整体装配式（精选7篇）
整体装配式 篇1
1、前言
住宅厨房的装配式整体设计是一项系统工程, 它是在给定的住宅厨房空间中, 在规定的材料种类、生产工艺及结构的标准单元柜 (即标准的材料、标准的尺寸、标准的工艺的单元柜) 的基础上, 按居住人群的基本需求设计、生产和建造的。同时, 上述条件对厨房空间的设计具有反馈和引导的作用。目前大部分住宅厨房都是居住者根据自己的喜好自行布置, 这样的厨房, 在设计中容易存在建筑设计与厨房家具设计等不同步, 建筑设计中各类设备、设施、管线等与厨房家具的排布存在“打架”或“难以使用”等等的问题。除此以外, 这样设计的厨房空间难以实现一体化装配, 往往还存在功能分区不清晰、标准化程度不足、现场手工作业比例高、维护替换成本大等问题。
以标准化的角度看, 整装厨房应按照设计环节的模块化和集成化, 生产环节的整装化和建筑安装环节的标准化分步考虑和实施;以整装产品的角度看, 结合厨房功能空间以及厨房家具、管线、接口等的设计特点, 包含设计技术集成化、安装工艺标准化、质量检验标准化三个主要的部分。
本研究主要落脚在装配式整体厨房设计技术的总结和提升, 以及整体装配的工艺总结。其中包含:厨房设计研究、厨房与管线接口协调、厨房机电点位设计、给排水设计与协调等, 整体偏重整装厨房组件的功能模块组合与套内设备管线衔接和协调, 安装工艺的优化等。
2、装配式整体厨房设计研究
“装配式整体厨房”的涵义是指整体配置、整体设计、工厂标准化生产、现场装配式安装的整体厨房的设计建造理念。家庭厨房中, 电器设施种类较多、机电管线较为复杂, 而其在较集约的空间中承载着各种使用功能。目前在设计过程中多采用各专业“甩接口”, 后期装修过程中再加以处理的方式, 这一定程度上也造成了传统厨房功能分区难以实现“装配式整体厨房”的设计建造理念。除此以外, 厨房还应在满足上述条件下对储存功能加以全面考虑, 以实现锅具、碗筷、调料、米面、干货、罐装物品、刀具、小型家用厨房电器的独立方便地储存。
而本次研究主要侧重于在给定空间下, 满足基本使用需求、人体工学尺度的同时, 探索合理尺度的功能空间参数, 找到建筑模数与室内设备设施等尺度的协调方法。另外, 对传统厨房设计中, “甩接口”造成的“给排水”、“电”、“风”、“暖”等管线接口难以协调的问题进行梳理, 给出一定的设计标准和建议。
2.1 厨房功能分区
对厨房进行功能分区至关重要, 流畅合理的操作流程, 充分考虑炊事操作流线及操作习惯, 按照人体工效学原理和炊事储备需要, 设计储存区、洗涤区、操作区、烹饪区等形成黄金三角关系, 能够提高效率, 减少人的走动, 从而达到布局合理, 充分利用空间的要求。在设计中, 各空间区域需要注意的点如下:
1) 存储区:是贮备食物和餐具的地方。冰箱应是最主要的设备, 其次是存放各类餐具的橱柜, 如抽屉、拉篮等。随着生活节奏的加快, 人们对厨房的贮存量也提出了更高的要求, 所以说整体厨房设置合理数量的贮存区必不可少。
2) 洗涤区:主要功能是蔬菜水果的清洗、餐具的清洁、残渣的清除等, 可配备洗涤池、洗碗机、消毒柜、碎渣机等。
3) 操作区:餐前要进行食品加工、切菜、配料等准备工作, 为烹调活动做好准备。可根据需要设计相关柜体、抽屉。一般家用厨具也多放在准备区, 应考虑到方便存放、拿取、使用。
4) 烹饪区:是厨房的核心, 它需要配置炊具、炊具柜、通风排烟装置, 需配置燃气灶、抽油烟机、灶柜等。灶柜旁边可设计拉篮柜, 方便油、盐等调味料的存放和取用。
为了增强橱柜、吊柜等厨房家具的标准化程度和互换性条件。通过对厨房空间功能区域、设备设施和橱柜家具等的分析研究, 可以将厨房功能组件的基本模数定为3M和2M两个主要类型, 与建筑主体的基本模数1M对应1) 。例如, 橱柜可以上述原则, 分别以300mm、400mm、450mm等标准尺寸为单位, 在设计过程中进行橱柜排布时, 根据厨房平面条件, 尽量仅采用其中一种尺寸, 避免过多的家具规格出现, 可以实现生产、安装、维护更替等环节的便利。
厨房功能分区设计可参考如下原则进行:
1) 宜与卫生间相邻, 合用管线以节约材料、降低施工成本、便于后期改造;
2) 厨房与起居室或餐厅就近布置, 增大厨房的交接面, 隔墙应为轻质隔墙, 便于灵活改造;厨房宜采用推拉门, 以充分利用空间;
3) 可采用复合利用的厨房空间, 如封闭热炒间与开放式操作备餐间的组合;
4) 厨房宜设置生活阳台, 方便物品储存、放置杂物;
5) 各种竖向管线宜集中敷设, 并在墙角处形成管线区, 横向管线宜设于整体厨房产品下部靠墙位置;
6) 厨房的排油烟机排气宜采取独立外排系统替代排气通风道, 并应设置窗式通风构造器来引入新风, 采取防倒灌、串气、串味的有效措施。
7) 厨房尽量设计为独立可封闭的空间, 同时兼顾敞开式使用需求;
8) 厨房设计应根据人体工程学原理, 按“洗、切、烧、搁”炊事流程合理组织操作流线。
9) 厨房应设置操作台, 操作台宜采用L形或U形布置, 放置灶具、洗涤池的操作台深度不宜小于550mm, 双排操作台之间净距不应小于900mm;
10) 厨房应设置吊柜, 吊柜的设置不应影响厨房自然通风、采光及厨房内热水器的通风。吊柜内的搁物板宜采用上下可调式设计;
11) 厨房应设置洗涤池、灶具、排油烟器等, 当预留冰箱、微波炉、电饭煲、洗碗机、热水器、消毒柜的位置时, 应设相应的机电接口;
12) 如采用嵌入式下进风灶具时, 其下部柜体应设计进风百叶;
13) 厨房地面应选用防滑、易清洁的材料, 顶面、墙面应选用防火、抗热、易清洁的材料;
2.2 建筑空间与装配式整体厨房的关系
模数是装配式整体厨房标准化、产业化的基础, 是厨房与建筑一体化的核心。模数协调的目的是使建筑空间与整体厨房的装配相吻合, 使橱柜单元及电器单元具有配套性、通用性, 互换性, 是橱柜单元及电器单元装入、重组、更换的最基本保证。
建筑空间要满足橱柜模数尺寸系列表和橱柜安装环境的要求, 橱柜、电器、机具及相关设施要满足产品模数, 只有这样才能将住宅的建筑土建设计、施工、整体厨房产品设计、生产厂家和施工单位共同遵循的模数统一协调起来, 使厨房实现灵活、多样的设计。我们提出了橱柜安装环境的要求以及整体厨房产品待装腔体空间 (或单体) 本身的技术要求:
装配式整体厨房产品待装腔体空间 (或单体) 是指厨柜柜体 (未安装电器及五金件) , 可以直接和建筑空间配合的, 我们称之为单体。
建筑空间与装配式整体厨房产品之间的配合关系, 主要研究这些产品待装腔体空间或单体与建筑空间配合问题, 以及对配合体双方提出要求, 以及配合体可能产生的问题等。
建筑空间的基本模数是100mm, 其符号为M, 厨房开间与进深和整体厨房产品的模数应是建筑模数的倍数, 为提高整体厨房产品项目之间的整体装配型, 标准允许0.5M的存在。
设计环节经过市场调研、人体工学, 以及生产环节板材出材率, 同时满足嵌入电器设施标准并兼顾建筑模数, 我们将橱柜的外形尺寸进行了标准化的规定, 无论是建筑设计, 还是橱柜产品设计, 我们可以采用如下规格进行考虑:
2.3 装配式整体厨房产品与管线接口协调
为实现整体厨房的装配式安装, 其设计必须从建筑设计入手, 各配套专业予以随时参与。将厨房的使用功能、空间利用、环境质量、节能、建筑、结构、水暖、电气、燃气等专业协调统一, 充分考虑厨房的基本功和使用要求。各种产品的尺寸必须符合人体工程学的原理, 满足人们舒适、卫生和安全的基本需求为目的, 使厨房的电器与柜体组合、配件与柜体连接、柜体与墙体连接等模数协调统一, 实现厨房产品配套性、通用性、互换性和扩展性的同时, 满足人们现代生活模式的需求。
整体厨房产品与管线接口之间的配合关系主要解决给排水管线接口 (冷水接口、热水接口、排水接口、直接饮用水接口、中水接口等) , 电接口、燃气管线接口、通风管线接口, 智能化接口以及各种接口 (电话接口、有线电视接口、网络接口、各种远传表具接口、各种探测器接口) 与各种管线及相关产品 (如灶具、热水器、洗涤池、排油烟机、电冰箱、洗碗机、微波炉、消毒柜、垃圾粉碎机以及洗衣机、电话、电视、网络等) 的连接等问题。厨房给水、排水、燃气等各类管线应合理定尺定位设计, 管线与产品接口设置互相匹配, 并应满足整体厨房使用功能要求, 同时设计应建立在用户的人体工程学的基础上, 管线与产品接口连接方式应安全可靠, 保证密封性。排水管管道布置宜采用同层排水方式, 应符合各相关专业标准的要求, 管线接口等的协调原则如图2。
