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引言

隨著我國(guó)“住宅產(chǎn)業(yè)化，建筑工業(yè)化”的進(jìn)程加快，裝配式建筑以其質(zhì)量控制好，施工速度快，節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)在住宅建筑中得到了廣泛應(yīng)用。裝配式住宅中最常用的結(jié)構(gòu)為裝配式框架和裝配整體式剪力墻結(jié)構(gòu)。剪力墻結(jié)構(gòu)適用于開(kāi)間較小，布置較規(guī)則的高層建筑，在住宅中應(yīng)用廣泛。

由DB 11/1003—2013《裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程》可知，裝配整體式剪力墻結(jié)構(gòu)指的是混凝土結(jié)構(gòu)的部分或全部采用承重預(yù)制墻板，通過(guò)節(jié)點(diǎn)部位的連接形成具有可靠傳力機(jī)制，并與現(xiàn)場(chǎng)澆筑的混凝土結(jié)構(gòu)形成整體的裝配式混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)，其整體性能與現(xiàn)澆混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)接近。由于北方地區(qū)對(duì)建筑的外保溫要求較高，因此承重預(yù)制外墻一般做成預(yù)制混凝土夾心保溫外墻板，即有內(nèi)外2層混凝土，內(nèi)層混凝土作為承重結(jié)構(gòu)，外層混凝土作為裝飾面，中間夾有保溫材料，并通過(guò)拉結(jié)件將3層可靠相連的外墻板，簡(jiǎn)稱為夾心保溫外墻板，也稱為預(yù)制三明治墻板。戶內(nèi)承重墻板拆分為預(yù)制構(gòu)件即為預(yù)制內(nèi)墻板，夾心保溫外墻板及內(nèi)墻板組成裝配整體式剪力墻結(jié)構(gòu)的豎向承重構(gòu)件，即為預(yù)制剪力墻板，以下簡(jiǎn)稱為預(yù)制墻板。

預(yù)制墻板在工廠生產(chǎn)時(shí)一體成型，生產(chǎn)完成后的倒運(yùn)、碼放、運(yùn)輸、現(xiàn)場(chǎng)安裝等都需要用到構(gòu)件中預(yù)埋的吊件。預(yù)制墻板單塊構(gòu)件重量較大，一般在4～6.5t之間，在各種吊裝環(huán)節(jié)中預(yù)埋吊件的安全性尤為重要。目前市場(chǎng)上常用的預(yù)埋吊件主要有球頭吊釘、吊環(huán)和內(nèi)埋式螺栓這3種，這3種埋件的選擇和使用一直飽受業(yè)內(nèi)爭(zhēng)議，本文將從安全性和實(shí)用性的角度對(duì)3種埋件展開(kāi)對(duì)比分析。

預(yù)制剪力墻吊裝及運(yùn)輸時(shí)使用扁擔(dān)梁垂直起吊，吊件主要受拉拔力，容易發(fā)生的損壞情況有：

（1）吊件拉斷破壞；

（2）混凝土側(cè)面劈裂破壞；

（3）吊件拔出破壞；

（4）混凝土椎體破壞。吊件在墻板中預(yù)埋的邊距較小，因此采用美國(guó)規(guī)范ACI318附錄D中預(yù)埋吊件的算法進(jìn)行各項(xiàng)破壞荷載計(jì)算^[1]。

本文以一塊重量6t，混凝土強(qiáng)度C30的的預(yù)制夾心保溫外墻板為例，考慮到構(gòu)件在廠內(nèi)倒運(yùn)及翻轉(zhuǎn)時(shí)混凝土強(qiáng)度可能未達(dá)到100%，偏于安全按照脫模強(qiáng)度，即75%的設(shè)計(jì)強(qiáng)度進(jìn)行各項(xiàng)計(jì)算。墻板尺寸如圖1所示。

圖 1   預(yù)制墻板尺寸（單位：mm）

圖 2   吊件規(guī)格及在墻板內(nèi)的預(yù)埋（單位：mm）

1.1 吊件拉斷破壞強(qiáng)度對(duì)比

由上述結(jié)果可見(jiàn)，3種吊件材質(zhì)拉斷破壞荷載均遠(yuǎn)大于吊件的受拉荷載，可見(jiàn)幾種預(yù)埋吊件在吊裝和運(yùn)輸工況下，材質(zhì)安全系數(shù)足夠，不易發(fā)生吊件的拉斷破壞。

