装配式框架（精选6篇）
装配式框架 篇1
装配式预制框架结构, 是高层框架结构体系之一, 梁、柱、楼板等构件均采用工厂化预制生产, 从而节省现场施工模板的支拆工作。这种结构体系施工速度快, 但结构用钢量比现浇框架结构约增多10～20kg/m2, 同时施工需要配有相适应的起重、运输和吊装设备。
为了保证楼盖的整体刚度, 在预制楼板和梁叠合层上, 设有40m m的现挠混凝土层, 共配置双向φ4～φ6钢筋, 间距为250m m。当现浇层遇到钢筋混凝土抗震墙时, 还需加插曲φ6@250 (l=1000) , 与面层内配筋搭接。
1 施工准备工作
1) 检查构件的型号、预留铁件、钢筋和预留孔洞等位置是否正确, 构件的外形和尺寸有无超出允许偏差范围, 长度的检查, 如有出入应及时处理。
2) 弹出梁、柱的中线, 其中柱子应三面弹线。外墙柱子一般以柱子的外侧面为准;内柱则应以柱面中线定位。首层柱子还应三面标注±0水平线;二层及二层以上柱子应标注地面以上50cm水平线。
3) 构件吊装前, 应预先计算好构件支点位置和吊点位置。
4) 为了防止柱子翻身起吊小柱头触地而产生裂缝和外露钢筋弯折, 可采用钢管三角架套在柱端钢筋处或撑垫木 (图1) , 或用专制安全文腿。
(a) 安全支腿 (b) 钢管三角架 (c) 垫木1.钢管三角架2.垫木
2 施工工艺控制
2.1 轴线和标高的控制
1) 根据建筑物的造型, 在纵横轴线上设置控制桩, 外围4个大角必须贯通, 中间4～6个轴线留一个控制桩。控制桩的位置应便于测视, 便于保护。
2) 施工时应用经纬仪将轴线由一层引至施工层, 由控制轴线引出全部轴线, 每层的轴线误差应消除在本层。
3) 楼层的标高可用事先校正的钢尺从±0向上直接丈量, 引点后用水平仪拉平, 将误差消灭在本层。
4) 楼层控制水准点一般放在楼梯间或垃圾道内, 这样能够上下贯通。引标高排尺不受限制。引各层标高时, 必须从±0开始测量, 不允许逐层导引。
2.2 吊装作业的操作控制
装配式框架结构施工一般采用分层分段流水吊装方法作业的关键是控制操作过程中的位移偏差。
2.2.1 柱子水平位移的控制
应以大柱面中心为准, 内三人同时备用一线锤校对楼面上的中线, 同时用两台经纬仪校对两相互垂直面的中线。其校正顺序必须是:起重机脱钩后电焊前初校-———焊后第二次校正——梁安装后第三次校正。
2.2.2 柱子吊装就位后的固定和校正方法
在初次校正后, 将小枝头埋件与定位钢板点焊定位进行主筋焊接和二次校正。
2.2.3 柱子垂直偏差的控制
影响柠子垂直偏差的因素较多, 如构件吊装过程中的构件轻微碰撞, 气割和电焊焊接时钢材热胀冷缩等, 尤其是焊接因素影响较大。因此, 必须重视施焊方法。
1) 校与柱间的钢筋焊接, 无论是采用帮条焊还是采用立坡口焊或搭接焊, 均要按照对角等速的原则施焊。焊接过程中、应用经纬仪随时观察柱子的垂直偏差情况, 出现偏差应及时调整。调整的方法, 可根据钢筋的残余变形小于热胀变形的原理, 利用电焊或氧乙炔火焰烘烤钢筋, 以调整柱子的垂直偏差。具体操作要点是:柱子向哪个方向偏差较大, 则该方向的焊工继续施焊;反方向的焊工此时停焊。待偏差校正后并向反方向偏1～2mm时, 两个焊工再等速施焊。
采用帮条焊接时, 应按图2的顺序施焊。每根钢筋的焊点, 应首先点焊住, 然后再按顺序施焊。应使用相同于母材且截面大于母材的帮条。
采用立坡口焊接时, 施焊前应先对焊工进行培训, 并做出焊接试件, 经检验合格后方道正式施焊。其施焊方法, 应采用分批间歇轮流焊接的方法。当焊接的上下钢筋, 其轴线偏差在1∶6以内时, 可采用热、冷方法矫正;当大于1∶6时, 则应通过设计处理解决。
实践证明, 上下钢筋坡口的间隙越大, 相应地电焊量也越大, 变形则大。
2) 柱接头钢筋在焊接时应力虽不大, 但很容易将上柱四角混凝土拉裂, 因此, 必须严格执行施焊措施, 避免或减少裂缝产生。另外, 在焊接过程中, 严禁校正钢筋。
3) 为了避免柱子产生垂直偏差, 当梁、柱节点的焊点有两个或两个以上时, 施工顺序也要采取轮流间歇的施焊措施, 即每个焊点不要一次焊完。
4) 整个框架应采用“梅花焊接”方法。其优点是间道或边柱首先组成框架, 可以减少框架变形。另外, 焊接时梁的一端固定, 一端自由, 可以减少焊接过程中拉应力所引起的框架变形, 也便于土建工序流水作业。
2.3 楼层标高的控制
柱子安装标高不准确是直接影响楼层标高的关键。因此, 采用调整定位钢板的方法来控制楼层标高。
定位钢板的埋设, 常见有两种方法:其一是先把钢板固定在钢筋骨架上, 再浇筑混凝土、其二是先浇筑混凝土, 然后把定位钢板埋入混凝土中。无论采用哪一种方法, 必须两次纱平, 即下定位钢板前抄平一次。下定位钢板后拉平一次, 并要根据就位柱子的长度情况, 逐个定出负的误差值, 因为负误差可用垫铁找平, 正误差则无法挽救。