另外, 各种竖向管道和管线宜集中敷设, 在安全、防火、卫生等方面互有影响的管道不应敷设在同一竖井内, 宜集中在选用设备附近的墙角处形成管线区, 管线区宜采用轻型、防腐、防潮、阻燃板材进行遮蔽, 遮蔽部分应考虑通风, 并尽可能在每层靠近公共走道的一侧设检修门或可拆卸的壁板, 检修门和可拆卸壁板等应符合防火规范的有关规定。厨房、卫浴间各种管线敷设应综合考虑。设备与管线及接口设置互相匹配, 并应满足厨房卫浴间使用功能的要求, 应保证密封性, 并应符合各相关专业的标准、规范的要求, 厨卫器具平面布置和配件接口, 在满足要求的同时, 力争做到美观与实用相结合。
各种管线除要达到自身系列的配套化外, 还要考虑与其他产品的连接。产品与管线, 管线与管线之间的配合要采取统一设计、统一施工的方法。管线与产品要靠近, 管线之间要符合安全与安装要求, 避免交叉和重叠。
为了使室内环境整齐美观, 管道应尽可能集中隐蔽设置, 可设立集中管井, 管道间和水平管道区, 方便管理和维修, 各户的排水支管应不出户。智能化住宅应实行综合布线, 合理设置接口或插头的位置和数量, 达到使用灵活方便。
2.4 装配式整体厨房机电点位的设计方法
厨房插座布置, 厨房家用电器种类、数量众多, 且在不断增加, 所以布置插座时, 必须要明确厨房内的电器及设备设施产品的排布。插座的设置步骤为:确定电器设备摆放位置->确定强弱电插座位置范围->与家具、管线、设备等的综合协调->定位强弱电插座位置。在确定强弱电插座位置的同时, 对插座的使用数量有合理的计算, 并且对未来可能的扩展有充分的预估, 从而在设计时就将这些因素考虑进去, 尽可能的一步到位, 避免日后二次施工的麻烦。具体到各个功能的插座排布可按照以下内容操作:
主要电器包括冰箱、电饭煲、油烟机、消毒柜、电饼铛、微波炉、电磁炉等。首先应根据固定电器的位置安装插座, 后结合排水、水池、切菜台的位置安装, 在炉台旁边安装两组, 切菜台上方安装3组作为其它电器的备用。一般为电饭煲、微波炉等电器配备带开关的插座, 这样设备插头就不需要频繁插拔, 而接近水源的位置如果安装插座, 则同时需要装上防溅盒予以保护。
电源插座在设置上应尽量考虑现在电器产品的多元化和多样性, 预留足够的插座位, 见下表1:
2.5 给水排水设计
装配式整体厨房给排水设计应按照一定原则来进行, 即给水、排水管道的应与建筑结构体分离设置:
1) 共用给水、排水管道立管应设在独立的管道井内;
2) 套内排水管应同层敷设, 在本层套内接入排水立管和建筑排水系统, 不应穿越楼板进入另一户空间。
a给水系统设计要点:
1) 给水系统由套外给水立管、套内分水器、套内管线和套内用水部品组成, 设计时应统筹考虑。
注:房间内装于轻墙中的电源、信息接线盒应避免墙两边相对安装;分户墙体内的电源、信息接线盒应避免墙两边相对安装, 避免声桥;信息口应和电源水平距离0.5米以上。
2) 给水分水器应设置在架空地板层内等便于维修管理的位置。分水器每个出水口供水压力应相同。
3) 套内给水、热水、中水管道应布置在架空地板内。
4) 宜采用DN20带套管的标准化给水管连接分水器和用水部品。分水器与用水部品, 分水器与用水部品的管道应一对一连接, 中间不出现接口。
5) 套内水平给水、热水、中水管道, 应严格区分外套管的颜色。
b排水系统设计要点:
1) 排水系统由套外排水立管、套内集水器或旋流器、套内用水部品组成, 设计时应统筹考虑。
2) 排水集水器或旋流器宜设置在分户墙内架空地板处, 同时设置方便检查维修的装置。
3) 排水横支管应选用内壁光滑的标准化排水管道, 管径宜为75mm, 中间不宜有接口, 并应设置必要的清通附件。排水横支管长度不宜超过5m;超过5m时, 应设置环形通气管, 与通气立管连接。
4) 集水器或旋流器与用水部品的管道应一对一连接, 中间不出现接口。
5) 套内排水管道宜敷设在架空地板内, 并采取可靠的隔声、减噪措施。
6) 整体厨房的排水管宜与排水集水器或旋流器连接后, 再接入排水立管。
3、装配式整体厨房装配流程
装配式整体厨房产品实现装配过程中的每一步实际安装的操作流程和质量要求, 必须保证安装的结果符合整体设计要求。下面主要叙述其主要装配流程:
1) 找基准点:整体厨房装配式安装之前先确认好安装的方法和顺序, 不同的产品, 不同的款式类型安装方法均有不同;整体厨房按照建筑结构和设计布局橱柜的组合形式一般分I、L、U、岛形等, 他们的安装顺序和基准点的方法有:
(1) I字型柜子从无伸缩装饰板的一端装起, 另一端可以来用装饰板调整缝隙, 以弥补建筑误差造成的缺陷 (图3) ;
(2) L型从拐角装起, 拐角柜安装好后, 再依次安装其它柜子;
(3) U型柜从中间装起, 平衡好两端的拐角柜后, 再依次安装两边的柜体;
2) 安装地柜:
(1) 安装支腿 (图4) :将柜体倒放在打开的包装膜上, 把调节脚安装到柜体底板上的调节脚底座上, 用直尺作参照并调节地脚高度一致, 然后将已装好调节脚的地柜按设计图纸所示摆放。
(2) 调整水平 (图5、图6) :按照图纸和安装顺序摆置, 用水平尺测量其上平面是否水平, 若不水平必须重新调整地脚, 通过调节地脚, 用水平尺检测整组柜体的水平与垂直程度, 确保整组柜体水平和垂直。安装时注意每个柜子底板与地面的距离, 以保证不会影响踢脚板的安装。
(3) 开管道孔:如地柜柜体需要躲管道挖缺口的, 必须量好管道的直径尺寸大小, 并参照柜体位置在柜体上划线, 再用曲线锯在其对应柜体的位置按其大小开孔。开孔的部位必须涂上玻璃胶进行密封, 使其不受潮, 并装上U形密封条。此项技术现场开孔并二次密封是整体厨房实现装配式安装的关键, 也是有效解决管道与橱柜产品冲突问题的较好办法。
注意事项:柜体连接固定, 柜体调平后, 必须用连接螺钉把柜体与柜体连接固定于一体, 连接时一定要保证相邻两个柜体的各个端面平齐。在柜体的前、后靠近顶底端的孔位内用连接螺丝固定。使橱柜单间产品通过装配式安装后达到预期的整体效果。
3) 安装吊柜:
(1) 确认安装高度 (图8) :按设计高度或根据现场实际测量情况划线, 划好所挂吊柜高度的水平线, 若有护墙板, 需要参照它的高度进行安装;若有桶柜, 参照桶柜的高度安装, 一般吊柜与桶柜的高度平齐。
(2) 吊柜挂件定位 (图9) :挂件孔位确定准确, 左右定位离墙距离要注意墙体及墙角的误差及装饰板宽度;按照挂件在墙上标注的位置, 用电锤往墙上打膨胀螺栓孔, 注意深度和大小必须与实际相符, 一般比螺栓深1-2厘米。将吊码的挂片按已划好线的相对位置用膨胀螺钉固定好。
4) 踢脚板和顶线的安装:
(1) 清理地面:装踢脚板之前, 必须把地柜底部的粉尘及垃圾清理净。
(2) 安装卡子:把踢脚板顺放在厨柜前 (踢脚板下部应垫有保护膜) , 从踢脚板的一端装上卡子, 使卡子与每个地脚相对应, 再将装好卡子的踢脚板装在地柜底部, 使卡子扣到调节脚上。拐弯的地方应装有拐角。如需安装挡水压条, 应在装踢脚板前, 把挡水压条从踢脚板的一端安装在踢脚板上边的槽孔内。安装完的踢脚板下边应与地面平齐, 上边与柜体底板留有地面水平误差留下的缝隙。
5) 细部调整:产品安装完毕, 为了保证安装的最佳效果, 对产品的门板、柜体、及其工作的细节进行调整, 调整的结果符合产品安装质量标准。柜体和门板的调整, 橱柜安装位置符合图纸要求, 柜体摆放协调一致, 地柜及吊柜应保持水平。对整套橱柜的门板和抽屉进行全面调节, 使门板和屉面的上下、前后、左右分缝均匀一致, 符合客户要求。调整完毕, 将柜体的五金配件安装到位;相关电器产品也根据要求安装到位。
4、结语
装配式住宅装修要求用工业化生产的方式来建造住宅, 以提高住宅生产的整体效率, 提高住宅的整体质量, 降低成本, 降低物耗、能耗, 缩短建设周期, 有利于环镜保护和可持续发展。装配式整体厨房与建筑主体结构、各类设施设备管线等的设计、施工同步考虑实施, 能够实现标准化、工业化、配套化的装配式安装, 向住户提供一次到位的成品厨房, 是节约生产设计施工各环节材料、人力、工期等的环境友好型理念。同时, 也是装配式内装体系中较为重要的一环, 而住宅装配式内装相关的设计、建造技术也是推动我国住宅产业现代发展重要手段和抓手。
装配式整体厨房的精细化设计, 在建筑设计中从厨房的管线综合与精细化设计、居室的室内综合设计布置来考虑, 能够提高居住空间的实际使用率, 符合大多数住户的实际使用要求。
参考文献
[1]万子昂, 姜中天, 张蔚, 内装组件功能参数标准化与集成研究, 住宅产业, 2014年2~3月合刊, P89~P94.
