本發明涉及一種連接建筑結構中剪力墻與混凝土樓板的連接裝置及其設置方法，屬于建筑工程領域。

背景技術：

剪力墻和混凝土樓板(本發明中混凝土樓板包括屋面板)是在建筑結構中應用得非常廣泛的構件。剪力墻一般是豎向設置，用于抵抗建筑結構所承受的水平作用(如風、水平地震等)，也承擔豎向荷載(如建筑物的自重、使用荷載等)。混凝土樓板一般水平設置，承擔豎向荷載，也通過水平抗剪剛度協調同一樓層所有豎向構件的變形。

剪力墻和混凝土樓板之間應設置可靠的連接，才能保證兩者在水平方向協調變形，并且保證樓層剪力按照剪力墻與框架柱的剪切剛度比進行分配。

目前建筑結構中的剪力墻與混凝土樓板之間一般通過連接鋼筋連接。連接鋼筋的材料強度、數量與橫截面積通常與混凝土樓板內指向剪力墻的鋼筋的材料強度、數量和橫截面積相等。

如圖1、圖2所示為現有技術下剪力墻和混凝土樓板的連接關系示意圖，其中圖1是豎向剖面圖，圖2是平面示意圖。剪力墻1和混凝土樓板2之間會設置較多的連接鋼筋4，連接鋼筋4一端伸入剪力墻1中，另一端伸入混凝土樓板2中，與混凝土樓板2內指向剪力墻1的板內鋼筋3搭接。按現有技術的做法，連接鋼筋4的材料強度、數量與橫截面積與板內鋼筋3相同。

混凝土樓板2內指向剪力墻1的板內鋼筋3數量較多。在豎直方向：一般在混凝土樓板2的板面和板底均勻分布，如果混凝土樓板2較厚，則在板厚度中間還會增加一層。在水平方向：板內鋼筋3的間距一般不超過200mm。例如：剪力墻1在水平方向長25m，混凝土樓板2內指向剪力墻1的板內鋼筋3分為板面和板底設置，間距均為100mm，那么板內鋼筋3的數量總共有500根。按照現有技術，在剪力墻1澆筑之前，需要在剪力墻1的鋼筋籠上綁扎500根連接鋼筋4，以便與板內鋼筋3一一搭接，這是很大的工作量，會耗費大量工時。

圖3所示為現有技術下剪力墻模板設置示意圖。為了縮短工期，在高層建筑結構施工時，一般采用剪力墻1的施工進度快于混凝土樓板2的方法，所以往往是混凝土樓板2落后于剪力墻1好幾層才能施工。

澆筑剪力墻1之前，需要先將連接鋼筋4與剪力墻1的鋼筋籠綁扎固定，然后在剪力墻1外面設置模板5。等到澆筑混凝土樓板2的時候，模板5以內的混凝土已經硬化了，這時再拆除模板5，澆筑混凝土樓板2。這樣的做法面臨一個問題：澆筑剪力墻1時所設置的模板5，總是會跨越混凝土樓板2所處的高度，而預留在剪力墻1中準備與混凝土樓板2相連的連接鋼筋4則會妨礙模板5的設置。

按照現有技術，實際工程中一般采用以下三種方法來解決這個問題：

1、將連接鋼筋4與剪力墻1的鋼筋籠綁扎固定時，先將連接鋼筋4伸出剪力墻1外面的部分向上或者向下彎折，使它們不妨礙模板5的設置，等到拆除模板5之后，再鑿除部分混凝土，將連接鋼筋4彎折的部分從剪力墻1墻體里挖出并重新彎折回水平(如圖4、圖5所示)。這種做法在目前應用最為廣泛。但因為連接鋼筋4的數量很多，一根一根的綁扎和彎折非常耗費工時和費用，且為了將連接鋼筋4從剪力墻1墻體里挖出，需要鑿掉約400～500mm高的剪力墻1的墻體混凝土，鑿深約20mm。如果剪力墻1的厚度為300mm，墻的內外兩側都有樓板，這樣墻體就會被鑿除約40mm的厚度，使得剪力墻1在混凝土樓板2附近的厚度減小為原設計的87％，形成薄弱部位，對建筑結構的安全不利。

