CN109440962B - 预制剪力墙边缘构件的水平缝连接节点及其高度计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种预制剪力墙边缘构件的水平缝连接节点及其高度计算方法，该水平缝连接节点用于连接剪力墙上下墙体的剪力墙边缘构件、预制楼板或/和预制叠合梁，该水平缝连接节点内具有竖向连接钢筋，该竖向连接钢筋包括第一竖向连接钢筋和第二竖向连接钢筋；所述第一竖向连接钢筋和第二竖向连接钢筋之间采用直接搭接或错位连接；所述第一竖向连接钢筋在水平缝连接节点内的连接形式与第二竖向连接钢筋在水平缝连接节点内的形式不同，或/和第一竖向连接钢筋的配筋面积与第二竖向连接钢筋的配筋面积不同。本发明的水平缝连接节点可以实现竖向剪力墙边缘构件与预制梁装配连接的优化设计，从而减少剪力墙边缘构件处的钢筋连接长度,节省材料。

Description

预制剪力墙边缘构件的水平缝连接节点及其高度计算方法

技术领域

本发明涉及装配式混凝土结构的设计和计算方法，具体为一种剪力墙边缘构件的水平缝连接节点及其高度计算方法。

背景技术

目前装配式剪力墙上下之间的连接节点是采用钢筋套筒连接和后浇混凝土连接的形式，在采用后浇混凝土连接的节点中要解决钢筋连接的问题，以实现装配并达到安全可靠，就必须采用有效的连接方式和满足连接标准的连接长度、然而搭接连接又涉及到施工困难问题，特别是在边缘构件处各方向的钢筋交接。而目前钢筋连接是搭接、焊接、机械连接、套筒灌浆连接等；但上述连接都存在一定不合理性，搭接时要求连接长度较长。此外，焊接不能满足抗震的一级连接要求；机械连接无法在狭小的空间进行装配操作，套筒连接要求施工精度高且造价高，这都影响着装配建筑的发展和推广。总的来说，导致出现这些情况的原因在于钢筋连接方式不太适应装配建筑的需求。

目前混凝土结构设计的钢筋的锚固长度与搭接长度的计算方法可参照《混凝土设计规范GB50010-2010》规定。

钢筋的基本锚固长度是指钢筋在具体混凝土结构构件中受具体的作用力情况下所需要的锚固长度，即钢筋在具体混凝土结构构件中受具体的作用力情况下锚固达到需要的长度后钢筋不会在该构件产生滑动损坏，所述基本锚固长度用符号(l_ab)表示，该基本锚固长度(l_ab)与锚固钢筋外形系数(α)、钢筋的抗拉强度设计值(f_y)、混凝土轴心抗拉强度设计值(f_t)、锚固钢筋的直径(d) 有关；受拉钢筋锚固长度(l_a)与锚固长度修正系数(ζ_a)和基本锚固长度(l_ab)有关，相关关系为如下详细表述：

(A)基本锚固长度计算公式：l_ab＝α×(f_y/f_t)×d；

式中：l_ab—受拉钢筋的基本锚固长度；

f_y—钢筋的抗拉强度设计值；

f_t—混凝土轴心抗拉强度设计值，当混凝土强度等级高于C60时，按C60取值；

α—锚固钢筋外形系数，光面钢筋为0.16，带肋钢筋为0.14等等；

d—锚固钢筋的直径。

(B)受拉钢筋的锚固长度计算公式：l_a＝ζ_al_ab；

式中：l_a——受拉钢筋的锚固长度；

l_ab——受拉钢筋的基本锚固长度；

ζ_a——锚固长度修正系数，应按下列规定取用：

①当带肋钢筋的公称直径大于25mm时取1.1；

②环氧树脂涂层带肋钢筋取1.25；

③施工过程中易受扰动的钢筋取1.1；

④当纵向受力钢筋的实际配筋面积大于其设计计算面积时，修正系数取设计计算面积与实际配筋面积的比值，但对有抗震设防要求及直接承受动力荷载的结构构件，不应考虑此项修正；

⑤锚固钢筋的保护层厚度为3d时修正系数可取0.8，保护层厚度为5d时修正系数可取0.7，中间按内插值，此处d为锚固钢筋的直径；

⑥当上述①-⑤的选项多于一项时，可按连乘计算，但不应小于0.6；

⑦当纵向受拉钢筋末端采用弯钩或机械锚固措施时，包括弯钩或锚固端头在内的锚固长度(投影长度)可取为基本锚固长度的l_ab的60％。

从上述可以看出目前钢筋的锚固长度以钢筋直径大小为决定性因素：公式 (A)中的基本锚固长度计算公式：l_ab＝α×(f_y/f_t)×d；辅助修正公式(B)l_a＝ζ_al_ab，其中的修正系数ζ_a当纵向受力钢筋的实际配筋面积大于其设计计算面积时取设计计算面积与实际配筋面积的比值；但总修正系数不能小于0.6。

