装配整体式剪力墙结构

装配整体式剪力墙结构（精选7篇）

装配整体式剪力墙结构 篇1

1 目前国内住宅市场及施工现状

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) .

[3]郭正兴, 董年才, 朱张峰.房屋建筑装配式混凝土结构建造技术新进展[J].施工技术, 2011 (11) .

装配整体式剪力墙结构 篇2

关键词：装配整体式剪力墙结构,复合夹芯保温外墙,水泥灌浆钢筋连接,施工控制

装配式混凝土结构是当前我国工业化建筑的最主要形式之一。欧美、日本等发达国家经验表明,通过转变住宅建造方式,能全面提高性能质量、显著提升建造效率、实现产业升级,同时具有明显的节能环保效益。我国自20世纪50～60年代起,开始研究并引入装配式混凝土建筑,到20世纪80年代发展到顶峰,不仅形成了全套的装配式混凝土建筑设计、预制、施工规范标准体系,在各地还建立了完整的装配式混凝土建筑产业供应链,建造完成一大批装配式混凝土建筑。然而到20世纪九十年代中期,装配式混凝土建筑行业未能跟上社会发展和建筑需求,日趋衰落,装配式大板建筑被全现浇建筑体系快速取代。

近年来,在节能减排、产业调整的大背景下,装配式混凝土建筑迎来了一个新的发展时期。自2007年起,北京万科公司联合构件预制企业、设计、施工、和科研机构,开始自发的进行装配式混凝土建筑的研究和实施,在充分总结吸取大板装配式建筑经验教训的基础上,研发并形成了具有中国特色的新型装配式混凝土剪力墙技术体系,完成了配套的材料部品开发,并建设了一批试点项目,同时也促进了行业标准的修订,取得了系列成果。

1 万科装配整体式剪力墙结构技术路线

1)依据现行国家标准《工程结构可靠性设计统一标准》(GB 50153)及《建筑结构可靠度设计统一标准》(GB50068)的原则,符合现行国家标准《混凝土结构设计规范》(GB50110)、《混凝土结构工程施工质量验收规范》(GB 50204)、《混凝土结构工程施工规范》及其它国家现行有关标准规范的规定。

2)主要推广范围:具有高抗震设防烈度、高容积率、三步节能、冬季施工等住宅建设特点的地区。

3)符合《建筑模数统一协调标准》(GBJ 2—86)、《住宅建筑模数协调标准》(GB/T 50100)及厨房、卫生间等相关专项模数协调标准的规定;采用基本模数或扩大模数的设计方法实现建筑构配件与建筑平立面的模数协调;符合少规格、多组合的标准化设计原则。做到基本单元、连接构造、建筑构配件的标准化与系列化,在土建装修一体化的基础上为部品集成创造条件。

4)采用预制装配式承重墙板和现浇混凝土墙板的灵活组合方式,实现部分或全部装配式剪力墙结构。通过节点部位的后浇混凝土形成的具有可靠传力机制,满足大震下承载力和变形要求。

以中粮万科假日风景D1号、D8号住宅楼工程为例,装配式技术实际应用情况介绍如下。

2 工程概况

中粮万科假日风景D1号、D8号住宅楼工程位于北京市丰台区小屯西路,地上15层,地下分别为1、2层,总建筑面积33 000 m2,抗震设防烈度为8度(0.2g)。两楼主体结构于2010年封顶,目前正进行装修施工,计划于2011年底精装修交付。见图1～图2。

D1号、D8号楼采用装配整体式剪力墙结构体系,两楼的南北外墙、飘窗、楼梯、阳台、楼板为预制,山墙、内墙及节点连接部位现浇,同时,两楼的立面分隔板、装饰构件也在工厂预制完成。标准层平面布置图如图3。

其中承重预制墙板两侧竖缝节点通过后浇方式进行连接,水平缝采用新型水泥灌浆钢筋连接技术实现连接;阳台、楼板采用单向叠合方式,即预制6 cm,上部现浇6 cm,总厚度同传统现浇方式。

3 D1号、D8号楼主要新型预制装配技术特点

通过模数化的设计、合理的构件划分来尽量实现标准化和满足建筑功能需求,并采用节点现浇保证结构刚度和整体性。结合北京地区住宅建设特点,立足于解决工程实际问题,取长补短不单纯追求预制化率。应用的主要装配式结构技术特点如下:

3.1 预制复合夹芯保温外墙技术

预制复合外墙是集承重、保温、围护或装饰为一体的保温墙体形式,该墙体由保温材料层、内外层混凝土板组成,内侧是受力的混凝土结构层,中间为保温层,最外侧是保护层,类似于三明治结构,通过阻热性能非常好的玻璃纤维连接件把三层连成一个整体,三层在预制构件厂一次性制作生产,然后运输至施工现场进行安装使用。

与传统保温墙体相比,预制复合外墙具有诸多优势:1)节能保温效果显著。预制复合外墙采用断热型FRP连接件代替传统金属连接件,有效减小连接件部位产生冷(热)桥,增加了墙体的整体保温效果;2)系统有效地保护了保温材料。保温材料被夹在内外两层混凝土板之间,同时在窗口周边等外露部位采用防火措施包封,尽量减少保温材料外露,避免直接接触火源,从而有效的防止火灾对保温材料的破坏,使得预制外墙板具有良好的防火性能;3)避免保温层处于冻融循环,耐久性能好,以保证保温层与结构同寿命;4)总体效率提升明显。保温层、饰面层一次性在工厂预制完成,保护层可在工厂做成清水混凝土、涂料、瓷砖、石材等多种效果,大大减少了现场后贴保温、装修饰面层时间。此外,在工厂预制不受施工现场条件制约,生产效率高,适于大规模生产,对项目建设总体效率提升明显。

同时,在复合墙板两侧竖缝节点现浇部位,根据现浇段尺寸大小,复合外墙在工厂预制时提前将该部位对应的保温、保护饰面层一次性外伸做好(如图4～图5所示),同时具有两方面作用,一是外伸部位可以当现浇部位施工的外模板使用,施工时只需在内侧进行单侧支模,通过在预制墙板内侧预埋相应埋件即可实现,操作简便,并且节省了模板材料;二是节点现浇完成后,外侧的保温、饰面层已全部完成,只需进行简单的拼缝处理即可,不仅保证了立面效果一致性,外立面施工工期大大节省。

1-挤塑保温层保护饰面层;2-预制墙板;3-现浇部分;4-预制墙板;5-挤塑保温层保护饰面层

1-挤塑保温层保护饰面层;2-预制墙板;3-现浇部分;4-预制墙板;5-挤塑保温层保护饰面层

3.2 新型水泥灌浆钢筋连接技术

水平缝钢筋连接是装配整体式结构体系的关键技术,国外普遍采用球墨铸铁灌浆套筒进行连接,但在国内的应用属空白,此外由于国内外规范标准不一致,完全依靠进口既不能完成满足国内需求,成本也较高。北京万科联合中冶集团建筑研究总院,依据国内规范标准特点,共同研发完成具有自主知识产权的新型水泥灌浆钢筋连接技术,通过了系列检验认证程序,并在工程中推广应用。见图6。

新型水泥灌浆钢筋连接接头是一端剥肋滚轧直螺纹连接,另一端采用水泥灌浆连接,从而实现上下预制墙体的钢筋连接。墙板在工厂预制时,将套筒及上层连接钢筋直螺纹连接后预埋在上层预制墙板底部,下层连接钢筋预埋在下层预制墙板的顶部,本层楼板混凝土浇筑完成后安装上层墙板,将下层连接钢筋插入上层墙底部的套筒内,然后对连接套筒通过灌浆孔进行灌浆处理,完成上下墙板内钢筋的连接。见图7。

与其它国家和地区同类产品相比,国产新型水泥灌浆钢筋连接技术具有以下特点:

1)套筒尺寸小,适合于剪力墙结构。日本、中国台湾等使用球墨铸铁灌浆套筒壁厚较大,主要用于框架结构中大直径钢筋的连接,而剪力墙结构墙体尺寸较小,对套筒尺寸要求高,新型套筒采用圆钢母材机加工而成,截面尺寸较同类球墨铸铁套筒明显减小,适用于剪力墙结构。

1-下层连接钢筋;2-硬质橡胶条;3-二次灌浆层;4-上层连接钢筋;5-上层预制墙板;6-水平现浇层7-叠合楼板;8-下层预制墙板

2)灌浆长度小,节省灌浆料。球墨铸铁灌浆套筒为两端灌浆,而国产新型套筒为一端螺纹、一端灌浆,钢材及灌浆料用量大大减少,节省成本并提高施工效率。

3)便于构件加工。日本、中国台湾地区的预制混凝土柱一般采用立打成型工艺,由于铸铁套筒两端开口,为防止水泥浆进入腔体,预制时上部要用特制的橡胶圈进行封堵,国产套筒上端为螺纹,完成避免了水泥浆渗入,同时也便于套筒的临时固定,避免跑位,非常适合预制墙板的平打生产工艺。