整体装配式建筑结构研究分析 篇2
20世纪80年代我国掀起过一次“预制装配式住宅”热[1],将大量的墙板、楼板在工厂预制,运到现场安装,由于当时的材料技术、装备水平、经济水平等条件不成熟,这类建筑普遍存在抗震性能差,隔热、隔音、防水性能不好等缺陷,在90年代实行房改后,由于经济水平的提高,出于对房屋性能的追求,又重回到现浇作业方向,再加上由于住房供求关系的不平衡,急于求得住房的“量”,来不及对住宅建筑的新型结构体系进行深入全面的研究。
随着建筑工业产业化的发展,装配式钢筋混凝土结构重新被人们认识,特别是整体预应力装配式板柱结构技术规程(CECS 52∶2010)的实施,必定加快我国建筑工业化的发展。与现浇施工相比,整体装配式结构有利于绿色施工,因为装配式施工更能符合绿色施工的节地、节能、节材、节水和环境保护等要求,降低对环境的负面影响,包括降低噪声、防止扬尘、减少环境污染、清洁运输、减少场地干扰、节约水、电、材料等资源和能源,遵循可持续发展的原则。而且,装配式结构可以连续地按顺序完成工程的多个或全部工序,从而减少进场的工程机械种类和数量,消除工序衔接的停歇时间,实现立体交叉作业,减少施工人员,从而提高工效、降低物料消耗、减少环境污染,为绿色施工提供保障。另外,装配式结构在较大程度上减少建筑垃圾(约占城市垃圾总量的30%～40%),如废钢筋、废铁丝、废竹木材、废弃混凝土等。
国内外学者对该结构进行了大量的研究工作。Priestley[2]对部分粘结预应力拼接节点进行了理论研究,他指出由于预应力筋在节点内和节点两边一定范围内不与混凝土发生粘结,因此在节点产生较大变形时预应力筋仍可保持弹性。这种节点在大变形后强度和刚度的衰减及残余变形都较小,节点复原能力强;由于预应力的夹持约束作用,对节点区抗剪有利,可以减少节点区箍筋用量。柳炳康等[3]进行了两榀预压装配式预应力混凝土框架梁柱组合体的低周反复加载试验。李振宝等[4]进行了6个混合连接装配混凝土框架内节点试件在低周反复荷载下的加载试验。除了对预制节点进行研究外,许多学者也对整体结构性能进行了研究,柳炳康等[5]对两榀两跨预压装配式预应力混凝土框架进行低周反复荷载作用下的试验研究。韩建强等[6]对一榀预应力装配式框架进行水平低周反复荷载作用下的试验。吕西林等对一个单层、单跨、三榀,采用橡胶垫螺栓连接梁柱节点的装配式预制混凝土框架结构1/2缩尺模型进行拟动力试验[7]。以上研究主要针对预制构件或小型框架结构,不能完全反映整体装配式建筑结构的性能,本文将从整体装配式建筑的特点出发,研究其结构设计思路,并采用ANSYS软件建立整体装配式建筑结构的有限元模型,研究其在正常使用状态下的受力情况。
1 整体装配式建筑特点
整体装配式建筑是装配式建筑的一种,也称为盒子建筑[8]。最大的特点就是在工厂内完成墙体、楼板等主体工程,还能在工厂内完成大部分管道工程和装修工程,能够把现场工作量差事降到最低限度,并且工业化程度相当高。整体装配式建筑多用于住宅、旅馆、医院、学校、办公楼等民用建筑[9,10]。这是因为,这些建筑中相同的房间多,大空间的房间少,用整体装配式建造时可以大大减少构件的类型与规格,这为工厂化生产提供了有利的条件。随着城市交通、工业化、信息化的发展,城市用地也将越来越频繁,建筑物的拆迁也将成为一个很重要的问题,但是采用整体装配式构件建造的建筑,其固有的拆装方便,转运迅速等优点则表现得更充分。
整体装配式建筑在工厂内完成了主体工程,在施工现场只需进行安装。图1就是整体装配式建筑的安装过程。当然整体装配式建筑不仅能向一个方向扩展,也可以向多个方向扩展,见图2。向一个方向扩展的体系,灵活性较小;沿两个方向扩展的体系灵活性较大。
2 整体装配式建筑结构设计思路
结构设计是整体装配式建筑结构设计的重要环节,结构设计思想是按下列原则考虑的:每个整体装配式连接成整体是凸凹槽连接和螺栓连接共同完成的,凸凹槽连接是保证整体装配式上下墙体连接的整体性,用螺栓连接不仅实现了整体装配式的水平连接也实现了竖向连接,见图3,图4。
空间整体装配式结构整体刚度对单间整体装配式来讲,由墙体和楼板整浇而形成的,对于建筑物结构的整体刚度来说,整体装配式建筑每片墙体都提供刚度,但考虑到整体性能,每片墙体在整体刚度中的比例并不是完全的,盒形结构从整体受力形式上看,与一般剪力墙结构相似[11]。而且上下间的整体装配式的竖向连接采用预应力钢筋锁住。因此,在对整体装配式建筑的结构设计时我们设想按一般剪力墙体系进行计算和设计[12]。
但是整体装配式建筑不同于纯剪力墙结构,其上下墙体不是完全的刚性连接,连接方式如上面所述。考虑其连接部分的非刚性作用,参考其他整体装配式研究的数据,我们在此对其刚度进行一个相应的折减,折减系数为0.75[13]。与此同时,要考虑剪力墙翼缘、连梁和墙肢的整体作用,因此要对结构进行等效刚度计算。
3 整体装配式建筑有限元分析
3.1 有限元模型
本文采用通用有限元软件ANSYS建立整体装配式建筑结构的三维有限元建模,具体结构构件选用的单元类型和实常数设置见表1,材料参数见表2。并考虑到盒子之间的实际连接方式进行内力计算,分析盒子结构在地震作用下的位移及墙体受力情况,模型轴测图见图5。
钢筋混凝土有限元模型采用的是实体单元模型。混凝土中的普通钢筋均按2%的配筋率给出。由于上下层的盒子是用预应力钢筋锁住的,而且在盒子与盒子的接触面上需要建立接触单元,因此建模过程中盒子的墙与板均选用实体单元模型。
其中Targe170目标单元和Conta173接触单元主要用于模拟面面接触问题,共享相同的一个实常数号,从而实现一一对应关系。Targe170是用来表达与接触单元相联系的目标面。Conta173用来表示三维目标面与本单元定义的可变形面(柔性面)之间的接触和滑动,表达的是接触面。当接触单元表面渗透到指定目标面上时,接触就发生。
3.2 反应谱分析
本文的主要目的是分析整体装配式结构在正常使用状态下的内力,因此分析仅限于线弹性范围内。本文对模型进行了反应谱分析,地区设防烈度为7度,场地类别为Ⅱ类,设计地震分组为第一组的反应谱分析,水平地震相应系数最大值αmax=0.08,场地特征周期Tg=0.35 s。通过对其进行反应谱分析,其变形图如图6所示,各墙肢的内力见表3。
从有限元分析过程来看,整个结构在受到水平力作用后,分为两个阶段。第一阶段即盒子之间的填充找平砂浆还未出现裂缝。尽管这些接缝部位的刚度低,但整个盒子结构可近似看作是一个剪力墙。随着荷载的增加,其受力状态有了变化,即进入第二阶段,此时可把盒子的整个结构看成是一个剪力墙的单元。
从墙内力上看,它完全同剪力墙一样,整个结构可视为上端自由,下端固定的悬臂构件。从正截面的强度计算,基本上同剪力墙一样,处于偏心受压状态。完全按剪力墙来算,尚有个别连接部位是薄弱环节,影响了墙体的刚度。因此,需要进行刚度折减,这与结构计算思路中的想法一致。
4 结论与展望
本文从研究整体装配式建筑结构的特点出发,提出了整体装配式结构设计思路:采用强度折减的方式进行整体装配式建筑结构设计。采用ANSYS软件建立整体装配式建筑结构的有限元模型,研究其在正常使用状态下的受力情况,验证了该思路的正确性。
由整体装配式建筑生产工艺简便,适合于中小型构件生产。整体装配式建筑是预制装配程度高、现场作业少、施工速度快和质量好的一种新型建筑体系,因此有很好的发展前景。
然而由于该类型结构的特殊性,并没有完备的国家规范。因此应加强对整体装配式结构的研究,使整体装配式结构计算与实际情况相符合,计算的结果安全可靠,为其工业化生产提供依据,其细部处理有待更进一步的研究。