总结起来，现有上述钢筋的锚固长度与搭接长度的计算方法都以钢筋直径d 作为基础，再乘以相关联的系数，这种计算方法在实际的应用中存在以下面的不合理性：

1、由于在工程中钢筋破坏是与钢筋受力情况直接相关的，而不是与钢筋直径大小直接相关的，因此目前的钢筋的锚固长度的计算方法并不完美。

2、钢筋的锚固长度修正系数采用一刀切的方式，即总修正系数不能小于0.6，这是一种不科学的方式，因为如果0.6和0.4的修正系数都取值0.6，其安全可靠度(失事概率)是不相同的。例如在混凝土强度一样、使用同样构件的情况下，一根配直径d＝22mm的钢筋，其受力只有53％，其修正系数0.53且末端设置机械锚固，由于总修正系数不能小于0.6，最终修正系数只能取0.6；另一根配直径d＝16mm钢筋，其受力为100％，其端部有机械锚固，修正系数为0.6，最终结果是配直径22mm的钢筋的锚固长度比配直径16mm的钢筋的还要长1.37倍，混凝土包裹直径d＝22mm的钢筋表面积更大、单位长度的抗拔锚固比锚固能力为直径d＝16mm的钢筋力更高，按理说直径大的比直径小的锚固应该短，然而计算结果却相反，因此用目前技术设计的两个构件的安全可靠性是不一样的。如果在同一栋建筑出现安全可靠度标准不一的构件时，该建筑的安全性能是由最低安全可靠度的构件决定的，这样，安全可靠度高的构件反而成为一种浪费。

(3)目前使用的钢筋锚固或搭接长度的设计方式是在几十年前电子计算机技术还未普及时，通过简单的方法计算并查询锚固长度表格而得出来的，这种方式虽然可以提高设计效率以及生产效率，但是这种方式设计出来的钢筋锚固或搭接长度虽然可以确保安全可靠度，但是容易造成材料浪费。因此在电子智能高速发展的今天，完全可以对钢筋锚固或搭接长度进行精准地设计，既可以确保安全可靠度，又可以避免造成材料浪费。然而当今还未有人对此进行设计和改进。

发明内容

本发明为了克服现有技术存在的不足，提供了一种预制剪力墙边缘构件的水平缝连接节点，该连接节点可以实现竖向剪力墙边缘构件与预制梁装配连接的优化设计，从而减少剪力墙边缘构件处的钢筋连接长度，节省材料，并且易于施工。

本发明的第二个目的在于提供一种用于上述预制剪力墙边缘构件的水平缝连接节点的高度计算方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案是：

一种预制剪力墙边缘构件的水平缝连接节点，该水平缝连接节点用于连接剪力墙上下墙体的剪力墙边缘构件、楼板或/和梁，所述水平缝连接节点是通过钢筋和后浇混凝土连接而成；水平缝连接节点内具有竖向连接钢筋，所述竖向连接钢筋是预制剪力墙边缘构件本身的竖向配筋或预制剪力墙边缘构件本身的竖向配筋和水平缝连接节点处的附加竖向连接钢筋的组合；所述附加竖向连接钢筋是指由剪力墙边缘构件上端墙体伸入到水平缝连接节点的竖向钢筋和由剪力墙边缘构件下端墙体伸入到水平缝连接节点的竖向钢筋；该竖向连接钢筋包括从水平缝连接节点上端伸入到该水平缝连接节点的第一竖向连接钢筋和从水平缝连接节点下端伸入到该水平缝连接节点的第二竖向连接钢筋；所述第一竖向连接钢筋和第二竖向连接钢筋之间采用直接搭接或错位连接；所述错位连接指第一竖向连接钢筋和第二竖向连接钢筋不接触或交叉接触，该错位连接通过后浇混凝土将水平缝连接节点上端的第一竖向连接钢筋的受力传递到水平缝连接节点下端的第二竖向连接钢筋上；所述第一竖向连接钢筋在水平缝连接节点内的连接形式与第二竖向连接钢筋在水平缝连接节点内的形式不同，或/和第一竖向连接钢筋的配筋面积与第二竖向连接钢筋的配筋面积不同。

优选的，所述附加竖向连接钢筋处的保护层大于3倍的该附加竖向连接钢筋的直径，该附加竖向连接钢筋的钢筋直径大于或等于预制剪力墙的剪力墙边缘构件的所配竖向连接钢筋的直径。

优选的，所述竖向连接钢筋的在连接节点内形式为直线形、或为弯钩状或设置有机械锚固结构；所述机械锚固结构为对应的竖向连接钢筋末端一侧或两侧的贴焊锚筋，或设置在竖向连接钢筋末端的焊端锚板，或设置在竖向连接钢筋末端的螺栓锚头。

一种用于上述预制剪力墙边缘构件的水平缝连接节点的高度计算方法，其中，该剪力墙边缘构件的水平缝连接节点的后浇混凝土部分的高度大于或等于 l_l或l_lE，其中，所述l_l为剪力墙边缘构件的所配竖向钢筋的搭接长度，所述l_1E为剪力墙边缘构件的所配竖向钢筋的抗震搭接长度；所述l_l和l_lE均与所配钢筋的所需钢筋直径d成正比关系；

所述所需钢筋直径为以下两个数值中的较大者：

(1)行业设计规范规定构造要求的钢筋最小构造直径；

(2)当纵向受力钢筋的实际配筋面积大于其所需钢筋面积时，所需钢筋直径等于所需钢筋面积与实际配置的钢筋面积比值的平方根乘以所配钢筋直径，所需钢筋直径用符号d表示，所需钢筋直径d的计算公式为：式中，