1.2 混凝土側(cè)面劈裂破壞對(duì)比

預(yù)埋吊件沿厚度方向布置時(shí)考慮外葉板和保溫板對(duì)重心的影響，偏心放置于距保溫板70mm處，距混凝土側(cè)面邊緣較近，易發(fā)生混凝土的側(cè)面圓錐體劈裂破壞（如圖3所示）。

圖 3   混凝土側(cè)向破壞

依據(jù)ACI 318M—05《美國(guó)房屋建筑混凝土結(jié)構(gòu)規(guī)范》D5.4.1，3種吊件布置于相同位置，混凝土發(fā)生側(cè)向破壞的拉力承載力設(shè)計(jì)值分別如下：

由上計(jì)算結(jié)果可見(jiàn)，側(cè)邊距與混凝土強(qiáng)度相同時(shí)，混凝土的側(cè)向剪力設(shè)計(jì)值主要取決于吊件的凈受力面積。吊釘?shù)撞繑U(kuò)頭部分對(duì)凈受力面積的貢獻(xiàn)較大，且考慮彎折對(duì)側(cè)邊距的影響時(shí)，剪力設(shè)計(jì)值有明顯提高。由此可見(jiàn)，夾心保溫外墻板使用彎折吊釘對(duì)抵抗混凝土的側(cè)向受剪破壞意義明顯。

1.3 吊件拔出破壞

吊件在拉力作用下，與混凝土粘結(jié)力不夠時(shí)可能發(fā)生拔出破壞，吊件沒(méi)有破壞且混凝土沒(méi)有斷裂，不同吊件的抗拔力如下：

由上述結(jié)果可見(jiàn)，吊釘?shù)撞繄A腳使得吊釘與混凝土的粘結(jié)錨固強(qiáng)度增大，而預(yù)埋吊環(huán)和內(nèi)埋式螺栓由于彎鉤會(huì)減少混凝土的連接剛度，導(dǎo)致抗拔破壞的開(kāi)始，因此抗拔強(qiáng)度只考慮彎鉤部分的作用。內(nèi)埋式螺栓由于只有單個(gè)彎鉤且平直段較短，在混凝土強(qiáng)度較低時(shí)極易發(fā)生拔出破壞，因此在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中應(yīng)通過(guò)增大平直段長(zhǎng)度或增加附加鋼筋與結(jié)構(gòu)主體鋼筋可靠連接等措施進(jìn)行加固處理。

1.4 混凝土椎體破壞

構(gòu)件吊裝時(shí)吊件通過(guò)底部圓腳或彎鉤把荷載傳遞到混凝土上，形成載荷圓錐體（如圖4所示），吊件的錨固長(zhǎng)度、側(cè)邊距和混凝土強(qiáng)度對(duì)混凝土的椎體破壞有明顯影響。

圖 4   混凝土載荷圓錐體

依據(jù)ACI 318M附錄D，3種吊件混凝土椎體破壞受拉承載力設(shè)計(jì)值分別為：

以上可見(jiàn)，3種吊件均能滿足要求，吊釘與吊環(huán)性能略優(yōu)于內(nèi)埋式螺栓。

本節(jié)以一塊重量6t的預(yù)制夾心保溫墻板為例，分析了3種吊件在相同條件下幾種破壞情況的承載力對(duì)比。結(jié)果顯示，吊環(huán)和內(nèi)埋式螺栓在拉斷破壞中有顯著優(yōu)勢(shì)；混凝土椎體破壞中吊釘與吊環(huán)計(jì)算結(jié)果相當(dāng)，均略高于內(nèi)埋式螺栓；但是在吊件拔出破壞及混凝土側(cè)向劈裂破壞時(shí)，吊釘相比于吊環(huán)和內(nèi)埋式螺栓有更高的承載力，尤其內(nèi)埋式螺栓的拔出破壞荷載不能滿足構(gòu)件的吊裝運(yùn)輸荷載，易發(fā)生吊件拔出的危險(xiǎn)。因此，在實(shí)際工程應(yīng)用中，吊件應(yīng)首選吊釘和吊環(huán)，若因特殊情況不得不采用內(nèi)埋式螺栓時(shí)，需采取有效措施防止吊件的拔出破壞。