4)便于钢筋对位、施工操作简便。为减少截面尺寸,新型套筒下部开口允许连接钢筋定位偏差为±5 mm,为便于钢筋对位,下部开口处采取了特殊的斜台构造,方便连接钢筋插入,施工操作相当简便。

综上,国产新型水泥灌浆钢筋连接技术在尺寸、施工操作、成本等方面均具有显著优势,在装配式混凝土结构中具有广阔的应用前景。

4 施工难点及措施

装配整体式剪力墙结构在国内的研究和应用还处在起步阶段,施工操作方面也没有现成的经验可参考,同时,由于预制构件吊装与主体结构同步,具有安装精度要求高、吊装难度大、成品保护要求高的特点。为此,参建各方群策群力,共同研究制定了装配式施工专项技术方案,并针对工程特点难点采取了专项控制措施,在确保结构施工安全的前提下,提高工程质量、提升施工工效。

4.1 预制墙板安装及定位控制

预制墙板安装及定位控制是装配式剪力墙结构施工的重点,由于套筒内连接钢筋定位允许偏差±5 mm,为保证钢筋定位准确,根据连接钢筋位置制作了专用定位卡具。在本层楼板钢筋绑扎时,在下层连接钢筋上安放定位卡具调整、固定连接钢筋位置,保证楼板混凝土浇筑后连接钢筋定位准确,定位卡具在楼板施工完成后拆除。见图8。

安装预制墙板前,首先将楼面清理干净,并再次复核、校正下部连接钢筋位置,在作业层楼板及预制墙板上弹设控制线以便安装就位,包括:墙体及门窗洞口边线、墙体50 cm水平位置控制线。预制墙板垂直方向标高通过在楼面做灰饼控制,考虑到施工误差,同时为保证墙板与楼板接触面的抗剪承载力,预制墙板与楼面预留2 cm缝隙,墙板安装完成后,此缝隙采用高强灌浆料填充,并与墙板内套筒灌浆一次性完成。见图9。

预制墙板临时固定及调整采用可调节斜支撑,包括可调节支撑螺杆和支撑托板,每组斜支撑为一长、一短各一根,可调节长度为±100 mm,即可受拉也可受压。支撑托板的位置通过计算确定,并在墙板预制及楼板施工时分别预埋对应埋件。安装时,先将支撑托板安装在预制墙板上及楼板上,吊装就位后将斜支撑螺杆拉接在墙板和楼面的支撑托板上,之后通过调节斜支撑调整预制墙板垂直方向、水平方向的位置直至满足要求,完成墙板安装。见图10。

4.2 钢筋连接灌浆操作工艺

新型水泥灌浆钢筋连接技术采用配套的C85高强灌浆料,具有流动度大、强度高、无收缩的特点,预制墙板与楼面间的缝隙也采用此灌浆料填充,毫无疑问,灌浆施工质量是保证装配施工及主体结构质量的关键,为此,施工时制定了专项的施工操作方案,并采取了定人、定量、定时、定工艺的控制原则。

1)定人:灌浆施工安排专人操作,明确分工,经过严格交底培训后方可上岗。

2)定量:根据每一施工段灌浆料理论用量,考虑一定损耗后配置灌浆料,严格按照加水比例称取灌浆料和加水量。

3)定时:灌浆料加水后采用电动搅拌机充分搅拌,转速不低于100 r/min,一般要求搅拌不少于5 min,搅拌完毕后最好静置3 min,以排除灌浆料内的气泡。搅拌完的拌合物,随着停放时间的延长,其流动性降低,要求在30 min内用完,以保证灌浆密实,这也要求一次搅拌量不宜过多。

4)定工艺:采用灌浆枪注浆(或用漏斗重力注浆),由注浆口逐渐充填,浆料先填充至底座,再从排浆口溢出,每个套筒都需单独灌浆,直至每个排浆口都溢出浆料为止,灌浆完毕每个套筒用橡胶塞封堵排浆口及注入口,灌浆完毕后立即用水清洗灌浆料的搅拌和灌注设备。