安装预制梁前要校核柱顶标高。按设计要求在柱顶抹好砂浆找平层, 其厚度应符合控制标高要求。安装预制梁时, 应按事先弹好的梁头柱边线就位, 以保证梁伸入枝内的有效尺寸。如不足, 应用支撑支顶, 待节点混凝土浇筑完毕并达到要求强度后, 再拆除支撑。6.6m及6.6m以上的大跨度梁, 在安装就位后, 均需采取支撑支顶措施。
楼板安装前, 先要校核梁翼上口标高, 抹好砂浆找平层, 以控制标高。同时弹出楼板位置线, 并标明板号。楼板吊装就位时, 应事先用支撑支顶横梁两翼。楼板就位后, 应及时检查板底是否平整, 不平处用垫铁垫平。安装后的楼板, 宜加设临时支撑, 以防止施工荷载使楼板产生较大的挠度或出现裂缝。
3 梁、拄节点施工要点
3.1 柱头箍筋的安设
节点梁端柱体的箍筋如果采用手工绑扎, 由于箍筋位置难以准确, 往往容易影响节点的抗剪能力。故应采用预制焊接钢筋笼, 待主、次梁吊装焊接完毕后, 从柱顶往下套。对于有8根主筋的链子, 应在梁端中部留出豁口, 使梁端能顺利地伸入柱内, 与预埋件焊接。
3.2 节点模板支设
梁、柱节点浇筑混凝土的模板, 宜用定型钢模板, 也可在次梁方向两面用钢模, 立梁方向两面用木模。不论用什么模板, 在梁下皮及以下用两道角钢和φ12螺栓组成围困, 或用φ18钢筋围套, 并用楔子背紧。
3.3 节点混凝土浇筑
1) 节点混凝土浇筑前, 应将节点部位清理干净。梁端和柱头存有隔离剂时, 应事先凿毛, 并在浇筑混凝土前数小时, 先用水对节点部位进行湿润, 以保证新旧混凝土临界面处有足够的养护水分。
2) 节点混凝土从浇筑到振捣, 宜由—人负责一个节点, 采用高频振捣棒, 分层浇筑, 分层振捣。
3) 浇筑节点混凝土时, 外露枝子的主筋要用塑料套或塑料布条包好, 以防粘结灰浆。
4) 上层校根混凝土的上口, 要留出30m m捻口缝。甩模要乎整, 宽窄要一致。捻口不实, 危害极大。因此, 枪口宜用干硬件混凝土, 并宜采用浇筑水泥, 水灰比控制在0.3, 以手捏成团, 落地散开为宦。锰灰口时, 两侧面月模板挡住, 两人相对同时用扁篓子操作。每次填灰不宜过多, 要随填随捻实。
5) 节点部位混凝土要加强湿润养护, 养护时间不少于7d。
4 结语
装配式结构中承受内力的接头扣接缝, 应采用混凝土浇筑, 其强度等级宜比构件混凝土强度等级提高二级, 构件接头的焊接, 应符合国家现行标准《钢结构工程施工及验收规范》和《钢筋焊接及验收规程》的规定。安装完毕的装配式结构施工, 应在混凝土强度达到设计要求后, 方可承受全部设计荷教, 保证施工质量安全。
参考文献
[1]严薇, 曹永红, 李国荣.装配式结构体系的发展与建筑工业化[J].重庆建筑大学学报, 2004.
[2]章文纲, 程铁生, 迟维胜, 邵式亮.装配式框架钢纤维混凝土齿槽节点[J].建筑结构学报, 1995.
浅谈多层装配式框架结构安装技术 篇2
1 起重机械的选择和布置
起重机的选择要根据建筑物的结构形式、构件的最大安装高度、重量及吊装工程量等条件来确定。对一般框架结构, 5层以下的民用建筑和高度18m以下的工业建筑, 选用自行式起重机;10层以下的民用建筑和多层工业建筑多采用轨道式塔式起重机;高层建筑 (10层以上) 可采用爬升式、附着式塔式起重机。下面主要介绍轨道式塔式起重机在多层装配式结构施工中的型号选择与平面布置。
1.1 塔式起重机的选择
塔式起重机的型号主要根据建筑物的高度、平面尺寸、构件的重量以及现有设备条件来确定。
选择起重机型号时, 首先根据建筑物的结构情况绘制出剖面图。在剖面图上注明最高一层各主要构件的重量Qi及所需的起重半径尺, 根据所需的最大起重力矩M (M-QiR) 及最大起重高度来选择起重机。
1.2 起重机的布置
起重机的布置方案主要根据建筑物的平面形状、构件的重量、起重机的性能以及现场地形等条件来确定。塔式起重机布置形式主要有以下4种, 见图1。
注:1) 单侧布置;2) 双侧 (或环形) 布置;3) 跨内单行布置;4) 跨内环形布置1、2、3一表示吊装顺序;I、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ一表示施工段
1) 跨外单侧布置
适用于房屋宽度较小 (15 m左右) 、构件重量较轻 (20kN左右) 的情形。此时起重半径应满足
R≥b+a
式中:R为塔式起重机吊装最远构件时的起重半径, m;
b为建筑物宽度, m;
a为塔式起重机的轨道中心线至建筑物外侧的距离, 一般为3m~5m。
2) 跨外双向布置或环形布置
适用于建筑物宽度较大、构件较重、起重机不能满足最远构件的吊装要求时。双侧布置时起重半径应满足
3) 跨内单行布置
当建筑场地狭窄、起重机不能布置在建筑物外侧或起重机布置在建筑物外侧而起重机的性能不能满足构件的吊装要求时采用。