2.1 吊件的安裝

吊件在構(gòu)件混凝土澆筑前固定于模具上，球頭吊釘在模具上開(kāi)圓孔，通過(guò)玻膠螺栓固定，如圖5所示；吊環(huán)通過(guò)插入模具上預(yù)留長(zhǎng)槽進(jìn)行固定，如圖6所示；內(nèi)埋式螺栓通過(guò)在側(cè)模上安裝螺桿進(jìn)行緊固固定，如圖7所示。吊環(huán)尺寸較大，需要在模具上開(kāi)長(zhǎng)槽，吊釘和內(nèi)埋式螺栓只需在模具上開(kāi)較小的固定圓孔，相比來(lái)說(shuō)吊環(huán)對(duì)模具的損壞更大，對(duì)側(cè)模的周轉(zhuǎn)利用率有一定影響。

圖 5   球頭吊釘在側(cè)模上的固定

圖 6   吊環(huán)在側(cè)模上的固定

圖 7   內(nèi)埋式螺栓在側(cè)模上的固定

另外，吊環(huán)為雙肢U型，端頭帶彎鉤且埋深較大，實(shí)際使用過(guò)程中極易與構(gòu)件上的預(yù)留預(yù)埋，如空調(diào)洞、電氣線盒等發(fā)生沖突，設(shè)計(jì)時(shí)需考慮吊環(huán)在合理范圍內(nèi)的移動(dòng)避讓。

2.2 吊件的使用

吊釘使用時(shí)，需要配套專門(mén)吊具鴨嘴扣進(jìn)行吊裝，先將吊頭與吊釘連接，球狀結(jié)構(gòu)的開(kāi)口朝向吊釘下方，然后將球狀結(jié)構(gòu)的舌部轉(zhuǎn)向下方，與吊釘靠近并閉鎖，如圖8所示。吊環(huán)使用時(shí)配套卸扣或吊鉤進(jìn)行吊裝，如圖9所示。內(nèi)埋式螺栓吊裝時(shí)配套萬(wàn)向吊環(huán)，擰緊進(jìn)行吊裝，如圖10所示。吊鉤及萬(wàn)向吊環(huán)為較常用吊具，工人操作熟悉，鴨嘴扣為吊釘專業(yè)配套吊具，工人操作前需進(jìn)行交底培訓(xùn)，保證吊具與吊件的緊固到位，保證起吊的安全。

圖 8   鴨嘴扣與吊釘

圖 9   吊鉤、卸扣

圖 10   萬(wàn)向吊環(huán)

本文通過(guò)計(jì)算4種破壞形式下球頭吊釘、吊環(huán)和內(nèi)埋式螺栓對(duì)混凝土的破壞荷載可知，預(yù)埋吊件的安全性與多種因素有關(guān)，不同吊件各有優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)例，得出以下結(jié)論：

（1）吊件的拉斷破壞強(qiáng)度為吊環(huán)＞內(nèi)埋式螺栓＞吊釘；

（2）混凝土的側(cè)面劈裂破壞荷載為吊釘＞吊環(huán)＞內(nèi)埋式螺栓；

（3）吊件的拔出破壞荷載為吊釘＞吊環(huán)＞內(nèi)埋式螺栓，內(nèi)埋式螺栓甚至不能滿足構(gòu)件吊裝所需的荷載；

（4）混凝土的椎體破壞荷載為吊釘=吊環(huán)＞內(nèi)埋式螺栓；

（5）吊釘和內(nèi)埋式螺栓在生產(chǎn)階段只需圓孔及螺栓與側(cè)模固定，對(duì)模具破壞較小，操作簡(jiǎn)單，吊環(huán)相對(duì)來(lái)說(shuō)破壞較大，操作復(fù)雜，易與其他預(yù)留預(yù)埋沖突。

（6）在實(shí)際吊裝階段，吊環(huán)和內(nèi)埋式螺栓選用常用吊具，操作簡(jiǎn)單易上手，而吊釘需配套專用吊具，對(duì)工人進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn)和交底。

綜上所述，從安全性的角度來(lái)看，建議優(yōu)先選用吊釘或吊環(huán)；從實(shí)用性及對(duì)生產(chǎn)施工階段的便利性來(lái)看，在保證足夠安全的前提下建議優(yōu)先選用吊釘或內(nèi)埋式螺栓。工程應(yīng)用中，可根據(jù)實(shí)際需求選用合適吊件。