符号d为实际所配直径为d₁的钢筋所对应的所需钢筋直径；

符号d₁为实际所配钢筋直径；

符号B是所需钢筋面积与实际配置的钢筋面积的比值，公式为：B＝A_sc/A_sr；其中，

符号A_sc是所需钢筋面积，所述所需钢筋面积是抵抗作用设计值的所需钢筋面积或和规范规定的最小配筋面积相比中的较大值，所述抵抗作用设计值所需钢筋面积中的作用设计值包括构件受弯、受压、受拉、受剪和受扭作用的设计值中的其中一种或几种，所需钢筋面积是根据行业设计规范规定进行计算；

符号A_sr是实际配置的钢筋面积，A_sr＝π(m₁d₁ ²+m₂d₂ ²+……+m_nd_n ²)/4；其中，π是圆周率，d₁、d₂……和m₁、m₂……-分别为构件对应所需钢筋面积A_sc的所配钢筋的各种直径和相应数量，即m＝1、2、……；d_n为所配钢筋直径d₁、d₂……中的一种。

优选的，所述钢筋搭接长度l_l的计算公式为：l_l＝ζ_ll_a＝ζ_lζ_al_ab＝αζ_lζ_a(f_y/f_t)d；所述抗震搭接长度l_lE的计算公式为：l_lE＝ζ_aEl_l。

优选的，所述钢筋搭接长度l_l的计算公式l_l＝ζ_ll_a＝ζ_lζ_al_ab＝αζ_lζ_a(f_y/f_t)d中的l_l＝ζ_ll_a，其中，ζ_l是受拉钢筋的搭接长度修正系数，l_a为受拉钢筋的锚固长度，该受拉钢筋的锚固长度的计算公式为：l_a＝ζ_al_ab，其中，ζ_a为锚固长度修正系数，l_ab为受拉钢筋的基本锚固长度，所述受拉钢筋的基本锚固长度l_ab＝α(f_y/f_t)d，其中，d为实际所配钢筋直径为d_n的钢筋的对应所需钢筋直径，α为锚固钢筋的外形系数，f_y为钢筋的抗拉强度设计值，f_t为混凝土轴心抗拉强度设计值。

优选的，所述锚固长度修正系数ζ_a与规范《混凝土结构设计规范GB50010》约定中除不包括″实际配筋面积大于其设计计算面积″的修正外的所有修正系数的计算方法和取值一致。

优选的，所述受拉钢筋的搭接长度修正系数ζ_l、锚固钢筋的外形系数α、钢筋的抗拉强度设计值f_y和混凝土轴心抗拉强度设计值f_t按规范《GB50010-2010》规定取值和计算。

优选的，所述抗震搭接长度l_lE的计算公式为：l_lE＝ζ_aEl_l，其中，ζ_aE是受拉钢筋的抗震锚固长度修正系数，所述受拉钢筋的搭接长度修正系数ζ_aE和所述受拉钢筋的抗震锚固长度修正系数ζ_aE按规范《GB50010-2010》规定取值和计算。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

1、本发明的装配剪力墙边缘构件的水平缝连接节点通过一系列的技术组合，不仅解决了钢筋连接问题，而且解决了装配施工问题。其最主要是能根据钢筋的受力特点和装配施工特点(特殊性)进行的水平缝连接节点处的连接钢筋的设计，达到以最小的后浇高度就可以实现建筑的安全可靠性，同时根据装配构件的先后不同、采用钢筋形式不同和面积(钢筋大小和根数)不同，又能很好地进行装配施工。这是目前技术所不具备的特征，具有创新性。

2本发明引入了所需钢筋直径d来设计和计算混凝土构件的钢筋基本锚固长度，使混凝土结构设计的钢筋锚固和搭接(包括抗震情况)以钢筋在混凝土构件中破坏(损坏)或失效的钢筋受力为钢筋基本锚固长度的设计的直接相关因素；这种创新是设计方法的重大发明和进步。现有技术是以配置钢筋的直径大小作为计算钢筋基本锚固长度直接相关因素，再根据受力情况进行修正，而修正时又与其他许多因素一起考虑；因而不能准确设计出安全可靠度(不失事概率)根本一致的构件，虽然现有技术对安全可靠度(不失事概率)控制很严、但其可靠度的不一致会造成浪费，因此现有的设计方式是不科学的设计方法，这会造成一栋建筑内有些构件刚刚达到安全可靠度(不失事概率)要求，而一些构件超出安全可靠度(不失事概率)要求很多(造成浪费)。然而最终建筑的可靠度取决于刚刚达标的构件(水桶短板效应)。本发明是从钢筋安全可靠度(失事概率)最直接的应力或最小改造要求进行确定钢筋锚固长度，是按照确保建筑结构的安全可靠度的不失事概率进行控制锚固长度，是更加精准的设计方法，因而具有很高的经济价值和科学性。

3、本发明也对现有技术中的锚固长度修正系数ζ_a中的“设计计算面积与实际配筋面积的比值”作了调整，把其直接反映到基本锚固长度的计算值，并且采用了所需钢筋直径d替代原来的锚固钢筋的直径d₁，使锚固长度更能完全解析所有情况，从而去除现有技术中与实际情况相反的不合理性的瑕疵，如函数方程F1(x)≥F2(x)来表述，钢筋锚固长度或搭接长度与钢筋直径、各修正系数、以及混凝土强度和钢筋强度值得关系都是一次线性关系；现有技术的计算方法在有些情况下(即一些特定条件下)变成不成立，而本发明的计算方法是任何特定条件下F1(x)≥F2(x)恒成立。