4) 跨内环形布置
构件较重、起重机跨内单行布置时, 起重机的性能不能满足构件的吊装要求, 同时, 起重机又不可能跨外环形布置时采用。见图1d。
2 结构吊装方法
多层装配式框架结构的吊装方法有分件吊装法和综合吊装法两种。
2.1 分件吊装法
起重机开行一次吊装一种构件, 如先吊装柱, 再吊装梁, 最后吊装板。为使已吊装好的构件尽早形成稳定的结构, 分件吊装法又分为分层分段流水作业和分层大流水作业。
图2是采用Q丁1-6塔式起重机吊装框架结构的示例。由于构件数量不多, 用一台起重机在建筑物外侧环形布置。每一楼层分四个吊装施工段, 每一施工段吊装时, 先吊装柱、然后吊装该段的梁、再吊装楼板。也可将两个施工段的柱、梁吊装完毕后, 再吊装这两段的楼板。
2.2 综合吊装法
起重机在吊装构件时, 以节间为单位一次吊装完毕该节间的所有构件, 吊装工作逐节间进行。综合吊装法一般在起重机跨内开行时采用。
3构件的吊装工艺
3.1柱的吊装
3.1.1柱的绑扎和起吊
柱子的长度在12m以内时, 一般采用一点直吊绑扎;柱子的长度在14m~20m时, 则需两点绑扎并对吊点位置进行验算。
柱的起吊方法与单层工业厂房柱的吊装基本相同, 一般采用旋转法。上层柱的底部都有外伸钢筋, 吊装时应采取保护措施, 以防止碰弯钢筋。
外伸钢筋的保护措施有:用钢管保护柱脚外伸钢筋, 用钢管三角架套在柱端钢筋处或用垫木保护等等
3.1.2柱的临时固定和校正
底层柱插入基础杯口后进行临时固定, 其临时固定和校正方法与单层工业厂房柱相同。
上节柱的吊装须在下节柱最后固定后进行, 上节柱吊装在下节柱的柱头上时, 上柱与下柱的对位工作应在起重机脱钩前进行, 对位方法是将上柱底部中线对准下柱顶部中线, 同时测定上柱中心线的垂直度。
临时固定和校正可采用方木或管式支撑进行。管式支撑为两端装有螺杆的钢管, 上端与套在柱上的管箍相连, 下端与楼板上的预埋件连接。柱子的校正工作应多次反复进行。第一次在起重机脱钩后焊接前进行初校;第二次在柱接头电焊后进行, 以校正因焊接引起钢筋收缩不均而产生的偏差;在柱子与梁连接和楼板吊装后, 为消除荷载和电焊产生的偏差, 还要再校正一次。此外, 对细而长的多层框架柱, 在强烈阳光照射下, 由于阳面和阴面的温差会使柱子产生弯曲变形, 因此, 必须考虑温差对垂直度的影响而采取相应的措施。
3.1.3柱接头施工
柱接头的形式主要有榫式接头、插入式接头和浆锚式接头三种, 见图3。
注: (a) 榫式接头; (b) 插入式接头; (c) 浆锚式接头1.榫头;2.上柱外伸钢筋;3.坡口焊;4.下柱外伸钢筋;5.后浇混凝土接头;6.下柱杯口;7.下柱预留孔
1) 榫式接头。见图3a, 上柱下部有一榫头承受施工荷载, 两端装有螺杆的钢上柱和下柱外露的受力钢筋用坡口焊连接, 并配置一定数量的箍筋, 最后浇灌接头混凝土形成整体;
2) 插入式接头。见图3b, 上柱下部做成榫头, 下柱顶部做成杯口, 上柱插人杯口后用水泥砂浆灌注填实。这种接头不需焊接, 吊装固定方便;
3) 浆锚式接头。见图3c, 将上柱伸出的钢筋插入下柱的预留孔内, 然后用水泥砂浆灌缝锚固上柱钢筋, 形成整体。
3.2梁、板的吊装
框架结构的梁有一次预制成的普通梁和叠合梁两种, 叠合梁上部留出120mm~150mm的现浇叠合层, 以增强结构的整体性。
框架结构的楼板多为预应力密肋楼板、预应力槽形板和预应力空心板等。楼板一般都是直接搁置在梁上, 接缝处用细石混凝土灌实。其吊装方法与单层工业厂房基本相同。
梁与柱的接头形式做法很多, 常见的主要有明牛腿式刚性接头、齿槽式接头和整体式接头等。
明牛腿式刚性接头在梁吊装后, 只要将梁端预埋钢板和柱牛腿上的预埋钢板焊接后, 起重机即可脱钩, 然后进行梁与柱的焊接。这种接头安装方便, 节点刚度大, 受力可靠, 但牛腿占据了一定空间, 多用于多层厂房。
齿槽式接头是利用柱接头处的齿槽来传递梁端剪力的。梁吊装时搁置在临时牛腿上, 由于搁置面积较小, 为确保安全, 须将梁一端的上部接头钢筋焊好两根后起重机才能脱钩。
整体式接头, 柱每层一节, 上柱带榫头, 梁搁在柱上, 梁底钢筋按锚固要求向上弯起或焊接, 在节点核心区安装箍筋后, 浇筑混凝土。第一次浇筑至楼板面, 待混凝土强度达到10N/mm2以上后, 吊装上柱。上柱与下柱的钢筋采用搭接连接, 搭接长度为20d, 然后第二次浇筑混凝土到上柱的榫头上部, 留35mm左右的空隙, 用细石混凝土捻缝。
4结论
综上所述, 装配式框架结构的全部构件一般先在工厂或现场预制, 然后用起重机械在现场安装成整体, 这种方法不仅可以节约建筑用地, 施工速度快, 节约模板材料, 更提高建筑的工业化水平, 值得推广应用。
参考文献
[1]高芳箴.工业装配式框架体系在住宅建筑中的应用[J].住宅科技, 1985 (8) .
