

为实现上述目的，本发明提供了一种装配式夹心保温墙的连接件荷载的设计方法，其将装配式夹心保温墙饰面层自重荷载、风荷载、地震荷载一共三种载荷进行荷载组合，根据连接件所受应力的特性，载荷以及所产生应力的方向按照相应规范选择最不利的组合进行设计。

进一步的，风载荷的计算公式为：

ω_k＝β_gz×μ_s×μ_z×ω_o

其中：ω_k---作用在外墙上的风荷载标准值，单位为kN/m²，

β_gz---阵风系数，

μ_z---风压高度变化系数，

μ_s---风荷载体型系数，

ω_o---基本风压，单位为kN/m²。

进一步的，地震载荷P_Ek的计算方式为：

P_Ek＝β_E×α_max×G_k

其中：β_E---动力放大系数，取5.0；

α_max---水平地震影响系数最大值，按各地设计基本地震加速度取值，

G_k---外墙板饰面层的自重，

地震作用考虑垂直墙面受拉和平行墙面受剪两个方向。

进一步的，正常使用工况下，

风载设计值：ω＝1.4ω_k，

水平地震荷载设计值：P_E＝1.3P_Ek，

自重荷载设计值：G＝1.2G_k，G_k为装配式夹心保温墙外墙板饰面层的自重，

垂直地震荷载设计值：P_E＝1.3P_Ek，则，

垂直于保温墙板面水平荷载设计值为：S_h＝ω+P_E

平行于保温墙板面竖直方向荷载设计值：S_V＝G+P_E。

进一步的，脱模起吊工况下，只考虑垂直于保温墙墙板面水平荷载设计值：S_h脱＝1.5×G_k。

进一步的，垂直运输工况下，只考虑平行于保温墙墙板面的竖直方向载荷设计值为：S_V垂＝1.5×1.2×G_k。

进一步的，翻板工况下，垂直于保温墙板面水平载荷设计值为：S_h翻＝1.5×G_k。

进一步的，在竖直载荷方向上，装配式保温墙的连接件数量按照以下方式进行设计，

连接件弹性阶段的滑移Δ按照下式计算：

式中，

分别为虚设单位荷载引起的弯矩、轴力和剪力，M_P、F_NP、F_QP分别为实际荷载引起的弯矩、轴力和剪力，k是连接件受力主筋的截面形状相关系数，EI、EA和GA分别为抗弯刚度、抗拉压刚度和抗剪刚度，

仅考虑弯矩时连接件抗侧刚度取值V与连接件弹性阶段的滑移Δ满足如下公式：

假定连接件均匀分担剪力，则单个连接件承受的剪力V_i与仅考虑弯矩时连接件抗侧刚度取值V满足如下公式：

以上式中，n_v为满足抗剪强度的连接件个数，l为连接件长度，V_i为单个连接件的抗剪强度。

进一步的，在水平载荷方向上，装配式保温墙的连接件数量按照如下公式计算：

式中：n_s为满足抗拉强度的连接件个数，

N_i为单个连接件的抗拉强度，N为一整块装配式保温墙所需要承受的抗拉强度。

进一步的，连接件最终设计数量，为水平方向上和竖直方向上计算的连接件数量的较大值。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：

在整个发明构思中，其将装配式夹心保温墙饰面层自重荷载、风荷载、地震荷载一共三种载荷进行荷载组合，按照相应规范选择最不利的组合进行设计，这是在第一层面保证了设计的可靠性。此外，再具体落实到风载设计、水平地震载荷设计、垂直地震载荷设计和自身重量载荷设计时候，再次留有宽松的余量，这是在第二层面保证了设计的可靠性。而且，综合考虑了正常使用工况、脱模起吊工况、垂直运输工况和翻板工况等多种工况，考虑周到而全面。最终，连接件最终设计数量，为水平方向上和竖直方向上计算的连接件数量的较大值，再次在第三层面保证了设计的可靠性。总而言之，本发明申请对连接件载荷的设计十分可靠，符合工程实际。

附图说明

图1是本发明实施例中竖向载荷计算简化模型；

图2是本发明实施例中水平载荷计算简化模型。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

根据收集的国内外装配式建筑的资料，考虑到工程规模、结构形式、施工方法等因素提出施工便捷、安全高效、可靠、经济的装配式建筑混凝土构件连接件设计形式，对于构件连接形式中一个主要的内容即为构件载荷设计和数量设计。

