装配式框架节点（共8篇）
装配式框架节点 篇1
0 引言
目前在国内外建筑中预制混凝土框架结构因其现场施工作业少、施工速度快、平面布置灵活、能提供较大空间、性价比较高等优点, 而广泛应用于工业厂房与民用建筑中的住宅、办公楼、旅馆、商店及学校等建筑[1]。但是, 在近几十年来国内外全球地震活动频繁, 地震中预制框架结构发生不同程度的破坏甚至倒塌的现象屡见不鲜。装配式框架节点的抗震性能受到国内外学者的重视[2,3,4,5,6]。
本文通过对现浇和预应力装配式钢筋混凝土梁柱节点进行低周反复荷载作用下的试验对比, 研究其裂缝分布、破坏形态、滞回曲线及位移延性等抗震性能。
1 试验概况
1.1 试件设计
本试验采用梁柱节点足尺模型, 按强柱弱梁的原则设计, 现浇节点RCJ (见图1) , 附加角钢PCJ-1 (见图2) , 附加阻尼器的预应力装配节点PCJ-2 (见图3) 各一个。装配节点由预制梁、预制柱装配而成。试验轴压比为0.2, 三个试件的梁截面尺寸均为200 mm×400 mm, 柱截面尺寸为400 mm×400 mm。混凝土强度等级为C40, 梁纵筋和箍筋均采用HRB400热轧钢筋。
1.2 试验装置
本试验在一个门式加载钢架下进行, 柱顶施加水平低周反复荷载。柱子底部固定于带转动铰支座的柱帽内, 梁端采用上下两个可以滚动的滚轮固定。梁端在柱顶水平力作用下可以左右移动, 不能上下移动。柱顶施加可以水平移动的竖向轴力, 通过门式反力钢架由安放在柱顶的千斤顶施加轴力。柱顶水平反复荷载由MTS电液伺服作用器施加。加载装置见图4。
1.3 加载程序
本试验采用荷载—位移混合控制的加载方法[7]。达到屈服荷载前, 采用荷载控制加载;当节点屈服以后, 采用位移控制加载。按屈服位移的倍数即1Δy, 2Δy, 3Δy分级, 每级加载循环反复二次。直到加载值下降到峰值的85%, 认为节点破坏。每级荷载循环时间保持相同时间间隔。
2 主要现象及结果分析
2.1 滞回曲线
滞回曲线反映了结构在反复受力过程中的变形特征、刚度退化及能量消耗等抗震性能。
1) 早期3个试件的滞回曲线均呈梭形, 滞回环包含的面积也很小, 接近直线形, 残余变形也很小。
试件开裂后滞回环所包含的面积逐渐变大, 开始呈现曲线形, 并呈现出一定的捏拢效应。从整体上看3个试件的滞回曲线都比较丰满, 具有良好的耗能能力。
2) 试件RCJ梁柱节点核心区破坏前, 由于预应力钢绞线的约束作用, 试件PCJ-1和PCJ-2的捏拢效应比试件RCJ明显, 变形恢复能力也高于试件RCJ, 而滞回环的饱满程度稍差。试件RCJ在节点核心区破坏后则捏拢效应十分明显, 滞回环的饱满程度也明显下降耗能能力显著下降。
3) 试件PCJ-1和PCJ-2的滞回环面积基本相同, 耗能能力也大致相当。
由于摩擦型阻尼器的作用, 使得试件PCJ-2的变形恢复能力比试件PCJ-1略低, 而捏拢效应则不如试件PCJ-1更加地明显。
2.2 骨架曲线
3个试件的骨架曲线如图5所示。
1) 3个试件在水平低周反复荷载作用下的骨架曲线大致相同, 都经历了弹性、屈服、强化和下降4个阶段。3个试件开裂前骨架曲线均呈直线, 且几乎重合, 试件变形为弹性变形。
2) 试件开裂后, 骨架曲线的曲率变小, 向位移轴偏移。位移增长的速度加快, 荷载增长的速度减慢。从图5中可以看出, 加载最大值约为第10循环。试件RCJ的极限承载力大于试件PCJ-1和试件PCJ-2。但试件RCJ的极限承载力位移却小于试件PCJ-1和试件PCJ-2。
3) 试件RCJ破坏时的位移大于试件PCJ-1和试件PCJ-2。试件RCJ的延性优于试件PCJ-1和试件PCJ-2。