摘要：介绍了整体装配式建筑结构的特点及设计思路,采用通用有限元软件ANSYS建立了结构有限元模型,并研究了其在正常使用状态下的受力情况,验证了该设计思路的正确性。
装配整体式剪力墙结构体系的研究 篇3
经过近10年的发展, 我国装配式住宅虽已取得长足发展, 但在实施中仍面临诸多技术衔接问题。就我国目前情况来看, 这一过程仍需经历很长一段时间。对于混凝土建筑, 从施工生产的角度来看, 建筑物的主体一般由梁、板、墙、柱等基本构件以及围护结构组成, 而不同的构件和围护结构具有不同的施工特点, 其施工生产所需要的物资和人力消耗水平差异较大, 施工质量控制的难度也不相同, 施工速度也有很大差别, 例如:在传统的混凝土结构施工中, 梁、板、阳台等水平构件的施工, 由于需要搭设满堂的脚手架和模板才有工作面, 占用了较多的人力和物资资源, 而墙、柱等垂直承重构件施工时占用场地相对较小;总体上来说传统工法由于受到场地、天气、人员等条件或因素的影响, 在建筑质量方面会存在许多的质量通病, 如果将现浇施工的工法改变为预制为主的施工工法, 把现场难以施工的部分构件转移到工厂里预制加工成半成品, 就可以消除大部分的质量通病, 从而提高建筑物的整体质量水平, 同时能加快建设的速度、降低物料和人工的消耗水平。
2 装配式预制混凝土结构 (PC) 技术简介
用预制和预应力混凝土做成的构件就叫PC构件, PC中包含了两种技术, 其一是预制 (PCa) 的技术, 其二是预应力 (PS) 技术。这是一种不同于现浇混凝土结构的新型结构体系。按照组成建筑的构件特征和性能划分, 装配式混凝土结构建筑的基本预制构件包括: (1) 预制楼板 (含预制实心板、预制空心板、预制叠合板、预制阳台) ; (2) 预制梁 (含预制实心梁、预制叠合梁、预制U型梁) ; (3) 预制墙 (含预制实心剪力墙、预制空心墙、预制叠合式剪力墙、预制非承重墙) ; (4) 预制柱 (含预制实心柱、预制空心柱) ; (5) 预制楼梯 (预制楼梯段、预制休息平台) ; (6) 其他复杂异形构件 (预制飘窗、预制带飘窗外墙、预制转角外墙、预制整体厨房卫生间、预制空调板等) 。各种预制构件根据工艺特征不同, 还可以进一步细分, 例如预制叠合楼板包括预制预应力叠合楼板 (南京大地为代表) 、预制桁架钢筋叠合楼板 (合肥宝业西韦德为代表) 、预制带肋预应力叠合楼板 (PK板) (济南万斯达为代表) 等, 预制实心剪力墙包括预制钢筋套筒剪力墙 (北京万科和榆构为代表) 、预制约束浆锚剪力墙 (黑龙江宇辉为代表) 、预制浆锚孔洞间接搭接剪力墙 (中南建设为代表) 等, 预制外墙从构造上又可分为预制普通外墙 (长沙远大、深圳万科为代表) 、预制夹心三明治保温外墙 (万科、宇辉、亚泰为代表) 等, 总之, 预制构件的表现形式是多样的, 可以根据项目特点和要求灵活采用, 在此不一一赘述。
3 世界各国装配式预制混凝土结构技术发展
大板住宅是第二次世界大战以后发展起来的, 到20世纪80年代装配式混凝土建筑的应用达到全盛时期。日本认为预制装配建筑分为:预制混凝土 (PCa) 与预应力混凝土 (PC) 。日本的PC主要应用在装配式框架结构, 采用预应力方式压接, 属装配速度快的“干节点”。
日本最初的工业化建造混凝土结构为由木木结构转化成的轴线框架结构。由预制混凝土构件组拼的柱与梁结合部位不可能形成无转动的刚性节点, 必须设置梁柱间的剪刀撑。解决该问题的出路是采用剪力墙结构体系, 预制混凝土剪力墙的装配结构是一流的结构形式。
4 全预制装配整体式剪力墙结构 (NPC体系)
装配式剪力墙住宅的特点是应用钢筋混凝土预制外墙、预制内墙、预制楼梯、叠合楼板、阳台板、空调板等预制构配件和功能性部品, 通过工厂预制、机械化装配并考虑装修需求预留接口。
根据日本、香港等地的调研和过往经验, 这种住宅的设计中, 合理应用PC构件尤为重要。首先, 完全预制没有必要, 适当的现场浇筑和施工是需要的, 也是保证质量和安全的必要手段。其次, 过小规模的预制装配不能发挥工业化住宅的特点, 反而增加了施工现场预制吊装与现浇作业之间的矛盾。因此我们要努力探索预制构件使用的合理规模, 节省工期、提高效率、提升品质, 推动住宅产业化的发展。全预制装配整体式剪力墙结构 (NPC体系) 的工艺流程:施工准备→定位放线→预留插筋校正→竖向构件吊装→竖向构件校正及临时支撑安装→浆锚节点灌浆→水平构件吊装→水平构件节点钢筋绑扎→叠合板钢筋绑扎→坚向构件节点钢筋绑扎→节点模板安装→节点及叠合板混凝土浇筑。
工厂制作的高质量预制板与基础可靠连接, 板与板连接牢靠, 成为从基础、楼板、墙板与屋面的整体板式结构。例如由8榻榻米 (0.9×1.8m) 大板组成的房间, 墙板为4块, 楼板为2块可以构成抗震性能不错的房子。壁板内配置双层细钢筋网, 板内预埋波纹管, 插入直径16mm的钢筋使结构成一体。安装顺序为:基础→ (1层楼板) →1层墙板→2层楼板→2层墙板→屋面。墙板与墙板的竖向拼缝采用的连接方法希望能保证等同于无拼缝的结构相同的承载力。
全预制装配整体式剪力墙结构 (NPC体系) 技术的关键节点及楼板叠合层均采用现浇处理, 既增加了结构的整体性, 达到与现浇结构“同等型”;又解决了建筑部件、暖通空调、给排水系统、电气系统等建筑和设备专业的要求, 做到了协调统一、优化配置, 在不降低结构安全性的前提下, 优化了建筑性能和功能。剪力墙结构是多层和高层住宅建筑中最常用的建筑结构形式, 从国内外目前的研究和实践经验来看, 受力合理, 方便施工的墙板节点和接缝设计成为装配式剪力墙结构设计的关键技术, 是决定该结构形式能否形成推广应用的极为重要的影响因素。
预制装配式剪力墙结构体系可以分为:部分预制剪力墙结构体系和全预制剪力墙结构体系。该结构体系的预制化率高, 但是拼缝的连接构造比较复杂、施工难度也较大, 从而难以保证使其完全等同于现浇剪力墙结构。
5 预制装配剪力墙结构面对的挑战和如何破解迷题
装配式混凝土剪力墙结构的研究和应用虽然取得很大的进步, 但仍然存在很多问题, 值得我们进行深入的调查和研究: (1) 建筑工人的劳动力不足和人工费大幅上涨导致更多的企业寻求新的出路。 (2) 预制装配结构如何与现有以现浇混凝土为基础的结构设计与施工质量验收规范匹配适应。 (3) 预制装配剪力墙结构的竖向钢筋连接与水平拼缝处理是核心问题和难题。 (4) 高层住宅建筑平面布置和结构剪力墙布置与预制装配方法协调的问题。 (5) 多个工程实践与探索形成的共识点:1) 楼梯的预制值得肯定, 可以节省大量的施工人工。2) 叠合楼板值得肯定, 可以节省大量模板支撑两种预制叠合楼板。3) 预制阳台板与空调板。预制阳台板, 一定要求与叠合现浇梁板形成整体防止渗漏。预制空调板, 一定与楼板, 叠合现浇成整体。4) 外墙板保温装饰一体化值得重视。预制装配式混凝土剪力墙结构深切符合了我国“十二五”规划中提出资源节约、环境友好的社会主义要求, 是实现建筑节能减排和住宅产业化的有效途径之一, 对于提高资源利用率以及减少建筑对环境的不良影响, 实现四节一环保的绿色发展有着很好的促进作用, 具有十分远大而广阔的应用前景。
摘要：装配式剪力墙住宅的特点是应用钢筋混凝土预制外墙、预制内墙、预制楼梯、叠合楼板、阳台板、空调板等预制构配件和功能性部品, 通过工厂预制、机械化装配并考虑装修需求预留接口。
关键词：装配式,剪力墙,预制,节点
参考文献
[1]陈建伟, 苏幼坡.预制装配式剪力墙结构及其连接技术[J].世界地震工程, 2013 (01) .
[2]李晓明.装配式混凝土结构关键技术在国外的发展与应用[J].住宅产业, 2011 (06) .