4、本发明中的设计方法及其应用方法对装配建筑的连接设计将产生深远的影响，这有利于装配建筑的推广以及加速装配建筑产业发展。由于装配节点的连接宽度取决于钢筋搭接或锚固的长度，因此本发明的计算方法能准确计算节点后浇混凝土的宽(或高)度，使得设计出来的钢筋的锚固长度比目前的计算方法设计出来的钢筋的锚固长度更短，从而节省材料，降低制造成本，并更易于施工。

5、本发明中的钢筋基本锚固长度的设计计算方法，使得相应的钢筋锚固长度、搭长度接、抗震锚固长度和抗震搭接长度的计算更加精确，这对于整个设计史具有深远的影响，是现有钢筋锚固和搭接技术的一次升级换代，使得混凝土结构建筑更加安全和经济合理，具有深远意义。

6、本发明中关于钢筋锚固长度和搭接长度的确定方法(计算方法)，对目前我国大力推广的装配式建筑具有积极意义，由于装配建筑采用连接宽度较小的剪力墙边缘构件水平缝连接节点，因此钢筋的锚固长度和搭接长度对剪力墙边缘构件水平缝连接节点的设计起到决定性作用。

7、本发明引入了所需钢筋直径的概念、其计算公式都与现行规范《混凝土设计规范》表达方式一致，即与《混凝土设计规范GB50010-2010》一致，这便于推广使用，发挥其效益，且上述计算公式和符号代表的实质内容可以适用于以前、现在和以后版本的《混凝土设计规范》。

8、本发明中的设计方法有助于减少钢筋搭接长度。原来规范搭接要求H≥ l_l＝ζ_ll_a，通过引进增加剪力墙边缘构件水平缝连接节点处的附加竖向连接钢筋，从而可以减少钢筋实际拉应力，使得H大于等于l_a或l_aE的条件得到满足，另一方面采用在竖向连接钢筋末端设置弯钩或机械锚固结构，使得ζ_l系数降低到最低为 1.2；同时为了保证工程安全可靠，引用“剪力墙边缘构件水平缝连接节点的高度H大于等于0.4l_ab和300mm；本发明中的应用于剪力墙的竖向钢筋的钢筋搭接长度的设计和计算出来的钢筋搭接长度，比现有技术计算出来的钢筋搭接长度减少最高达到50％；采用在竖向连接钢筋末端设置弯钩或机械锚固结构能够减少钢筋搭接长度0.4l_ab，采用增加剪力墙边缘构件水平缝连接节点处的附加竖向连接钢筋的数量，可以减少钢筋实际拉应力。

9、本发明与现有装配结构技术对比：本发明的理论设计的剪力墙边缘构件水平缝连接节点了实现与现浇混凝土结构同等性能，并可以通过增加剪力墙边缘构件水平缝连接节点处的附加竖向连接钢筋数量实现“强节点，弱构件”的结构抗震设计原则，使装配式建筑安全可靠度等同于现浇混凝土结构，甚至更高于现饶混凝土结构，达到与现浇混凝土结构同等性能要求。这种创新性的连接节点形式不但在理论可行，而且已经通过静里实体试验验证。

10、本发明在剪力墙边缘构件水平缝连接节点中的附加竖向连接钢筋设置位置处的保护层大于3倍该附加竖向连接钢筋直径，且所述附加竖向连接钢筋的直径大于等于剪力墙边缘构件中的所配竖向钢筋，使得在满足规定的安全可靠的前提，钢筋连接长度最短，装配更高效，现场工作效率更高。

11、本发明中的剪力墙中的剪力墙边缘构件的上部预留的竖向连接钢筋的末端设置为弯钩，而剪力墙中的剪力墙边缘构件的下部预留竖向连接钢筋的末端设置有机械锚固结构；剪力墙中的剪力墙边缘构件的上部预留的竖向连接钢筋的末端设置为弯钩可以使钢筋锚固简单且牢固(该弯钩是吊装叠合梁后再弯成)，剪力墙中的剪力墙边缘构件的下部预留竖向连接钢筋的末端设置有机械锚固结构使配置预制叠合梁时可以减少钢筋碰撞带来的装配定位的困难。

附图说明

图1为本发明中的剪力墙平面图。

图2为图1中的A-A方向的剖面图，即剪力墙纵剖面。

图3为图2中的B-B方向的剖面图，即节点俯视图。

图4和图5为图2中的C-C方向的剖面图，即案例一的横剖面图，其中，图4为节点完成示意图，图5为节点上下拆分图。

图6和图7为图2中的D-D方向的剖面图，即案例二的横剖面图，其中，图6为节点完成示意图，图7为节点上下拆分图。

图中，1-剪力墙，2-剪力墙边缘构件，3-预制楼板，4-预制叠合梁，5-附加竖向连接钢筋，6-水平缝连接节点上部伸入的第一竖向连接钢筋，7-水平缝连接节点下部伸入的第二竖向连接钢筋，8-梁配筋，9-竖向连接钢筋末端的弯钩，10-竖向连接钢筋末端的机械锚固结构，11-对称轴，12-后浇混凝土；H-水平缝连接节点的现浇混凝土的部分高度(即连接节点的高度)。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