预制混凝土夹芯保温墙板(以下简称墙板)混凝土内叶板与混凝土外叶板之间的连接，从材料上区分主要有两种连接方式：金属连接和非金属连接。自从真正意义上的夹心墙于20世纪20年代的美国出现后，对预制混凝土夹芯保温墙设计的各个方向的研究就此展开，其中，对内外叶墙板连接方式的研究也成为了对其整体研究的重中之重的一环。从20世纪70年代开始，美国的设计、生产、技术、经济等方面有了极大的改善，预制混凝土建筑体系得到了持续的发和改进，相继撰写了一系列的规范，墙体的连接方式，也就衍生出了金属连接与非金属连接两种，金属连接和非金属连接各具优缺点。无论是金属连接或者是非金属连接，连接件载荷设计和数量设计都是极其重要的，事关保温墙安全可靠性。

本发明提供了一种装配式夹心保温墙的连接件荷载的设计方法，其将装配式夹心保温墙饰面层自重荷载、风荷载、地震荷载一共三种载荷进行荷载组合，根据连接件所受应力的特性，载荷以及所产生应力的方向按照相应规范选择最不利的组合进行设计。其中：

(1)风载荷的计算公式为：

ω_k＝β_gz×μ_s×μ_z×ω_o

其中：ω_k---作用在外墙上的风荷载标准值，单位为kN/m²，

β_gz---阵风系数，

μ_z---风压高度变化系数，

μ_s---风荷载体型系数，

ω_o---基本风压，单位为kN/m²。

(2)地震载荷P_Ek的计算方式为：

P_Ek＝β_E×α_max×G_k

其中：β_E---动力放大系数，取5.0；

α_max---水平地震影响系数最大值，按各地设计基本地震加速度取值，

G_k---外墙板饰面层的自重，

地震作用考虑垂直墙面受拉和平行墙面受剪两个方向。

此外，保温墙具有如几种工作模式，每种工作模式下，不同种类的载荷设计不同：

(1)正常使用工况下：

风载设计值：ω＝1.4ω_k，

水平地震荷载设计值：P_E＝1.3P_Ek，

自重荷载设计值：G＝1.2G_k，G_k为装配式夹心保温墙外墙板饰面层的自重，

垂直地震荷载设计值：P_E＝1.3P_Ek，则，

垂直于保温墙板面水平荷载设计值为：S_h＝ω+P_E

平行于保温墙板面竖直方向荷载设计值：S_V＝G+P_E。

(2)脱模起吊工况下，只考虑垂直于保温墙墙板面水平荷载设计值：

S_h脱＝1.5×G_k。

(3)垂直运输工况下，只考虑平行于保温墙墙板面的竖直方向载荷设计值为：

S_V垂＝1.5×1.2×G_k。

(4)翻板工况下，垂直于保温墙板面水平载荷设计值为：

S_h翻＝1.5×G_k。

图1是本发明实施例中竖向载荷计算简化模型，由图可知，在竖直载荷方向上承受了剪应力，此时，装配式保温墙的连接件数量按照以下方式进行设计，

连接件弹性阶段的滑移Δ按照下式计算：

式中，

分别为虚设单位荷载引起的弯矩、轴力和剪力，M_P、F_NP、F_QP分别为实际荷载引起的弯矩、轴力和剪力，k是连接件受力主筋的截面形状相关系数，EI、EA和GA分别为抗弯刚度、抗拉压刚度和抗剪刚度，

仅考虑弯矩时连接件抗侧刚度取值V与连接件弹性阶段的滑移Δ满足如下公式：

假定连接件均匀分担剪力，则单个连接件承受的剪力V_i与仅考虑弯矩时连接件抗侧刚度取值V满足如下公式：

以上式中，n_v为满足抗剪强度的连接件个数，l为连接件长度，V_i为单个连接件的抗剪强度。

图2是本发明实施例中水平方向上载荷计算简化模型，由图可知，保温墙在水平载荷方向上承受了拉应力，此时，在水平载荷方向上，装配式保温墙的连接件数量按照如下公式计算：

式中：n_s为满足抗拉强度的连接件个数，N_i为单个连接件的抗拉强度，N为一整块装配式保温墙所需要承受的抗拉强度。

在实际工程实践中，连接件最终设计数量，为水平方向上和竖直方向上计算的连接件数量的较大值。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种装配式夹心保温墙的连接件荷载的设计方法，其特征在于，其将装配式夹心保温墙饰面层自重荷载、风荷载、地震荷载一共三种载荷进行荷载组合，根据连接件所受应力的特性，载荷以及所产生应力的方向按照相应规范选择最不利的组合进行设计。