4) 在试件PCJ-2的加载过程中, 荷载大约为±100 k N时摩擦阻尼器开始滑动, 所以大约从±100 k N到极限荷载试件PCJ-2的骨架曲线基本呈直线变化。
2.3 刚度退化
3个试件的刚度随位移的变化曲线如图6所示。
1) 3个试件的刚度退化随着位移的增加呈增大趋势, 正向加载和反向加载时刚度退化速度基本相同。
2) 试件RCJ的初始刚度大于试件PCJ-1和试件PCJ-2, 荷载较小时刚度退化速度也大于试件PCJ-1和试件PCJ-2。
3) 试件PCJ-1和试件PCJ-2的刚度大致相同, 由于阻尼器的作用, 试件PCJ-2的初始刚度稍微大于试件PCJ-1的初始刚度, 试件PCJ-2的刚度退化速度也略微大于试件PCJ-1。
2.4 位移延性
3个试件的位移延性系数见表1。
1) 从表1中可以看出, 3个试件的位移延性系数大致相当;
2) 从延性系数可以看出试件PCJ-1和试件PCJ-2的延性大致相当, 均略好于试件RCJ;
3) 试件PCJ-1和试件PCJ-2极限位移也大致相同, 均小于试件RCJ。
3 结语
1) 在低周反复荷载作用下, 3个试件的破坏主要集中在梁柱连接面部位。试件RCJ节点核心区轻微破坏, 试件PCJ-1和试件PCJ-2节点核心区完好。3个试件均属于典型的梁端塑性铰破坏;
2) 在加载过程中, 试件PCJ-1和试件PCJ-2梁柱接触面均没有明显的剪切滑移, 卸载后阻尼器安装杆有轻微变形。预应力装配节点有足够的抗剪能力;
3) 3个试件的滞回曲线均比较饱满, 具有良好的耗能能力。相比之下, 现浇框架节点的耗能能力略好于装配框架节点;
4) 由于钢绞线的预压作用, 明显提高了装配式框架结构的开裂荷载, 且卸载后装配式框架结构的变形基本可以恢复, 说明预应力装配式构件具有良好的变形回复能力。从延性系数上看, 预应力装配式框架结构也好于现浇框架结构。
摘要：通过对现浇钢筋混凝土框架结构、附加角钢和附加阻尼器的预应力装配式框架结构梁柱节点进行低周反复荷载作用下的试验, 研究了节点的裂缝分布、破坏形态、滞回曲线及位移延性等抗震性能, 结果表明:附加角钢和附加阻尼器的装配式框架结构具有良好的抗震性能, 具有广阔的应用前景。
关键词：预应力,装配式,框架结构,节点,抗震性能
参考文献
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[7]JGJ01-96, 建筑结构设计方法规程[S].
框架节点钢筋排布规则说明的分析 篇2
【关键词】框架节点；钢筋排布；施工分析
1. 前言
框架结构钢筋节点详图，是钢筋混凝土工程中最常见、通用的施工中应该遵守的规则，因为节点是梁柱框架结构中传递荷载的结构结合处。节点钢筋施工的正确与否，直接关系到结构传力的正确、结构的安全稳定、建筑物的使用寿命，所以一项工程的安全应该从节点施工正确做起，只有保证节点的正确施工，才能保证结构的安全。
2. 节点规则与施工中的错误
2.1《框架节点钢筋排布规则说明》12G901-1总说明中述：“节点处平面相交的框架梁顶标高相同时，其一方向梁上部纵向钢筋将排布于另一方向梁上部同排纵向钢筋之下，纵向钢筋排于下方的梁顶部保护层加厚，增加的厚度为另一方向梁上部第一排纵筋直径（当第一排纵筋直径不同时，取较大直径）。”
2.1.1这条规则说明就是针对主次梁交叉钢筋排布，条文说明中需要注意理解的是“其一方向梁”和“另一方向梁”这二个名词，在框架结构施工中，一般是先施工主梁后施工次梁，这样规则中所指的“另一方向梁”即为主梁，而“一方向梁”即指次梁。建筑结构设计、施工中有主次梁之分这是众所周知。
图1