本文所述的剪力墙1为预制装配式混凝土剪力墙1，其由预制剪力墙1(单元构件)通过水平缝连接节点装配成整体的剪力墙结构体系。

案例一

如图1-图5所示，图1是一个平面为一字形的剪力墙1，该剪力墙1有两个剪力墙边缘构件2，与该剪力墙1连接的有预制楼板3和预制叠合梁4。

如图1-图5所示，所述预制剪力墙边缘构件2的水平缝连接节点处伸出有第一竖向连接钢筋6和第二竖向连接钢筋7，所述第一竖向连接钢筋6和第二竖向连接钢筋7是剪力墙1本身的竖向配筋；所述竖向连接钢筋采用直接搭接的方式；所述竖向连接钢筋在水平缝连接节点内的上端的第一竖向连接钢筋6和下端的第二竖向连接钢筋7的连接形式不同。

如图2所示，所述水平缝连接节点由位于剪力墙1的上下端之间的预制楼板3和预制叠合梁4通过钢筋连接后采用后浇混凝土12(图2中没有浇筑后浇混凝土12的状态)连成整体结构，其中的水平缝连接节点中用于连接的钢筋包括水平缝连接节点上部(即剪力墙1下端)伸出的第一竖向连接钢筋6，水平缝连接节点下部(即剪力墙1上端)伸出的第二竖向连接钢筋7和梁配筋8以及剪力墙1的常规配筋。

在本案例中，剪力墙1的常规配筋，例如水平分布钢筋、竖向分布钢筋、S 钩拉结筋以及预制叠合梁4的箍筋、腰筋、S钩拉结筋等在图中就不一一展示了。

图3为去除预制楼板3后的俯视图(剖视图)，该图清楚表示两个剪力墙边缘构件2的节点钢筋位置情况。图4所示节点完成情况，该图关于对称轴11 对称。

如图5所示，所述竖向连接钢筋在水平缝连接节点内的上端和下端的连接形式不同，具体为：水平缝连接节点下部(即剪力墙1上端)伸出第二竖向连接钢筋7的末端设置有90°的弯钩9，该弯钩9是吊装好预制叠合梁4后再弯成的；该水平缝连接节点上部(即剪力墙1下端)伸出第一竖向连接钢筋6的末端设置有机械锚固结构10。采用第一竖向连接钢筋6末端与第二竖向连接钢筋7末端的连接形式不同是考虑到装配施工顺序而设计的，在保证有最大安全度的前提下，提高装配施工效率。

本案例中的机械锚固结构10优先采用一侧贴焊锚筋且为该第一竖向连接钢筋6的直径相同的钢筋，所述钢筋的长度为5倍的该钢筋的直径。

如图1-图4所示，所述水平缝连接节点的后浇混凝土12的部分高度的设计，主要是钢筋搭接长度的设计计算，即剪力墙边缘构件2的所配竖向钢筋的搭接长度l₁或剪力墙边缘构件2的所配竖向钢筋的抗震搭接长度l_lE，所述l_l和l_lE与所配钢筋的所需钢筋直径成正比关系，所述所配钢筋的所需钢筋直径为以下两个数值中的较大者：

(1)行业设计规范规定构造要求的钢筋最小构造直径；

(2)当纵向受力钢筋的实际配筋面积大于其所需钢筋面积时，所需钢筋直径等于所需钢筋面积与实际配置的钢筋面积比值的平方根乘以所配钢筋直径，所需钢筋直径用符号d表示，所需钢筋直径d的计算公式为：式中，

符号d为实际所配直径为d₁的钢筋所对应的所需钢筋直径；

符号d₁为实际所配钢筋直径；

符号B是所需钢筋面积与实际配置的钢筋面积的比值，公式为：B＝A_sc/A_sr；其中，

符号A_sc是所需钢筋面积，所述所需钢筋面积是抵抗作用设计值的所需钢筋面积或和规范规定的最小配筋面积相比中的较大值，所述抵抗作用设计值所需钢筋面积中的作用设计值包括构件受弯、受压、受拉、受剪和受扭作用的设计值，所需钢筋面积是根据行业设计规范规定进行计算；

符号A_sr是实际配置的钢筋面积，A_sr＝π(m₁d₁ ²+m₂d₂ ²+……+m_nd_n ²)/4；其中，π是圆周率，d₁、d₂……和m₁、m₂……-分别为构件对应所需钢筋面积A_sc的所配钢筋的各种直径和相应数量，即m＝1、2、......；d_n为所配钢筋直径d₁、d₂……中的一种。

所述钢筋搭接长度l_l的计算公式为：l_l＝ζ_ll_a＝ζ_lζ_al_ab＝αζ_lζ_a(f_y/f_t)d；所述抗震搭接长度 l_lE的计算公式为：l_lE＝ζ_aEl_l。把上述计算公式：l_l＝ζ_ll_a＝ζ_lζ_al_ab＝αζ_lζ_a(f_y/f_t)d拆分成：l_l＝ξ_Ll_a、 l_a＝ζ_al_ab、l_ab＝α(f_y/f_t)d，式中，

(1)ζ_aE为受拉钢筋的抗震锚固长度修正系数，对于一、二级抗震等级，ζ_aE＝1.15；对于三级抗震等级，ζ_aE＝1.05；对于四级抗震等级ζ_aE＝1.00。

(2)ζ_l受拉钢筋的搭接长度修正系数，当同一处钢筋接头面积小于等于25％、小于或等于50％和100％的总钢筋面积时，ζ_l分别为1.2、1.4和1.6。

计算公式l_ab＝α(f_y/f_t)d，式中，d为实际所配直径为d_n的钢筋的对应所需钢筋直径；l_ab为水平缝连接节点处的竖向钢筋在最不利组合荷载的实际值设计计算所需的钢筋面积的等效直径的钢筋锚固长度，即竖向钢筋的基本锚固长度；α为锚固钢筋的外形系数，其取值为：光圆钢筋0.16，带肋钢筋0.14，螺旋肋钢丝0.13，三股钢绞线0.16，七股钢绞线0.17；f_y为钢筋的抗拉强度设计值；f_t为混凝土轴心抗拉强度设计值；所述f_y和f_t的取值参照规范《GB50010-2010》规定。