2.如权利要求1所述的一种装配式夹心保温墙的连接件荷载的设计方法，其特征在于，风载荷的计算公式为：

ω_k＝β_gz×μ_s×μ_z×ω_o

其中：ω_k---作用在外墙上的风荷载标准值，单位为kN/m²，

β_gz---阵风系数，

μ_z---风压高度变化系数，

μ_s---风荷载体型系数，

ω_o---基本风压，单位为kN/m²。

3.如权利要求2所述的一种装配式夹心保温墙的连接件荷载的设计方法，其特征在于，地震载荷P_Ek的计算方式为：

P_Ek＝β_E×α_max×G_k

其中：β_E---动力放大系数，取5.0；

α_max---水平地震影响系数最大值，按各地设计基本地震加速度取值，

G_k---外墙板饰面层的自重，

地震作用考虑垂直墙面受拉和平行墙面受剪两个方向。

4.如权利要求3所述的一种装配式夹心保温墙的连接件荷载的设计方法，其特征在于，正常使用工况下，

风载设计值：ω＝1.4ω_k，

水平地震荷载设计值：P_E＝1.3P_Ek，

自重荷载设计值：G＝1.2G_k，G_k为装配式夹心保温墙外墙板饰面层的自重，

垂直地震荷载设计值：P_E＝1.3P_Ek，则，

垂直于保温墙板面水平荷载设计值为：S_h＝ω+P_E

平行于保温墙板面竖直方向荷载设计值：S_V＝G+P_E。

5.如权利要求3所述的一种装配式夹心保温墙的连接件荷载的设计方法，其特征在于，脱模起吊工况下，只考虑垂直于保温墙墙板面水平荷载设计值：S_h脱＝1.5×G_k。

6.如权利要求3所述的一种装配式夹心保温墙的连接件荷载的设计方法，其特征在于，垂直运输工况下，只考虑平行于保温墙墙板面的竖直方向载荷设计值为：S_V垂＝1.5×1.2×G_k。

7.如权利要求3所述的一种装配式夹心保温墙的连接件荷载的设计方法，其特征在于，翻板工况下，垂直于保温墙板面水平载荷设计值为：S_h翻＝1.5×G_k。

8.如权利要求2-7之一所述的一种装配式夹心保温墙的连接件荷载的设计方法，其特征在于，在竖直载荷方向上，装配式保温墙的连接件数量按照以下方式进行设计，

连接件弹性阶段的滑移Δ按照下式计算：

式中，

分别为虚设单位荷载引起的弯矩、轴力和剪力，M_P、F_NP、F_QP分别为实际荷载引起的弯矩、轴力和剪力，k是连接件受力主筋的截面形状相关系数，EI、EA和GA分别为抗弯刚度、抗拉压刚度和抗剪刚度，

仅考虑弯矩时连接件抗侧刚度取值V与连接件弹性阶段的滑移Δ满足如下公式：

假定连接件均匀分担剪力，则单个连接件承受的剪力V_i与仅考虑弯矩时连接件抗侧刚度取值V满足如下公式：

以上式中，n_v为满足抗剪强度的连接件个数，l为连接件长度，V_i为单个连接件的抗剪强度。

9.如权利要求8所述的一种装配式夹心保温墙的连接件荷载的设计方法，其特征在于，在水平载荷方向上，装配式保温墙的连接件数量按照如下公式计算：

式中：n_s为满足抗拉强度的连接件个数，

N_i为单个连接件的抗拉强度，N为一整块装配式保温墙所需要承受的抗拉强度。

10.如权利要求9所述的一种装配式夹心保温墙的连接件荷载的设计方法，其特征在于，连接件最终设计数量，为水平方向上和竖直方向上计算的连接件数量的较大值。

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