一种可参与剪力墙受力的加强型预埋钢箱体及设计方法与流程

本发明属于剪力墙箱体安装，具体涉及一种可参与剪力墙受力的加强型预埋钢箱体，还涉及一种可参与剪力墙受力的加强型预埋钢箱体的设计方法。

背景技术：

1、随着经济的发展，新建的高层住宅一般采用剪力墙结构。而由于地产行业下行，竞争的压力加大，建设方为了控制经济性和户内建筑功能改造多样性需要，会严格控制剪力墙的厚度和长度。同时，由于地产项目普遍采取了精装修，精装单位希望能将强电箱、弱电箱或其他设备完全嵌入墙内，由此造成的墙身开洞对较短的剪力墙带来的削弱不可忽视。

2、以配电箱为例，传统的配电箱安装是在主体施工时，安装配电箱的几何尺寸制作木框预留孔洞，待主体施工完毕后，拆除木框及模板，安装箱体，修补洞口。整个安装过程存在很多弊端，诸如木框需要额外制作，木框稳定性差，抗冲击行差，在混凝土浇筑时极易变形、移位。安装箱体时，精确对接管线难度较大，难以满足一孔一管，管中成线，会导致需采用电气焊开孔，从而造成质量缺陷，安装完毕后还需要土建单位配合对洞口重新填充、修补，给墙面留下质量隐患。

3、室内强电箱的尺寸一般是300x200x150mm、400x200x150mm，呈上下错位布置。强弱电箱体嵌入剪力墙内达120～150mm，会打断剪力墙的墙身竖向、水平分布钢筋，本发明采取加强型预埋钢箱体，可以将打断的钢筋与型钢箱体连接起来，对剪力墙开洞做了加强，也便于配电箱的埋设。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对现有技术存在的上述问题，提供一种可参与剪力墙受力的加强型预埋钢箱体，还提供一种可参与剪力墙受力的加强型预埋钢箱体的设计方法。

2、本发明的上述目的通过以下技术手段实现：

3、一种可参与剪力墙受力的加强型预埋钢箱体，包括钢箱体，钢箱体的周向四个侧面均设置有角钢和抗剪栓钉，角钢的短肢边与钢箱体焊接，角钢的长肢边分别与剪力墙水平分布钢筋和剪力墙竖向分布钢筋焊接，抗剪栓钉和钢箱体焊接。

4、如上所述剪力墙水平分布钢筋和剪力墙竖向分布钢筋直径相同，角钢的长肢边的焊接长度不小于5倍的剪力墙水平分布钢筋和剪力墙竖向分布钢筋的直径。

5、如上所述钢箱体的周向四个侧面为平行于钢箱体厚度方向的四个侧面，角钢长度与钢箱体的厚度相同。

6、一种可参与剪力墙受力的加强型预埋钢箱体的设计方法，包括以下步骤：

7、步骤1、采用midas gen对钢箱体所在的建筑物的整体计算模型进行转换，得到建筑物模型，提取钢箱体所在剪力墙的边界内力；

8、步骤2、在midas gen中截取设定大小的钢箱体所在剪力墙，导出作为剪力墙实体模型，剪力墙实体模型导入到midas fea nx中，将剪力墙截面用“实腹长方形”截面替换；

9、步骤3、在midas fea nx的剪力墙实体模型中，建立剪力墙水平分布钢筋、剪力墙竖向分布钢筋、抗剪栓钉、角钢、以及钢箱体的实体模型，形成多尺度有限元模型；

10、步骤4、添加和修改剪力墙实体模型的墙身混凝土、剪力墙水平分布钢筋、剪力墙竖向分布钢筋、抗剪栓钉、角钢、以及钢箱体的材料属性；

11、步骤5、生成剪力墙实体模型，以及剪力墙水平分布钢筋、剪力墙竖向分布钢筋、抗剪栓钉、角钢和钢箱体的实体模型的实体网格；

12、步骤6、对剪力墙顶部节点和剪力墙底部节点，按固定进行边界定义；

13、步骤7、在midas fea nx中选择前视图状态下的剪力墙顶部节点，点击析取单元，析取剪力墙的截面中心点后，点击刚性连接，在主菜单静力/边坡分析>静力荷载>集中力>目标类型：节点中，选择截面中心节点，将步骤1中计算的钢箱体所在剪力墙的边界内力，输入至剪力墙实体模型上；

14、步骤8，在midas fea nx模型中定义分析工况，先将类型设置为线性静力，然后输入模型的边界条件、静力荷载等参数并激活，再将输出控制中的结果输出类型全部勾选上；