所述公式l_a＝ζ_al_ab中，符号l_a为钢筋锚固长度；符号ζ_a为锚固长度修正系数，所述锚固长度修正系数ζ_a应按照下列规定取用：

①当带肋钢筋的公称直径大于25mm时取1.1；

②环氧树脂涂层带肋钢筋取1.25；

③施工过程中易受扰动的钢筋取1.1；

④当纵向受力钢筋的实际配筋面积大于其设计计算面积时，修正系数取设计计算面积与实际配筋面积的比值，但对有抗震设防要求及直接承受动力荷载的结构构件，不应考虑此项修正；

⑤锚固钢筋的保护层厚度为3d时修正系数可取0.8，保护层厚度为5d时修正系数可取0.7，中间时按内插值，此处d为锚固钢筋的直径；

⑥当上述①-⑤的选项多于一项时，可按连乘计算，但不应小于0.6；

⑦当纵向受拉钢筋末端采用弯钩9或机械锚固结构10时，包括弯钩9或锚固端头在内的锚固长度(投影长度)可取为基本锚固长度的l_ab的60％。

所述水平缝连接节点处的水平分布钢筋的加密，间距为非水平缝连接节点区的一半，该水平缝连接节点的高度H(即现场浇混凝土部分高度)为：H≥l_l或l_lE，这是必须要满足的条件之一。(注：决定H的还有其它因素，如施工的因素、连接梁的高度、钢筋连接最小长度等)

下面以案例一进行模拟计算，假设该处钢筋受到的作用设计值为拉力： F_l＝500KN，其只配有一种直径钢筋d₁＝20mm、m₁＝8根、(没有附加连接钢筋，即n＝0)，混凝土为C40，钢筋采用HRB400螺纹钢；查规范《GB50010-2010》得，α＝0.14， f_y＝360N/mm²，f_t＝1.71N/mm²，ζ_a＝0.6，在同一截面处进行钢筋连接，即ζ_l＝1.6(该ζ_l值在剪力墙1的竖向连接钢筋为1.2，但在别的情况可能为1.6；这只是举例假设取值)。

所需钢筋面积A_sc＝F_l/f_y＝500000/360＝1389mm²：

(关于配筋的计算不是本发明的要点、在工程中一个构件可能同时受到多种作用，例如支座处就可能存在弯矩、扭矩、剪切等作用，这些作用在规范和工程规定中都有具体计算方法，专业人员都熟悉，因此在此不作复杂的多种作用下的钢筋所需面积的计算。)

实际配置的钢筋面积A_rc＝πmd²/4＝3.14×8×20×20/4＝2512mm²；

所需钢筋面积与实际配置的钢筋面积的比值B＝A_sc/A_rc＝1389/2512＝0.553；

所需钢筋直径d＝＝B^1/2d₁＝0.553^1/2×20＝14.87；

基本锚固长度l_ab＝αdf_y/f_t＝0.14×14.87×360/1.71＝438mm；

锚固长度l_a＝ζ_al_ab＝0.6×438mm＝263mm；

(1)当处于非抗震条件下或抗震等级为四级时

搭接长度l_l＝ζ_ll_a＝1.6×263mm＝420mm；

由于需要满足H≥l_l，一般情况为H＝l_l+20＝440mm，因此采用H＝450mm即可满足非抗震条件或四级抗震要求；

(2)当抗震等级为三级时

抗震搭接长度l_lE＝ζ_aEl_l＝1.05×420＝441mm，由于需要满足H≥l_l，一般采用 H＝l_lE+20＝461mm，因此采用H＝450mm可以满足概率保证98％，也可满足设计。

(3)当抗震等级为一、二级时：

抗震搭接长度l_lE＝ζ_aEl_l＝1.15×342＝483mm，由于需要满足H≥l_l，因此采用H≥l_lE，因此采用H＝500mm才能满足要求。(ζ_aE按规范取值)

本案例所述的剪力墙1是指预制装配式结构的剪力墙；工程设计应满足其他规范相关的规定，其他与本发明创新特征没有直径关联的省略不在此说明。

案例二

如图1、2、图3、图6和图7所示，剪力墙1中连接其上下墙体的剪力墙边缘构件2有预制楼板3与预制叠合梁4，剪力墙边缘构件2的水平缝连接节点是通过钢筋和后浇混凝土12连接而成，所述剪力墙边缘构件2的水平缝连接节点处设置有竖向连接钢筋，所述竖向连接钢筋包括剪力墙1本身的竖向配筋，即第一竖向连接钢筋6和第二竖向连接钢筋7以及水平缝连接节点处的附加竖向连接钢筋5；其中，所述附加竖向连接钢筋5是指由剪力墙1上端墙体伸入到水平缝连接节点的竖向钢筋和由剪力墙1下端墙体伸入到水平缝连接节点的竖向钢筋；所述第一竖向连接钢筋6和第二竖向连接钢筋7之间采用直接搭接或错位连接；所述错位连接指第一竖向连接钢筋6和第二竖向连接钢筋7不接触或交叉接触，该错位连接通过后浇混凝土12将水平缝连接节点上端的第一竖向连接钢筋6的受力传递到水平缝连接节点的下端的第二竖向连接钢筋7上；所述第一竖向连接钢筋6在水平缝连接节点内的连接形式与第二竖向连接钢筋7在水平缝连接节点内的连接形式不同，且所述第一竖向连接钢筋6的配筋面积与第二竖向连接钢筋7的配筋面积不同。即水平缝连接节点除连接节点下部(即剪力墙上端)伸出第二连接钢筋7和附加竖向连接钢筋5的末端设置有弯钩9，该弯钩9是吊装好预制叠合梁4后再弯成的，水平缝连接节点上部(即剪力墙下端)伸出第一连接钢筋6和附加竖向连接钢筋5末端设置有机械锚固结构10。