整体装配式 篇4
我国政府高度重视住宅产业化发展。2013年1月1日,国务院发布的国办发[2013]1号文件要求,“十二五”期间要着力推广预制装配式住宅体系。2011年《北京市“十二五”时期民用建筑节能规划》(京建发[2011]408号)指出“要以保障性住房为重点,全面推进住宅产业化,2015年建设比例应达30%以上”。2013年上海市《关于本市进一步推进装配式建筑发展若干意见》(沪府办[2013]52号)要求“鼓励采用预制混凝土住宅,各区县落实建设比例,2014年不少于25%,2015年不少于30%”。因此,大力发展住宅产业化、开发装配整体式混凝土住宅具有广阔的应用前景。
按照结构体系的不同,装配整体式混凝土结构主要包括装配整体式混凝土框架结构体系、装配整体式混凝土剪力墙体系和预制混凝土夹心保温外墙体系三类[2]。目前,课题组已针对这三类装配整体式混凝土结构体系开发了多种适用于住宅的预制构造方案,并开展了一系列研究工作。本文将以上述三类装配整体式混凝土结构体系为主要对象,对其主要预制构造方案与抗震性能研究进展做一简要的介绍。
装配整体式混凝土框架结构体系
现浇柱叠合梁框架。现浇柱叠合梁框架是一种较为传统的装配整体式混凝土框架结构体系。其中,框架梁采用叠合式构造,框架柱采用现浇混凝土构造。
2006～2008年,课题组与万科企业股份有限公司联合开发了两种采用不同预制梁截面形式和节点核心区连接构造的现浇柱叠合梁框架方案,并开展框架足尺节点模型和大尺度框架整体模型的抗震性能试验研究(见图1)[3,4]。研究表明:
(1)采用两种不同构造方案的现浇柱叠合梁框架在大部分梁端出现塑性铰后发生一层柱脚压溃破坏。两种框架均实现了混合铰破坏机制,滞回曲线均较饱满,表现出良好的抗震性能。
(2)两种现浇柱叠合梁框架均表现出良好的位移延性,延性系数达到3.5～5.5。
(3)两种现浇柱叠合梁框架的承载力、耗能能力和刚度退化规律较为接近,且与现浇混凝土框架结构相近。现浇柱叠合梁框架结构可实现与现浇混凝土框架结构等同设计。
预制柱叠合梁框架。预制柱叠合梁框架是在现浇柱叠合梁框架基础上发展出来的一种预制率较高的装配整体式框架结构体系。该体系中,框架梁、柱均在工厂预制,并在现场通过现浇节点核心区和楼盖叠合层混凝土形成整体结构。
2010年,课题组开发了一种采用U形截面预制梁、预制柱纵向钢筋采用钢套筒连接的预制柱叠合梁框架结构。足尺节点模型和大尺度框架整体模型的抗震性能试验结果表明[5]:
(1)框架试件的破坏过程为梁端首先出现塑性铰,待多层梁端均出现塑性铰后一层框架柱脚逐渐屈服并最终压溃,最终破坏时框架节点核心区基本完好。该框架结构的破坏机制为混合铰机制。图2所示为预制柱叠合梁框架整体模型在水平低周反复荷载作用下的最终破坏形态。
(2)该框架的层间和整体滞回曲线饱满(见图3),表现出良好的耗能能力。承载力、延性(整体延性系数达到4.0～4.5)和刚度退化规律等抗震性能指标与现浇混凝土框架较为接近。
(3)总体而言,预制柱叠合梁框架结构的破坏形态、破坏机制、抗震性能指标等与现浇混凝土框架接近。这表明,预制柱叠合梁框架结构可参照现行的现浇混凝土框架结构设计方法进行设计。
预制型钢混凝土框架。预制型钢混凝土框架兼有钢框架连接简便、施工效率高、抗震性能好以及预制混凝土框架抗火性能和耐久性好、造价低廉、隔热、隔声效果好等优点,应用前景广阔。该体系在施工过程中通过型钢接头实现各预制构件的快速连接,无需设置支撑,并可多层连续施工,大幅节省了材料消耗、缩短了工期,特别适用于大开间住宅。
2012年,课题组与北京市建筑工程研究院完成了预制型钢混凝土框架足尺节点模型和大尺度框架整体模型的抗震性能试验[6],如图4所示。结果表明:
(1)预制型钢混凝土框架的最终破坏以梁端形成塑性铰、一层框架柱脚压溃为标志,如图5所示。框架的破坏机制为混合铰破坏机制。
(2)预制型钢混凝土框架的滞回曲线与现浇型钢混凝土框架相似,二者均具有良好的耗能能力。此外,二者的承载力、延性和刚度退化规律也较为接近。这表明二者可实现等同设计,即预制型钢混凝土框架结构可采用现浇型钢混凝土框架的设计方法进行设计。
预制混凝土异形柱框架。预制混凝土异形柱框架结构是一种新型预制混凝土框架结构。它采用异形截面(包括T形、L形、十字形等)柱代替普通预制混凝土框架结构中的矩形截面柱;叠合梁由预制矩形梁、预制板和现浇板组成,如图6所示。预制混凝土异形柱框架中,叠合梁的梁宽、异形柱的柱肢厚度基本与墙等厚,室内不凸出梁柱,不仅增加了使用面积而且室内布置灵活。
2012年,课题组通过足尺节点模型和大尺度框架整体模型的低周反复荷载试验,对预制混凝土异形柱框架结构的抗震性能进行了较为系统的研究[7],结果表明:
(1)预制混凝土异形柱框架的最终破坏形态与矩形柱框架相似,均以梁端形成塑性铰、一层柱脚压溃为标志。极限破坏时,框架节点核心区仅出现少量细小裂缝。预制混凝土异形柱框架结构的破坏机制为混合铰破坏机制。
(2)预制混凝土异形柱框架的滞回曲线较为饱满(见图7),表现出良好的耗能能力。框架整体延性较高,位移延性系数在4.1～5.8之间。
预制预应力混凝土框架。预制预应力混凝土框架具有整体性强、使用性能优越、施工速度快、工业化程度高等特点,在大开间住宅中具有广阔的应用前景。
2013年,课题组与中国建筑第八工程局有限公司联合开发了一种采用预制柱叠合梁构造的预制预应力混凝土框架结构。图8所示为预制预应力混凝土框架节点足尺试验模型,已完成的低周反复荷载试验表明[8]:
(1)预制预应力混凝土框架节点最终发生梁端弯曲破坏。极限破坏时,节点核心区仅出现几条细小裂缝,框架柱未开裂,节点核心区箍筋和框架柱纵筋均未屈服。
(2)预制预应力混凝土框架节点的滞回曲线较为饱满(见图9),这表明该节点具有良好的耗能能力和延性。
(3)预制预应力混凝土框架节点的破坏形态、承载力、延性等指标与现浇预应力混凝土框架节点较为接近,二者可实现等同设计。
装配整体式混凝土剪力墙体系
钢套筒和预留孔道浆锚连接预制混凝土剪力墙。预制混凝土剪力墙体系是我国装配整体式混凝土住宅的主要结构体系,其中,预制混凝土剪力墙竖向钢筋的连接主要采用钢套筒连接和预留孔道浆锚连接两种。
2011年以来,课题组与中南集团合作开展了一系列中等轴压比下(设计轴压比0.4)、分别采用钢套筒连接和预留孔道浆锚连接的预制混凝土剪力墙足尺模型的低周反复荷载试验研究,如图10所示。重点研究了约束边缘构件和中间墙体竖向钢筋不同连接构造对预制混凝土剪力墙抗震性能的影响[9]。结果表明:
(1)采用钢套筒连接和预留孔道浆锚连接的预制混凝土剪力墙均具有良好的抗震性能,其破坏形态与现浇混凝土剪力墙相似,均为墙体端部混凝土压碎、钢筋压屈。
(2)预制混凝土剪力墙的承载力与现浇混凝土剪力墙接近,均能满足设计要求。其中,采用钢套筒连接的预制混凝土剪力墙的承载力略高于采用预留孔道浆锚连接的预制混凝土剪力墙。
(3)预制混凝土剪力墙的滞回曲线与现浇混凝土剪力墙相似,在试验后期“捏拢”现象较为明显,如图1 1所示。采用两种连接构造的预制混凝土剪力墙的位移延性系数均在2.0～2.6之间,其刚度退化规律也较为一致。
SP叠合板预制混凝土剪力墙。SP板是一种先张法预应力混凝土空心板,具有承载力高、防水隔声、加工灵活、可随意切割、可实现较大跨度等优点。在预制混凝土剪力墙中采用SP板,并现场浇筑混凝土叠合层,可实现室内大空间,特别适用于大开间住宅。
2012年,同济大学与上海建工集团联合开发了一种剪力墙竖向钢筋采用螺栓连接的SP叠合板预制混凝土剪力墙,并开展了足尺模型的低周反复荷载试验[10],如图12所示。结果表明:
(1) SP叠合板预制混凝土剪力墙的斜截面受剪承载力、正截面受弯承载力和水平缝受剪承载力均满足设计要求。
(2) SP叠合板预制混凝土剪力墙的滞回曲线与现浇混凝土剪力墙较为接近(见图13),预制剪力墙的承载力略高于现浇混凝土剪力墙。这表明SP叠合板预制混凝土剪力墙可采用与现浇混凝土剪力墙相似的方法进行设计算。
预制混凝土夹心保温剪力墙。预制混凝土夹心保温剪力墙由内侧剪力墙体、外侧围护墙体、中间夹心保温层和连接件组成,是一种节能与承重一体化的剪力墙体系,如图14所示。2012年,课题组与中南集团合作开展了一批FRP连接件的预制混凝土夹心保温剪力墙足尺模型的低周反复荷载试验,对其抗震性能进行了较为系统的研究[11]。结果表明:
(1)预制混凝土夹心保温墙体的破坏主要发生在端部。极限破坏时,剪力墙端部混凝土压溃,钢筋压屈,此时,FRP连接件无损伤,外侧围护墙体也基本完好。