2.1.2“纵向钢筋排于下方的梁顶部保护层加厚”，即本条文的意思体现保证主梁结构的正确，次梁上部钢筋的保护层增厚。从钢筋混凝土强度计算公式分析、理解出发，梁梁交叉相当于次梁是作用在主梁上的一个集中荷载，主梁所起的作用大于次梁，也即次梁通过主梁将竖向荷载传到竖向结构，增加主梁的保护层厚度相当于减少主梁混凝土截面的有效计算高度，所以从结构重要性方面分析理解，应该保护主梁的截面积、有效计算高度。
2.1.3工程中常见的施工错误是把次梁钢筋放在主梁钢筋之上。
2.2“节点处平面相交叉的框架梁底部标高相同时，可将一方向的梁下部纵向钢筋在支座处自然弯曲排布于另一方向梁下部同排纵向钢筋之上，梁下部纵向钢筋保护层不变；在梁下部纵向钢筋自然弯起位置沿纵向设置附加钢筋。。。。。。也可将一方向梁下部纵向钢筋整体上移排布于另一方向梁下部同排纵向钢筋之上（需经设计确认），此时，梁下部纵向钢筋保护层加厚，增加的厚度为另一方向梁下部第一排纵筋直径；若为使梁下部纵向钢筋保护层厚度不变，避免当梁下部纵向钢筋保护层厚度大于50MM时需要对保护层采取防裂、防剥落的构造措施，经设计同意可同时将梁底部抬高，抬高的距离为梁下部纵向钢筋整体上移的尺寸”。
2.2.1“底部平面相交”，意思即为梁的高度相等或梁底在同一平面上，一般多用于井字屋面结构。虽然上面写着“可将一方向的梁下部纵向钢筋在支座处自然弯曲排布于另一方向梁下部同排纵向钢筋之上，梁下部纵向钢筋保护层不变；在梁下部纵向钢筋自然弯起位置沿纵向设置附加钢筋……”但在工程实际施工中很少有施工单位会这样做或是根本没有单位去按照规范要求施工。大多的做法是直接伸过，这样就造成后施工梁的梁底保护层增厚。我们通常在工程检查或验收中会遇到梁底总因保护层过层而间生和梁底横向裂缝。
2.2.2在处理这类梁结构时，应该区分一下主次梁，一般框架结构体系中，按计算单元分析应该以横向梁为主梁，纵向梁为联系梁或次梁。工程施工中应该首先保证主梁结构及保护层厚度，而且施工时一般也是主梁钢筋先施工，此时，纵向梁底的保护层厚度增加，增加量为横向梁底排钢筋的直径，上部钢筋保护层厚度减少，减少量为横向梁上排钢筋的直径。
2.2.3施工中应当注意的一点，即图集中所指出的“……若为使梁下部纵向钢筋保护层厚度不变，避免当梁下部纵向钢筋保护层厚度大于50MM时需要对保护层采取防裂、防剥落的构造措施，经设计同意可同时将梁底部抬高，抬高的距离为梁下部纵向钢筋整体上移的尺寸”。如果梁的下底部钢筋直径大于25MM时，可能会使梁底保护层厚度大于50MM，此时需要在施工时引起注意，应该采取防裂、防剥落的构造措施，以免引起梁底开裂。施工中最好的做法是在梁底保护层厚度大于50MM范围段，在梁底垫层面上设置一道20*20的钢筋网片，设置长度为梁梁交叉处向梁中方向的1/3长度，这样可以有效地保护梁底的表面裂缝产生或控制裂缝的开展宽度。
3. 结束语
钢筋是建筑工程的结构骨架，是结构的主要承力材料。在高层建筑中，结构钢筋的设计是根据结构体系在受力条件下通过分析计算得到的，钢筋的配置是在保证结构安全的留有一定安全系数的前提下确定的用量，所以施工质量的正确与否直接关系到建筑工程结构的使用安全、抵抗外力作用安全和建筑物的耐久性。对结构中每个节点的正确施工、安装是保障建筑物结构安全的关键。因此，工程施工技术人员应当熟悉设计文件、结构规范、标准、节点、图集；严格按照规范、设计文件和设计施工图集进行施工，对于需要z由设计进行确认的结构，必须经设计确认，以保证每一个节点的正确，保证整个工程的施工质量、结构安全和合理的设计使用寿命。
参考文献
装配式框架节点 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