本案例优先采用一侧贴焊锚筋且为该第一连接钢筋6的直径相同的钢筋，所述钢筋的长度为5倍的该钢筋的直径。

除上述钢筋外还增加了附加竖向连接钢筋5；其中，水平缝连接节点上部(即剪力墙1下端)伸出附加竖向连接钢筋5布置在保护层大于3倍附加竖向连接钢筋5直径的位置处，而水平缝连接节点下部(即剪力墙上1端)伸出附加竖向连接钢筋5布置在常规剪力墙1的竖向配筋的位置处，该水平缝连接节点的上下附加竖向连接钢筋5采用错位连接、且配筋面积也不相等，连接形式也不相同，这是为了避免钢筋在同一相对位置钢筋过密而造成施工困难，这也是为了提高施工效率。所述附加竖向连接钢筋5的末端设置有机械锚固结构10；所述水平缝连接节点处的水平分布钢筋的加密间距为100，该水平缝连接节点的高度H(即现场浇混凝土部分高度)为：H≥l_l或l_lE，这是必须满足的条件之一。所述水平缝连接节点处的附加竖向连接钢筋5锚入预制剪力墙1内的长度大于等于l_l或l_lE。

下面以案例二模拟计算，该处钢筋受到的作用设计值为拉力：F_l＝500KN，剪力墙1的厚度为200mm，长度为2000mm，一级构件，抗震为9度……等条件，剪力墙边缘构件2的配筋只有d₁＝16mm、m＝8根、而水平缝连接节点下部(即剪力墙上端)伸出附加竖向连接钢筋5的直径D＝16mm，n＝4，而水平缝连接节点上部(即剪力墙下端)伸出附加竖向连接钢筋5的直径D＝20mm，n＝2，混凝土为 C40，钢筋采用HRB400螺纹钢；查规范《GB50010-2010》得，α＝0.14，f_y＝360N/mm²， f_t＝1.71N/mm²，ζ_a＝0.6，在同一截面处进行钢筋连接，即ζ_l＝1.6。

所需钢筋面积A_sc＝F_l/f_y＝500000/360＝1389mm²；

构造要求400×200×0.012＝960mm²

实际配置的钢筋面积：

(1)水平缝连接节点的上部连接处：

A_rc＝π(md₁ ²+nD²⁾/4＝3.14×(8×16×16+2×20×20)/4＝2236mm²；

(2)水平缝连接节点的下部连接处：

A_rc＝π(md₁ ²+nD²⁾/4＝3.14×(8×16×16+4×16×16)/4＝2411mm²；

根据上面的实际配置的钢筋面积取较小值即可，因为较小值起决定作用。较大值偏于更加安全。

所需钢筋面积与实际配置的钢筋面积的比值B＝A_sc/A_rc＝1389/2236＝0.62；

所需钢筋直径d＝B^1/2d₁＝20×0.62^1/2×20＝15.74；

基本锚固长度l_ab＝αdf_y/f_t＝0.14×15.74×360/1.71＝464mm；

锚固长度l_a＝ζ_al_ab＝0.6×464mm＝278mm。

当抗震等级为一、二级时

抗震搭接长度l_lE＝ζ_El_l＝ζ_Eζ_ll_a＝1.15×1.4×278＝448mm；

由于需要满足H≥l_l，因此采用H＝450mm也可以满足要求。(ζ_E按规范值1.15、ζ_l取1.4)

工程设计应满足其他规范相关的规定，其他与本发明创新特征没有直径关联的省略不在此说明。

对本案例的施工方法进行简单介绍：在安装好的下层剪力墙1的顶部安装模板，吊装预制叠合梁4，吊装预制楼板3(所述预制楼板3可以是叠合楼板或全厚度预制楼板)，绑扎水平缝连接节点、预制叠合梁4、预制楼板3的补充钢筋(除预制钢筋已经预留部分、根据设计需要的其它钢筋)，如果需要整理弯折预留钢筋就位，吊装上部剪力墙1的剪力墙边缘构件2，浇筑后浇混凝土12 连接成整体。具体施工参照专利ZL201610308218.2和ZL201610624394.7实施。

上述为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述内容的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式；都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种用于预制剪力墙边缘构件的水平缝连接节点的高度计算方法，其特征在于，