装配式框架 篇3
关键词：预制混凝土,框架结构,梁柱节点,后张预应力,有限元分析,抗震性能
现代工业迅速发展,建筑行业的各个领域也发生着深刻的变化。以往的高耗能,高耗材,高污染的粗放型建筑模式已经越来越不适应社会发展的需要,在国家节约环保减少碳排放的政策背景下,改变建筑行业的粗放型生产方式已经显得刻不容缓。能否将大规模工业化生产模式引入到建筑行业?用模数化,规模化,快捷化的方式来生产住宅建筑?答案是可以的,预制体系的出现和成熟让这一设想变为可能。将建筑的主要构件在工厂进行预制,然后在施工现场进行装配连接,现场施工湿作业量大幅度减少,施工速度快,需要人工少,质量可控可靠等优点,以及节约环保的生产方式,预示着建筑住宅产业化,预制构件工业化[2,3]是未来建筑业发展的必然趋势之一。
美国和日本在20世纪90年代初合作开展了一项预制混凝土结构抗震研究项目PRESSS(Precast Seismic Structural System Research)[2,4],此项目主要的结构体系是预制梁、柱组成的装配式框架结构体系以及与预制剪力墙组成的装配式框架剪力墙结构体系,本文的主要研究对象是预制装配框架体系中的梁、柱节点。该体系的主要特点是,柱为多层预制,梁为单跨预制,通过在梁中部穿过预应力钢筋将多跨预制梁与柱连接起来,在梁顶部和底部设有后插入的非预应力连接钢筋,并穿越柱,将两端梁与柱连成整体。梁端与柱接触面设现场灌浆缝,以增强梁柱在正常使用时的连接性。在节点受到较大水平地震作用时,梁柱接触面会分离,这时梁顶部和底部的非预应力钢筋进入塑性状态消耗能量,当水平地震作用停止后预应力钢筋提供回复力,使得结构能够回复到受力之前的状态。由于在地震作用下非预应力钢筋塑性变形消耗大量能量,能够有效的保护混凝土,使得节点损伤比现浇结构轻很多,且震后节点能够较好的恢复到震前状态。抗震原理示意见图1。
目前国内关于该节点抗震性能的研究仍很少。本文采用非线性有限元分析的方法研究了该类节点的承载能力、延性及抗震性能。
1模型建立及有限元分析与试验结果的对比
本文中分析的节点模型包括丁字形节点和十字形节点两类,其中丁字形节点主要基于已有试验[5]建立,用以验证有限元分析方法、参数、本构关系的正确性。十字形节点为本文的主要研究对象,通过变化参数以研究不同影响因素对节点抗震性能的贡献。
1.1有限元模型建立
全部节点采用ANSYS有限元软件实体建模,混凝土采用Solid65单元,钢筋及预应力钢筋采用Link8单元,砂浆接触面采用Target170、Contact174单元。
混凝土采用Rüsch[6,7]本构关系,极限强度与破坏强度相同,应力应变曲线不进入下降段,材料模型为多线型随动强化模型KINH。钢筋采用双折线本构关系,材料模型为双线型随动强化模型BKIN。预应力钢筋为三折线本构关系,0.7fc时Es=1.95×105,0.7fc～fc时Es=1/4Es,材料模型为多线型随动强化模型MKIN。
现浇模型梁柱内箍筋整体式建模,纵向钢筋采用分离式,可以具体分析观察纵向受力钢筋的屈服状态和应力应变关系。预制预应力装配式模型主要考察梁内非预应力钢筋应力应变及柱内纵筋受力,梁内箍筋与纵筋为整体式建模,柱内箍筋为整体式建模。而柱内纵向钢筋、梁内的后插非预应力钢筋和预应力钢筋采用分离式建模。主要考察非预应力钢筋应变状态和预应力钢筋的应力状态。
网格划分综合考虑分离式钢筋位置、计算成本及局部应力误差问题,除特殊位置网格边长为30 mm,其余位置都大于100 mm。
1.2丁字形节点参数介绍
试验模型一共四个,包括一个现浇节点MCJ和三个预制预应力装配节点PCJ1～PCJ3。预制丁字形梁柱节点外形及边界条件如图2。
丁字形模型,混凝土材料强度取值见表1,钢筋材料强度取值见表2,预应力钢筋采用1×7的Φs15.2无粘结钢绞线,由于钢绞线没有明显屈服点,所以取Faria[8]等和Dodd[9]等提出的本构模型,0.7fc时Es=1.95×105,0.7fc～fc时Es=1/4Es,构件尺寸及参数见表3。
1.3丁字形现浇节点模型对比分析
现浇节点MCJ有限元计算与试验骨架线对比如图3。
可以看出计算骨架线与试验骨架线趋势相同,开始屈服位置也较为接近(计算屈服转角0.44%,试验屈服转角0.4%),在屈服前的线性阶段基本吻合,这是由于混凝土所受压应力还远远小于极限应力,本构关系上升段与实际混凝土材性较为相符,所以计算值与试验值能较好地吻合。
2.4丁字形预制预应力装配式节点模型对比分析
PCJ1有限元计算与试验骨架线对比如图4。
有限元计算结果与试验结果较为吻合,计算屈服点转角为0.49%,试验屈服点转角为0.47%。计算屈服荷载为67.5 kN,试验屈服荷载为63.7 kN。计算极限荷载为86.563 kN,试验极限荷载为81.51 kN。
PCJ2有限元计算与试验骨架线对比如图5。
有限元计算结果与试验结果较为吻合,计算屈服点转角为0.345%,试验屈服点转角为0.363%。计算屈服荷载为48.51 kN,试验屈服荷载为50.08 kN。计算极限荷载为70.03 kN,试验极限荷载为72.34 kN。
PCJ3有限元计算与试验骨架线对比如图6。
有限元计算结果与试验结果较为吻合,计算屈服点转角为0.211%,试验屈服点转角为0.154%。计算屈服荷载为32.21 kN,试验屈服荷载为34.88 kN。计算极限荷载为65.52 kN,试验极限荷载为60.72 kN。PCJ3节点有限元分析的破坏转角与试验值有差距较前两节点小,分析因为预应力施加量较小,所以接近破坏时混凝土应力应变较小,整体结构刚度退化慢于高预应力节点。
