理论教育 装配整体式混凝土结构的研究和应用

装配整体式混凝土结构的研究和应用

时间:2023-09-27 理论教育 版权反馈
【摘要】:根据结构体系的不同,当前装配整体式混凝土结构主要包括装配整体式剪力墙结构与装配整体式框架结构两种形式。此形式的装配整体式剪力墙结构充分应用了预制混凝土技术,将现浇剪力墙结构构件预制化,并通过可靠的连接措施保证结构整体性,达到“等同现浇”性能目标,并已成为装配式混凝土剪力墙结构主要的推广形式。

装配整体式混凝土结构的研究和应用

根据结构体系的不同,当前装配整体式混凝土结构主要包括装配整体式剪力墙结构与装配整体式框架结构两种形式。

1)装配整体式剪力墙结构

对于装配整体式剪力墙结构,根据构件预制工艺及现场施工工艺的不同,又可分为以下几种主要形式:

(1)“内浇外挂”形式

结构内部全部采用现浇剪力墙,结构外周大量采用预制混凝土模板(Precast Concrete Form,PCF)作为外部剪力墙的外侧模板,水平构件如梁、楼板等采用叠合式构件,其他建筑构件如楼梯、阳台板、空调板等则采用预制构件。“内浇外挂”形式的装配整体式剪力墙结构典型应用案例见图1-2。

图1-2 “内浇外挂”形式案例

此形式的装配整体式剪力墙结构,在设计方面,偏安全地不考虑PCF外墙对承载力刚度的贡献,另外,由于内部剪力墙全部现浇,水平联系构件叠合现浇,其整体性能被认为与现浇剪力墙结构完全等同,因此,可完全遵循现浇混凝土剪力墙结构的设计方法与构造原则,但不可避免地形成了一定程度的材料浪费;在施工方面,PCF的应用,省去了建筑外周模板及支撑系统的搭设,极大地方便了施工,有利于外墙抗渗漏,结构内部可仍然采用与现浇剪力墙结构相同的施工工艺;在构件预制方面,楼梯、阳台板等典型构件的预制,降低了现场支模及浇筑混凝土的难度,同时在一定程度上发挥了预制混凝土技术的优势。

此形式的装配整体式剪力墙结构较易于被工程界、学术界人士接受,尤其考虑到我国对装配式混凝土结构的研究起步较晚、实践应用经验较少的情况,此形式的装配整体式剪力墙结构将更便于近期内快速推广。

(2)“全装配”形式

剪力墙全部或大部分采用预制构件(剪力墙构件预制率一般在50%以上),上、下层预制墙板通过套筒浆锚连接或浆锚搭接连接等方式进行连接,同层预制墙板通过后浇混凝土连接,水平构件采用叠合式构件,其他建筑构件如楼梯、阳台板、空调板等则同样采用预制构件。“全装配”形式的装配整体式剪力墙结构典型应用案例见图1-3。

图1-3 “全装配”形式案例

此形式的装配整体式剪力墙结构,在设计方面,虽试验已基本证实套筒浆锚连接与浆锚搭接连接均可有效传递钢筋应力,保证所连接的预制墙板间的受力整体性,但考虑到墙板完全预制后进行连接与现浇混凝土剪力墙整体浇筑所存在的差异,一般认为其整体性能与现浇剪力墙结构基本等同,因此,在遵循传统现浇剪力墙结构的设计方法与构造原则的基础上,一般对确保其整体性的连接构造,如钢筋的套筒连接构造、浆锚搭接连接构造、预制墙板间后浇混凝土等,要求采取相关加强措施;在施工方面,由于承重构件大多采用预制或叠合形式,施工现场直接体现了“全装配”,充分利用了吊装机械,大量节省了模板与支撑作业量,有效减少了作业人员,但同时对施工技术与质量的要求均有所提高,如预制墙板的安装精度、套筒灌浆或浆锚灌浆的密实度、叠合板间拼缝的高低差等;在构件预制方面,通过合理的拆分设计,可实现构件标准化,充分发挥预制混凝土技术的优势。

此形式的装配整体式剪力墙结构充分应用了预制混凝土技术,将现浇剪力墙结构构件预制化,并通过可靠的连接措施保证结构整体性,达到“等同现浇”性能目标,并已成为装配式混凝土剪力墙结构主要的推广形式。但考虑到其“全装配”特点,尤其对其重要的抗震性能持谨慎态度,因此,在确保安全的前提下,对其应用范围仍然进行了适当限制,如《装配式混凝土结构技术规程》(JGJ 1—2014)第6.1.1条对“全装配”装配整体式剪力墙结构房屋的最大适用高度做出了较同条件现浇剪力墙结构降低10~20 m的调整。

(3)“双板叠合”形式

剪力墙采用预制内、外叶墙板,墙板间填充现浇混凝土,形成“双板叠合”剪力墙(国外又称“sandwich wall or double wall”)。梁一般采用现浇形式,楼板仍然采用叠合形式,而带钢筋桁架的叠合板形式则最为常用。其他建筑构件如楼梯、阳台板、空调板等则采用常规的预制构件。“双板叠合”形式的装配整体式剪力墙结构典型应用案例见图1-4。