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装配式框架节点 篇4
关键词：变电站,框架结构,混凝土,荷载
预制装配钢筋混凝土框架结构其关键技术在于如何进行柱梁等预制构件的连接, 并满足结构抗震的要求。目前国内外解决的方法主要有现浇节点区节点连接、预应力预压节点连接等。现浇节点区的连接是在梁柱节点处预留后浇混凝土部位, 各构件现场拼装完成后再后浇混凝土形成整体。预应力预压梁柱节点连接是利用后张预应力筋的方法, 将钢筋混凝土预制梁压紧于预制柱上, 柱梁之间依靠摩擦力或辅以非预应力筋的抗剪来实现框架节点的传力。这种结构抗震延性良好, 但其增加了预应力筋安装、张拉及灌浆等工艺, 震后损坏的构件不易维修更换。
针对目前预制装配框架结构存在的上述问题, 为在保证框架节点抗震性能的前提下实现现场的快速干式连接, 本文介绍一种用钢节点连接柱梁预制构件并形成装配框架结构的新方法, 并对其节点性能进行试验研究, 综合评价该节点的力学性能。
1 钢—混凝土组合装配式框架结构
依据框架结构在地震作用下的破坏机制, 为最大程度地耗散地震能量, 使框架表现出良好的抗震性能, 要求框架破坏呈梁铰机制, 即使框架梁端先于柱端出现塑性铰, 使框架结构在耗散地震能量的过程中保持几何不变体系。通过在梁柱节点区设置钢节点部件, 并相应地在预制钢筋混凝土梁柱端部增加钢部件 (短钢梁及端板等) , 再将预制梁、柱与钢节点通过高强螺栓连接形成装配式框架结构———钢—混凝土组合装配式框架结构, 这样不仅实现了梁、柱节点的快速连接, 同时由于将局部钢结构引入梁柱节点区从而使得梁柱节点区具有良好的延性与抗震耗能能力, 并且更易控制并实现塑性铰出现在梁端区域。
2 试验方案
2.1 试验设计
试验选取框架梁柱中节点, 取上下柱反弯点、左右梁反弯点之间的“十”字形部分作为试验单元, 设计遵循“强柱弱梁、强节点弱构件、强剪弱弯”的原则[8]。按1∶0.4缩尺比例设计制作钢节点、柱、梁构件并通过高强螺栓连接装配成“十”字形试件 (见图1) , 其中所用材质混凝土为C30, 主筋为HRB400级热轧钢筋, 箍筋为HPB235级热轧钢筋, 钢材为Q345, 高强螺栓为10.9级, 抗剪栓钉HRC35-45。混凝土柱采用C30混凝土, 截面尺寸为300 mm×300 mm。钢节点结构见图2, 梁结构见图3。
2.2 试验加载装置与加载制度
试验采用实验室节点试验专用反力架, 采用梁端反复加载方案 (见图4) 。柱上、下端设为不动铰支承, 试件设计轴压比的大小为0.2, 在柱顶用油压千斤顶施加固定的轴向力260 k N, 试验装置如图4所示。试件屈服前用荷载等级逐级加载控制;试件屈服后, 按位移逐级控制加载, 每级位移下循环3次, 直到构件承载力下降到极限承载力的85%以下, 停止加载。
3 试验现象
梁端竖向力达35 k N时, 梁端U型钢靴内的混凝土开始出现了细微的斜裂缝;当加载到-35 k N时裂缝进一步的延长;加载到40 k N时, 靠近端板处的工字钢梁的翼缘板开始达到屈服应力, 此时混凝土梁上已有的裂缝进一步加深, 垂直裂缝进一步增多, 并逐渐显现从U型钢靴的端板向外依次减少的趋势;当梁端荷载达到47 k N时, 此时工字钢梁靠近端板部分的翼缘板已达到屈服极限, 梁U型钢靴内的混凝土出现了向工字钢端板方向发展的斜向裂缝 (如图5所示) 。荷载达到55 k N时, H型钢梁的腹板靠近中和轴处的应力达到屈服应力, 标志着钢梁进入弹塑性阶段, 此时的梁端位移为80 mm (梁端转角为0.04 rad) , 此后对梁端的加载改为位移控制, 位移值为0.04 rad的倍数, 每个位移做3次循环。随着荷载的增大和循环次数的增多工字钢也出现了局部的翘曲和细微的裂缝, 混凝土的裂缝明显增多增大。