装配式节点有限元分析结果与试验结果对比见表4。
从表4看出有限元计算结果与试验结果较为吻合,有限元模型可以较为准确地模拟实际构件。
2非线性有限元参数分析
十字形现浇节点用PJ表示,而PJ1,PJ2……表示具体的某个十字形现浇节点,十字形预制预应力装配式节点用PPJ表示统称,而PPJ1,PPJ2……表示具体的某个十字形预制预应力装配式节点。
2.1十字形模型参数介绍
外形及边界条件如图7。
十字形模型,混凝土材料强度取值见表5,钢筋与预应力钢筋材料强度取值见表6,预应力钢筋与丁字形模型相同。构件尺寸见表7,构件编号及参数列表见表8。
2.2现浇节点与预制预应力装配节点的承载力对比分析
要使预制预应力节点能够在实际中得到认可和接受,首先应保证预制节点有足够的承载性能。
在轴压比相同的条件下,根据非预应力钢筋面积、强度及初预应力、预应力筋面积等影响因素选取PPJ1、PPJ8、PPJ13、PPJ15、PPJ16五个节点与现浇节点进行对比。P-Δ对比曲线见图8
从图8可以看出预制节点的屈服荷载同现浇节点相比基本相同,并且当梁内配筋率(预制节点配筋率指全部后插非预应力受拉钢筋截面积与预制梁截面积的比值,现浇节点的配筋率指梁截面受拉钢筋面积与梁截面积的比值)接近时预制节点屈服荷载略大于现浇节点。而预制节点的极限荷载要略低于现浇节点。现浇节点与预制节点承载力对比见表9。
从表9中可以看出随着配筋率的增大,节点极限荷载也在增大,当现浇节点与预制节点的截面配筋率基本相同时,二者的承载力差距很小,说明预制节点在承载力性能方面是可以通过合理的设计与现浇节点达到相同水平的。
2.3滞回性能分析及对比
2.3.1滞回曲线
通过对现浇节点和预制节点的有限元滞回模拟得到现浇与预制节点滞回曲线,见图9、图10。
从图9看现浇节点滞回曲线,由于有限元计算的收敛问题,现浇节点较难计算进入承载力下降的区段,但是可以看到现浇节点的滞回曲线比较饱满,说明现浇结构有很大的塑性变形以及卸载后的有较大残余变形。
从图10中看出预制节点滞回曲线较为饱满,说明预制节点形式在抗震中有很好的耗能性能。同时在卸荷后的残余变形较小,说明节点具有很好的自恢复性能,当地震荷载过后节点能较好地恢复到震前形态,对于震后修复有很好的帮助。
2.3.2刚度退化性能
结构构件的退化刚度按下式计算:
式中Kl——退化刚度;
Pij——第j级加载,第i次循环的最大荷载;
δij——第j级加载,第i次循环对应最大荷载的位移值;
n——第j级加载的循环次数。
图11中纵坐标为退化刚度Kl与弹性刚度K1之比,横坐标为柱顶位移。可以看出在相同轴压比下预制节点刚度退化都要比现浇节点快,而经过计算两节点的刚度退化差距在20%以内,所以在刚度退化指标上预制节点相对于现浇节点有结构形式上的弱点,还需要近一步的研究。
2.3.3耗能性能
从图12可以看出预制节点的阻尼系数与现浇节点相差不大,从表10对比来看,在5 mm位移处预制节点阻尼系数较现浇节点小一半,主要是因为这时变形很小,现浇节点的耗能主要是混凝土受拉塑性开裂,而现浇节点由于在小变形下混凝土基本无开裂,所以耗能较低。而在30 mm以上的大变形状态,两类节点阻尼系数差距大约是20%左右,分析原因为预制节点主要靠后插非预应力钢筋耗能,现浇节点靠钢筋及混凝土开裂耗能,所以有一定的耗能差距。
3结论
通过对试验设计节点的有限元模拟计算,得到了现浇节点和预制预应力装配节点的承载力性能和抗震耗能性能。
1)通过对承载力的对比,预制节点通过合理的设计承载能力可以达到与现浇节点相同的能力。
2)通过耗能分析可以看出预制节点的刚度退化快于现浇节点,但是差距在20%以内,需要做进一步的研究改善性能。
3)预制节点耗能性能与现浇节点基本接近,在小震中的耗能性能还要好于现浇节点。而在大震中的耗能性能有一定减弱,大约在20%左右,需要进一步研究。而预制结构有着很好的自恢复性能,这一点是现浇节点不能媲美的。
计算分析说明预制节点相对于现浇节点在各性能上有一定差距,但是差距并不很大,说明此结构形式通过改善,提高性能后可以替代现浇结构。
参考文献
[1] 姚睿.预制预应力装配式梁柱节点抗震性能研究[D].北京建筑工程学院硕士论文,2010
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装配式框架 篇4
关键词：预制,混凝土框架,受力性能
前言
预制装配式混凝土框架结构, 即由梁与柱、次梁与主梁型钢连接而成, 其中, 连接型钢分为T型等几种类型, 其穿过钢筋混凝土梁中, 与框架横截面形成连接, 稳固框架结构形态。因而, 在当前建筑工程项目实施过程中应提高对其的重视程度, 且全面了解混凝土框架结构受力性能, 就此稳固建筑结构, 满足当前高层建筑领域发展需求。以下就是对混凝土框架结构受力性能等相关问题的详细阐述, 望其能为当前建筑行业的健康稳定发展提供有利参考。
1 工程概况
某项目工程在建设过程中, 包含了地下1层、地下2层、地上21层设计, 其中, 地上建筑为娱乐、餐饮一体的综合大楼, 总建筑面积为2600m2。此外, 地下1层、地下2层在施工过程中为了增强框架结构稳定性, 采用了预制装配式混凝土框架结构, 且由梁、板、柱预制构件等共同组成整体结构, 并通过工厂现场安装方式, 将框架使用年限设定为50年, 抗震等级为6度, 结构安全等级为2级。因而在此基础上, 为了全面掌控到该建筑框架结构实际受力情况, 采取了有限元分析法, 即参照1:2算例原则, 构建有限元模型, 确定模型长宽比为1.65, 即长度为4350mm, 宽度为2750mm, 同时, 有限元模型中梁与板间采取机械连接方式, 就此满足受力性能分析条件。
