建筑幕墻之平板預埋件的設計與構造
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預埋件,顧名思義是預先埋設于主體實體結構(混凝土梁、柱)中的金屬構件,是幕墻工程中重要的組成部分。幕墻的框支承結構通過連接件固定于預埋件上,實現幕墻與主體的有機結合。平板預埋件的設計,主要遵循《混凝土結構設計規范》GB50010-2010(2015版)中規定,在各地的幕墻規范中也有篇幅做要求。
本文從材料選擇等5個方面做梳理,并提供常規幕墻用平板預埋件和懸挑3米雨篷用埋件案例計算,供參考!
◆材料選擇
◆加工埋設
◆埋件計算
◆錨固修正
◆構造要求
◆計算案例(常規幕墻與懸挑雨篷)
材料選擇
受力預埋件的錨板宜采用Q235、Q345級鋼。錨筋應采用HRB400(帶肋)或HPB300(光圓)級鋼筋,不應采用冷加工鋼筋。
加工埋設
1、直錨筋與錨板應采用T型焊。當錨筋直徑不大于20mm時,宜采用壓力埋孤焊;當錨筋直徑大于20mm時,宜采用穿孔塞焊。當采用手工焊時,焊縫高度不宜小于6mm,且對300MPa級鋼筋不宜小于0.5,對其他鋼筋不宜小于0.6,為錨筋直徑。
圖一:T型手工電弧焊的構造要求 圖二:穿孔塞焊的構造要求
2、錨筋與錨板焊接時,錨筋為HPB300級鋼筋宜采用E43型焊條,錨筋為HRB400級鋼筋宜采用E55型焊條;壓力埋弧焊宜采用HJ431型焊劑或其他性能相近的焊劑。
3、表面處理:對于預埋件的表面處理目前有兩種方式,一是原材料本色加工,埋設到主體梁上后,室外側板面做防銹處理,通常為涂刷兩遍防銹漆,一遍銀粉漆。這樣做的好處是類同于梁柱結構的主鋼筋位于混凝土內,擁有良好的握裹力。
另一種是熱浸鍍鋅處理,防腐處理一步到位。
有段時期,一度取代了普通預埋件,甚至不是熱浸鍍鋅,監理還不讓進場施工。我想原因之一是幕墻工程的密集出現,各種構件的生產加工出現了細分市場,在生產與存放期間,熱浸鍍鋅顯然不受時間的約束。早些年,幕墻工程量少,預埋件都是在現場邊加工邊上墻。
4、埋設:預埋件的錨筋應放置在構件的外排主筋的內側。與主體均壓環或避雷鋼筋通過焊接或綁扎可靠連接。
埋件計算
1、錨板厚度
應根據其受力情況計算確定,不宜小于錨筋直徑的0.6倍。常規幕墻工程的錨板厚度可取8mm~12mm。
2、錨筋的總截面面積As
于幕墻采用最為常規的預埋件,同時受剪力、法向拉力和彎矩共同作用,詳《混凝土結構設計規范》9.7.2條。
3、受拉鋼筋的基本錨固長度
4、受拉鋼筋的錨固長度
錨固長度修正
1、修正一
《混凝土結構設計規范》8.3.2條的規定:
2、修正二
依據《混凝土結構設計規范》8.3.3條的規定:當縱向受拉普通鋼筋末端采用彎鉤或機械錨固措施時,包括彎鉤或錨固端頭在內的錨固長度(投影長度)可取為基本錨固長度的60%。彎鉤和機械錨固的形式(圖8.3.3)和技術要求符合表8.3.3的規定。
采用第8.3.3條的修正后,不應再考慮第8.3.2條的修正。
構造要求
計算案例
一、常規幕墻用平板預埋件
1、埋件設計大樣圖
2、設計資料
項目地點:寧波
鋼筋直徑: D10
鋼筋級別:
fy = 300.00 N/mm2
混凝土強度等級: C30
fc = 14.30 N/mm2
ft = 1.43 N/mm2
直錨筋布置: 2 × 3
錨板厚度: t = 10 mm
直錨筋橫向間距: b = 100 mm