所述水平缝连接节点用于连接剪力墙上下墙体的剪力墙边缘构件、楼板或/和梁，所述水平缝连接节点是通过钢筋和后浇混凝土连接而成；所述水平缝连接节点内具有竖向连接钢筋，所述竖向连接钢筋是预制剪力墙边缘构件本身的竖向配筋或预制剪力墙边缘构件本身的竖向配筋和水平缝连接节点处的附加竖向连接钢筋的组合；所述附加竖向连接钢筋是指由剪力墙边缘构件上端墙体伸入到水平缝连接节点的竖向钢筋和由剪力墙边缘构件下端墙体伸入到水平缝连接节点的竖向钢筋；该竖向连接钢筋包括从水平缝连接节点上端伸入到该水平缝连接节点的第一竖向连接钢筋和从水平缝连接节点下端伸入到该水平缝连接节点的第二竖向连接钢筋；所述第一竖向连接钢筋和第二竖向连接钢筋之间采用直接搭接或错位连接；所述错位连接指第一竖向连接钢筋和第二竖向连接钢筋不接触或交叉接触，该错位连接通过后浇混凝土将水平缝连接节点上端的第一竖向连接钢筋的受力传递到水平缝连接节点下端的第二竖向连接钢筋上；所述第一竖向连接钢筋在水平缝连接节点内的连接形式与第二竖向连接钢筋在水平缝连接节点内的形式不同，或/和第一竖向连接钢筋的配筋面积与第二竖向连接钢筋的配筋面积不同；

所述剪力墙边缘构件的水平缝连接节点的后浇混凝土部分的高度大于或等于l_l或l_lE，其中，所述l_l为剪力墙边缘构件的所配竖向钢筋的搭接长度，所述l_lE为剪力墙边缘构件的所配竖向钢筋的抗震搭接长度；所述l_l和l_lE均与所配钢筋的所需钢筋直径d成正比关系；

所述所需钢筋直径为以下两个数值中的较大者：

(1)行业设计规范规定构造要求的钢筋最小构造直径；

(2)当纵向受力钢筋的实际配筋面积大于其所需钢筋面积时，所需钢筋直径等于所需钢筋面积与实际配置的钢筋面积比值的平方根乘以所配钢筋直径，所需钢筋直径用符号d表示，所需钢筋直径d的计算公式为：式中，

符号d为实际所配直径为d₁的钢筋所对应的所需钢筋直径；

符号d₁为实际所配钢筋直径；

符号B是所需钢筋面积与实际配置的钢筋面积的比值，公式为：B＝A_sc/A_sr；其中，

符号A_sc是所需钢筋面积，所述所需钢筋面积是抵抗作用设计值的所需钢筋面积或和规范规定的最小配筋面积相比中的较大值，所述抵抗作用设计值所需钢筋面积中的作用设计值包括构件受弯、受压、受拉、受剪和受扭作用的设计值中的其中一种或几种，所需钢筋面积是根据行业设计规范规定进行计算；

符号A_sr是实际配置的钢筋面积，A_sr＝π(m₁d₁ ²+m₂d₂ ²+……+m_nd_n ²)/4；其中，π是圆周率，d₁、d₂……和m₁、m₂……—分别为构件对应所需钢筋面积A_sc的所配钢筋的各种直径和相应数量，即m＝1、2、……·；d_n为所配钢筋直径d₁、d₂……中的一种；

所述钢筋搭接长度l_l的计算公式为：l_l＝ζ_ll_a＝ζ_lζ_al_ab＝αζ_lζ_a(f_y/f_t)d；所述抗震搭接长度l_lE的计算公式为：l_lE＝ζ_aEl_l。

2.根据权利要求1所述的高度计算方法，其特征在于，所述附加竖向连接钢筋处的保护层大于3倍的该附加竖向连接钢筋的直径，该附加竖向连接钢筋的钢筋直径大于或等于预制剪力墙的剪力墙边缘构件的所配竖向连接钢筋的直径。

3.根据权利要求2所述的高度计算方法，其特征在于，所述钢筋搭接长度l_l的计算公式l_l＝ζ_ll_a＝ζ_lζ_al_ab＝αζ_lζ_a(f_y/f_t)d中的l_l＝ζ_ll_a，其中，ζ_l是受拉钢筋的搭接长度修正系数，l_a为受拉钢筋的锚固长度，该受拉钢筋的锚固长度的计算公式为：l_a＝ζ_al_ab，其中，ζ_a为锚固长度修正系数，l_ab为受拉钢筋的基本锚固长度，所述受拉钢筋的基本锚固长度l_ab＝α(f_y/f_t)d，其中，d为实际所配钢筋直径为d_n的钢筋的对应所需钢筋直径，α为锚固钢筋的外形系数，f_y为钢筋的抗拉强度设计值，f_t为混凝土轴心抗拉强度设计值。

4.根据权利要求3所述的高度计算方法，其特征在于，所述锚固长度修正系数ζ_a与规范《混凝土结构设计规范GB50010》约定中除不包括＂实际配筋面积大于其设计计算面积＂的修正外的所有修正系数的计算方法和取值一致。

5.根据权利要求4所述的高度计算方法，其特征在于，所述受拉钢筋的搭接长度修正系数ζ_l、锚固钢筋的外形系数α、钢筋的抗拉强度设计值f_y和混凝土轴心抗拉强度设计值f_t按规范《GB50010-2010》规定取值和计算。

6.根据权利要求5所述的高度计算方法，其特征在于，所述l_lE的计算公式为：l_lE＝ζ_aEl_l，ζ_aE是受拉钢筋的抗震锚固长度修正系数，所述受拉钢筋的搭接长度修正系数ζ_aE和所述受拉钢筋的抗震锚固长度修正系数ζ_aE按规范《GB50010-2010》规定取值和计算。