裝配整體式預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)的路由器的應(yīng)用

裝配整體式預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)的路由器的應(yīng)用

0節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)與驗(yàn)算隨著混凝土地板材料的蓬勃發(fā)展，預(yù)埋混凝土地板板廣泛應(yīng)用于房屋墻體等建筑物的墻壁。然而對(duì)預(yù)制混凝土外掛墻板的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)與驗(yàn)算,目前國內(nèi)還缺乏相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范及相關(guān)經(jīng)驗(yàn)。本文針對(duì)預(yù)制混凝土外掛墻板節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的問題,遵循國內(nèi)現(xiàn)行主流預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范的強(qiáng)制性條文要求,提出了預(yù)制混凝土外掛墻板上承式節(jié)點(diǎn)整套設(shè)計(jì)及其強(qiáng)度驗(yàn)算方法,可為類似外掛墻板節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)提供有益的參考。1承式節(jié)點(diǎn)根據(jù)外掛墻板懸掛方式的不同,外掛墻板節(jié)點(diǎn)一般可分為上承式節(jié)點(diǎn)及下承式節(jié)點(diǎn)兩種類型,如圖1所示。外掛墻板上承式節(jié)點(diǎn)所承受的所有豎向荷載全部由上部節(jié)點(diǎn)共同承擔(dān);而外掛墻板下承式節(jié)點(diǎn)所承受的所有豎向荷載全部由下部節(jié)點(diǎn)共同承擔(dān)。本文針對(duì)一種典型的上承式節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)展開詳細(xì)討論,下承式節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)方法與此類同。外掛墻板上承式節(jié)點(diǎn)形式如圖2所示,此節(jié)點(diǎn)已成功運(yùn)用在實(shí)際工程中。2墻板的抗側(cè)力通常預(yù)制混凝土外掛墻板不參與主體結(jié)構(gòu)受力,而只承受包括自重、風(fēng)荷載以及地震作用在內(nèi)的僅作用于墻板本身的荷載。因此,其節(jié)點(diǎn)應(yīng)具有足夠的承載力來抵抗由外掛墻板傳來的所有荷載。2.1節(jié)點(diǎn)在抗附加荷載方面的設(shè)計(jì)為了保證外掛墻板可以自由運(yùn)動(dòng),作用于墻板上的豎向荷載均僅由兩個(gè)節(jié)點(diǎn)承受,設(shè)計(jì)重力荷載時(shí)應(yīng)考慮相應(yīng)支撐合力點(diǎn)與板面形心不重合(產(chǎn)生偏心)時(shí)所造成的附加荷載。同時(shí),還需考慮在外掛墻板面層鋪裝及預(yù)埋鐵件對(duì)混凝土所產(chǎn)生的附加重量。因此,混凝土容重可適當(dāng)提高,取26kN/m3,并建議取重力放大系數(shù)1.1。節(jié)點(diǎn)在自重作用下的受力簡(jiǎn)圖如圖3所示,圖3中各參數(shù)含義見表1。根據(jù)圖3,節(jié)點(diǎn)在自重作用下所承受的荷載計(jì)算公式見表1。