本發(fā)明涉及一種連接建筑結(jié)構(gòu)中剪力墻與混凝土樓板的連接裝置及其設(shè)置方法,屬于建筑工程領(lǐng)域。
背景技術(shù):
剪力墻和混凝土樓板(本發(fā)明中混凝土樓板包括屋面板)是在建筑結(jié)構(gòu)中應(yīng)用得非常廣泛的構(gòu)件。剪力墻一般是豎向設(shè)置,用于抵抗建筑結(jié)構(gòu)所承受的水平作用(如風(fēng)、水平地震等),也承擔(dān)豎向荷載(如建筑物的自重、使用荷載等)?;炷翗前逡话闼皆O(shè)置,承擔(dān)豎向荷載,也通過水平抗剪剛度協(xié)調(diào)同一樓層所有豎向構(gòu)件的變形。
剪力墻和混凝土樓板之間應(yīng)設(shè)置可靠的連接,才能保證兩者在水平方向協(xié)調(diào)變形,并且保證樓層剪力按照剪力墻與框架柱的剪切剛度比進(jìn)行分配。
目前建筑結(jié)構(gòu)中的剪力墻與混凝土樓板之間一般通過連接鋼筋連接。連接鋼筋的材料強(qiáng)度、數(shù)量與橫截面積通常與混凝土樓板內(nèi)指向剪力墻的鋼筋的材料強(qiáng)度、數(shù)量和橫截面積相等。
如圖1、圖2所示為現(xiàn)有技術(shù)下剪力墻和混凝土樓板的連接關(guān)系示意圖,其中圖1是豎向剖面圖,圖2是平面示意圖。剪力墻1和混凝土樓板2之間會設(shè)置較多的連接鋼筋4,連接鋼筋4一端伸入剪力墻1中,另一端伸入混凝土樓板2中,與混凝土樓板2內(nèi)指向剪力墻1的板內(nèi)鋼筋3搭接。按現(xiàn)有技術(shù)的做法,連接鋼筋4的材料強(qiáng)度、數(shù)量與橫截面積與板內(nèi)鋼筋3相同。
混凝土樓板2內(nèi)指向剪力墻1的板內(nèi)鋼筋3數(shù)量較多。在豎直方向:一般在混凝土樓板2的板面和板底均勻分布,如果混凝土樓板2較厚,則在板厚度中間還會增加一層。在水平方向:板內(nèi)鋼筋3的間距一般不超過200mm。例如:剪力墻1在水平方向長25m,混凝土樓板2內(nèi)指向剪力墻1的板內(nèi)鋼筋3分為板面和板底設(shè)置,間距均為100mm,那么板內(nèi)鋼筋3的數(shù)量總共有500根。按照現(xiàn)有技術(shù),在剪力墻1澆筑之前,需要在剪力墻1的鋼筋籠上綁扎500根連接鋼筋4,以便與板內(nèi)鋼筋3一一搭接,這是很大的工作量,會耗費(fèi)大量工時。
圖3所示為現(xiàn)有技術(shù)下剪力墻模板設(shè)置示意圖。為了縮短工期,在高層建筑結(jié)構(gòu)施工時,一般采用剪力墻1的施工進(jìn)度快于混凝土樓板2的方法,所以往往是混凝土樓板2落后于剪力墻1好幾層才能施工。
澆筑剪力墻1之前,需要先將連接鋼筋4與剪力墻1的鋼筋籠綁扎固定,然后在剪力墻1外面設(shè)置模板5。等到澆筑混凝土樓板2的時候,模板5以內(nèi)的混凝土已經(jīng)硬化了,這時再拆除模板5,澆筑混凝土樓板2。這樣的做法面臨一個問題:澆筑剪力墻1時所設(shè)置的模板5,總是會跨越混凝土樓板2所處的高度,而預(yù)留在剪力墻1中準(zhǔn)備與混凝土樓板2相連的連接鋼筋4則會妨礙模板5的設(shè)置。
按照現(xiàn)有技術(shù),實(shí)際工程中一般采用以下三種方法來解決這個問題:
1、將連接鋼筋4與剪力墻1的鋼筋籠綁扎固定時,先將連接鋼筋4伸出剪力墻1外面的部分向上或者向下彎折,使它們不妨礙模板5的設(shè)置,等到拆除模板5之后,再鑿除部分混凝土,將連接鋼筋4彎折的部分從剪力墻1墻體里挖出并重新彎折回水平(如圖4、圖5所示)。這種做法在目前應(yīng)用最為廣泛。但因?yàn)檫B接鋼筋4的數(shù)量很多,一根一根的綁扎和彎折非常耗費(fèi)工時和費(fèi)用,且為了將連接鋼筋4從剪力墻1墻體里挖出,需要鑿掉約400~500mm高的剪力墻1的墻體混凝土,鑿深約20mm。如果剪力墻1的厚度為300mm,墻的內(nèi)外兩側(cè)都有樓板,這樣墻體就會被鑿除約40mm的厚度,使得剪力墻1在混凝土樓板2附近的厚度減小為原設(shè)計(jì)的87%,形成薄弱部位,對建筑結(jié)構(gòu)的安全不利。
2、使剪力墻1和混凝土樓板2的施工進(jìn)度相同。模板5僅設(shè)置到混凝土樓板2底部(如圖6),剪力墻1也只是澆筑到混凝土樓板2的高度。等到混凝土樓板2的混凝土硬化以后,再繼續(xù)安裝其上一層的模板5。而上一層的模板5也僅設(shè)置到上一層的混凝土樓板2底部。采用這種做法會減緩施工進(jìn)度,在工期要求很緊時,難以被采用。
3、安裝模板5和澆筑剪力墻1時,并不預(yù)先設(shè)置連接鋼筋4,而是在澆筑剪力墻1完成,混凝土硬化并拆除模板5后,通過在剪力墻1上鉆孔和化學(xué)植筋的方式設(shè)置連接鋼筋4。采用這種方法會遇到三個問題:(1)因?yàn)檫B接鋼筋4數(shù)量眾多,而化學(xué)植筋花費(fèi)較高,所以經(jīng)濟(jì)性不好且工作量大;(2)剪力墻1內(nèi)的鋼筋數(shù)量也很多,在已澆筑完成的剪力墻1側(cè)壁鉆孔,經(jīng)常會碰到墻體內(nèi)的鋼筋而不得不換個位置重新鉆孔,最終導(dǎo)致剪力墻1表面到處是孔;(3)新硬化的混凝土強(qiáng)度還比較低,這樣密集鉆孔會在剪力墻1內(nèi)部造成很多裂縫,降低其承載力。
該問題是困擾本技術(shù)領(lǐng)域的一個難題。由于現(xiàn)有的施工方法沿用多年,操作方法相對熟悉,技術(shù)人員難以走出現(xiàn)有技術(shù)的束縛。但是,找到一種更為便利、經(jīng)濟(jì)的施工工藝,是一個迫切需要解決的問題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本發(fā)明的目的就是為了克服現(xiàn)有方法的不足,提供一種連接建筑結(jié)構(gòu)中剪力墻與混凝土樓板的裝置及其設(shè)置方法,該裝置可以簡化剪力墻和混凝土樓板施工過程中連接鋼筋的設(shè)置工作,縮短施工工期,并且不減小剪力墻厚度,也不會使剪力墻內(nèi)部產(chǎn)生大量裂紋。
本發(fā)明的目的通過下述方法實(shí)現(xiàn):
一種連接建筑結(jié)構(gòu)剪力墻與混凝土樓板的裝置,由多根錨固鋼筋、豎向錨板和U形帶齒部件組成,所述錨固鋼筋的一端都固定在豎向錨板的內(nèi)表面,另一端伸入剪力墻內(nèi);U形帶齒部件的一端則固定在豎向錨板的外表面;U形帶齒部件的設(shè)置高度位于混凝土樓板的厚度中央;U形帶齒部件的下部為水平板,兩側(cè)設(shè)有帶矩形齒的豎直板,混凝土樓板中指向剪力墻的鋼筋與U形帶齒部件搭接;錨固鋼筋的總橫截面積與其材料強(qiáng)度的乘積不小于混凝土板內(nèi)指向剪力墻的板內(nèi)鋼筋的總橫截面積與板內(nèi)鋼筋材料強(qiáng)度的乘積;錨固鋼筋伸入剪力墻深度不小于錨固鋼筋的直徑的15倍。
優(yōu)選地,所述豎向錨板采用型鋼。