在第一周循环结束之后, 当梁端力加载到60 k N, 梁端位移达到100 mm, 梁端U型钢靴开口部位的抗剪栓钉将混凝土拉坏, 整个节点达到了极限承载力, 破坏状态如图6所示。而对于柱由于柱根采用封闭的钢柱靴未见混凝土开裂。
从图6b) 中可以看出在梁靴端部, 混凝土梁和梁靴发生了分离, 且此处混凝土梁的裂缝较宽, 主要原因是梁靴的强度较大, 此时的混凝土梁相当于从梁靴端部伸出的“悬臂梁”, 该处是混凝土梁弯矩和剪力最大的部位。
4 试验分析
4.1 滞回曲线及骨架曲线
构件在反复荷载作用下的滞回曲线如图7所示。该构件所使用的梁是钢—混凝土组合梁, 钢结构和混凝土结构受力的性能差异较大, 钢结构具有良好的塑性变形能力而混凝土结构的脆性较大。因此在反复荷载的作用下, 在钢结构进入弹塑性变形阶段之前混凝土已经出现了较多的垂直裂缝和斜裂缝, 由于在峰值位移为80 mm的循环加载过程中, 混凝土发生了脆性破坏, 试验中梁端荷载—位移滞回曲线未出现捏拢的现象, 这一方面说明该新型结构所引入的工字钢梁确实能起到塑性铰转移的作用并具备优秀的耗能能力, 另一方面也提示我们要协调好混凝土结构和钢结构的强度和刚度特性, 优化构造设计, 将梁端的开口U型钢靴改为与柱靴类似的封闭钢靴。
试验构件两端梁的骨架曲线如图8所示, 由图8可见无论是梁柱节点的左梁还是右梁, 其正负刚度均相差无几, 说明试验加载过程中, 端板的滑移很小, 这和本试验中端板的刚度及高强度螺栓相关。
4.2 节点强度延性和耗能性能
抗震设计中要考虑利用结构屈服后的塑性变形来耗散能量, 一般用延性系数表征结构屈服后的变形能力。混凝土梁柱节点的延性系数一般为2左右, 此次试验中钢节点与柱梁连接形成的框架节点延性系数为3, 因而在混凝土梁柱节点中引入钢节点再与柱梁相连接可以充分发挥钢材的弹塑性变形能力, 使节点的耗能能力和抗震性能得到较大的提高。
试件的耗能能力可用等效粘滞阻尼系数he或能量耗散系数E表示, he和E是衡量试件抗震性能的一个主要指标, he或E越大, 则试件耗能能力越强。经计算得出试验中的构件的等效粘滞阻尼系数为0.216, 构件的能量耗散系数E的值为1.356。对比钢筋混凝土梁柱节点的等效粘滞阻尼系数一般为0.1左右, 说明引入钢节点后与梁端工字钢梁后构件的耗能能力和延性得到了明显的提升。
5 结语
1) 该新型钢—混凝土组合装配式框架结构节点相对于现浇的钢筋混凝土节点具备优良的延性和耗能能力。对比钢筋混凝土梁柱节点的等效粘滞阻尼系数一般为0.1左右, 说明引入钢节点后与梁端工字钢梁后构件的耗能能力和延性得到了明显的提升。
探讨装配式预制框架结构施工 篇5
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.
装配式框架节点 篇6
在我国, 建筑行业成为了能耗大户, 建筑行业能耗至少占全社会能耗的1/3, 而建设阶段的能耗又占了建筑总能耗的1/2以上。针对建筑行业现存的作业方式传统、工业化水平低、能耗高污染大等弊端, 国家提出建筑节能减排和住宅产业化的国家发展战略, 力图消除制约建筑工业化发展进程的瓶颈。所谓建筑工业化是指采用集约化、工厂化的流水线作业方式完成大部分构成建筑的构件、部件、设备的预制生产, 然后运至施工现场进行整体装配集成的一种现代建筑方式。欧美等发达国家从上世纪40年代开始就已经逐步推进建筑工业化进程, 特别是日本, 其建筑工业化率已经超过70%, 拥有系统的、先进的、成熟的技术支持。
