哈芬槽預埋件在金屬幕墻夾芯板系統(tǒng)中的研究及應用
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彭志豐
（多維聯(lián)合集團有限公司，北京 100070）
摘 要：金屬幕墻夾芯板系統(tǒng)憑借其優(yōu)異的保溫、美觀、防火、節(jié)能等性能，在工業(yè)和民用建筑中得到了廣泛的應用。但金屬幕墻夾芯板系統(tǒng)對主體結(jié)構(gòu)和墻面骨架安裝的精度要求很高，因此要實現(xiàn)金屬幕墻夾芯板的優(yōu)異性能，其與主體結(jié)構(gòu)連接成為關(guān)鍵所在。鑒于哈芬槽預埋件能夠克服傳統(tǒng)預埋件安裝不方便、人工成本高、誤差大等 缺點，將哈芬槽預埋件應用到金屬幕墻夾芯板系統(tǒng)中。結(jié)合西安三星工程對哈芬槽預埋件的構(gòu)成、埋置方式、破壞方式進行詳細介紹，指出忽視哈芬槽預埋件中槽鋼卷邊破壞模式可能導致工程不安全，并給出防止槽鋼卷邊破壞的實用計算方法。
關(guān)鍵詞：哈芬槽預埋件；金屬幕墻夾芯板系統(tǒng)；卷邊破壞 DOI:10. 13206/j,gjg201603014
金屬幕墻夾芯板系統(tǒng)因承載力相對較高且宏偉大氣，不會產(chǎn)生光污染，所以得到了廣泛的應用。金屬幕墻夾芯板系統(tǒng)對主體結(jié)構(gòu)和墻面骨架的安裝精度要求很高，要實現(xiàn)金屬幕墻夾芯板系統(tǒng)的優(yōu)良性能，其與主體結(jié)構(gòu)的連接是關(guān)鍵。特別是混凝土結(jié)構(gòu)的外圍護系統(tǒng)采用金屬幕墻夾芯板系統(tǒng)時，其與混凝土結(jié)構(gòu)的連接是一個難點。
傳統(tǒng)工藝是在混凝土結(jié)構(gòu)中預先埋設鋼板預埋件，然后通過現(xiàn)場焊接連接件方式固定金屬幕墻夾芯板系統(tǒng)的骨架。預埋件較長的錨筋容易與主體結(jié)構(gòu)鋼筋碰撞，導致不易進行安裝；}昆凝土澆筑及振搗容易造成預埋件偏位，導致連接件上螺栓孔失效；傳統(tǒng)預埋件只能在一維或二維調(diào)節(jié)誤差，達不到金屬幕墻夾芯板系統(tǒng)安裝精度要求，造成墻面不平整；連接件與預埋件焊接方式破壞了防腐鋅層，容易產(chǎn)生銹蝕，需要后期涂刷防腐涂料，焊接和涂刷工序需要大量的人工，而且構(gòu)件的鍍鋅層降低了焊接質(zhì)量，容易造成安全隱患。哈芬槽預埋件能夠克服傳統(tǒng)預埋件的上述缺點，而且試驗研究和有限元分析表明哈芬槽預埋件具有優(yōu)良的抗拉、抗震等性能，本文結(jié)合工程實踐對哈芬槽預埋件的構(gòu)成、埋置方式、破壞方式進行詳細介紹，指出忽視哈芬槽預埋件中槽鋼卷邊破壞模式可能導致工程不安全，并給出防止槽鋼卷邊破壞的實用計算方法。
1 工程簡介
西安三星電子項目位于西安高新技術(shù)開發(fā)區(qū)。主體結(jié)構(gòu)為鋼一混結(jié)構(gòu)，墻面圍護體系采用75 mm厚新型巖棉四面企口金屬幕墻夾芯板系統(tǒng)，此板型具有安裝快捷、保溫性能優(yōu)良、插口密封性好等特點，最重要的是該板型設計新穎，整體效果美觀。