直錨筋縱向間距: b1 = 110 mm
外層錨筋中心到錨板邊緣的距離: a = 50 mm
拉力設計值: N = 2.4 kN
剪力設計值: V = 3.4 kN
彎矩設計值: M = 0.25 kN·m
預埋件受力類型: 拉彎剪
考慮抗震: 是
3、計算結果
依據以上計算,錨筋長度取240mm,本項目梁寬250mm,滿足要求。
注:現建筑梁寬200mm居多,依據浙江省《建筑幕墻工程技術標準》DB33/T 1240-2021附錄A.0.8規定:錨筋的計算總截面面積As與實際配筋總截面面積A的比值小于或等于表A.0.8中的數值時,包括彎鉤或錨固頭在內的錨固長度(投影長度)La可取15d,且不應小于180mm。表A.0.8中,帶肋鋼筋對應C30砼等級時系數為0.43,As/A=0.07,遠小于0.43。結合A.0.5-2,錨筋錨固長度取200mm。
二、懸挑鋁板雨篷鋼結構預埋件計算書
1、設計示意圖
2、設計資料
項目地點:杭州
雨蓬懸挑長度:3000mm
雨蓬主梁間距:1500 mm
鋼筋直徑: D16
鋼筋級別:
fy = 300.00 N/mm2
混凝土強度等級: C30
fc = 14.30 N/mm2
ft = 1.43 N/mm2
直錨筋布置: 3 × 3
錨板厚度: t = 16 mm
直錨筋橫向間距: b = 125 mm
直錨筋縱向間距: b1 = 125 mm
外層錨筋中心到錨板邊緣的距離: a = 60 mm
拉力設計值: N = 5.00 kN
剪力設計值: V = 15.00 kN
彎矩設計值: M = 28.00 kN·m
預埋件受力類型: 拉彎剪
考慮抗震: 是
3、計算結果
當混凝土梁寬度不足時可根據《混凝土結構設計規范》8.3.3條的規定,采用彎鉤或機械錨固措施進行折減計算,可取為基本錨固長度的60%:為372mm。這就要求混凝土梁寬不能小于400mm,如若條件不能滿足,考慮雙夾板埋件。保證設計內力不超過混凝土的沖切承載力。
結束語
按標準就新原則,就幕墻用平板預埋件,審圖機構老師會執行GB50010-2015版本規定,錨板與錨筋的構造尺寸會適當加大。特別是現在的建筑主體梁截面大多為200mm寬,按規范確定所需錨固長度,往往超出了梁截面,需要采用有效的措施來滿足。在《混凝土結構設計規范》GBJ-10版本時,《金屬與石材幕墻工程技術規范》JGJ133-2001中第C.0.5條提到:當錨筋配置較多,錨筋總截面面積超過計算所需截面面積的1.4倍時,錨固長度可適當減少,但不應小于180mm。上海市《建筑幕墻工程技術標準》DG/TJ 08-56-2019中附錄D”預埋件及后置埋件設計與構造中第D.2.7仍然保留了此項規定。江蘇省《建筑幕墻工程技術標準》DB32/T 4065-2021 第6.8.17條:當錨筋配置較多,錨筋總截面面積超過按本標準第 6.8.14 條計算的截面面積的 1.4 倍時,錨固長度可適當減少,但不應小于 200mm。浙江省的相應規定,在案例計算中已述。
雨篷、采光頂的受力情況較幕墻復雜,在預埋件的計算時嚴格遵照《混凝土結構設計規范》GB50010-2015版執行。
參考規范:
《混凝土結構設計規范》GB50010-2015版
浙江省《建筑幕墻工程技術標準》DB33/T 1240-2021
上海市《建筑幕墻工程技術標準》DG/TJ 08-56-2019
江蘇省《建筑幕墻工程技術標準》DB32/T 4065-2021