15、步骤9、在将midas fea nx中运行分析，查看剪力墙及钢箱体的第一主应力、第二主应力、第三主应力、最大剪应力、范梅塞斯应力、平均有效应力、以及相对剪切应力；查看剪力墙及钢箱体的第一主应变、第二主应变、第三主应变、最大剪应变以及范梅塞斯应变；

16、步骤10、评估钢箱体及钢箱体附近的墙身混凝土是否满足设计要求。

17、如上所述步骤10包括以下步骤：

18、若步骤9获得的钢箱体的第一主应力、第二主应力、第三主应力的最大值小于钢箱体钢材的抗拉强度设计值，且步骤9获得的钢箱体的最大剪应力小于钢箱体钢材的抗剪强度设计值，且步骤9获得的钢箱体附近的墙身混凝土的第一主应变、第二主应变、第三主应变、最大剪应变、范梅塞斯应变均满足相应的形变设计值；则此钢箱体用于工程施工。

19、一种可参与剪力墙受力的加强型预埋钢箱体的施工方法，包括以下步骤：

20、步骤1、对剪力墙水平分布钢筋以及剪力墙竖向分布钢筋进行绑扎，绑扎完成前，用水平尺和水准仪测量确定钢箱体安装位置；

21、步骤2、将成品的钢箱体放置在安装位置，剪力墙水平分布钢筋、剪力墙竖向分布钢筋与钢箱体上的角钢对位后，将角钢分别与钢箱体、剪力墙水平分布钢筋、以及剪力墙竖向分布钢筋焊接；

22、步骤3、将抗剪栓钉与钢箱体焊接，钢箱体内填充泡沫，用胶带密封钢箱体的箱口；

23、步骤4、所有剪力墙模板安装完成且验收后浇筑混凝土；

24、步骤5、混凝土养护，待混凝土强度达到要求后，依次拆下剪力墙模板。

25、本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：

26、本发明能够通过有限元计算及数理仿真分析，保证钢箱体参与剪力墙整体受力，传导混凝土及钢筋的拉、压应力，无须对剪力墙开洞再做额外补强，同时能解决现场施工过程中预埋钢箱体定位不准确、容易偏位及剪力墙后开洞后，轴压比或抗剪承载力不够，需要加固等常见工程问题。剪力墙后开洞后，轴压比或抗剪承载力不够，需要加固等常见工程问题。

技术特征：

1.一种可参与剪力墙受力的加强型预埋钢箱体，包括钢箱体(1)，其特征在于，钢箱体(1)的周向四个侧面均设置有角钢(2)和抗剪栓钉(3)，角钢(2)的短肢边与钢箱体(1)焊接，角钢(2)的长肢边分别与剪力墙水平分布钢筋(401)和剪力墙竖向分布钢筋(402)焊接，抗剪栓钉(3)和钢箱体(1)焊接。

2.根据权利要求1所述一种可参与剪力墙受力的加强型预埋钢箱体，其特征在于，所述剪力墙水平分布钢筋(401)和剪力墙竖向分布钢筋(402)直径相同，角钢(2)的长肢边的焊接长度不小于5倍的剪力墙水平分布钢筋(401)和剪力墙竖向分布钢筋(402)的直径。

3.根据权利要求2所述一种可参与剪力墙受力的加强型预埋钢箱体，其特征在于，所述钢箱体(1)的周向四个侧面为平行于钢箱体(1)厚度方向的四个侧面，角钢(2)长度与钢箱体(1)的厚度相同。

4.一种权利要求3所述可参与剪力墙受力的加强型预埋钢箱体的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

5.一种权利要求4所述可参与剪力墙受力的加强型预埋钢箱体的设计方法，其特征在于，所述步骤10包括以下步骤：

6.一种权利要求3所述可参与剪力墙受力的加强型预埋钢箱体的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本发明公开了一种可参与剪力墙受力的加强型预埋钢箱体，包括钢箱体，钢箱体的周向四个侧面均设置有角钢和抗剪栓钉，角钢的短肢边与钢箱体焊接，角钢的长肢边分别与剪力墙水平分布钢筋和剪力墙竖向分布钢筋焊接，抗剪栓钉和钢箱体焊接，本发明还公开了一种可参与剪力墙受力的加强型预埋钢箱体的设计方法，本发明能够通过有限元计算及数理仿真分析，保证钢箱体参与剪力墙整体受力。

技术研发人员：郑明星,熊文浩,仵小番,李勇
受保护的技术使用者：中国轻工业武汉设计工程有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12