2 参数分析
2.1 混凝土强度
在预制装配式混凝土框架结构设计过程中, 由于连接件个数、混凝土强度、连接件抗弯钢筋强度等均在一定程度上影响着整体结构受力性能。因而, 在实际受力情况分析过程中应注重导入有限元程序ABAQUS研究, 然后, 设计损伤塑性本构模型、双折线本构关系模型、库伦摩擦模型等, 分析模型数据, 判断框架结构整体受力情况。例如, 在混凝土强度参数分析过程中, 为了全面了解混凝土强度对预制装配式混凝土框架结构受力情况的影响, 在AVAQUS有限元程序研究中, 将混凝土强度分为三种, 其一, 为C30;其二, 为C40;其三, 为C50, 然后, 参照有限元模型, 描绘P-△关系曲线, 且全面分析混凝土强度与构件P-△间影响作用。而从有限元分析结果中即可看出, 混凝土强度对建筑地下1层、地下2层承载力的影响较小, 主要由连接件承担[1]。但基于混凝土强度提高的基础上, P-△曲线弹性有所提升, 即由于混凝土剪切模量与强度存在着紧密联系, 因而, 如若混凝土强度由C30上升为C40, 那么其屈服荷载、开裂荷载将随之增大, 且开裂前混凝土将承担水平力。
从中即可看出, 混凝土强度将在一定程度上影响构件延性, 为此, 在建筑框架结构设计过程中应提高对此问题的重视程度。
2.2 连接件间距、强度
在有限元分析过程中为了保障分析结果的精准性, 采用了ABAQUS相互作用功能模块, 同时, 注重以命令嵌入方法, 表达有限元模型中钢筋与预埋件锚筋等, 而从P-△关系曲线不同连接件个数影响作用可看出, 剪力连接件个数的变化将在一定程度上影响到地下建筑1层、地下建筑2层平面内受力, 如, 极限荷载、屈服荷载、开裂荷载等, 且保持着正相关关系, 即当剪力连接件个数为1个时, P为650KN, 当剪力连接件个数为2个时, P为750KN, 当剪力连接件个数为3个时, P为810KN[2]。此外, 从连接件位置去掉情况可看出, 中间部分影响作用最小, 因而, 在高层建筑设计过程中可通过对连接件个数和间距的调整, 改善地下1层、地下2层受力情况, 满足高质量建筑设计要求。
在连接件抗弯强度对结构P-△曲线影响分析中, 为了精准化分析结果, 采用了两种钢筋, 其一, 是HRB400, 其二, 是HRB335, 然后, 在试件开裂前研究中发现, 两种钢筋P-△趋向基本一致, 即均由混凝土承担受力。而在试件开裂后期, P-△曲线刚度退化基本重合, 即表示在HRB335和HRB400弹性模量相同的基础上, 连接件抗弯强度对结构受力的影响作用较小, 为此, 在预制装配式混凝土框架结构设计过程中, 应结合连接件抗弯强度影响作用特性, 以期达到最佳的工程施工状态。
2.3 边梁强度
在边梁纵筋强度有限元分析过程中, 将屈服强度分为HRB335和HRB400两种, 然后, 结合有限元程序ABAQUS给出的P-△关系曲线, 可看出, 在开裂前, 由于承载力主要由混凝土承担, 因而, 边梁纵筋强度对楼面受力影响作用较小。而在试件开裂后期, 基于钢筋强度有所提升的基础上, 其极限荷载、屈服荷载均向极限值转变, 最终试件呈现出承载力急速下降的趋势, 即边梁纵筋强度对受力后期有着明显作用效果[3]。此外, 从边梁箍筋强度影响作用角度来看, HRB335和HRB400两种钢筋在试件受力过程中影响作用基本一致, 即P-△曲线基本吻合, 同时, 从P-△曲线变化情况角度来看, 边梁箍筋对抗剪作用较小, 即如若边梁箍筋处于尚未屈服状态, 那么其强度对受力性能的影响效果将处在不明显的状态。
3 结果分析
就本次有限元分析结果来看, 预制装配式混凝土框架结构受力性能表现如下:
第一, 在混凝土开裂前期, 混凝土将承担一定的水平力, 同时, 已经达到极限荷载构件的延性, 将受混凝土强度的影响作用, 如若, 混凝土强度由C30提高至C40, 那么构件延性将随之降低, 因而, 在建筑框架结构设计过程中, 应注重通过对混凝土强度的合理化设计, 稳固框架结构受力性能。
第二, 当混凝土开裂后, 连接件个数将在一定程度上影响预制装配式混凝土框架结构极限荷载、屈服荷载等变化情况, 同时, 当连接件个数分别为1个、2个、3个时, 极限荷载将随之提高, 即其对应值分别为650KN、750KN、810KN。因而, 在建筑设计期间, 为了改善建筑受力性能, 应注重对连接件个数进行合理化调整, 以期满足建筑施工条件[4]。
第三, 在混凝土开裂后, 如若连接件抗弯强度提高, 那么框架结构中极限荷载、屈服荷载等将随之提升, 且对试件受力阶段的影响作用较大, 为此, 在框架结构设计时, 应提高对此问题的重视程度, 合理把握连接件抗弯强度设计等, 最终进一步提高建筑结构整体稳固性, 延长建筑使用寿命, 且就此打造安全的建筑空间。
4 结束语
综上可知, 基于当前生活水平不断提高的背景下, 人们对建筑结构受力性能提出了更高的要求, 因而在此基础上, 为了规避预制构件缺陷问题影响建筑施工质量, 需在预制装配式混凝土框架结构设计期间, 利用有限元分析方法, 对参数, 即边梁强度、连接件间距、强度、混凝土强度等受力性能影响作用进行分析, 最终结合有限元分析结果, 不断改进建筑设计中预制构件质量, 且提高建筑构件极限荷载、屈服荷载等, 有效满足建筑空间受力性能需求。
参考文献
[1]管宇, 周天华, 吴函恒.多高层钢框架-预制混凝土抗侧力墙装配式结构竖向受力性能研究[J].建筑结构, 2014, 20 (13) :64-71+28.