2、使剪力墻1和混凝土樓板2的施工進度相同。模板5僅設置到混凝土樓板2底部(如圖6)，剪力墻1也只是澆筑到混凝土樓板2的高度。等到混凝土樓板2的混凝土硬化以后，再繼續安裝其上一層的模板5。而上一層的模板5也僅設置到上一層的混凝土樓板2底部。采用這種做法會減緩施工進度，在工期要求很緊時，難以被采用。

3、安裝模板5和澆筑剪力墻1時，并不預先設置連接鋼筋4，而是在澆筑剪力墻1完成，混凝土硬化并拆除模板5后，通過在剪力墻1上鉆孔和化學植筋的方式設置連接鋼筋4。采用這種方法會遇到三個問題：(1)因為連接鋼筋4數量眾多，而化學植筋花費較高，所以經濟性不好且工作量大；(2)剪力墻1內的鋼筋數量也很多，在已澆筑完成的剪力墻1側壁鉆孔，經常會碰到墻體內的鋼筋而不得不換個位置重新鉆孔，最終導致剪力墻1表面到處是孔；(3)新硬化的混凝土強度還比較低，這樣密集鉆孔會在剪力墻1內部造成很多裂縫，降低其承載力。

該問題是困擾本技術領域的一個難題。由于現有的施工方法沿用多年，操作方法相對熟悉，技術人員難以走出現有技術的束縛。但是，找到一種更為便利、經濟的施工工藝，是一個迫切需要解決的問題。

技術實現要素：

本發明的目的就是為了克服現有方法的不足，提供一種連接建筑結構中剪力墻與混凝土樓板的裝置及其設置方法，該裝置可以簡化剪力墻和混凝土樓板施工過程中連接鋼筋的設置工作，縮短施工工期，并且不減小剪力墻厚度，也不會使剪力墻內部產生大量裂紋。

本發明的目的通過下述方法實現：

一種連接建筑結構剪力墻與混凝土樓板的裝置，由多根錨固鋼筋、豎向錨板和U形帶齒部件組成，所述錨固鋼筋的一端都固定在豎向錨板的內表面，另一端伸入剪力墻內；U形帶齒部件的一端則固定在豎向錨板的外表面；U形帶齒部件的設置高度位于混凝土樓板的厚度中央；U形帶齒部件的下部為水平板，兩側設有帶矩形齒的豎直板，混凝土樓板中指向剪力墻的鋼筋與U形帶齒部件搭接；錨固鋼筋的總橫截面積與其材料強度的乘積不小于混凝土板內指向剪力墻的板內鋼筋的總橫截面積與板內鋼筋材料強度的乘積；錨固鋼筋伸入剪力墻深度不小于錨固鋼筋的直徑的15倍。

優選地，所述豎向錨板采用型鋼。

所述豎向錨板的寬度不小于U形帶齒部件的寬度，豎向錨板的高度不小于U形帶齒部件的高度，豎向錨板的厚度T3滿足要求：10mm≤T3≤30mm；豎向錨板的材料強度與U形帶齒部件的材料強度相等。

設混凝土樓板厚為H2，所述U形帶齒部件的高度H4滿足要求：40mm≤H4≤H2-40mm。

所述U形帶齒部件中的矩形齒的寬度為20mm，齒的深度為20mm，齒間距與混凝土樓板中平行于剪力墻的鋼筋的間距相同。

所述U形帶齒部件采用多層水平鋼板、栓釘、錨栓或型鋼。

所述錨固鋼筋采用栓釘、錨栓、鋼板或型鋼。

所述U形帶齒部件的長度優選為500mm。

所述連接建筑結構剪力墻與混凝土樓板的裝置的設置方法：預先把錨固鋼筋和豎向錨板連接在一起，在剪力墻澆筑之前，將錨固鋼筋和豎向錨板的組合體固定在剪力墻的鋼筋籠上；豎向錨板的外表面設置與剪力墻的外表面平齊，而錨固鋼筋則伸入剪力墻的內部；剪力墻澆筑完成，混凝土硬化并拆除模板后，再在豎向錨板的外表面焊接U形帶齒部件；將混凝土樓板中指向剪力墻的板內鋼筋會延伸至距離剪力墻10～20mm之處，板內鋼筋與U形帶齒部件的搭接長度控制為480～490mm；澆筑混凝土樓板的混凝土后，則剪力墻與混凝土樓板牢固連接在一起。