2 哈芬槽預埋件的構(gòu)成
哈芬槽預埋件又稱槽式預埋件，由槽鋼、錨筋、T形螺栓組成，哈芬槽預埋件構(gòu)造詳見圖1。槽鋼與錨筋材質(zhì)均為Q235B；槽鋼與錨筋通過焊接或鉚接形式連接；T形螺栓為8.8級高強螺栓，常用規(guī)格為M16和M20，T形螺栓與槽鋼通過螺栓連接。哈芬槽預埋件帶有鍍鋅層，具有良好防腐能力；哈芬槽預埋件構(gòu)造簡單、體積小，便于工廠標準化生產(chǎn)和現(xiàn)場安裝。哈芬槽預埋件和檁條連接件在工廠制作，實現(xiàn)了西安三星金屬幕墻夾芯板系統(tǒng)施工現(xiàn)場無焊接連接的理念。
3 哈芬槽預埋件的埋置形式
哈芬槽預埋件的埋設方式分為混凝土柱側(cè)放和樓板平放（圖2）�；炷林鶄�(cè)放方式能夠?qū)崿F(xiàn)槽鋼長度方向、豎向高度方向、骨架側(cè)面水平方向的三維安裝調(diào)接功能，具有消除一定施工誤差影響的能力，施工方便，同時哈芬槽埋件體積小，不會與主體結(jié)構(gòu)鋼筋碰撞，便于其在混凝土柱中安裝定位�；炷翗前迤椒欧绞侥軌�?qū)崿F(xiàn)槽鋼長度方向、垂直槽鋼長度方向、骨架側(cè)面豎向方向的三維安裝調(diào)接功能，減小施工誤差影響，施工方便。哈芬槽預埋件節(jié)點構(gòu)造見圖3。在連接件上布置50 mm的長圓孔，以減小施工誤差對骨架螺栓安裝的影響；在連接件的垂直受力方向設置1～2 mm刻痕以增加T形螺栓摩擦面的摩擦系數(shù)，提高了預埋件節(jié)點的受力性能。連接件和金屬幕墻檁條在工廠焊接完畢后再采用熱鍍鋅工藝，金屬幕墻夾芯板系統(tǒng)現(xiàn)場無焊接處理，所以金屬幕墻夾芯板骨架系統(tǒng)焊接質(zhì)量和防腐能力得到了保障。
4 哈芬槽預埋件節(jié)點的破壞模式及計算
4.1 哈芬槽預埋件節(jié)點的破壞模式
哈芬槽預埋件節(jié)點的破壞通常為T形螺栓的拉斷、剪斷及拉剪破壞，錨筋的拉斷、剪斷及拉剪破壞，混凝土錐體受拉破壞、受剪破壞及拉剪破壞，混凝土劈裂破壞和剪撬破壞，哈芬槽節(jié)點破壞模式詳見圖4a-圖4d。張晉峰等指出槽式預埋件抗拉試驗中槽鋼變形過大將會導致T形螺栓與槽鋼連接面的拉脫破壞。鄭圓圓在哈芬預埋槽鋼抗震試驗中指出在拉拔作用下T形螺栓將槽鋼卷邊咬出缺口，T形螺栓從缺口被拔出，此破壞屬于槽鋼卷邊的剪壓復合破壞，而不是單純的槽鋼卷口的剪切破壞、受壓破壞�？紤]該破壞模式可能會造成金屬幕墻夾芯板系統(tǒng)節(jié)點不安全，所以建議在哈芬槽預埋件節(jié)點設計時考慮槽鋼卷邊的剪壓復合破壞，槽鋼卷邊破壞模式見圖4e。
4.2哈芬槽預埋件節(jié)點的計算
根據(jù)上述哈芬槽預埋件的破壞模式，給出哈芬槽預埋件的計算方法。一般通過控制預埋件至混凝土邊緣的最小距離和保護層厚度等構(gòu)造措施防止混凝土的劈裂破壞和剪撬破壞。通過文獻的計算可防止T形螺栓的拉斷、剪斷及拉剪破壞，錨筋的拉斷、剪斷及拉剪破壞，混凝土錐體受拉破壞、受剪破壞及拉剪破壞。本文將重點介紹通過計算防止槽鋼的剪壓復合破壞發(fā)生，由于槽鋼的剪壓復合破壞計算比較復雜，先應考慮槽鋼卷邊的剪切破壞、受壓破壞計算，最后考慮剪壓復合破壞計算。