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装配式框架 篇5
美国国家BIM标准(NBIMS)对BIM的定义主要包括以下三个方面的含义:
(1)BIM是建筑的一种数字化表达方式,其包含了建筑的物理和功能特征。
(2)BIM是一种共享的信息资源,该资源覆盖了从建筑的概念设计阶段到后期运营维护的全生命周期,为各阶段的决策提供了坚实、有力的保障。
(3)BIM为建筑生命周期内不同阶段、不同参与方提供了一个插入、提取、更新或者调整相关信息的开放式数据协作平台(见图1),以支撑和反映相关参与方的权利与义务。
综上可知,BIM技术相当于建筑的DNA,包含了建筑全生命周期各个方面的信息,用于指导协助各个阶段建筑的实施与运行,有效提升人们对建筑的深入理解和掌控力[2]。
目前,BIM技术及装配式建筑仍处于起步阶段,而且还未真正实现BIM技术与装配式建筑的完美结合。希望通过本文的研究,能够有助于将BIM技术的理念及装配式建筑真正应用于实际工程当中,保障我国装配式建筑的快速、健康发展。
1 BIM技术及装配式建筑发展概况
目前,在JGJ 1—2014《装配式混凝土结构技术规程》等相关规范中提及的“等同现浇”概念是为了迎合以现浇结构为主的建筑市场而出现的,但从真正意义上讲,现浇与装配仍旧需要按照两套不同的理念来设计与施工,尤其是在节点构造方面,还有待于进一步研究。
采用预制构件建设的混凝土框架结构通常需要相当高的高水平的规划和设计投入,这会在一定程度上影响装配式结构在未来发展中的优势。为尽量降低这一影响,通过引入BIM技术可以完美实现。
BIM是一个全方面协作的过程。这个过程包含了不同的利益主体(业主、设计院、施工单位等),用于不同主体之间的信息维护及准确传递。相当于从一个静态理解提升到一个动态运行的过程,实现BIM技术在实际应用中的价值,从而改变以往业主、设计、施工各自为政的工作形式,实现全方位交流、共同控制的模式(见图2)。
BIM技术的理论研究正逐步跨越到“规划、设计、施工、运维”全生命周期过程中。通过信息集成,将设计成果、施工数据、管理数据以及运维数据进行汇总,实行一站式的全方位管理,对施工阶段进行施工全过程管控,实现施工优化。
2 BIM技术在装配式结构实施各阶段的应用价值
BIM技术在装配式结构实施各阶段的应用价值大致体现在以下6个阶段[2]:
2.1 项目的整体阶段
BIM技术在整个建设项目全生命周期过程中,提升了整个项目的工程质量,缩短了工期,提高了总体效益,同时对提高相关工作人员对项目的整体把控能力起到了积极作用。与此同时,为实现“智慧城市”打下了坚实基础,减少了建筑信息在传递过程中出现的各种问题,增强了项目可行性决策分析的精确度。
2.2 项目的设计阶段
对于整个项目而言,设计阶段具有举足轻重的作用。因此,设计人员应该将更多的精力投入到设计上来。为了提高设计效率,可以采用参数化构件快速搭建模型。在此过程中,BIM技术可以尽量减少不同专业之间以及本专业内的冲突与摩擦,避免了重复性工作(如自动控制钢筋保护层厚度、自动生成工程量统计等),减少出图工作量(平面、立面、剖面等可直接由模型自动生成),提高设计精度,从而实现高效、精确地设计。
2.3 构件的制作阶段
对于装配式结构,主要是对预制构件进行设计制作。应用BIM技术有利于构件厂工人更加直观地理解需要做的工作,提高预制构件厂自动化生产程度,同时提高预制构件的质量与制作精度,减少次品率。应用BIM技术,还有助于构件进行编号,方便管理。
2.4 施工吊装阶段
预制构件制作养护完毕,达到一定强度要求后,需要进行预制构件的施工吊装及结构拼装。在此阶段运用BIM技术,可以提前模拟工程施工工序,提前发现可能存在的一些问题,便于后期指导实际施工。在这个阶段,应用BIM技术可以提高施工管理人员对工程的认识与了解,提高施工组织效率,对构件堆放以及运输路线可以进行更加可靠的安排,在构件拼装的过程中便于构件定位。
2.5 运营维护阶段
为适应对建筑全生命周期进行负责的时代要求,应用BIM技术便于及时记录建筑预制构件及建筑设备的变更维修状况,同时,有利于实现智能化、信息化的物业管理,为促进整个建筑的后期维护发挥积极的促进作用。
2.6 拆除阶段
随着时代的发展,建筑日新月异,不可避免地要面临建筑拆除的可能性。应用BIM技术,有利于制定拆除方案,提高拆除效率,还便于定位有价值的可供回收的部件,实现资源的优化配置和合理利用,促进绿色建筑的实施。
基于装配式结构实施的各个阶段可以看出,BIM技术对于装配式建筑的发展具有非同一般的意义,从宏观上,对整个工作流程起着统领的作用,具体到各个关键工作环节,BIM技术在各个细部工作中,也有着举足轻重的作用。
3 结语
装配式混凝土框架结构是近年来建筑业发展的热门支流。BIM技术的引入,为装配式结构注入了发展动力。BIM技术的理念,在装配式结构工业化、精细化方面的特点,有着不言而喻的契合之处。通过将两者结合,实现BIM技术在装配式结构实施各阶段的应用,可以促进建筑工业化的发展,加快装配式结构的推广。
摘要：随着我国经济的快速发展,住宅产业化、建筑工业化必将成为未来发展的重要路线,其发展能有效地缓解日益突出的人口、资源、环境等各方面的压力。装配式结构在经济发展大趋势的影响下,显示出越来越突出的优势,成为建筑业近年来的研究热点。但伴随而来的是对未来设计与施工精确度以及复杂度提出的更高标准和要求。针对此问题,采用BIM技术对装配式混凝土框架结构进行了预拼装仿真研究,避免了在实际施工过程中预制构件吊装与安装过程中发生的碰撞等问题,以更好地指导施工,为促进装配式结构的发展提供支持,实现BIM技术与装配式结构的良好结合,从而保证装配式混凝土框架结构全生命周期的精确化管理以及效益最大化[1]。
关键词：BIM技术,装配式结构,住宅产业化
参考文献
[1]王兰芝,郄泽.装配式建筑施工BIM仿真模拟[J].中国住宅设施,2015(3):81-83.