在同一樓層高度上可水平并排設置多個本發明裝置，如果混凝土樓板2的板厚較大，還可以在豎直方向布置兩層本發明裝置，甚至多層，只要在本樓層滿足上述要求即可。

在同一樓層高度上可設置多個本發明裝置，只要在本樓層滿足上述要求即可。

除以上規定之外，本發明裝置的設置、幾何參數和材料強度還應遵循本技術領域的相關規范要求。

相對于現有技術，本發明具有如下優點和有益效果：

1)本發明的錨固鋼筋與豎向錨板預先在工廠焊接制成，在現場只需要將它們固定在剪力墻的鋼筋籠上即可。豎向錨板可以做得很長，這樣可以一次性固定較多的錨固鋼筋。而按照現在的常用做法，需要在剪力墻鋼筋籠上逐根綁扎連接鋼筋，耗費很多人力，拖長工期；

2)本發明的U形帶齒部件并不是預先焊接在豎向錨板的外表面，而是在拆除剪力墻模板之后再跟豎向錨板焊接的，這樣澆筑剪力墻之前，豎向錨板的外表面與剪力墻外表面平齊，不影響設置剪力墻模板。而按照現在的常用做法，連接鋼筋向外伸出剪力墻，嚴重妨礙剪力墻模板的設置；

3)采用本發明，在剪力墻模板拆除后，再把U形帶齒部件與豎向錨板焊接。因U形帶齒部件寬度B4和厚度T4可取較大，所以U形帶齒部件的數量少，焊接工作量小。而按照現在的常用做法，需要將彎折埋入剪力墻中的連接鋼筋逐根鑿挖出來折回水平，或者需要在剪力墻中逐根化學植筋相比，具有明顯的人工工作量小、耗費時間較少的優點；

4)采用本發明，不用鑿挖剪力墻的混凝土，故剪力墻不會因此存在厚度突變的薄弱部位；不用在剛硬化的剪力墻上鉆孔植筋，故剪力墻中不會因此存在過多的內部裂縫。這些特點對于剪力墻的安全性極為有利。

附圖說明

圖1是現有技術下剪力墻和混凝土樓板的連接關系豎向剖面示意圖；

圖2是現有技術下剪力墻和混凝土樓板的連接關系平面示意圖；

圖3是現有技術下剪力墻模板設置示意圖；

圖4是現有技術下將連接鋼筋向上或向下彎折示意圖；

圖5是現有技術下將鋼筋從剪力墻里挖出并重新彎折回水平狀態示意圖；

圖6是現有技術下剪力墻模板僅設置到混凝土樓板底示意圖；

圖7是本發明裝置部件尺寸三維示意圖；

圖8是實施例1中高層建筑所采用的結構體系示意圖；

圖9是實施例1中所采用的本發明裝置三維示意圖。

具體實施方式

為進一步理解本發明，下面結合附圖和實施例對本發明作進一步的描述，但是本發明要求保護的范圍并不局限于實施例。

如圖7所示，一種連接建筑結構剪力墻與混凝土板的裝置，主要由多根錨固鋼筋8、豎向錨板6和U形帶齒部件7組成；所述錨固鋼筋8一端通過焊接固定在豎向錨板6的內表面，另一端伸入剪力墻1；U形帶齒部件7一端通過焊接固定在豎向錨板6的外表面，U形帶齒部件7的設置高度位于混凝土樓板的厚度中央；U形帶齒部件7由鋼板制成，立面為U形(如附圖7所示)。U形帶齒部件7的下部為水平板，兩側設有帶矩形齒的豎直板。設置豎直板的目的是在剪力墻1與混凝土樓板2有相對水平位移趨勢時，混凝土樓板不至于被U形帶齒部件7的水平板劈裂。設置矩形齒的目的是為了方便設置混凝土樓板2中平行于剪力墻1的鋼筋。錨固鋼筋8的總橫截面積與其材料強度的乘積不小于混凝土板2內指向剪力墻的板內鋼筋3的總橫截面積與板內鋼筋3材料強度的乘積；考慮到錨固鋼筋8在工作時主要起抗剪作用，故按照現行《混凝土結構設計規范》(GB50010‐2010)中對于抗剪鋼筋錨固長度的要求，錨固鋼筋8伸入剪力墻1深度不小于錨固鋼筋8的直徑的15倍。