施工过程中,严格执行定人、定量、定时、定工艺的灌浆操作原则,做好过程监控和记录,保证了灌浆施工质量。

4总结

装配式剪力墙住宅结构设计 篇3

近些年,随着中央及各地政府加快推进住宅产业现代化的发展,装配整体式剪力墙结构作为住宅产业现代化发展的主要方向之一,得到广泛应用,特别在一些热点城市如北京、上海、合肥等。

国家行业标准《装配式混凝土结构技术规程》(JGJ 1-2014)中也列入了装配整体式剪力墙结构,同时随着国家行业标准的编制和颁布,国内多家科研院所和企业针对装配整体式剪力墙结构进行了大量的试验和理论研究,取得了丰富的科研成果,为装配整体式剪力墙的应用提供了理论基础。为了进一步推广装配整体式剪力墙结构,2014年8月中国建筑标准设计研究院组织国内数十家企业和科研院所近百名专家和工程技术人员,编制了首批装配式剪力墙结构系列国家标准设计图集,图集共9本,包括设计图纸示例、基本连接节点构造、主要标准化构件在内的全套标准化设计资料。

1 装配式剪力墙结构设计流程

目前,国内的地产开发企业很少主动的采用住宅产业化方式建造住宅。住宅产业化现阶段的发展主要基于各级政府的政策主导,包括早期的面积奖励激励措施;现阶段一些地方政府在土地出让时就明确预制化率的要求,但基于成本的考虑,地产企业还处在满足政府产业化政策要求的初级阶段。

各级政府大多采用预制化率作为衡量产业化水平的一个指标,预制构件的预制率等于预制构件混凝土体积/全部构件混凝土体积;但各地的预制化率的统计方法又不一致,例如上海、合肥、济南等,故应根据具体项目所在地的产业化相关政策,具体问题具体分析。

明确甲方的相关需求后,要做好技术策划,技术策划是优秀设计的根本,同时也可实现经济性等目标。结合工程实际确定不同的技术路线,需注意以下几个方面问题:

(1)根据当地政策及甲方需求,结合工程实际采用不同的预制混凝土构件,包括预制外墙板、预制内墙板、预制女儿墙、预制楼梯、叠合楼板、预制阳台板、预制空调板等。

(2)预制外墙板和预制楼梯尽量在实际工程中采用,采用预制外墙板可实现无外架施工,从根本上改变传统的建造方式和施工组织形式;预制楼梯的标准化程度高,现场安装较为方便,避免了现场施工楼梯的麻烦,且质量可靠。

(3)通过户型优化设计,采用模数协调的原则,实现“少规则,多组合”,避免构件拆分的思想,处处需体现设计的思想;建筑专业前期方案的介入尤为重要,国内一些工程按现浇结构设计完后再按构件拆分的思想去实现“产业化”,导致预制构件种类异常的多,经济型很差,此类设计只可谓“预制化”而非“产业化”,应避免。

(4)在保证预制构件标准化的前提下,尽量使现浇节点规格统一、标准,可采用少规格的定型模板和组合模板施工。

2 装配式剪力墙结构设计的主要内容

2.1 抗震计算与预制墙体连接节点

依据国家行业标准《装配式混凝土结构技术规程》(JGJ1-2014)6.3.1条——装配整体式结构可采用与现浇混凝土结构相同的方法进行结构分析,“等同现浇”的概念是基于装配整体式剪力墙结构的整体性能与现浇结构类似而建立的,国内已开展的试验研究成果表明这种结构体系是安全合理的。

建筑结构的规则性、高度、高宽比等满足相应规范要求时,在竖向荷载和水平荷载作用下,假定结构及构件处于弹性状态,可按弹性方法计算其变形和内力,常用的计算模型如下表:

模型1等同于现浇结构的计算模型,预制墙板聚苯板填充处不开洞的计算模型,主要评估结构的整体性能;此时,结构整体模型刚度比实际情况增大,同时承受地震作用力也比实际情况放大,若墙板的抗剪承载力满足要求,此时预制墙板水平连接是安全的。

模型2预制外墙的窗下墙部分可不与组合连梁连接,同时聚苯板填充的预制墙板全开洞,考虑扣除此部分墙体刚度,由此导致结构刚度下降,地震力减小,宜对抗侧力构件在水平力作用下的内力进行适当放大,因此将地震力放大10%~20%。