(2)预制混凝土夹心保温剪力墙的承载力、延性、耗能能力和刚度退化规律与现浇混凝土剪力墙和非夹心预制混凝土剪力墙相近。图15所示为预制混凝土夹心保温剪力墙的滞回曲线。
预制混凝土夹心保温外墙体系
FRP连接件。预制混凝土夹心保温外墙由内外叶混凝土墙板、中间夹心保温层和连接件组成。其中,连接件是连接内外叶混凝土墙板、并使其共同工作的关键部件。目前,在我国普遍采用的预制混凝土夹心保温外墙连接件为FRP连接件。
自2007年以来,课题组与北京万科企业有限公司联合开发了四种片状和棒状FRP连接件(见图16),开展了连接件抗拔和抗剪性能试验(见图17),并在此基础上开展了模拟混凝土碱环境下FRP连接件的耐久性试验[12,13]。结果表明:
(1)片状和棒状FRP连接件的抗拔破坏形态均为混凝土拔出破坏,连接件本身未发生断裂。两种连接件均具有较高的抗拔承载力,抗拔安全系数在6.0～9.0之间。
(2)片状连接件的剪切破坏形态包括混凝土锚固破坏和连接件劈裂破坏(纤维层间断裂)两种。片状连接件在纵横两个方向的抗剪承载力相差较大,但均具有较高的安全系数。棒状连接件主要发生连接件劈裂破坏,其抗剪承载力低于片状连接件,但仍具有较高的安全系数。
(3)夹心保温层厚度对连接件抗拔承载力影响不大,但随着保温层厚度的增大,片状和棒状FRP连接件的抗剪承载力均有所下降。
(4)随着侵蚀时间的增加,FRP连接件的抗拉强度、抗拉弹性模量、抗压强度、抗压弹性模量和层间剪切强度均有不同程度的下降。对应自然环境50年和100年,FRP连接件的抗拉强度环境影响系数建议分别取为2.0和3.0、抗压强度环境影响系数分别取为1.4和1.6、层间剪切强度环境影响系数分别取为1.4和1.6。
预制混凝土夹心保温墙板。预制混凝土夹心保温外墙是一种自承重围护构件。为了研究该墙板在平面外荷载工况下的受力性能,课题组于2011年开始与上海城建物资有限公司合作开展了采用不同FRP连接件(片状和棒状)、不同夹心保温层材料(XPS和无机保温砂浆)以及不同夹心保温层厚度(50mm和70mm)的预制混凝土夹心保温墙板的平面外抗弯性能试验(见图18)和抗火试验(见图19)[14,15]。结果表明:
(1)采用片状连接件和棒状连接件的预制混凝土夹心墙板均表现出良好的平面外受力性能,均具有较高的承载力和延性。图20所示为典型的预制混凝土夹心保温墙板荷载一跨中挠度曲线。
(2)片状连接件的布置方向对墙板的受力性能无明显影响,但夹心保温层厚度对墙体的抗弯刚度与承载力影响较大。片状连接件与内外叶混凝土板之间的滑移小于棒状连接件,这说明采用片状连接件的剪力连接程度明显大于棒状连接件。
(3)采用片状连接件和棒状连接件的预制混凝土夹心墙板均具有良好的抗火性能,满足现行规范的耐火极限要求。为保证安全,建议采用FRP连接件的预制混凝土夹心保温外墙的外叶墙厚度为60mm,当墙体外侧采用瓷砖/石材等不燃材料饰面时可取55mm。
整体装配式 篇5
1 体系简介
装配整体式内浇外挂结构体系主要预制组成部分有预制外挂墙板、预制楼梯、预制楼板、预制梁、预制内隔墙、预制空调板、飘窗台等, 主体剪力墙结构采用现浇。外挂墙板构造分为三层, 外层为50mm厚C30钢筋混凝土, 保温层为50mm厚岩棉板, 内层为60mm厚钢筋混凝土, 总厚度为160mm, 内外墙板采用玻璃纤维连接件连接。外挂板与现场施工机械化有机结合, 减少了剪力墙外模板, 整体解决了建筑外围护结构的保温、隔热、防水、装修等一系列问题, 加快了工期。外墙装修与结构材料复合, 减少了施工现场工序, 提高了工程质量。因其外墙板为外挂方式, 故造成板缝过多, 对结构的防水及抗震有着较高的要求, 又因竖向受力结构为现浇, 两种方式的施工交叉作业, 故存在一定难度。外挂板与现浇剪力墙连接构造如图1所示。
1-混凝土现浇层;2-夹芯保温板;3-封堵砂浆;4-橡胶气密条;5-外层硅胶;6-发泡芯棒;7-保温岩棉
2 装配施工流程
本项目所用主体构件大部分都由工厂预制完成, 大大减少了现场的湿作业, 同时对施工工期和质量起到促进作用。吊装施工流程简图如图2所示。
1) 测量放线定标高先放出控制线, 再放出外墙线内墙线, 最后放出隔墙线, 确定好所有垫块的标高、位置, 最后进行标高复测。
2) 外墙板吊装就位根据控制线按顺序吊装外墙板, 准确就位, 保证外墙板之间的拼缝为20mm, 底部用L型连接件按图纸预留位置与楼板进行固定, 再按预留位置进行斜支撑固定, 调整铅锤度、轴线后取钩, 贴外墙板防水卷材及缝隙封堵。
3) 内隔墙板吊装按控制线要求起吊准确就位, 用连接件固定后, 安装斜支撑, 确保垂直度、轴线无误后取钩。
4) 叠合梁的吊装叠合梁和墙板是穿插吊装, 主要根据图纸上的顺序, 首先定好梁的标高, 搭设好梁下支撑, 吊装过程中用铅垂线复核梁的轴线位置。
5) 叠合板的吊装根据楼板厚度不同, 确定每个房间的板底标高、支撑数量、类型, 搭设板底支架, 布置竖杆, 布置水平木梁, 支撑调平复核。将叠合楼板水平吊装至支撑及梁上, 准确安装, 叠合楼板底端架子平整度检查, 再次校正, 对不能修正的叠合楼板拼缝处用水泥砂浆封堵 (图3) 。
以上吊装完成后, 立即进行水电管线预埋、浇筑混凝土后即可进行下一楼层吊装施工准备。
3 存在的问题及解决对策
3.1 施工吊装问题
按建筑工业化方式建造的建筑, 在施工组织设计阶段要按照构件拆分图, 对构件的大小、重量进行分析, 确定经济合理的起重机械。同时, 设计阶段要避免构件重量不平均, 存在过大构件的现象。例如, 在传统设计中高层建筑消防楼梯外墙中间部位不设剪力墙, 但在建筑工业化设计中需要在该墙体中设置一道框架柱来拆分大墙面, 否则该预制墙体重量远大于其他墙板, 需对其安排大吨位塔机, 但该大吨位塔机在其它构件吊装中“大材小用”, 造成资源浪费, 很不经济, 如图4所示, 故将大板改造成优化后的两块小板。
3.2 外挂板预埋件问题
外挂板有3种预埋件, 分别是支撑预埋件、模板对拉螺栓预埋件、连接件预埋件。支撑预埋件应避开现浇剪力墙位置, 当该预埋件没有避开现浇剪力墙位置时, 支撑安装后, 将影响现浇剪力墙支模, 需要拆除, 此时外挂板失去支撑约束, 产生较大安全隐患。对拉螺栓预埋件承担混凝土浇筑产生的拉应力, 预埋位置不准确时需要在外挂板上重新开孔, 需将外挂板整体打通, 用对拉螺栓穿出后, 用山形卡固定, 费时费工。连接件预埋是保证外挂板与外挂板之间, 外挂板与楼面之间连接用的, 预埋位置不准, 需要在板上重新开孔, 用膨胀螺丝替代预埋件, 预埋件承受外挂板之间的拉、剪应力, 用膨胀螺丝代替后留下很大的安全隐患, 这种板在施工时要按废板处理, 需拉回工厂重新生产。外挂板预埋件作为预制板的重要部件, 需要引起设计、生产的高度重视, 严禁出现在项目现场用膨胀螺丝代替预埋件。
3.3 板缝的及时封堵问题
预制构件的吊装不同于现浇结构, 其重要区别是预制构件在拼装过程中不可避免的会出现构件的生产误差、安装误差导致的拼装缝隙, 这些缝隙处理不好会导致混凝土在浇筑过程中严重漏浆, 产生蜂窝、麻面现象, 甚至浇筑的混凝土直接漏掉。为此要求我们在施工中, 在构件吊装时派专人及时用混凝土封堵, 同时, 在吊装施工过程中, 要将安装的拼缝减少到最小, 这就需要加强安装工人的培训, 提高安装精度。
3.4 预制梁钢筋问题
传统建筑施工中, 工人会按照图纸要求合理的调整梁柱交接处钢筋位置, 在钢筋过度密集处也能很好的处理钢筋的碰撞问题。装配式建筑中, 构件均已在工厂生产好, 现场安装过程中遇到钢筋碰撞、保护层不足等问题时处理起来非常麻烦, 处理不好会留下严重的安全隐患。首先是预制梁的钢筋保护层, 装配式建筑中预制梁的钢筋保护层至少要做到3mm厚, 才能保证柱子钢筋及箍筋绑扎的厚度要求, 否则会导致混凝土浇筑后露筋, 或支模时工人将箍筋剪断。其次是多道梁交接处, 在设计阶段就要处理好钢筋碰撞问题, 处理好各道梁的梁端钢筋平面位置及标高, 防止互相碰撞。在施工过程中遇到钢筋碰撞只有将钢筋剪断一种处理方式, 这种处理方式给建筑房屋留下质量安全隐患。
3.5 内隔墙板偏移问题
内浇外挂体系中, 如图5所示 (4) 号卫生间隔墙板右边没有约束其偏移的支撑。位于其左侧的现浇转角柱, 在封模板时只能封到内隔墙板的侧面, 200mm宽的内隔墙侧面起到了模板作用。混凝土浇筑过程中内隔墙受到侧面现浇柱子混凝土的挤压, 向右侧滑移达到100~150mm。为此在内隔墙板吊装前要仔细研读图纸, 对一侧面是现浇混凝土, 另一侧面没有约束的内隔墙, 需要在没有约束一侧增加一道支撑。
3.6 外墙板缝问题