本發明裝置在工作時，板內鋼筋3所承擔的內力通過混凝土的承壓能力傳遞給U形帶齒部件7，然后由U形帶齒部件7傳遞給豎向錨板6，接下來通過豎向錨板6傳遞給錨固鋼筋8，最后內力傳遞給剪力墻1，達到本裝置的設計目的。所以，在內力傳遞途徑中，下一級部件的承載力均不得小于前一級部件的承載力。

具體而言：設混凝土樓板內指向剪力墻的板內鋼筋3的材料強度為f2、截面面積為As2，則錨固鋼筋8的材料強度f1與總橫截面積AS1應滿足下述要求：則f1×As1≥f2×As2。

U形帶齒部件7應全截面與豎向錨板6焊接，所以豎向錨板6的寬度B3應不小于U形帶齒部件7的寬度B4，豎向錨板6的高度H3應不小于U形帶齒部件7的高度H4，豎向錨板6的厚度T3滿足要求：10mm≤T3≤30mm。

U形帶齒部件7的寬度B4，材料強度f4和厚度T4應滿足下述要求：f4×B4×T4≥f2×As2。

設混凝土樓板2厚H2，則U形帶齒部件7的高度H4應滿足要求：40mm≤H4≤H2-40mm。

U形帶齒部件7中的矩形齒的寬度為20mm，齒的深度為20mm，齒間距與混凝土樓板2中平行于剪力墻1的鋼筋的間距相同，一般為100～200mm。

U形帶齒部件7的長度L4為500mm。

在同一樓層高度上可水平并排設置多個本發明裝置，如果混凝土樓板2的板厚較大，還可以在豎直方向布置兩層本發明裝置，甚至多層，只要在本樓層滿足上述要求即可。

所述錨固鋼筋8優選采用栓釘、錨栓、鋼板或型鋼。

所述豎向錨板6優選采用型鋼。

所述U形帶齒部件7優選采用多層水平鋼板、栓釘、錨栓或型鋼。

預先把錨固鋼筋8和豎向錨板6連接在一起，在剪力墻1澆筑之前，將錨固鋼筋8和豎向錨板6的組合體固定在剪力墻1的鋼筋籠上。豎向錨板6的外表面設置與剪力墻1的外表面平齊，而錨固鋼筋8則伸入剪力墻1的內部。剪力墻1澆筑完成，混凝土硬化并拆除模板5后，再在豎向錨板6的外表面焊接U形帶齒部件7。混凝土樓板2中指向剪力墻的板內鋼筋3一般會延伸至距離剪力墻1僅10～20mm之處，而U形帶齒部件7的長度L4為500mm，故板內鋼筋3與U形帶齒部件7的搭接長度可控制為480～490mm。澆筑混凝土樓板2的混凝土后，則剪力墻1與混凝土樓板2就通過本發明的裝置牢固連接在一起。

本發明裝置工作時，通過樓板2中的混凝土的擠壓作用，混凝土樓板2中指向剪力墻的板內鋼筋3的內力可傳遞給U形帶齒部件7，而后，由U形帶齒部件7將內力通過豎向錨板6傳遞給錨固鋼筋8，再通過剪力墻1中混凝土的擠壓作用，內力傳遞給剪力墻1，滿足設計目的。

本發明裝置對于剪力墻1和混凝土樓板2的連接作用不小于按照現在常用做法中，采用連接鋼筋4的連接作用。

實施例

某高層建筑結構設計共60層，總高度超過250米，采用框架-核心筒結構體系，即建筑中心區域由4片封閉圍合的剪力墻1組成核心筒，剪力墻1的厚度取值為：1～10層的墻厚為1000mm，11～20層墻厚為900mm，21～30層墻厚為800mm，31～40層墻厚為700mm，41～50層墻厚為600mm，51～60層墻厚為500mm。

組成核心筒的4片剪力墻1在水平方向的長度均為25m，核心筒周圍布置框架柱9，如圖8所示。混凝土樓板2的厚度為110mm，板內指向剪力墻1的鋼筋3采用設計強度f2＝360MPa的三級鋼筋，在板面和板底設置，板內鋼筋3的直徑為10mm，間距為100mm。