4.2.1槽鋼卷邊的剪切破壞
哈芬槽預埋件在受拉時，槽型鋼卷邊有可能發(fā)生剪切破壞。忽視槽鋼的剪切破壞，可能造成節(jié)點的不安全。雖然每個T形螺栓與槽鋼有兩個受剪接觸面易發(fā)生剪切破壞，但考慮到受力、材質(zhì)的不均勻，施工誤差等因素，偏安全地認為每個T形螺栓每頭與槽鋼只有1個受剪接觸面。假定T形螺栓傳遞給槽鋼的剪力沿T形螺栓寬度邊緣以450在槽鋼卷邊擴散，則剪切面長度為(t e+2t)，如圖5所示，故可使槽鋼卷口剪力滿足式(1)，不發(fā)生剪切破壞：
式中：t為槽形鋼卡槽處的厚度；t e為T形螺栓T字頭寬度；f v為槽形鋼的抗剪強度設計值；n為T形螺栓的個數(shù)；V e為槽形鋼所受的剪力設計值。
4.2.2槽鋼卷邊的受壓破壞
槽鋼卷邊的受壓破壞通常是伴隨剪切破壞發(fā)生，受壓破壞將加大剪切破壞程度。因槽鋼卡槽的厚度在平行于T形螺栓螺桿方向較小，所以需要驗算其抗壓承載力。雖然每個T形螺栓與槽鋼有兩個受壓接觸面發(fā)生受壓破壞，但考慮到受力、材質(zhì)的不均勻，施工誤差等因素，偏安全地認為每個T形螺栓與槽鋼只有1個受壓接觸面，故可以通過式(2)防止槽鋼卷邊的受壓破壞：
式中：t1為槽形預埋件卷邊的長度；f為槽鋼的抗壓強度設計值；Ne為槽鋼所受的壓力設計值。
4.2.3槽鋼卷邊的剪壓破壞
因為單純地考慮槽鋼卷邊的剪切破壞和受壓破壞與工程實際具有一定差距，所以考慮槽鋼卷邊的剪壓比較合理�？梢酝ㄟ^式(3)防止槽鋼卷邊的剪壓破壞，若滿足式(3)，則槽鋼剪壓復合強度滿足要求：
5 哈芬槽預埋件柱側(cè)放節(jié)點計算實例
金屬幕墻系統(tǒng)自重由豎向通直骨架全部承擔，并傳至基礎，哈芬槽預埋件僅需承擔受荷區(qū)域的風壓，不承擔金屬幕墻系統(tǒng)中夾芯板自重，所以混凝土樓板平放哈芬槽預埋件不會發(fā)生槽口卷邊破壞，不需要驗算槽口卷邊承載力；而混凝土柱側(cè)放哈芬槽預埋件可能會發(fā)生槽口卷邊破壞，需要驗算槽口卷邊承載力。
槽鋼剪壓復合承載力滿足要求。
從以上數(shù)據(jù)可知：柱側(cè)放哈芬槽槽鋼卷邊具有良好的抗剪承載力、抗壓承載力及剪壓復合承載力，其本質(zhì)是型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的層高和金屬幕墻夾芯板系統(tǒng)中夾芯板限制了骨架的跨度和間距，使哈芬槽槽鋼卷邊具有良好的承載力。
6 結(jié)束語
金屬幕墻夾芯板系統(tǒng)中的哈芬槽預埋件既可側(cè)放于混凝土柱表面，又可平放于混凝土樓板上。哈芬槽預埋件節(jié)點能夠?qū)崿F(xiàn)三維螺栓調(diào)節(jié)，減少混凝土施工誤差影響，便于施工。樓板平放哈芬槽預埋件不會發(fā)生槽口卷邊破壞，不需要驗算槽口卷邊承載力；而混凝土柱側(cè)放哈芬槽預埋件可能會發(fā)生槽口卷邊破壞，需要驗算槽邊卷邊的抗剪、抗壓及剪壓復合承載力。在西安三星一期工程中，將哈芬槽預埋件引用到金屬幕墻夾芯板系統(tǒng)，可供類似工程借（鑒和參考。