建筑结构的规则性、高度、高宽比、结构装配方案等超过相应规范要求时,应采用至少两个不同力学模型的结构分析软件进行整体计算,可采用弹性时程分析方法进行补充计算。

预制墙板满足相关规程的规定,且预制墙板的连接构造满足相关规程的各项规定,预制墙板竖向连接实现等强连接,此时竖向接缝的受剪承载力可不进行验算,竖向接缝典型连接节点如图1:

预制墙板顶面通过水平现浇带、现浇圈梁和套筒灌浆料实现混凝土的连续,结构的竖向钢筋通过选择适当的钢筋连接方式实现连续,预制墙板与现浇结构混凝土结合面应采用粗糙面或粗糙面+抗剪键槽的处理方式,预制墙板的水平接缝典型连接节点如图2:

2.2 预制构件设计

2.2.1 预制外墙板

预制混凝土夹心保温外墙板在装配整体式剪力墙结构中应用最为广泛,即建筑装饰、保温、结构一体化的复合墙板,内叶墙板为结构层,厚度一般为200mm,保温层根据不同地区取值不同,外叶墙板为建筑装饰层,厚度一般为60mm,三层材料之间需要保温连接件连接为整体;夹心外墙板具有如下特点:满足结构受力、满足建筑装饰、满足保温要求、解决预制墙体接缝防水问题、外叶墙板可充当现浇节点模板、防火性能也优于现浇墙体,基于以上优点,夹心外墙板在实际工程广泛使用。

装配整体式剪力墙结构外墙宜全部采用预制外墙,预制外墙设计时需注意以下原则:

(1)应注重标准化、模数化以减少板型,同时需注重现浇节点的标准化和预制墙板标准化之间的协调。

(2)应注重建筑立面的需求,特别是建筑饰面层采用反打瓷砖时,需结合立面要求合理设计。

(3)预制墙板尺寸需满足生产、运输、吊装、安装的要求,预制构件设计前需确定预制构件厂的生产方式,若采用自动化程度较高的流水线生产,预制墙板应避免采用L型或T型墙板,同时需确定施工单位塔吊的吊装能力,依此确定预制墙板尺寸。

2.2.2 预制内墙板

预制承重内墙板的厚度一般为200mm,设计时需考虑标准化,具体的设计要求同预制外墙板。预制内墙板内部可填充聚苯板实现结构开洞,聚苯板填充范围内的墙体按构造填充墙体设计,可避免现场湿作业且质量可靠。

预制非承重内墙板可采用轻质隔墙板,对于低烈度区、层数不高的建筑内墙可采用预制承重内墙板与轻质隔墙板相结合的方案,此方案在满足结构整体性能的前提下实现经济性优化。

2.2.3 叠合楼板

叠合楼板是二阶段成形的水平叠合受弯构件,施工阶段应有可靠的支撑。根据《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010),叠合楼板可按整体受弯构件设计计算。

叠合楼板可根据预制板接缝构造、长宽比等按单向板或双向板设计,叠合楼板由预制底板和现浇层组成。预制底板应标准化、模数化以满足经济性要求,宜采用整间的中大型板,节省工时,提高效率。预制底板的具体尺寸需考虑构件加工厂模台及养护窑的尺寸,需考虑项目所在地对超限运输的具体要求,因一般运输车辆的宽度是2.5m左右。

现浇层的厚度需考虑叠合楼板整体性要求、管线预埋、面筋铺设、施工误差等因素,叠合楼板的刚度宜适当加大,综合考虑,建议现浇层的厚度不小于70mm。

2.2.4 预制楼梯

装配整体式剪力墙结构 篇4

最近全国不少地区新建混凝土构件厂,如雨后春笋般发展很快,有的构件厂规模很大,设备很先进,机械化水平很高,生产能力很强,但实际产量很小,与其生产能力相差甚远。

因此,扩大混凝土预制装配范围,是在混凝土框剪结构中大力推广装配化施工的有利时机。其实早在20世纪50,60年代,北京已开始接触混凝土框剪结构的装配化施工,如:新华社大楼、民族饭店、海洋局大楼等工程,并不存在过于复杂的技术问题,而当今的条件比过去优越许多,更具备在混凝土框剪结构工程中发展装配化施工的条件。

发展混凝土框剪结构的装配化施工,首先要解决该类结构的体系问题,要根据混凝土框剪结构的特点逐步发展,哪类构件应优先做预制装配,哪类构件仍适合做现浇,需要认真研究,并非千篇一律全部搞预制装配,因为现浇混凝土也可以搞工业化施工。