2.2風(fēng)荷載作用下的偏心效應(yīng)預(yù)制外掛墻板的面外風(fēng)荷載將由全部節(jié)點(diǎn)共同承擔(dān),在節(jié)點(diǎn)計(jì)算中,需計(jì)及由外掛墻板所承受風(fēng)荷載合力作用點(diǎn)與支撐合力點(diǎn)不重合所產(chǎn)生的偏心效應(yīng)。根據(jù)風(fēng)荷載作用下節(jié)點(diǎn)受力簡(jiǎn)圖(圖4),節(jié)點(diǎn)在風(fēng)荷載P作用下所承受的荷載計(jì)算公式見表2。2.3面內(nèi)地震作用地震作用應(yīng)分別考慮預(yù)制外掛墻板面外水平地震作用、面內(nèi)水平地震作用以及面內(nèi)垂直地震作用三種情況,并應(yīng)考慮其相應(yīng)偏心作用。在面內(nèi)地震作用下,外掛墻板可能發(fā)生回轉(zhuǎn),導(dǎo)致短時(shí)間內(nèi)不能由其四點(diǎn)同時(shí)承受面內(nèi)水平地震作用,因此,對(duì)于承重節(jié)點(diǎn)而言,將其所承受的荷載作用放大2倍,以保證節(jié)點(diǎn)的安全。根據(jù)地震作用下節(jié)點(diǎn)受力簡(jiǎn)圖(圖5~7),節(jié)點(diǎn)在地震作用下所承受的荷載計(jì)算公式見表3。2.4空間正交向量組在不同荷載組合條件下,節(jié)點(diǎn)可能同時(shí)承受多個(gè)方向的荷載,本文定義空間正交向量組(i,j,k)來標(biāo)明荷載各不同方向。其中i表示平行于外掛墻板面內(nèi)的豎直方向,j表示垂直于外掛墻板的水平方向,k表示平行于外掛墻板面內(nèi)的水平方向。2.4.1掛墻板截面抗震驗(yàn)算參考《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50011—2010)的相關(guān)規(guī)定,在進(jìn)行外掛墻板截面抗震驗(yàn)算時(shí),需考慮墻板自重、地震作用以及風(fēng)荷載作用三者同時(shí)組合。因此,驗(yàn)算節(jié)點(diǎn)在面外水平荷載作用下節(jié)點(diǎn)的承載力時(shí),需考慮以下設(shè)計(jì)組合:對(duì)以上兩種荷載組合結(jié)果,取含有水平向最大絕對(duì)值的向量組合作為面外水平荷載的控制組合。2.4.2單因素水平載荷組合對(duì)于面內(nèi)水平荷載,由于受風(fēng)面積小,可不考慮風(fēng)荷載的作用,因此僅需考慮自重荷載與水平面內(nèi)地震作用的設(shè)計(jì)組合,如下:2.4.3垂直過載組合在面上在垂直地震作用下,節(jié)點(diǎn)僅承受自重荷載與垂直地震作用的設(shè)計(jì)組合,如下:3節(jié)點(diǎn)力的傳遞在國內(nèi)現(xiàn)今的預(yù)制混凝土外掛墻板結(jié)構(gòu)中,多采用以角鋼加銷軸為主要構(gòu)件的上承式連接節(jié)點(diǎn),本節(jié)將運(yùn)用材料力學(xué)的相關(guān)知識(shí)闡述預(yù)制混凝土外掛墻板節(jié)點(diǎn)的承載力驗(yàn)算方法。對(duì)本文的上承式節(jié)點(diǎn)而言,外掛墻板所承受的水平荷載將通過角鋼與加勁肋所組成的部件傳遞至銷軸,隨后由銷軸傳遞至托座焊縫,最后由托座焊縫傳至主體結(jié)構(gòu);而對(duì)于外掛墻板所承受的豎向荷載,將通過角鋼與加勁肋所組成的部件傳遞至下部墊片,再由下部墊片傳至主體結(jié)構(gòu)。節(jié)點(diǎn)力的傳遞路線如圖8所示。根據(jù)節(jié)點(diǎn)力的傳遞途徑,應(yīng)分別驗(yàn)算托座焊縫、銷軸、角鋼與加勁肋所組成部件的承載力,節(jié)點(diǎn)驗(yàn)算部件示意見圖9。3.1焊縫群截面模量托座焊縫在雙向水平力作用下將處于彎剪扭狀態(tài)。根據(jù)其受力簡(jiǎn)圖(圖10),托座焊縫相關(guān)驗(yàn)算方法如圖11所示。