[装配式混凝土]装配式混凝土结构异形预制构件的吊点布置浅析

摘要

预制构件吊装是装配式建筑施工的重要环节之一。在实际吊装过程中,施工人员应结合构件种类和吊装环境,合理选用吊具和布置吊点位置,以保证构件吊装的平稳性,避免因局部受力过大导致吊钉拔出或构件开裂损坏。基于此,本文以预制凸窗为例,综合考虑构件重心与吊具重心的重合度以及构件的受力状态,浅析异形构件的吊点布置方法,旨在达到保障异形预制构件吊装安全的目的。

随着我国城镇化建设的不断推进,装配式混凝土建筑的梁、柱以及墙板等部件均实现了工厂预制化,现场施工人员可以像“搭积木”一样对预制构件进行吊运和拼装。凭借现场湿作业少、对环境影响小的优势,装配式建筑受到国家的大力推广。因此,国内多名学者有针对性地研究了标准构件的吊装技术。其中,赵勇等人讨论了预制构件吊装施工验算的控制标准、荷载取值、计算模型等问题,并通过算例加以说明。彭春生对预制混凝土吊车梁和大跨度混凝土屋架构件吊装施工技术进行了一些分析。邵子洋对预制混凝土叠合楼板结构的吊装系统设计进行了研究。以上学者都未对异形构件的吊装进行重点分析。而随着建筑形式和构件形式的复杂化,异形预制构件（如预制凸窗和预制阳台等）吊装越来越普遍,施工现场频繁出现倾斜吊装导致构件开裂、吊钉拔出导致构件高空坠落等问题。因此,为保证装配式建筑产业的健康发展,业界学者及建筑企业有必要针对异形预制构件的吊装施工进行深入分析与研究。

预制构件吊钉系统

预制构件自重大且种类繁多,施工人员往往需要采用特制的预埋吊钉和配套的吊具才能进行吊装。施工人员可以针对不同的构件种类和吊装环境选择合适的吊钉系统,目前常用的吊钉系统有圆头吊钉系统、螺纹吊钉系统和平板吊钉系统。

1.1 圆头吊钉系统

圆头吊钉系统包括预埋于构件内部的圆头吊钉和用于连接吊具的鸭嘴扣。其中,圆头吊钉通过半球形套头固定在混凝土表面上；吊装荷载由吊钉另一端的圆形固定端锚传递至混凝土,进而实现快速挂钩。

1.2 螺纹吊钉系统

螺纹吊钉系统包括螺纹吊钉和配套外螺纹吊具。螺纹吊钉的安装与固定相对简便,通常可直接锚固在混凝土内,不需要特制凹槽。吊装时,施工人员可将外螺纹吊具拧入吊钉套筒,并在构件的螺纹与混凝土之间锚入锚固件,以提高承载力。常见的螺纹吊钉锚固形式有钢筋直锚、钢筋弯锚以及钢板端锚这三种。

1.3 平板吊钉系统

平板吊钉系统包括平板吊钉以及带有转动销的专用吊具。平板吊钉由钢板组合而成,底部钢板锚固于混凝土内部并由扁球形的成型器来固定,同时在混凝土表面形成凹槽。外露钢板通过端部孔洞与平板吊钉系统中带有转动插销的专用吊具进行连接与固定,在此过程中,施工人员应转动插销,以防二者脱落。

预制构件吊点布置原则

预制构件的吊装过程应满足现行国家标准《混凝土结构工程施工规范》（GB 50666—2011）的规定 ,在具体操作时,施工人员还应结合实际的施工情况对预制构件的吊点位置、数量及预埋吊件性能等方面进行验算。此外,在构件吊装过程中,工作人员应确保起重设备的吊钩、吊具及构件三者在一条垂直线上,并且确保吊索与构件之间的水平夹角不小于 45°。叠合板的吊点应对称布置,以确保叠合板受力均匀,此时,施工人员可采用 4 吊点、6 吊点或 8 吊点的方式来进行吊装。需要注意的是,垂直于钢筋桁架方向的吊点的间距不应大于平行于钢筋桁架方向的吊点的间距。