装配式框架 篇6
关键词：装配整体式,预应力框架结构体系,抗震性能,BIM技术,设计,施工
中国经济的快速发展令世界瞩目,但环境的承载能力也考验着经济发展的内在质量。在环境保护面前,每一个锐意进取的中国企业都在思考着属于自己的责任与担当。上海市关于预制装配式的最新文件要求:新建装配式建筑,各区县政府在本区域工地面积总量中落实装配式建筑的建筑面积比例:2 014年不少于25%;2015年不少于50%;2016年,外环线以内符合条件的新建民用建筑原则上全部采用装配式建筑,装配式建筑比例进一步提高。
中建八局响应国家号召,以大力发展装配式建筑作为推行节能减排的重要切入点,努力提升建筑业工业化水平。将大量高噪声、高污染的“湿作业”搬到工厂中生产,有效减少了建筑污水排放、施工噪声扰民、有害气体及粉尘污染,最大限度减少建筑施工对周边环境的影响。同时,在加快施工速度、减少劳动力、提高工程质量等方面,装配式建筑优势明显。
1 工程概况
该工程位于虹桥核心商务区,紧邻中国博览会会展综合体。设计初期为项目售楼处,交付使用后作为物业办公楼使用,工程效果如图1所示,建筑平面如图2所示,其中横向最大柱间距12.6m,纵向柱间距5.4m,建筑面积1 200m2,建筑高度8.5m,地上2层,一层层高4.5m,二层层高4.0m,预应力混凝土框架结构,采用预制装配式施工方法建造,主要预制构件为预制柱、预制梁、预制叠合板和预制楼梯,预制率达到80%以上。
2 体系介绍与协同设计
2.1 装配整体式预应力混凝土框架结构体系
北美国家,如美国、加拿大等,从20世纪二十年代开始探索预制混凝土的开发和应用,到20世纪六七十年代PC技术得到大面积应用。目前,PC技术在居住建筑,学校、医院、办公等公共建筑,停车库,单层工业厂房等建筑中都得到广泛应用。在工程实践中,由于大量应用大型预应力预制混凝土构件技术,使PC技术更充分地发挥了其优越性,体现了施工速度快、工程质量好、工作效率高、经济耐久等优势。美国和加拿大PCI组织都完成了PC技术的规范和标准的制定工作,拥有完备的使用手册。这些手册持续、实时更新,以适应技术的发展。而我国装配式预应力混凝土框架结构的研究才刚刚起步。为了推进该项技术的应用,中建八局与同济大学合作研发了装配整体式预应力混凝土框架结构体系,该体系已经写入上海市地方标准《装配整体式混凝土公共建筑设计规程》
该体系梁柱节点连接如图3所示,预制柱通过灌浆套筒连接,叠合梁板,通过现浇梁柱节点与预制柱进行连接,预应力筋在现浇混凝土浇筑完毕并达到设计强度后进行穿束并灌浆。
该体系抗震性能试验结果显示,满足“强柱弱梁”的设计理念,且满足设计使用的要求。其抗震性能试验破坏形态如图4所示。
2.2 深化设计
1)装配整体式预应力技术的应用采用自主研发的装配式预应力框架结构体系,将预应力技术与装配式结构相结合,框架主梁后张预应力筋穿过梁柱节点核心区,实现跨度更大,结构受力更加合理。预应力筋穿束深化设计如图5所示。
2)深化设计与结构设计相协同在设计初期阶段,装配式结构深化设计介入,与建筑设计、结构设计有效结合,使施工图设计一次成型,避免重复改动,节省设计时间。其中预制柱采用节段柱的形式,如图6所示,该方法可减少一次预制构件间连接,加快安装施工速度,降低成本。梁柱节点连接如图7所示,柱底灌浆套筒定位如图8所示。
3)数字化移动生产该项目采用数字化移动式预制构件生产模式,根据项目特点,在现场搭设预制构件生产区,通过精心设计、精益施工,构件质量达到工厂化生产预制构件的质量。
4) BIM技术应用深化设计阶段,有效应用BIM技术,对预制构件尺寸、钢筋及埋件位置进行碰撞检查;施工阶段,进行工况模拟。核心区钢筋施工模拟如图9所示。
3 施工注意事项
3.1 预制节段柱吊装注意事项
节段柱如图6所示,其一层梁柱节点处为中空,只有钢筋连接,为薄弱点,为避免其在吊装、安放过程中发生过大变形,影响节段柱垂直度,对其做构造斜筋进行加强,其措施如图10所示
节段柱起吊时,利用柱身埋设的吊环进行吊装,如图11所示;翻身时,一台汽车式起重机钩住柱顶吊环,另一台汽车式起重机钩住下节柱身上吊环,缓慢转动,完成翻身。
3.2 钢筋套筒灌浆注意事项
1)清扫楼板表面,不得有碎石、浮浆、灰尘、油污和脱模剂等杂物;灌浆前24h,楼板表面应充分湿润;灌浆前1h,应吸干积水
2)推荐采用机械搅拌方式,搅拌时间一般为1～2min,采用人工搅拌时,应先加入2/3的用水量拌合2min,其后加入剩余水量搅拌至均匀。标准稠度加水量为12%～14%。
3)灌浆方式可采用自重法、高位漏斗法、压力注浆法。本项目采用的是分段注浆法,由于浆料流动距离长,采用压力注浆,保证施工质量。
4)坐浆层或坐浆层封堵材料采用高强砂浆,砂浆强度不低于剪力墙混凝土强度
5)下部注浆孔进行注浆,当上部出浆孔有浆料溢出时,视为该注浆孔完成注浆,注浆时必须连续进行,不能间断,并应尽可能缩短灌浆时间
6)注浆过程中及注浆完成后要观察内、外墙面是否有注浆料渗漏,如有渗漏应及时封堵。
7)充填完毕后4h内不得移动套筒,灌浆材料;充填操作结束后1d内不得施加振动、冲击等影响。
现场灌浆套筒施工如图12所示。
3.3 叠合板施工注意事项
安装叠合板时底部必须做临时支架,支撑采用可调节钢制PC工具式支撑,间距900mm,安装楼板前调整支撑标高与两侧墙预留标高一致。
在楼板结构层施工过程中,要双层设置叠合板支撑,待上层叠合楼板结构施工完成后,同时下层叠合楼板现浇混凝土强度不低于75%设计强度时,才可以拆除下一层支撑。
4 结语
1)工程为设计一施工一体化。结构设计阶段,深化设计与施工方提前介入,进行协同,提前考虑设计、施工中的问题,减少施工难度和后期变更的可能性
2)工程中应用BIM技术进行碰撞检查和模拟施工,可在施工前对建筑进行虚拟建造,提前发现问题,减少后期返工。
3)本工程将装配整体式预应力混凝土框架结构体系首次运用于实际工程,且效果明显,对推动该体系的应用具有示范作用。
4)工程预制装配率达80%以上,对推动上海市建筑工业化的发展具有重要意义。
参考文献
[1]吕志涛,孟少平.预应力混凝土框架结构抗震设计中问题的探讨[J].工业建筑,2002(10):I-3.
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