Engineering Equipment and Materials | 工程设备与材料 |
·119
·
2019年第14期
中美规范装配式结构预埋吊件承载力计算比较分析
姚跃华，向黎明，焦祥梓
（上海思睿建筑科技有限公司，上海 200433）
摘 要：近年来，我国装配式建筑发展迅速，预埋吊件的使用比较普遍。
文章对《混凝土结构构造手册（第四版）》与《美国房屋建筑混凝土结构规范》（ACI 318-05）中的预埋吊件承载力计算方法进行了比较分析，并给出了建议，以期为相关人员提供参考。
关键词：混凝土规范；装配式建筑；预埋吊件；承载力中图分类号：TU375 文献标志码：A 文章编号：2096-2789（2019）14-0119-02
作者简介：姚跃华（1987—），男，本科，工程师，研究方向：装配式建筑，结构设计咨询。
1 概述
目前我国装配式建筑中主要采用的预埋吊件形式有螺纹钢套筒、圆头吊钉、吊环。
依据实际项目中的应用，预埋螺纹钢套筒（见图1）最为常见，缺点为现场需安装螺栓；圆头吊钉吊装方便但成本较高，具体参数可参见各大品牌资料，市场上常见的品牌有哈芬（见图2）、喜得利等；吊环（见图3）加工方便，相对成本较低，但堆放不便，后期需切割。
2 构造手册中预埋吊件受拉承载力计算规定
依据《混凝土结构构造手册（第四版）》混凝土椎体受力图（见图4），预埋吊件的受拉承载力设计值按式（1）～式（3）计算。
钢材强度：
10.8u b y s N f A α= （1）
抗拉椎体强度：
（2）
端锚板局部承压强度：
31u c N n f A β= （3）式中：αb 为锚板的弯曲变形系数，当采取措施防止锚板弯曲变形时，可取αb =1；f y 为锚筋抗拉强度设计值，但不应＞300N/mm 2；A s 为全部锚筋的截面面积；n 为锚筋根数；f t 为混凝土抗拉强度设计值；Le 为
椎体的计算高度，Le=La-a ；La 为实际锚固长度；a 为构件纵向钢筋中心线至截面近边的距离；b e 为端锚板宽度（当端锚板为矩形时取短边边长）；A 1为各椎体顶面处的投影面积之和（扣除投影面积的重叠部分）（见图4）；A 为各完整椎体在椎体顶面处的投影面积的总和，A=n π（2L e +b e ）2/4；β
为局部受压承载力提高系数，
；A b 为按同心短边对称原则求得的端锚板局部
受压计算面积；A l 为端锚板的承压面积；f c 为混凝土轴心抗压强度设计值。
3 美国规范中受拉预埋吊件承载力计算规定
依据《美国房屋建筑混凝土结构规范》（ACI 318-05）附录D 中的规定由吊钉钢材强度，混凝土抗崩裂强度，抗拔出强度和抗侧面爆裂强度的最小值确定。
3.1 吊钉钢材强度
预埋吊钉的钢材强度应不超过：
sa se uta N A f = （4）式中：A se 为吊钉截面积；f uta 为吊钉的抗拉强度（＜1.9倍的屈服强度和860MPa ）。
3.2 混凝土基本抗崩裂强度
预埋吊件的混凝土基本抗崩裂强度应不超过：
（5）
其中，对预埋吊件取k c =10。
美国规范中混凝土圆柱体抗压强度f c '与我国规范中立方体抗压强度f cu 的关系为f c '=（0.79～0.81）f cu 。
一个单个受拉吊件的混凝土名义抗崩裂强度应不超过：
（6）
图1 D32螺纹钢套筒和M20
螺栓
图2 圆头吊钉
图
3 吊环
图
4 混凝土椎体受力图
| 工程设备与材料 |
Engineering Equipment and Materials
·
120·
2019年第14期
依据受拉吊件的混凝土边距和椎体受力图（见图5
），当c a ，min ≥1.5h ef 时，取
=1；当
c a ，min ＜
1.5h ef 时，取
；预埋吊件取
=1；当吊件所
处的混凝土构件区域不会开裂时，对于预埋吊件取=1.25。
3.3 抗拔出强度
预埋吊件的抗拔出强度应不超过：
,pn c p p N N φ= （7）当吊件所处的混凝土构件区域不开裂时，对于预埋吊钉取c p φ，=1.4。
p brg c N =8A f '，A brg 为端锚板的承压面积。
3.4 抗侧面爆裂强度
混凝土抗侧面爆裂强度应不超过：
（C a1＜0.4h ef ，C a2＞3C a1） （8）
式中：C a1和C a2为吊钉边距。
4 中美规范吊件计算比较
为了方便对承载力计算结果进行比较，采用中美规范计算吊件承载力时均采用标准值。
经分析《混凝土构造手册》中的计算规定，可以认为抗拉椎体强度（式2）实际控制吊钉的承载力大小，同时通过调整吊钉的直径大小以满足吊钉的承载力由吊钉的钢材强度控制要求。
美国规范中吊钉的承载力一般由抗崩裂强度（式6）控制。
为了方便比较，分别按不同的边距和埋深的情况对《混凝土构造手册》中抗拉椎体强度（式2），和美国规范中抗崩裂强度（式6）的计算结果进行计算分析。
如图6～图8所示，（1）边距和埋深对混凝土构造手册抗拉椎体强度与美国规范抗崩裂强度计算结果的差异较大；（2）边距对美国规范抗崩裂强度计算结果的影响明显；（3）埋深对混凝土构造手册抗拉椎体强度的影响明显。
5 吊点承载力计算探讨
目前国内吊点的承载力计算规定各规范规定不一致，《混凝土结构工程施工规范》（GB 50666-2011）中规定了吊点按安全系数法设计，混凝土结构构造手册中给出了预埋件的承载力分项系数法下的承载力设计值算法，《混凝土结构后锚固技术规程》（JGJ 145-2013）中参考国外规范给出了后植螺栓分项系数法下的
图6 边距100mm 时不同埋深的强度比较
承载力计算公式。
中国规范立方体抗压强度f cu 与美国规
范混凝土圆柱体抗压强度f c '的差异、安全系数法和分项系数法的差异，后植和预埋螺栓的承载力差异等原因，造成了吊件承载力计算结果的可靠度差异较大。
经过试算分析，按《混凝土结构构造手册》算法，当吊点边距＞4d （d 为吊件直径）时，如果满足埋深0.6la 的构造要求，预埋吊件的承载力由钢材强度（式1）控制。
按美国规范设计时埋深没有0.6la 的构造要求限制，钢材强度采用极限抗拉强度，一般情况下吊件的抗拉承载力由（式6）控制。
6 结束语
综上所述，在常见的装配式建筑设计中，《混凝土结构构造手册》中要求的埋深0.6la 的构造要求一般较难满足，而且一般情况下边距不大，建议采用美国规范附录中预埋吊件的算法，但应特别注意中国规范立方体抗压强度f cu 与美国规范混凝土圆柱体抗压强度f c '的差异。
参考文献：
[1]中国有色工程有限公司.混凝土结构构造手册[M].4版.北
京:中国建筑工业出版社,2003.[2]GB 50666-2011,混凝土结构工程施工规范[S].[3]ACI 318M-05,美国房屋建筑混凝土结构规范[S].[4]GB 50010-2010,混凝土结构设计规范（2015年版）[S].[5]JGJ 145-2013,混凝土结构后锚固技术规程[S].
图7 埋深
200mm 时不同边距的强度比较
图8 边距500mm 时不同埋深的强度比较
图5 单个吊件的投影面积及ANc 的计算。