装配式混凝土结构具有建造工期短、产品质量高、能源损耗低、环境污染小等优势, 是实现建筑行业可持续发展的必然选择。而装配式混凝土结构发展的一个重要制约因素是节点连接问题。对于装配式框架结构, 梁柱节点更是尤其重要, 它对装配式混凝土结构的抗震性能有直接的影响。
1 预制混凝土与现浇混凝土的优劣分析
即使现浇混凝土凭借其优越性在当今大多数工程施工中扮演着重要的角色, 但也不可否认其在工程实施中暴露的缺陷。当遇到耗费劳动力多, 劳动效率比较低, 工程质量难以保证[1]等问题时, 预制混凝土的优势便显现出来了。
预制混凝土, 区别于现浇混凝土, 是指浇筑地点并不在施工现场, 而是先在其他地点将混凝土浇铸成单个的构件后运至施工现场后进行拼接或组装成建筑结构。预制混凝土如今已经在全世界的范围内得到了广泛的应用, 如在洪都拉斯San Pedro Sula市的预制预应力混凝土悬索行人桥[2], 美国北卡洛林娜州Charlotte市IJL金融中心[3]等。下面是预制混凝土与现浇混凝土的对比, 见下表。
2 梁柱节点的连接类型
框架结构的梁柱连接也称为梁柱节点或框架节点, 主要指框架梁与框架柱相交的节点核心区及靠近核心区的梁端和柱端[4]。根据装配式混凝土结构的施工方式, 其节点连接可以划分为湿连接和干连接两种。在两连接构件之间灌注水泥浆或现浇混凝土的连接方式为湿连接。而干连接则不需现浇混凝土, 它的连接是通过预埋在构件内的钢板或者某些钢部件, 经过焊接或螺栓连接而成的。
2.1 预制装配式框架的干连接
2.1.1 牛腿连接
牛腿凭借较高承载力并且能够可靠的传递竖向力, 是应用较为普遍的一种干连接方式。一些大空间建筑, 如单层或多层厂房等, 需要承载力较高的连接方式而对美观性方面要求较低, 故多采用有较高承载力的明牛腿。而对于建筑要求比较高的民用住宅或者商业用房中多将牛腿做成不影响美观的暗牛腿[5]。目前应用的暗牛腿连接方式有很多种, 常见的有型钢暗牛腿、混凝土暗牛腿等。
(1) 明牛腿连接。在预制装配式多层厂房中明牛腿节点的连接方式占了很大的比重, 如图1所示。明牛腿节点有很多优点, 其承载力大, 节点刚性好, 在安装方面也方便快捷。应用明牛腿的连接方式有两种, 即可刚接又可铰接, 构造细节是不一样的。但是由于明牛腿主要考虑的是承载力等性能而忽视了美观并且相对来说占用空间较大, 所以明牛腿只应用于对美观要求较低的建筑, 如厂房和吊车梁支座等。
(2) 暗牛腿连接。当民用住宅或商业用房对于建筑美观有较高要求时, 往往把柱子的牛腿做成既不影响美观又不影响空间的暗牛腿, 如图2所示。由于考虑构件的美观使得构件的力学性能会受影响, 尤其是对构件的动力特性不利。梁端与牛腿的配筋有时会很复杂。比如用一半的梁高度来承担剪力, 而另一半的梁高度用来做出柱子的牛腿, 还要牛腿的边缘在梁边缘的范围内时, 配筋就会比较复杂。所以这样的节点连接方式仍然有局限性。
(3) 型钢暗牛腿连接。型钢牛腿适用于剪力较大的情况, 此时梁高的一半已经不足以承受全部的剪力。遇到此种情况应该减小暗牛腿的高度, 来增加梁端缺口处梁的高度, 这样其抗剪能力就能大大提高了[6]。有些型钢暗牛腿在制作过程中把型钢用混凝土包裹起来, 这种牛腿在外观上与普通现浇牛腿基本相同。而不用混凝土包裹的牛腿, 可以直接把型钢伸出来, 也可以把型钢伸到梁端的内部。当型钢伸到梁内部时, 连接处侧面的接缝, 可以隐藏起来。但是考虑到明火和腐蚀的情况, 安装后的灌缝工作必须仔细的完成, 如图3所示。
1.后加和灌浆的销;2.氯丁橡胶板;3.型钢