按照施工順序，由下至上澆筑核心筒的剪力墻1和混凝土樓板2，而混凝土樓板2的澆筑速度低于核心筒剪力墻1的澆筑速度。在澆筑核心筒剪力墻1之前先要綁扎核心筒的剪力墻1內部的鋼筋籠，按現有技術，接著就是設置連接鋼筋4，連接鋼筋4也采用設計強度f2＝360Mpa的三級鋼筋，對應混凝土樓板2內指向剪力墻1的板內鋼筋3的位置一一設置，連接鋼筋4直徑10mm，間距為100mm。每一樓層的連接鋼筋4的數量為2000根。

將連接鋼筋4一端伸入剪力墻1的鋼筋籠固定，另一端伸出剪力墻1的外邊，為了不妨礙剪力墻的模板5的設置，需要將連接鋼筋4伸出剪力墻1的部分向上或向下彎折。設置剪力墻的模板5后澆筑混凝土，待核心筒剪力墻1的混凝土硬化后，拆除剪力墻的模板5，鑿開剪力墻1的混凝土，將2000根彎折的連接鋼筋4一一從墻內挖出，并掰回到水平狀態。然后開始設置混凝土樓板內指向核心筒剪力墻的板內鋼筋3，使連接鋼筋4與板內指向核心筒剪力墻1的板內鋼筋3一一搭接后，澆筑混凝土樓板2。

按照現有技術的施工工藝，由于連接鋼筋4數量較多，因此，此施工方法耗費大量工時。同時，由于鑿挖墻體造成剪力墻1在混凝土樓板2附近厚度減小，產生薄弱部位，對墻體的安全造成不利影響。

采用本發明裝置，可先在工廠將豎向錨板6與錨固鋼筋8焊接完成，然后在澆筑核心筒的剪力墻1的混凝土前將已焊接在一起的豎向錨板6和錨固鋼筋8的組合體固定在與混凝土樓板2相對應的高度，隨即澆筑混凝土。待核心筒剪力墻1的混凝土硬化后將剪力墻的模板5拆除，在豎向錨板6上焊接U形帶齒部件7，U形帶齒部件7對齊混凝土樓板2厚度的中央。然后設置混凝土樓板2中的板內鋼筋3，之后澆筑混凝土樓板2。

在本實施例中，錨固鋼筋8采用與混凝土樓板2內指向剪力墻的板內鋼筋3相同的材料強度f1＝360MPa的三級鋼筋，但錨固鋼筋8的直徑取20mm，間距100mm。因此，根據f1×As1≥f2×As2的要求，錨固鋼筋8的數量為板內鋼筋3的數量的1/4，本實施例中每一樓層高度錨固鋼筋8共計500根，對應于每一片剪力墻1共計125根，分上下兩層設置，上下層之間間距50mm。錨固鋼筋8伸入剪力墻1的深度為300mm。

本實施例中的豎向錨板6的厚度T3＝20mm。豎向錨板6的寬度B3＝1000mm，每一片豎向錨板6的內表面均固定20根錨固鋼筋8。豎向錨板6的高度H3＝100mm。豎向錨板6采用鋼材材質Q235B。

在每個樓層，每一片剪力墻1設置本發明裝置7只，每2只之間的間距為2.25m，每個樓層總共設置本發明裝置28只。

U形帶齒部件7也采用鋼材材質Q235B，材料強度f4＝215Mpa、寬度B4＝900mm，厚度T4＝20mm。每1只本發明裝置可以替代71根連接鋼筋4的作用。71根連接鋼筋4的橫截面面積總和As2＝5576mm2。因為(215×900×20＝3870000)≥(360×5576＝2007360)，所以U形帶齒部件7的強度足以替代連接鋼筋4。

U形帶齒部件7的高度H4＝80mm。

板內鋼筋3延伸至距離剪力墻10mm處，而U形帶齒部件7長L4＝500mm，故板內鋼筋3與U形帶齒部件7的搭接長度為490mm。

采用本發明的裝置，如圖9所示。豎向錨板6與錨固鋼筋8預先在工廠完成組裝，拆除剪力墻模板5之后，再將U形帶齒部件7固定在豎向錨板6的外表面，而且通過實施例的分析，本發明裝置數量少，所以現場施工時間相對于采用現有技術的方法大為減少，可以提高效率，縮短工期，施工難度也大幅減小。