图1-4 “双板叠合”形式案例

此形式的装配整体式剪力墙结构,主要应用于剪力墙分布钢筋区域,且考虑到预制墙板与中部现浇混凝土共同工作性能,限定其适用的最大建筑层数为18层。因此,“双板叠合”剪力墙主体结构实质上仍然是现浇混凝土结构,可完全遵循传统现浇剪力墙结构的设计方法与构造原则,但同时也造成了较“内浇外挂”形式更大的材料浪费;在施工方面,与“全装配”相似,现场节省了大量模板与支撑系统,且不存在钢筋套筒灌浆连接或浆锚搭接连接等精细化操作工艺,对施工要求相对较低,但对墙板安装精度仍然有较高要求,同时,现场混凝土浇筑量较大,所需劳动力数量也较多;在构件制作方面,由于预制双板构件的特殊性以及对双板尺寸(双板板厚与距离)精度的严格要求,对构件制作工艺及设备提出了较高要求,我国尚缺乏相应设备制造与研发能力,尚需引进国外生产线设备,而由此带来的前期资金投入往往是十分巨大的。

此形式的装配整体式剪力墙结构可以认为其结构主体仍然是现浇混凝土结构,其性能可保证“等同现浇”,而仅是利用预制混凝土技术妥善解决了现场模板支设问题,但由于其预制工艺及生产设备的先进性要求,现阶段对其推广应用尚相对缓慢。(www.daowen.com)

为满足建筑功能要求,以上各种形式的装配整体式剪力墙结构的外墙板可以通过反打工艺一次成型,形成保温、装饰一体化建筑墙板,既可免去施工现场建筑外侧模板的支设及后期装修施工,也可增强保温层、装饰部件等与主体结构连接的可靠性。同时,为解决现浇混凝土结构中后装窗框接缝处的防水问题,外墙板同样可以将窗框预埋在模板内或采用塑料副框,与构件同步预制。因此,窗框整体预制的保温、装饰一体化建筑墙板充分体现了预制混凝土技术的优势,参见图1-5。

图1-5 一体化建筑外墙板形式案例

2)装配整体式框架结构

对于装配整体式框架结构,根据构件预制工艺及框架节点施工工艺的不同,又可分为以下几种主要形式:

(1)节点现浇

结构构件进行预制拆分时,框架柱、梁均从节点处断开,框架柱可灵活采用全现浇、全预制或部分现浇、部分预制等多种形式,框架梁一般采用叠合形式,可设计成预制钢筋混凝土叠合梁或预制预应力混凝土叠合梁,楼板一般仍然采用叠合形式,同样可设计成预制钢筋混凝土叠合板或预制预应力混凝土叠合板。预制柱间可通过套筒灌浆连接,当采用预制钢筋混凝土叠合梁时,节点连接构造可与现浇框架节点相同,仅节点处混凝土现浇;当采用预制预应力混凝土叠合梁时,节点一般采用键槽式构造,梁端预留键槽并设置连接钢筋,键槽内混凝土与节点混凝土同时浇筑。节点现浇形式的装配整体式框架结构典型应用案例见图1-6。

图1-6 节点现浇形式框架案例

此形式的装配整体式框架结构,在设计方面,通过合理的节点构造处理,可顺利实现“强节点、弱构件”,并达到“等同现浇”性能目标;在施工方面,水平构件采用叠合形式,节省了大量模板与支撑材料及作业量;在构件制作方面,构件制作工艺简单,质量可靠,尤其预制预应力构件的制作,充分发挥了预制混凝土的技术优势。

此形式的装配整体式框架结构,与“全装配”形式装配整体式剪力墙结构相似,即将现浇框架结构构件预制化,通过适当的节点构造及叠合层后浇混凝土保证结构整体性,实现“等同现浇”性能,并已成为当前装配式混凝土框架结构的主要推广形式。

(2)节点预制

结构构件预制化拆分时,节点可与柱身一体预制,节点侧面预留钢筋与梁钢筋连接,并于梁端设置现浇混凝土;或与梁整体预制(莲藕梁),于梁跨中附近设置现浇混凝土连接。预制柱与节点间通过套筒灌浆连接,楼板采用叠合板并通过后浇混凝土与框架连接。节点预制形式的装配整体式框架结构典型应用案例见图1-7。

图1-7 节点预制形式框架案例

此形式的装配整体式框架结构,在设计方面,由于节点预制,可充分保证“强节点”,钢筋套筒灌浆连接及现浇混凝土合理构造,可保证框架梁受力可靠性,叠合板后浇混凝土则起到联系框架柱、梁构件的作用,从而确保结构整体性,因此,可基本实现“等同现浇”性能;在施工方面,节点预制不仅避免了节点处密集钢筋的绑扎作业及节点混凝土强度等级与楼板叠合层后浇混凝土强度等级不一致所导致的麻烦,而且利用预制混凝土的优势,充分保证了框架节点的可靠性,但同时由于节点预制增加了构件吊装的困难,尤其对于莲藕梁的吊装,困难更为突出,另外,梁端部或跨中附近现浇混凝土的模板支设也增加了现场工作量;在构件预制方面,节点与柱整体预制时为便于侧面梁筋伸出,须在模板侧面开孔,而节点与梁整体预制时,须在节点中设置竖向孔道,以便于柱纵向钢筋穿入,这些均增大了构件预制的工艺复杂度,并提高了构件制作质量要求。

考虑到我国现阶段构件预制技术及现场吊装水平的限制,以及学术界、工程界人士的接受程度,此形式的装配整体式框架结构虽在结构性能上能达到“等同现浇”,但在推广应用上尚相对较少。

作为框架结构重要的建筑构件,建筑外围的围护墙板也可采用预制构件,与装配整体式剪力墙结构的外墙板类似,装配整体式框架结构的预制建筑外围护墙板也可通过反打工艺或模板设计,形成装饰式样及外形多样化的保温、装饰一体化预制外墙板。预制外墙板上部可通过胡子筋锚入叠合板现浇层,下部则一般通过定型连接件与主体框架结构进行连接,形成“外挂墙板”,参见图1-8。

图1-8 “外挂墙板”案例

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