外挂板体系需要特别加强板缝的后期处理, 为此在胶体材料上我们重点关注胶体的如下性能: (1) 材料本身不具有浸透性; (2) 和选定的底涂剂能很好的与被粘结面粘接; (3) 一年四季都有好的施工性, 确保施工; (4) 能够追随接缝的变形, 不会产生过大的应力, 异常的变形不会残留; (5) 经过很长的时间, 包括粘结力在内, 密封胶的劣化要很小。根据以上技术特点, 本工程采用改性硅酮MS密封胶, 胶体施工时要将预制板清理干净, 底涂剂涂抹均匀, 打胶过程中要充分压实, 防止粘结不良, 如图6所示。
4 结语
整体装配式 篇6
装配整体式混凝土结构 (Assembled Monolithic Concrete Structure) 是以预制钢筋混凝土梁、板、柱、剪力墙和楼梯等主要受力构件, 现场经装配、连接而成的钢筋混凝土结构。当前, 随着我国建筑行业发展趋势逐渐向绿色建筑和产业化方向转型, 预制装配式混凝土结构已在全国范围内得到广泛重视和应用[1,2]。
建筑工业化是指以构件预制化生产、装配化施工为生产方式, 以设计标准化、构件部品化、施工机械化为特征, 能够整合设计、生产、施工等整个产业链, 实现建筑产品节能、环保、全生命周期价值最大化的可持续发展的新型建筑生产方式[3]。其核心过程可简化为:标准化设计→工厂化生产→装配化施工→一体化装修→精细化管理。
随着建筑产业化的逐渐推进, 当前, 住宅产业化也逐渐成为当前居民住房建筑的发展方向, 所谓住宅产业化即像生产汽车一样生产住宅部品, 搭积木一样建设住宅。即运用管理科学化指导工厂科学生产, 使住宅部品规范化, 产量规模化, 部品商品化, 现场组装机械化。以合肥市为例, 2014年开工建设及完工预制装配式结构安置房、公租房等住宅项目超过100万m2, 入驻西伟德混凝土预制有限公司等企业超过5家, 安徽省本土安徽三建工程有限公司等3家企业正在规划和厂房建设工作[4]。同时安徽省也加大力度, 已将住宅产业化项目纳入建筑业重点扶持发展方向。2015年住宅产业化项目已在安徽省内蚌埠、芜湖等城市民生住宅项目中推进。因此, 装配整体式结构的工程质量检测与有效监督管理对于推动建筑产业化有效顺利进行具有重要意义。
1 进场材料及预制构件质量管理
1.1 预制构件进场验收
工厂预制构件经过运输进入施工现场, 当前对于工厂预制构件驻厂检测制度不够完善, 仅为生产厂家自检行为, 无第三方监督检测, 预制可能存在露筋、蜂窝、孔洞、裂缝、连接部位缺陷、表观缺陷、制造尺寸误差和预留孔、预埋件不合格等情况。同时, 预制构件经过运输、吊装等过程, 可能对构件产生局部破损、掉角等缺陷[5]。
针对上述可能出现的质量问题, 预制构件进场须进行如下几点进场验收工作:
1) 外观质量不应有露筋、蜂窝、麻面等严重表观质量缺陷, 表观孔洞缺陷如图1所示;
2) 预制构件尺寸偏差应满足相关规范及验收标准要求, 不应影响构件安装、使用等功能[6];
3) 对于预制构件预留吊装、焊接、管线等预埋件应安装牢固、无松动。预埋件、插筋及预留孔洞、管线盒箱等规格、位置和数量应符合设计要求。对存在的影响安装及施工功能的缺陷, 应按技术处理方案进行处理, 并重新检查验收。
1.2 进场资料勘查管理
装配整体式混凝土结构为主体分部工程的一个子分部工程, 其可分为:装配式结构分项工程、模板分项工程、钢筋分项工程、混凝土分项工程、现浇结构分项工程等。装配整体式结构施工现场进场资料勘查包括:常规原材料、预制构件和构件连接用套筒和灌浆、坐浆材料等。
常规原材料进场资料勘查是钢筋混凝土结构施工现场工程质量顺利进行的重要保证, 其包括水泥、砂、石子等基础原材料, 也包括防水、保温、密封等保证结构耐久性和适用性必要原材料。对于常规原材料进场资料勘查与普通现场浇筑施工钢筋混凝土结构相同, 不再赘述。
预制构件进场资料勘查是装配整体式结构重要环节, 也是保证工程顺利进行和工程质量安全的保障, 其进场资料勘查包括检查合格证件及相关质量证明文件、相关结构性能检测报告或研究报告以及型式检验报告。每一构件标识应主要包括生产企业、项目名称、构件型号、生产日期、品种、规格、安装方向及质量合格标志等, 如图2所示。
构件连接用套筒、套筒灌浆材料和构件坐浆材料等专用装配整体式结构的新型材料和技术, 应成为装配式结构施工进场材料的重点资料勘查对象。其应包括连接件套筒的产品合格证书、性能检测报告、型式检测报告、进场验收记录和复验报告等[7];套筒灌浆或钢筋约束浆锚搭接连接的出厂检测报告、合格证以及型式检测报告等[8]。
2 施工过程质量管理
2.1 装配安装常见质量问题
根据合肥市2014年—2015年装配整体式施工企业现场所遇装配安装常见问题, 本文针对影响主体结构安装过程, 分析了几种重要的常见影响主体结构安全及施工效率的质量问题。
1) 工厂预制构件尺寸偏差以及安装过程精度对于结构整体质量有较大影响。
预制构件高宽厚等尺寸偏差过大, 面弯、侧向弯曲、翘曲、内外表面平整较差等, 严重时影响结构性能或装配、使用功能。图3给出了施工安装现场出现的构件安装偏差。预制构件尺寸偏差导致构件钢筋连接套筒不能装配就位, 致使影响施工进度及结构整体安全性。针对此类问题, 应完善预制工厂中质量监督管理工作, 加强预制构件生产质量控制与出厂验收工作。
2) 预制构件预埋吊环、吊钉螺孔和预埋件等存在偏差, 导致现场预制墙体装配不能精确安装。
可采取以下方法进行相应监督管理:a.预制构件制作工艺应满足预制构件预埋件、预留孔、预埋吊件及其他预埋件的装配安装要求, 并加强预制构件制作过程位置精度控制。b.预埋吊环、吊钉数量应根据构件自重、混凝土强度、构件形式等条件进行核算。如预制楼板长不大于4 m时, 应不少于4个吊点, 大于4 m的应不少于8个吊点等。
3) 预制构件的结合面不合格, 如预制梁端、预制墙端梯形键槽不规则, 构件接合粗糙度不满足要求等。
根据现场施工经验, 可采用以下措施进行解决:a.预制构件与后浇混凝土的接合面或叠合面专门增加拉毛或凿毛处理方法工序;b.预制梁梁端宜设置梯形键槽, 键槽深度不小于30 mm, 高度不大于90 mm, 倾角取45°为宜, 键槽长边应与构件受力的主剪应力方向垂直。
2.2 套筒连接隐蔽工程质量管理
装配整体式混凝土结构隐蔽工程是工程结构质量控制的关键监督程序, 隐蔽项目质量的现场验收包括:结构预埋件、钢筋接头、螺栓连接、套筒灌浆接头、浆锚搭接接头等;预制构件与结构连接处钢筋及混凝土的结合面;预制混凝土构件接缝处防水、防火做法。其中套筒灌浆或钢筋约束浆锚搭接连接结构体系连接适配性的力学和抗震性能直接关系结构整体安全性, 结构构件的套筒连接项目是装配安装过程结构安全性控制的关键项目。因此, 现场灌浆密实度, 灌浆料的物理、力学性能是现场施工隐蔽工程控制的重点, 图4为现场剪力墙钢筋连接套筒灌浆。
3 实体结构质量检测监督
装配整体式结构主体完成检测工作是主体结构安全性评价的重要标准, 其现场检测验收形式与普通现浇钢筋混凝土结构主体结构存在一定差别。作为一种新型结构形式, 为满足结构正常使用和承载力两种极限状态, 对于装配整体式结构质量检测须进行预制构件结构性能检测, 目的在于测试构件承载能力、变形能力、裂缝特征以及动力响应特征。
3.1 主体结构检测
1) 结构构件静载试验。
对于结构构件静载试验, 重点检测结构楼板受力特征和楼梯受力特征, 依据结构设计要求, 主要检测应变、挠度和裂缝等特征参数。图5和图6分别给出了合肥市滨湖区某小区楼板静载试验和楼梯静载试验。
2) 结构动力特性试验。
对于装配整体式结构动力试验, 主要测试结构整体动力响应特征, 根据设计要求, 重点测试结构的固有频率、阻尼比以及振型特征等动力参数。图7给出了蜀山区某楼动力特征测试试验现场照片。
3.2 其他功能检测
其他功能检测包括:外挂板抗震、防火、保温、防水、抗风压, 连接件受压、受拉试验, 密封胶的粘结密封性能、相容性、耐候性等;反打外保温防火、保温性能、粘结性能等相关型式检验;外墙淋水试验、卫生间等有防水要求的房间蓄水试验等。
4 结语
基于当前预制装配整体式结构发展趋势, 根据已建工程装配安装过程中发现的质量检测与监督管理问题, 阐述了针对装配结构构件进场质量监督保证和资料勘查方法, 同时, 根据已建工程质量监督中发现的问题, 总结了装配施工过程中常见的质量问题并给出了解决措施。根据装配整体式结构主体结构验收特点, 应重视结构验收中的静力与动力荷载试验的作用, 为今后预制装配整体式结构质量管理与监督工作提供参考。
参考文献
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[6]GB 50204—2015, 混凝土结构工程施工质量验收规范[S].