2.1.2 钢吊架式连接
钢吊架式连接的用钢量比较少。钢吊架式连接区别于其他干连接的一其显著优点是其柱子的模板制作较为简单。在实际工程中, 偶然出现的偏心荷载会引起梁的扭曲, 钢吊架式连接恰好可以阻止此种情况的发生。如图4就用了位于钢吊架下方外伸的插销来阻止这种情况发生。
该连接方式的缺点是连接构件较多且承受能力相对较弱, 从而构造相对复杂, 相应的也就对施工质量和安装精度有较高的要求。所以钢吊架式连接不能承受比较大的荷载[7]。
2.1.3 焊接连接
焊接连接的优点是避免了传统湿连接等方式的灌浆和养护环节从而节省了工期。缺点是焊接连接方法中无明显的塑性铰设置, 焊接缝在反复地震荷载作用下容易发生脆性破坏, 故该连接方式的抗震性能不理想[8]。但是对于塑性铰设置良好的焊接接头, 其优点非常显著, 故当前干式连接构造的发展方向包括开发变形性能较好的焊接连接构造。在施工中应该充分安排好相应构件的焊接工序从而减小焊接的残余应力并使焊接有效。如图5所示。
2.1.4 螺栓连接
螺栓连接的优点是安装快速利落。其缺点是在预制时的制作精度要求较高, 不允许出现偏差, 而且必须极为小心的保护来避免运输及安装过程中出现的受弯、受损和污染, 一旦出现了破坏, 其更换或维修的施工操作将比较复杂[9]。图6所示连接为牛腿和螺栓连接的组合应用, 图6 (a) 所示为明牛腿和预制梁用螺栓连接的情况, 图6 (b) 为暗牛腿的方式。6 (a) 和图6 (b) 连接方式可以抵抗较小的梁端弯矩和扭矩, 属于铰接。
2.2 预制装配框架的湿连接[10]
1.螺栓;2.灌浆;3.垫板;4.螺母;5.浇入的螺杆和螺套;6.灌浆;7.可调的支座
湿连接是指通过现浇混凝土将预制构件或预制构件与现浇构件连接在一起形成框架结构。图7为常用的几种湿连接形式。
图7 (a) 中, 梁为预制混凝土梁, 预制楼板放在预制梁上, 在梁和楼板的表面, 梁柱节点的核心区域及柱内布置钢筋, 然后浇捣混凝土, 预制梁与面层现浇混凝土通过钢筋连接作用形成叠合梁共同工作。这样做减少了现场模板的工作量, 但是梁底外伸的纵向钢筋在节点核心部分的锚接施工比较困难, 所以柱子的尺寸要比梁的大一些。此外由于梁柱节点核心区配筋比较密实, 所以这部分混凝土不容易浇捣密实。
图7 (b) 与图7 (a) 不同的是, 梁、柱均为预制构件, 在预制梁、板的表面和梁柱节点核心区浇捣混凝土, 上下柱内的纵筋则是穿过金属套筒, 然后灌浆连接在一起。这种方式现场浇捣工作量少, 但也无法避免梁底纵筋锚固和节点核心区混凝土浇捣的问题。
3 结论
(1) 预制混凝土框架结构是一种非常重要的框架施工方法, 相对于其它方法, 其优点有构件制作精确、施工较为简易、施工周期短、减免湿作业等诸多优点。在未来建筑业的发展中, 预制混凝土结构将会扮演非常重要的角色。
(2) 由于梁柱节点连接形式的多样性, 目前预制混凝土结构并没有较为成熟的连接方式, 规范不同也导致不同的连接形式分类, 希望尽快出台将梁柱节点连接分类形式统一划分的更完整的规范以便于今后研究人员能进行更深入的研究。
(3) 国内外关于预制混凝土梁柱节点连接的研究还处于探索阶段, 但随着建筑产业的快速发展, 我们需要加快对于预制混凝土框架节点连接的研究并尽快做到深入和完善, 这样才能与时俱进并使建筑行业发展的更快更好。
参考文献
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浅谈多层装配式框架结构安装技术 篇7
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) .