所述豎向錨板的寬度不小于U形帶齒部件的寬度,豎向錨板的高度不小于U形帶齒部件的高度,豎向錨板的厚度T3滿足要求:10mm≤T3≤30mm;豎向錨板的材料強(qiáng)度與U形帶齒部件的材料強(qiáng)度相等。
設(shè)混凝土樓板厚為H2,所述U形帶齒部件的高度H4滿足要求:40mm≤H4≤H2-40mm。
所述U形帶齒部件中的矩形齒的寬度為20mm,齒的深度為20mm,齒間距與混凝土樓板中平行于剪力墻的鋼筋的間距相同。
所述U形帶齒部件采用多層水平鋼板、栓釘、錨栓或型鋼。
所述錨固鋼筋采用栓釘、錨栓、鋼板或型鋼。
所述U形帶齒部件的長度優(yōu)選為500mm。
所述連接建筑結(jié)構(gòu)剪力墻與混凝土樓板的裝置的設(shè)置方法:預(yù)先把錨固鋼筋和豎向錨板連接在一起,在剪力墻澆筑之前,將錨固鋼筋和豎向錨板的組合體固定在剪力墻的鋼筋籠上;豎向錨板的外表面設(shè)置與剪力墻的外表面平齊,而錨固鋼筋則伸入剪力墻的內(nèi)部;剪力墻澆筑完成,混凝土硬化并拆除模板后,再在豎向錨板的外表面焊接U形帶齒部件;將混凝土樓板中指向剪力墻的板內(nèi)鋼筋會延伸至距離剪力墻10~20mm之處,板內(nèi)鋼筋與U形帶齒部件的搭接長度控制為480~490mm;澆筑混凝土樓板的混凝土后,則剪力墻與混凝土樓板牢固連接在一起。
在同一樓層高度上可水平并排設(shè)置多個本發(fā)明裝置,如果混凝土樓板2的板厚較大,還可以在豎直方向布置兩層本發(fā)明裝置,甚至多層,只要在本樓層滿足上述要求即可。
在同一樓層高度上可設(shè)置多個本發(fā)明裝置,只要在本樓層滿足上述要求即可。
除以上規(guī)定之外,本發(fā)明裝置的設(shè)置、幾何參數(shù)和材料強(qiáng)度還應(yīng)遵循本技術(shù)領(lǐng)域的相關(guān)規(guī)范要求。
相對于現(xiàn)有技術(shù),本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果:
1)本發(fā)明的錨固鋼筋與豎向錨板預(yù)先在工廠焊接制成,在現(xiàn)場只需要將它們固定在剪力墻的鋼筋籠上即可。豎向錨板可以做得很長,這樣可以一次性固定較多的錨固鋼筋。而按照現(xiàn)在的常用做法,需要在剪力墻鋼筋籠上逐根綁扎連接鋼筋,耗費(fèi)很多人力,拖長工期;
2)本發(fā)明的U形帶齒部件并不是預(yù)先焊接在豎向錨板的外表面,而是在拆除剪力墻模板之后再跟豎向錨板焊接的,這樣澆筑剪力墻之前,豎向錨板的外表面與剪力墻外表面平齊,不影響設(shè)置剪力墻模板。而按照現(xiàn)在的常用做法,連接鋼筋向外伸出剪力墻,嚴(yán)重妨礙剪力墻模板的設(shè)置;
3)采用本發(fā)明,在剪力墻模板拆除后,再把U形帶齒部件與豎向錨板焊接。因U形帶齒部件寬度B4和厚度T4可取較大,所以U形帶齒部件的數(shù)量少,焊接工作量小。而按照現(xiàn)在的常用做法,需要將彎折埋入剪力墻中的連接鋼筋逐根鑿?fù)诔鰜碚刍厮?,或者需要在剪力墻中逐根化學(xué)植筋相比,具有明顯的人工工作量小、耗費(fèi)時間較少的優(yōu)點(diǎn);
4)采用本發(fā)明,不用鑿?fù)诩袅Φ幕炷?,故剪力墻不會因此存在厚度突變的薄弱部位;不用在剛硬化的剪力墻上鉆孔植筋,故剪力墻中不會因此存在過多的內(nèi)部裂縫。這些特點(diǎn)對于剪力墻的安全性極為有利。
附圖說明