[7]JGJ 107—2010, 钢筋连接用灌浆套筒[S].
整体装配式 篇7
随着经济的快速发展, 我国的钢产量也不断增加, 钢结构住宅也迎来了广阔的发展前景, 但目前钢结构住宅仍停留在常规的框架、框剪、框筒结构体系, 用钢量较大, 受力性能也较差, 其墙体、屋面材料开裂问题严重, 维护费用高, 防火防腐蚀问题也是制约钢结构发展的一个关键问题。另外, 目前我国工业废料排放严重;以湖北襄阳市为例, 该地区工业废渣 (磷石膏、二水石膏) 年排放量约200万立方米, 处置不当会严重污染环境。若开发一种配套的、高品质的适合市场推广的钢结构住宅体系, 落实“工业固体废渣资源化”的经济政策, 将此类工业石膏大量应用于建筑墙体 (内、外墙及楼盖) , 使其变废为宝, 且在住宅建筑中做到“大开间、灵活划分居室”, 每户一块无梁空心板, 将有望取得较好的社会效益和经济效益。
2 装配整体式空间钢网格盒式结构
文章介绍一种新型的钢结构住宅体系-装配整体式空间钢网格盒式结构。这种结构体系主要由横向钢-混凝土协同式组合空腹夹层楼盖[1]及竖向单层钢网格墙体组成;由于网格尺寸多而密, 横向及竖向受力体系形成三维受力的板体系, 使每户包裹后形成受力均匀合理的盒式结构, 如图1所示。
这种结构体系在受力特点、施工建造方法、建筑功能和工程造价等方面都要优于目前常用的结构, 盒式结构将常规框架结构改变为小截面立柱, 并与层间横梁及钢空腹楼盖T型梁组成网格式框架, 外墙及分户墙采用现浇工业石膏填充, 这样既能充分利用钢结构强度高、抗震性能好的优点, 又能利用磷石膏来解决钢材的防火防腐蚀及外墙保温, 也消耗了大量的工业石膏废料;另外, 这种新型装配整体式钢网格盒式结构采用构件单元化, 实现工厂焊接制作, 现场全螺栓拼接, 避免火灾的同时提高了施工速度, 促进施工文明;再者, 每户由横向和竖向网格板组成盒式空间结构, 从而使结构内力分布均匀, 且内力值大幅度减小;内力减小使构件截面大幅度减小, 从而减小钢材总体用量和工程造价;由于采用钢空腹网格大板楼盖体系, 形成每户一块大面积 (≥100m2) 楼板, 每户住宅的居室亦在“盒内”自由划分, 不再受“有墙必有梁”限制, 达到建设部早已提出的“大柱网、大开间、灵活划分居室多功能应用”的要求。
3 装配整体式空间钢网格盒式成束筒结构体系性能对比分析
3.1 工程概况
本工程拟开发的基地在湖北省襄阳市, 该工程采用成束筒结构, 共36层, 柱网格间距为2.5m, 层高3.1m, 总高度111.6m, 其核芯为钢筋混凝土剪力墙筒, 周边围绕六个钢网格盒式结构筒, 从而提高超高层结构抗侧刚度;工程建筑场地类别为Ⅱ类, 设计地震分组为第一组, 地面粗糙度为B类, 基本风压0.35KN/m2;抗震设防烈度为6度, 基本地震加速度为0.05g, 框架抗震等级为三级, 剪力墙抗震等级为二级;文章通过Midas Building软件进行设计计算, 对比分析了空间钢网格盒式成束筒结构与常规钢框架-核心筒结构的技术经济指标, 各结构标准层模型与整体模型如图2至图5所示。
3.2 计算结果分析比较
3.2.1 结构自振周期。
由表1可知, 两种结构体系相比, 盒式结构的各自振周期均较常规结构的自振周期短, 说明盒式结构体系在各方向的抗侧刚度均优于常规结构。两种结构体系的第一扭转周期与第一平动周期之比均远小于规范规定的限制, 这也从一定程度上反映了空盒式结构与常规结构都有很好的抗扭能力。
3.2.2 结构的位移特性。
表2中数据为水平风荷载作用下与振型分解反应谱法分析所得的结果, 通过对比可以明显的看出盒式结构的顶点位移、最大层间位移、最大层间位移角均比常规结构小很多。表明盒式结构的抗侧刚度远大于常规结构。
3.2.3 结构刚重比。
由表3可知, 两种结构体系的刚重比均满足《高层建筑混凝土结构技术规程》规定的不小于1.4的要求, 可不考虑结构整体失稳的可能性, 但盒式结构的刚重比要大于常规结构, 证明盒式结构的整体稳定性要优于常规结构;同时盒式结构刚重比满足不小于2.7的要求, 可不考虑重力二阶效应的不利影响, 但常规结构的刚重比小于2.7, 应该考虑重力二阶效应, 这表明盒式结构由重力二阶效应造成的不利影响要远小于常规结构。
3.2.4 结构内力分配。
表4列出了盒式结构和常规结构的内里分配比例, 可见两种结构有很大的区别。在盒式结构中, 由于空腹夹层板楼盖的刚度较大, 有效的协同了钢网格墙架和混凝土筒体, 极大地增强了外部钢网格墙架的抗倾覆能力。盒式结构的钢网格墙架承受的剪力也比常规结构有一定的提高。
3.2.5 结构经济性对比分析。
对于本工程项目, 建筑面积约25000m2, 在所受外部荷载完全相同的前提下, 对两种结构体系所需的建筑材料 (主要是型钢和混凝土用量) 进行对比分析, 具体见表5。从表中可以看出:盒式结构的型钢总用量约为87Kg/m2, 比常规结构用钢量节约24Kg/m2, 节约21.6%;混凝土用量前者比后者节约22mm/m2, 节约了22%。另外, 钢网格盒式结构外墙及内分户墙均采用磷石膏包裹, 大大提高住宅外墙保温性能的同时, 又很好的解决了钢构件的防火防锈问题, 大大减少了防火防锈涂料的使用量。再者, 由于盒式结构受力比较均匀, 使得其构件截面均较小, 自重较轻, 可在工厂焊接制作成单元, 运往现场全螺栓拼接, 这样既解决了常规结构构件大且重、运输安装困难的问题, 又会加快施工进度。最后, 盒式结构楼盖均采用钢空腹夹层板结构, 网格较小, 面层混凝土板厚为80mm即可, 空腹高度为100mm, 中间可穿越管线, 空腹梁与面板总高度为480mm, 每层比常规结构 (钢梁与面板总高度为600mm) 节约层高120mm, 既降低了楼板的自重, 又节约了混凝土的浇筑量。
4 结束语
文章主要对湖北省襄阳市一拟建的超高层钢结构住宅进行了研究, 分别采用空间钢网格盒式成束筒结构和常规钢框架-核心筒结构进行设计比较, 并对比分析了两种结构体系的力学性能及相关经济技术指标;分析得到如下结论:
(1) 盒式结构比常规结构前三阶周期均小12%以上;结构顶点最大位移X方向小约15%, Y向小约39%, 层间位移角X方向小约14%, Y向小约37%, 结构刚重比远远大于常规结构, 可见盒式结构的抗侧刚度、结构整体性均优于常规结构。
(2) 盒式结构中的钢网格框架在X、Y方向分别承担了结构42.48%和38.21%的倾覆弯矩比常规结构的33.41%和31.17%要高, 基底剪力的分配也是同样的道理。说明盒式结构的网格式框架能够更有效分担结构的内力, 更好的起到第二道抗震防线的作用。
(3) 盒式结构相对于常规结构不仅节约建筑空间, 而且节约型钢和混凝土的效果显著, 外墙和分户墙采用现浇工业磷石膏包裹, 保温、隔热、耐火性能好, 经济效益明显, 很好的体现了“以科学发展观为主题, 以转变经济增长方式为主线”的国家指导方针, 是一种非常适合市场推广的住宅体系。
摘要：文章介绍了一种新型的钢结构住宅体系——装配整体式空间钢网格盒式结构。这种结构体系主要由横向钢-混凝土协同式组合空腹夹层楼盖及竖向单层钢网格墙架组成, 具有空间三维受力特性;空腹楼盖具有跨度大、自重轻等优点, 每户住宅的居室亦在“盒内”自由划分, 不再受“有墙必有梁”限制;钢网格墙采用现浇工业石膏包裹, 不需再做防火、防锈处理, 而且还有很好的保温效果。文章通过一拟建工程为例, 对比分析了盒式结构与常规结构, 研究结果表明盒式结构受力性能及经济节能指标等都优于常规结构。
关键词：超高层,空间钢网格,盒式结构,现浇工业石膏,对比分析
参考文献
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