多层钢框架结构节点设计分析 篇8
1 梁柱节点连接分析
多层钢框架梁与柱的连接可以设计成铰接、半刚性连接或刚性连接。在实际工程中为简化计算,通常假定梁与柱的连接节点为完全刚接或完全铰接。半刚性连接虽已经有一些研究成果,但在多层钢结构中的应用还不多。连接的方法常用焊接连接、摩擦型高强螺栓连接及栓—焊组合连接,栓—焊组合连接是指同一受力连接的不同部位分别采用摩擦型高强螺栓连接及焊接的组合连接,应该注意的是同一力传至同一连接件上时,不允许同时采用又栓又焊两种方法连接。
刚性连接节点的计算简化考虑梁端内力向柱传递时,梁翼缘承担梁端弯矩,而剪力完全由腹板来承担,同时梁腹板与柱的连接除了梁端剪力要进行计算外,尚应验算腹板净截面面积的抗剪承载力;梁柱刚性连接的精确计算是以梁翼缘和腹板各自的截面惯性矩分担作用于梁端的弯矩和梁端的全部剪力。
不论采用何种计算方法,梁与柱刚性连接时,应满足几点要求:1)梁翼缘和腹板与柱的连接,在梁端弯矩和剪力的共同作用下,应具有足够的承载力;2)梁翼缘的内力以集中力作用于柱的部分,不能产生局部破坏,因此应根据情况设置水平加劲肋(对H形截面柱)或水平加劲板(对箱形或圆管形截面柱);3)连接节点板域,即由节点处柱翼缘板和水平加劲肋或水平加劲板所包围的柱腹板区域,在节点弯矩和剪力的共同作用下,应具有足够的承载力和变形能力;4)按抗震设计的结构或按塑性设计的结构,采用焊缝或高强螺栓连接的梁柱连接节点,应保证梁或柱的端部在形成塑性铰时有充分的转动能力。
梁柱铰接连接节点只能承受很小的弯矩,这种连接实际上是为了实现简支梁的支撑条件,即梁端没有线位移,但可以转动。
2 多层钢框架结构常用梁柱节点连接的几种方案
实际工程中,除了铰接节点外,一般大都采用刚接节点。刚接节点通常有下列几种形式:
1)梁与柱丁字形连接,柱上焊有安装用支托,柱的腹板用横向加劲肋加强,如图1所示。这种连接刚度较大,但梁的长度必须制造精确,安装焊缝有仰焊缝,施工操作难度增大,焊接质量不易保证。
2)梁与柱通过宽翼缘T形钢连接如图2所示,T形钢起竖向加劲肋作用,特别适合于十字形横梁的连接。T形钢可用工字钢在腹板上裁开而得,接头长度需大于横梁高度,可使柱的抗扭刚度得到加强,但节点耗钢量加大。
3)梁与柱通过盖板和角钢连接,在柱的东西方向,通过盖板与梁翼缘连接,以传递弯矩。通过竖直角钢与梁腹板连接,以传递剪力。柱上焊有安装用支托,为避免仰焊,上部水平板应小于梁翼缘,下部水平板应大于梁翼缘。在柱的南北方向,盖板兼肋板与柱翼缘和腹板焊接,为避免仰焊,可在上部水平板中间开槽进行焊接。下部水平板下有竖向肋板作为支托承受剪力。梁与柱焊接前均有安装螺栓定位。
梁柱铰接节点连接形式见图3。
3 改进建议
总结多年的设计经验,认为可从以下方面改进梁柱节点连接:
1)从建筑结构的整体布局考虑节点连接。实际工程中多层钢结构建筑大多采用双向刚性连接,这样可以加大结构自身的侧移刚度,减少抗侧移构件的内力,加强结构耗能机制,提高建筑物的延性,有利于结构抗震。但是,刚性节点连接构造复杂、施工安装工作量大、结构用钢量较多、经济效果比铰接节点连接差。
为了解决这一矛盾,在框架结构的纵向(房屋长方向)梁柱做成铰接连接,纵向沿柱高设置竖向柱间支撑,其空间刚度和抗侧力均由支撑提供,另一个方向做成刚性连接,如图4所示。支撑体系用钢量低而刚度大,抗侧力效果明显且构造简单。这样房屋的一个方向无支撑便于生产或人流、物流等建筑功能的安排,又适当考虑了简化设计、施工简便及用钢量等要求,另一个方向适当布置柱间支撑,保证铰接连接下结构的抗侧移能力,特别适用于平面纵向较长,横向较短的建筑。因为在建筑物的纵向梁柱节点较多,由刚性节点改为铰接节点后节点构造简化,明显减少节点用钢量。
2)巧妙处理节点细部构造。比如当柱两侧的梁高相等且采用刚性连接时,每个梁翼缘对应位置均应设置柱内加劲肋板,当柱两侧的梁高不等时,往往要对应梁翼缘设置柱内加劲肋板,这样不仅加劲肋板数量增加,且加劲肋板间距又常常不能满足焊缝间距的要求(间距不小于150 mm)。此时可考虑调整柱两端梁的根部高度,将截面高度较小的梁腹板高度局部加腋,加腋部分翼缘坡度不得大于1∶3,如图5所示。
参考文献
[1]陈志华.建筑钢结构设计[M].天津:天津大学出版社,2004.
[2]GB 50017-2003,钢结构设计规范[S].