圖1是現(xiàn)有技術(shù)下剪力墻和混凝土樓板的連接關(guān)系豎向剖面示意圖;
圖2是現(xiàn)有技術(shù)下剪力墻和混凝土樓板的連接關(guān)系平面示意圖;
圖3是現(xiàn)有技術(shù)下剪力墻模板設(shè)置示意圖;
圖4是現(xiàn)有技術(shù)下將連接鋼筋向上或向下彎折示意圖;
圖5是現(xiàn)有技術(shù)下將鋼筋從剪力墻里挖出并重新彎折回水平狀態(tài)示意圖;
圖6是現(xiàn)有技術(shù)下剪力墻模板僅設(shè)置到混凝土樓板底示意圖;
圖7是本發(fā)明裝置部件尺寸三維示意圖;
圖8是實(shí)施例1中高層建筑所采用的結(jié)構(gòu)體系示意圖;
圖9是實(shí)施例1中所采用的本發(fā)明裝置三維示意圖。
具體實(shí)施方式
為進(jìn)一步理解本發(fā)明,下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述,但是本發(fā)明要求保護(hù)的范圍并不局限于實(shí)施例。
如圖7所示,一種連接建筑結(jié)構(gòu)剪力墻與混凝土板的裝置,主要由多根錨固鋼筋8、豎向錨板6和U形帶齒部件7組成;所述錨固鋼筋8一端通過焊接固定在豎向錨板6的內(nèi)表面,另一端伸入剪力墻1;U形帶齒部件7一端通過焊接固定在豎向錨板6的外表面,U形帶齒部件7的設(shè)置高度位于混凝土樓板的厚度中央;U形帶齒部件7由鋼板制成,立面為U形(如附圖7所示)。U形帶齒部件7的下部為水平板,兩側(cè)設(shè)有帶矩形齒的豎直板。設(shè)置豎直板的目的是在剪力墻1與混凝土樓板2有相對水平位移趨勢時,混凝土樓板不至于被U形帶齒部件7的水平板劈裂。設(shè)置矩形齒的目的是為了方便設(shè)置混凝土樓板2中平行于剪力墻1的鋼筋。錨固鋼筋8的總橫截面積與其材料強(qiáng)度的乘積不小于混凝土板2內(nèi)指向剪力墻的板內(nèi)鋼筋3的總橫截面積與板內(nèi)鋼筋3材料強(qiáng)度的乘積;考慮到錨固鋼筋8在工作時主要起抗剪作用,故按照現(xiàn)行《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50010‐2010)中對于抗剪鋼筋錨固長度的要求,錨固鋼筋8伸入剪力墻1深度不小于錨固鋼筋8的直徑的15倍。
本發(fā)明裝置在工作時,板內(nèi)鋼筋3所承擔(dān)的內(nèi)力通過混凝土的承壓能力傳遞給U形帶齒部件7,然后由U形帶齒部件7傳遞給豎向錨板6,接下來通過豎向錨板6傳遞給錨固鋼筋8,最后內(nèi)力傳遞給剪力墻1,達(dá)到本裝置的設(shè)計(jì)目的。所以,在內(nèi)力傳遞途徑中,下一級部件的承載力均不得小于前一級部件的承載力。
具體而言:設(shè)混凝土樓板內(nèi)指向剪力墻的板內(nèi)鋼筋3的材料強(qiáng)度為f2、截面面積為As2,則錨固鋼筋8的材料強(qiáng)度f1與總橫截面積AS1應(yīng)滿足下述要求:則f1×As1≥f2×As2。
U形帶齒部件7應(yīng)全截面與豎向錨板6焊接,所以豎向錨板6的寬度B3應(yīng)不小于U形帶齒部件7的寬度B4,豎向錨板6的高度H3應(yīng)不小于U形帶齒部件7的高度H4,豎向錨板6的厚度T3滿足要求:10mm≤T3≤30mm。
U形帶齒部件7的寬度B4,材料強(qiáng)度f4和厚度T4應(yīng)滿足下述要求:f4×B4×T4≥f2×As2。