具体建议如下。

1 柱

柱宜采用现浇工艺,原因是柱子能够早拆模(1～2d),模板工艺非常简单,成本低,且支拆模工艺简单,质量有保证。可将整个工程划分为几个阶段,模板可进行流水作业,周转率高、用工少,并且可将柱模设计成折叠式的工具式模板。另外,柱中的钢筋接头可采用直螺纹连接,质量有保证,且工艺简单,大大简化了装配式柱的运输、接头连接及二次浇筑混凝土接头的复杂工艺,且抗震效果好。

2 梁

宜采用预制叠合梁,也可做预应力预制叠合梁,原因是现浇梁模板工艺过于复杂,除梁本身需要底模、侧模,还需要大量支撑系统,需要投入大量的模板和资金,尤其是须等到混凝土强度达到100%后才可拆模,使得模板周转率很低,特别对于低温环境和冬期施工,拆模时间将拖延更长,模板周转率更低。

梁的支模和拆模工艺十分复杂,用工多、体力劳动强度大,施工周期也长,劳动效率低,层高越高难度越大。由于考虑上层施工荷载的影响,往往要配置2～3层楼的模板,大大增加了支模成本,拆模后还要用人工从下一层搬运到上面两层再支模,需耗费大量搬运人工,成为在结构施工耗费劳动力最多的一道工序。由于叠合梁与楼板连接成整体,因此抗震性能好,并且预制混凝土梁自身的质量也优于现场现浇梁的质量。采用预制梁还可大大加快整体工程进度,提前插入室内机电、二次结构及装修等项目。

3 楼板

可采用叠合楼板。近几年已在多个装配式工程中大量应用,效果尚佳。实际上该工艺早在20世纪80年代的北京便曾得到大面积推广应用,推广面积达百万m2。包括双钢筋叠合板、预应力叠合板等,甚至8m以上的跨度也得到过尝试,已有十分成熟的经验。此外也可采用预制空心楼板,两端留出胡子筋,与叠合梁连成整体,从设计方面再考虑形成一个抗震梁板节点,从而使楼板工程的装配率进一步提高。这样使得楼板下的支撑也可全部省去,工艺更为简单。由于框剪结构梁与梁之间的间距较大(一般超过8m),因此楼板跨度也较大,可采用预应力圆孔板或加次梁的方法加以解决。如果加次梁,还可考虑采用钢梁,两端固定在主梁上,通过预埋钢板和焊接工艺进行连接,该方法值得进一步研究探讨。

4 外墙维护结构

可采取多种预制外墙板,最理想的则是采用“三合一”钢筋混凝土外墙板,这类板20世纪80年代曾在北京52层的京城大厦工程中使用过,后来也曾在建国门外中信大厦等多个工程中推广应用,效果尚佳。这种“三合一”板是将外墙板的结构层、保温层和装饰层三层组合在一起,在预制构件厂内一次完成,运到现场一次吊装就位,大大简化了外墙施工工序,无须搭设脚手架,大大加快施工进度。其更大的优点是使保温层和装饰层与结构同寿命。过去保温层材料较多的是岩棉等,近几年来我国保温材料发展迅速,品种颇多,内蒙古生产的SMXT复合保温板达到A1级防火等级,干密度不大于250kg/m3,导热系数不大于0.012W/m·K,可将保温层厚度降低到30mm,对三合一外墙板的质量大有裨益。由于采用反打工艺,装饰层与结构层牢牢粘合,质量有保证,40年来面砖未见脱落。采用单一材料生产具有三合一功能的外墙板也是可取的,但到目前为止,由于找不到十分理想的轻骨料,尚未研发出理想的采用单一材料(轻质混凝土)的外墙板。过去曾使用过的浮石、陶粒等,因目前节能要求高,这些轻骨料已无法满足节能指标,粘土陶粒也禁止使用。最近出现了“发泡水泥”(加气混凝土之类)和粉煤灰陶粒,情况有了变化,建议对单一材料生产三合一外墙板这个课题进一步研发,以生产出更理想的三合一外墙板。