圖10中Fj為節(jié)點(diǎn)所承受垂直于外掛墻板的水平方向荷載;Fk為節(jié)點(diǎn)所承受平行于外掛墻板面內(nèi)的水平方向荷載;D為節(jié)點(diǎn)所承受平行于外掛墻板面內(nèi)水平方向荷載Fk與焊縫群形心間的水平距離;Lk為焊縫群形心與焊縫起點(diǎn)間的豎向距離;Lj為焊縫群形心與焊縫起點(diǎn)間的水平距離。圖11中Wj與Wk分別為焊縫群沿i與j方向的抗彎截面模量;Ip為焊縫群抗扭模量;Aw為焊縫群截面面積;ffw為角焊縫強(qiáng)度設(shè)計(jì)值;L為節(jié)點(diǎn)所承受垂直于外掛墻板的水平方向荷載Fj與焊縫群形心O之間的豎向垂直距離。3.2面內(nèi)水平荷載驗(yàn)算由于圓形截面在任意方向上的抗彎模量相同且銷軸僅傳遞水平荷載,因此在驗(yàn)算銷軸最不利截面承載力時(shí),僅需驗(yàn)算在面內(nèi)外水平荷載的最大絕對(duì)值向量下銷軸的承載力即可,銷軸受力簡(jiǎn)圖如圖12所示,驗(yàn)算方法如圖13所示。圖12中Fmax為節(jié)點(diǎn)所承受垂直于外掛墻板的水平荷載與平行于外掛墻板面內(nèi)水平荷載的較大值;圖13中W為銷軸截面抗彎模量;A為銷軸截面面積;f為鋼材的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值;fv為鋼材抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。3.3抗彎截面模量由角鋼與正面加勁肋所組成的剛體的最不利截面為在力傳遞途徑上截面積及慣性模量均為最小的截面,應(yīng)對(duì)此薄弱截面進(jìn)行承載力驗(yàn)算,薄弱截面1受力簡(jiǎn)圖如圖14所示,驗(yàn)算方法如圖15所示。圖15中Wx與Wy分別為薄弱截面沿x與y軸方向的抗彎截面模量;A為薄弱截面面積;Ip為薄弱截面抗扭模量;D1為節(jié)點(diǎn)受力作用點(diǎn)到薄弱截面1之間的最小距離;D2為節(jié)點(diǎn)受力作用點(diǎn)到薄弱截面1形心間的豎向距離;D3為節(jié)點(diǎn)受力作用點(diǎn)到薄弱截面1形心間的水平向距離;D4為節(jié)點(diǎn)受力作用點(diǎn)在薄弱截面內(nèi)的投影點(diǎn)與薄弱截面1形心間的距離;Lx為薄弱截面1形心與薄弱截面1起點(diǎn)間的水平距離;Ly為薄弱截面1形心與薄弱截面1起點(diǎn)間的豎向距離。薄弱截面2的算法與薄弱截面1的算法完全相同。4行節(jié)點(diǎn)網(wǎng)格剖分模型托座焊縫采用等強(qiáng)焊縫形式,故僅對(duì)銷軸、正面加勁肋與角鋼所組成的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行承載力驗(yàn)算,節(jié)點(diǎn)構(gòu)造詳圖見圖16。根據(jù)節(jié)點(diǎn)構(gòu)造詳圖,采用ANSYS14.0軟件進(jìn)行節(jié)點(diǎn)的三維建模,其網(wǎng)格剖分模型如圖17所示,網(wǎng)格單元平均畸變度為0.274。取荷載大小Fi=100kN,Fj=30kN,分別運(yùn)用文中所示的手算方法與有限元法計(jì)算雙向應(yīng)力Fi,Fj狀態(tài)下最大折算應(yīng)力。結(jié)果表明:運(yùn)用文中所示手算方法與有限元法計(jì)算的銷軸的最大應(yīng)力分別為105.2,104.3MPa,正面加勁肋的最大應(yīng)力分別為97.0,86.0MPa。從比較結(jié)果可知,文中所示的手算方法的計(jì)算結(jié)果較為準(zhǔn)確,其與有限元法相比,略顯保守,結(jié)果合理。5節(jié)點(diǎn)各組成部件相關(guān)承載力的驗(yàn)算通過對(duì)預(yù)制混凝土外掛墻板上承式節(jié)點(diǎn)的受力分析,提出了外掛墻板節(jié)點(diǎn)在自重、風(fēng)荷載及地震作用下荷載大小的計(jì)算方法及其相應(yīng)組合的算法,并通過對(duì)節(jié)點(diǎn)力的傳遞途