設(shè)混凝土樓板2厚H2,則U形帶齒部件7的高度H4應(yīng)滿足要求:40mm≤H4≤H2-40mm。
U形帶齒部件7中的矩形齒的寬度為20mm,齒的深度為20mm,齒間距與混凝土樓板2中平行于剪力墻1的鋼筋的間距相同,一般為100~200mm。
U形帶齒部件7的長度L4為500mm。
在同一樓層高度上可水平并排設(shè)置多個本發(fā)明裝置,如果混凝土樓板2的板厚較大,還可以在豎直方向布置兩層本發(fā)明裝置,甚至多層,只要在本樓層滿足上述要求即可。
所述錨固鋼筋8優(yōu)選采用栓釘、錨栓、鋼板或型鋼。
所述豎向錨板6優(yōu)選采用型鋼。
所述U形帶齒部件7優(yōu)選采用多層水平鋼板、栓釘、錨栓或型鋼。
預(yù)先把錨固鋼筋8和豎向錨板6連接在一起,在剪力墻1澆筑之前,將錨固鋼筋8和豎向錨板6的組合體固定在剪力墻1的鋼筋籠上。豎向錨板6的外表面設(shè)置與剪力墻1的外表面平齊,而錨固鋼筋8則伸入剪力墻1的內(nèi)部。剪力墻1澆筑完成,混凝土硬化并拆除模板5后,再在豎向錨板6的外表面焊接U形帶齒部件7?;炷翗前?中指向剪力墻的板內(nèi)鋼筋3一般會延伸至距離剪力墻1僅10~20mm之處,而U形帶齒部件7的長度L4為500mm,故板內(nèi)鋼筋3與U形帶齒部件7的搭接長度可控制為480~490mm。澆筑混凝土樓板2的混凝土后,則剪力墻1與混凝土樓板2就通過本發(fā)明的裝置牢固連接在一起。
本發(fā)明裝置工作時,通過樓板2中的混凝土的擠壓作用,混凝土樓板2中指向剪力墻的板內(nèi)鋼筋3的內(nèi)力可傳遞給U形帶齒部件7,而后,由U形帶齒部件7將內(nèi)力通過豎向錨板6傳遞給錨固鋼筋8,再通過剪力墻1中混凝土的擠壓作用,內(nèi)力傳遞給剪力墻1,滿足設(shè)計(jì)目的。
本發(fā)明裝置對于剪力墻1和混凝土樓板2的連接作用不小于按照現(xiàn)在常用做法中,采用連接鋼筋4的連接作用。
實(shí)施例
某高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)共60層,總高度超過250米,采用框架-核心筒結(jié)構(gòu)體系,即建筑中心區(qū)域由4片封閉圍合的剪力墻1組成核心筒,剪力墻1的厚度取值為:1~10層的墻厚為1000mm,11~20層墻厚為900mm,21~30層墻厚為800mm,31~40層墻厚為700mm,41~50層墻厚為600mm,51~60層墻厚為500mm。
組成核心筒的4片剪力墻1在水平方向的長度均為25m,核心筒周圍布置框架柱9,如圖8所示?;炷翗前?的厚度為110mm,板內(nèi)指向剪力墻1的鋼筋3采用設(shè)計(jì)強(qiáng)度f2=360MPa的三級鋼筋,在板面和板底設(shè)置,板內(nèi)鋼筋3的直徑為10mm,間距為100mm。
按照施工順序,由下至上澆筑核心筒的剪力墻1和混凝土樓板2,而混凝土樓板2的澆筑速度低于核心筒剪力墻1的澆筑速度。在澆筑核心筒剪力墻1之前先要綁扎核心筒的剪力墻1內(nèi)部的鋼筋籠,按現(xiàn)有技術(shù),接著就是設(shè)置連接鋼筋4,連接鋼筋4也采用設(shè)計(jì)強(qiáng)度f2=360Mpa的三級鋼筋,對應(yīng)混凝土樓板2內(nèi)指向剪力墻1的板內(nèi)鋼筋3的位置一一設(shè)置,連接鋼筋4直徑10mm,間距為100mm。每一樓層的連接鋼筋4的數(shù)量為2000根。