5 剪力墙和核心筒的施工工艺

这一部分混凝土用量很大,最值得引起注意,究竟采用现浇还是预制装配?这是值得探讨的。须从工艺、经济、效率、施工简便、安全、质量等多方面综合分析。较高的高层建筑和一些超高层建筑一般均设计核心筒作剪力墙来承受地震力,这类核心筒的施工方法已有十分成熟的经验,可采用液压爬模的现浇工艺,不仅效率高、用工省,且有利于保证工程质量和安全施工,工期快,可达3～4d/层。由于此工艺每次安装时间较长,设备较复杂,因此开始安装时费劲,并且投资较大,适用于较高的高层建筑的核心筒施工,一般可适用于高度超过100m的工程,对于百米以下工程,由于爬模向上爬升高度尚不足,使用时间不长就要拆除,因此其每次安装、拆除费用较大还要占工期,但只使用很短时间,得不偿失。所以对于在百米以下的高层建筑,其剪力墙(含核心筒)采用大模板施工工艺为宜。

混凝土浇筑后1～2d即可拆模,模板周转快,用工少、效率高,也可将模板根据工程情况组成工具式筒模或采用“简易爬模”的工艺来解决剪力墙(核心筒)的施工工艺,“简易爬模”工艺即不采取较复杂的液压系统或电动进行爬模,而是仍利用塔式起重机提升模板平台,其他工艺与液压爬模相似,这种工艺组装、拆除均非常简单,适于在高度百米以下高层的建筑工程中推广应用。

6 楼梯、阳台等其他小型构件

一律采用不再进行抹灰的清水混凝土预制混凝土构件,这方面经验丰富,不再详述。

7 非承重内墙(隔断墙)

这一问题长期以来未能得到妥善解决,一般用加气块200mm厚砌筑,双面抹灰这种落后手工操作工艺,不再允许使用。

因此,必须改革这种落后工艺,解决方法有以下几种。

(1)采用预制轻质混凝土空心条板(600～800mm宽),两面光不抹灰,厚度80～150mm,在结构施工阶段随即安装(指主要隔墙板),厕浴间的隔断墙可在结构阶段现将板吊上楼层,结构完后再进行分散拼装,也可在结构施工阶段随即安装。应该指出:在结构施工阶段先行将条板吊上楼层,搞装修时用人工再安装就位,这种工艺并不理想,只是在必须抢结构、减少塔式起重机负担的情况下才采用。

(2)采用加气混凝土条板或强度较高的发泡水泥隔断条板(600mm宽,100～150mm厚),安装后无须抹灰,只进行表面处理。

(3)轻钢龙骨石膏板(或水泥压制板等)也可使用,但仍未脱离手工操作,用工多、效率低、功能差,只在特定情况下采用,并且使用功能也不理想。

(4)其他预制轻钢隔断(如玻璃及木骨架玻璃隔断等)这些隔断也在结构完成后装修阶段施工时进行安装。

8 使用幕墙

目前不少工程都采用各种幕墙,如玻璃幕墙、铝合金幕墙等,这些幕墙具有各自的优点,如自重轻、立面多样化、美观等,但往往节能性能不甚理想,安装工艺大多数采用吊篮及人工操作的散装或小单元组装工艺。

建议采用大单元的组装工艺,扩大工厂化生产,仍采用塔式起重机进行安装,减少手工操作和外檐操作风险,并且可以采取与结构同时进行立体交叉作业,在结构进行到一定阶段时立即在下几层插入幕墙安装工艺进行立体交叉作业,当下几层安装完幕墙后,随即可进行室内机电及装修工程,这样便可加快整体施工速度、缩短工期,取得较好的经济和社会效益。国外部分超高层建筑已能做到上部还在装修施工,外面已开始营业。

以上是一些初步设想,各工程都要根据当地条件及该工程的实际情况因地制宜决定结构体系,分阶段实现以上较为理想的结构体系。

9 几点建议

提出以下几点,在推广过程中必须特别重视的几项重要工作。

(1)必须明确主导思想:建筑产业现代化是《国家新型城镇化规划(2014～2020年)》中的重要部分,各级主管部门领导及企业包括设计、施工、监理等有关单位,均应从思想上重视这一重大发展方向,它是通过标准化设计、工厂化生产、装配化施工、一体化装修、信息化管理和智能化应用,整合投融资、规划设计、构件部品生产与运输、施工建造和运营管理等产业链,转变建筑业生产方式,全面提高建筑工程的质量、效益和建设效率,实现建筑业节能减排和可持续发展。建筑产业现代化还有利于提高劳动生产率,改善作业环境,降低劳动强度和劳动力依赖,减少建筑垃圾排放和污染,促进建筑业绿色发展,实现建筑业由大变强的跨越式发展,须使各级领导、各建设单位、全体建设者高度重视为建筑产业现代化作出自己应有的贡献。