预制异形构件吊点布置分析

预制异形构件是指形状不规则的预制混凝土构件。与规则构件不同的是,异形构件的重量分布不均匀,如果施工人员在脱模起吊和运输起吊过程中采用常规方式布置吊点,将有很大可能导致构件重心与吊具重心不在同一铅垂线上,进而发生倾斜。在具体的安装过程中,一旦发生倾斜,将导致构件安装产生较大误差,进而造成相邻构件之间的拼接缝宽度增大,构件平整度和垂直度难以达到预期效果,最终严重影响钢筋与构件底部灌浆套筒对位的精准性（见图 1）。为避免这类问题的发生,施工人员必须科学布置异形预制混凝土构件吊点的预埋位置,同时明确构件的重心位置,进而确保吊装过程中吊具重心和构件重心位于同一铅垂线上。

下文以项目常用的预制飘窗为例,分析了预制异形构件吊点布置情况。

3.1 预制飘窗重心位置计算

预制飘窗是一种典型的异形预制混凝土构件,通常具有采光面积大、通风效果好等优势,但同时由于凸窗的存在,其构件重心免不了要向凸窗一侧偏移。笔者以预制飘窗为例对异形预制混凝土构件吊点布置位置进行分析计算（见图 2、图 3）,具体内容如下。

式（1）中,x 1 为飘窗主视图中整个墙面的重心坐标,x 2 为飘窗主视图中凸窗面的重心坐标,A 1 为飘窗主视图中墙面的总面积,A 2 为飘窗主视图中凸窗面的总面积。

式（2）中,y 1为飘窗剖面图中整个墙面的剖面重心坐标,y 2 为飘窗剖面图中凸窗面的上部重心坐标,y 3 为飘窗剖面图中凸窗面的下部重心坐标,A 3 为飘窗剖面图中墙面的总面积,A 4 为飘窗剖面图中上部凸窗面的总面积,A 4 为飘窗剖面图中下部凸窗面的总面积。

经计算,当凸窗重心在构件内时,施工人员可以通过调整吊点的位置使构件重心和吊具重心在吊装过程中处在同一铅垂线上；当凸窗重心在构件外时,施工人员无法通过调整吊点位置来达到平稳吊装的目的。此时,施工人员可将专用调节装置固定在构件上,并结合手拉葫芦来调整构件的状态,待构件平稳后再进行吊装。

3.2 预制飘窗吊点受力分析

吊装过程中,构件将在吊点位置产生负弯矩,为避免构件因局部受力过大导致吊钉拉出,工作人员除了确保吊点的布置满足构件平稳吊装这一要求外,还应尽量减小构件在吊装过程中所产生的负弯矩。

假设吊点位置弯矩与最大弯矩相等,笔者计算出吊点 A、B 两处的反力 RA、RB,以及在危险截面处的最大弯矩 ι 1= ι 3=0.207 ι , ι 2=0.586 ι 。

3.3 预制飘窗两个吊点的吊具强度验算

假设预制飘窗有两个吊点, 这两个吊点的吊环由HPB300 级钢材制成,吊环直径为 16mm,吊环钢筋截面面积为 201.1mm2,混凝土容重为 25kN/m3。具体的计算过程如下所示。

常见预制构件吊点质量控制措施

（1）为了降低安全隐患,避免螺栓无法完全拧入套筒或者螺栓旋入长度不够等问题的出现,相关人员除了要在吊点预埋套筒出厂前检查其是否存在形心偏移等质量问题外,还应对其进行锥丝、刷黄油、塞泡沫板等处理。

（2）现场施工人员应在科学计算的基础上,合理设置预制叠合板吊环预埋高度,以免挂钩无法完全勾住吊环引发脱钩等问题。

（3）现场施工人员不要将吊环布置在箍筋加密区,否则在实际吊装作业时将面临挂钩无法与吊环相连接的难题。

结语

在装配式混凝土结构的施工过程中,施工人员应结合预制构件的重量和类型选择合适的吊钉形式,并在科学计算的基础上确定吊点的位置,进而确保吊装过程中吊具的重心和构件重心处在同一铅垂线上。本文以异形预制构件为例,对其重心位置的计算过程进行了详细展示,并通过受力分析确定了合适的吊点位置。计算结果表明,两个吊装构件的吊点应分别布置在距构件边缘 0.207 倍边长的位置上。此外,笔者还总结出常见的预制构件吊点质量控制措施,希望能为类似的装配式建筑的吊装施工提供参考。

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