將連接鋼筋4一端伸入剪力墻1的鋼筋籠固定,另一端伸出剪力墻1的外邊,為了不妨礙剪力墻的模板5的設(shè)置,需要將連接鋼筋4伸出剪力墻1的部分向上或向下彎折。設(shè)置剪力墻的模板5后澆筑混凝土,待核心筒剪力墻1的混凝土硬化后,拆除剪力墻的模板5,鑿開剪力墻1的混凝土,將2000根彎折的連接鋼筋4一一從墻內(nèi)挖出,并掰回到水平狀態(tài)。然后開始設(shè)置混凝土樓板內(nèi)指向核心筒剪力墻的板內(nèi)鋼筋3,使連接鋼筋4與板內(nèi)指向核心筒剪力墻1的板內(nèi)鋼筋3一一搭接后,澆筑混凝土樓板2。
按照現(xiàn)有技術(shù)的施工工藝,由于連接鋼筋4數(shù)量較多,因此,此施工方法耗費(fèi)大量工時。同時,由于鑿?fù)趬w造成剪力墻1在混凝土樓板2附近厚度減小,產(chǎn)生薄弱部位,對墻體的安全造成不利影響。
采用本發(fā)明裝置,可先在工廠將豎向錨板6與錨固鋼筋8焊接完成,然后在澆筑核心筒的剪力墻1的混凝土前將已焊接在一起的豎向錨板6和錨固鋼筋8的組合體固定在與混凝土樓板2相對應(yīng)的高度,隨即澆筑混凝土。待核心筒剪力墻1的混凝土硬化后將剪力墻的模板5拆除,在豎向錨板6上焊接U形帶齒部件7,U形帶齒部件7對齊混凝土樓板2厚度的中央。然后設(shè)置混凝土樓板2中的板內(nèi)鋼筋3,之后澆筑混凝土樓板2。
在本實(shí)施例中,錨固鋼筋8采用與混凝土樓板2內(nèi)指向剪力墻的板內(nèi)鋼筋3相同的材料強(qiáng)度f1=360MPa的三級鋼筋,但錨固鋼筋8的直徑取20mm,間距100mm。因此,根據(jù)f1×As1≥f2×As2的要求,錨固鋼筋8的數(shù)量為板內(nèi)鋼筋3的數(shù)量的1/4,本實(shí)施例中每一樓層高度錨固鋼筋8共計(jì)500根,對應(yīng)于每一片剪力墻1共計(jì)125根,分上下兩層設(shè)置,上下層之間間距50mm。錨固鋼筋8伸入剪力墻1的深度為300mm。
本實(shí)施例中的豎向錨板6的厚度T3=20mm。豎向錨板6的寬度B3=1000mm,每一片豎向錨板6的內(nèi)表面均固定20根錨固鋼筋8。豎向錨板6的高度H3=100mm。豎向錨板6采用鋼材材質(zhì)Q235B。
在每個樓層,每一片剪力墻1設(shè)置本發(fā)明裝置7只,每2只之間的間距為2.25m,每個樓層總共設(shè)置本發(fā)明裝置28只。
U形帶齒部件7也采用鋼材材質(zhì)Q235B,材料強(qiáng)度f4=215Mpa、寬度B4=900mm,厚度T4=20mm。每1只本發(fā)明裝置可以替代71根連接鋼筋4的作用。71根連接鋼筋4的橫截面面積總和As2=5576mm2。因?yàn)?215×900×20=3870000)≥(360×5576=2007360),所以U形帶齒部件7的強(qiáng)度足以替代連接鋼筋4。
U形帶齒部件7的高度H4=80mm。
板內(nèi)鋼筋3延伸至距離剪力墻10mm處,而U形帶齒部件7長L4=500mm,故板內(nèi)鋼筋3與U形帶齒部件7的搭接長度為490mm。
采用本發(fā)明的裝置,如圖9所示。豎向錨板6與錨固鋼筋8預(yù)先在工廠完成組裝,拆除剪力墻模板5之后,再將U形帶齒部件7固定在豎向錨板6的外表面,而且通過實(shí)施例的分析,本發(fā)明裝置數(shù)量少,所以現(xiàn)場施工時間相對于采用現(xiàn)有技術(shù)的方法大為減少,可以提高效率,縮短工期,施工難度也大幅減小。