(2)建筑产业现代化的基础是建筑工业化。没有“建筑工业化”就没有建筑产业现代化,而“建筑工业化”设计师是“龙头”。首先要确定其结构体系,所以须做“系统工程”,尤其是在混凝土框架剪力墙结构中做“建筑工业化”。设计标准化尤为重要,包括各类不同工程的标准化,如办公楼、医院、学校、库房等。

对工程个体来讲,框架结构的柱距、梁的长度、层高、楼板的尺寸甚至核心筒尺寸等都要考虑设计标准化的问题。各种构件的规格尺寸(可以分为若干种)都应该定型为标准构件,然后以不同规格尺寸的构件,组拼成多样化、多功能的不同类型、性质的各类不同功能的建筑,这样便于构件生产和施工(包括模板配置和生产线的设置等)。

(3)建筑业各单位,包括设计、施工、建材等,须以创新作驱动,全面发展品质至上、绿色高效,着力加快技术创新和管理方式创新,促进协同创新,建立适应建筑产业现代化的技术体系、生产体系和监管体系,实行全产业链的联动发展,切实提高建筑安全性、耐久性和舒适性,有效提高建设效率,降低资源消耗。

(4)须坚持政府引导、政策扶持、市场主导、因地制宜,要发挥政府统筹规划、协调推进作用,加大政策扶持力度,创造良好发展环境,形成市场竞争有序,政府、企业良性互助的发展机制,全国各地宜结合当地实际情况,制定发展目标与推进措施,各地要建立推进箭镞产业化工作的领导组织机构,强化政策扶持(如加大信贷支持、实行相应税收优惠政策等),并且要突出示范引导、注重科研支撑,同时还要大力加强宣传培训工作,不要过分强调装配化率等指标。

(5)关于搞“建筑产业化”影响工程造价的问题:这是目前搞“建筑产业化”尤其是搞建筑装配化中最大的阻力,这是不可回避的事实,也是发展建筑装配化初期必然的结果。施工单位和构件厂两个企业都应有自己企业的应收管理费、利润以及税金等一系列费用,缺一不可。如果全部产品都由一个企业自己来生产,就可以降低很多费用,如果这些构件就在现场预制,那成本几乎差不多了。所以搞产业化(装配化)企业必须自己设立生产构件、部件基地(构件厂等加工单位),或称“产业园”。

我国有许多大的施工企业集团和开发商实力雄厚,完全可以自己独立下属设计、施工、各种产品工厂甚至成立一些建材生产企业,这样有些费用在企业内部就可以消化掉了,并且具有强大的市场竞争力,充分体现产业化的优势,这是我们在发展建筑产业现代化中值得进一步探讨的重大问题。

上世纪九十年代日本、美国均在施工现场生产预制构件(特别是外墙板),日本在正在施工的高层建筑的地下室生产预制混凝土三合一外墙板,预制完成后通过楼板预留洞向上层运输吊装,从而大大降低了工程造价。

摘要：在框架剪力墙结构中推广装配化施工是一大课题,而扩大混凝土预制装配范围,是在混凝土框剪结构中大力推广装配化施工的有利时机。装配化施工并非单指预制装配,现浇混凝土同样可以做到工业化施工。从柱、梁、楼板、外墙、剪力墙、楼梯等方面均可因地制宜,分阶段在结构体系上实现较理想的装配化施工。明确主导思想、做好创新工作等方面的思考是做好装配化施工的前提。

装配整体式剪力墙结构 篇5

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。

装配整体式剪力墙结构 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.

[2]孟少平.预应力混凝土框架结构抗震能力及设计方法的研究[D].南京:东南大学,2000.

装配整体式剪力墙结构 篇7

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

[1]郭正兴, 董年才.房屋建筑装配式混凝土结构建造技术新进展[J].施工技术, 2011 (40) :1-3.

[2]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, 29 (1) :38-47.

[3]闫平, 郝福林.从装配整体式混凝土结构施工看建筑产业现代化的重要意义及必要性[J].陕西建筑, 2015 (244) :25-26.

[4]孟凡林, 孟祥瑞, 潘涛.装配式剪力墙结构的发展与应用[J].吉林建筑工程学院学报, 2014, 31 (4) :9-12.

[5]张兴龙.装配整体式混凝土结构预制构件常见质量通病与防治[J].安徽建筑, 2014, 197 (3) :58-59.

[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].