裝配式鋼筋砼框架結(jié)構(gòu)創(chuàng)新技術(shù)研究

裝配式鋼筋砼框架結(jié)構(gòu)創(chuàng)新技術(shù)研究

為了調(diào)整建筑產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，提高建筑質(zhì)量，加快建筑速度，實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保，降低項(xiàng)目成本，國務(wù)院發(fā)布了《關(guān)于大力發(fā)展安裝的指導(dǎo)意見》，明確了具體實(shí)施計(jì)劃。到2025年，中國的安裝建筑占比較高。目前，裝配式鋼筋砼框架結(jié)構(gòu)體系沒有得到廣泛應(yīng)用的根本原因，是裝配式鋼筋砼框架結(jié)構(gòu)系統(tǒng)技術(shù)不完善。特別是PC構(gòu)件制作，梁柱交叉處無鋼筋節(jié)點(diǎn)，梁板疊合方式，兩塊樓板間裂縫，消防排煙多功能應(yīng)用，結(jié)構(gòu)整體性等技術(shù)難點(diǎn)未系統(tǒng)解決。特別是梁柱交叉處無鋼筋節(jié)點(diǎn)和梁板疊合方式，其制約了裝配式鋼筋砼框架結(jié)構(gòu)推廣應(yīng)用。此外，由于梁柱交叉處鋼筋無法達(dá)到現(xiàn)澆技術(shù)的連接效果，導(dǎo)致日前裝配式房屋建筑均采用剪力墻結(jié)構(gòu)體系，致使出現(xiàn)PC構(gòu)件制作工藝復(fù)雜、施工繁瑣、工效不佳和造價(jià)偏高等現(xiàn)象。1pc構(gòu)件與梁柱節(jié)點(diǎn)連接分析裝配式鋼筋砼框架結(jié)構(gòu)和節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)均可按與現(xiàn)澆混凝土框架結(jié)構(gòu)相同的方法進(jìn)行，但在實(shí)踐中很難達(dá)到現(xiàn)澆技術(shù)的效果，具體問題如下：（1）裝配整體式鋼筋砼框架結(jié)構(gòu)一般采用先現(xiàn)澆鋼筋砼框架，再疊合雙T樓板或疊合桁架樓板。前者疊合高度是現(xiàn)澆鋼筋砼框架梁與雙T樓板之和；后者桁架樓板面積偏小，且只能通過與次梁疊合，施工難度加大。同樣疊合高度增加，兩者都不宜在房建中應(yīng)用。（2）桁架樓板只是解決了樓板模板和部分鋼筋現(xiàn)場(chǎng)綁扎的問題。現(xiàn)場(chǎng)還是要鋪設(shè)構(gòu)造鋼筋和大量混凝土現(xiàn)澆，裝配率低，很難達(dá)到規(guī)定裝配率指標(biāo)要求。（3）梁柱鋼筋節(jié)點(diǎn)沒有得到高效或有效連接，即使有效連接后也不能很好發(fā)揮抗剪性能，抗震能力削弱，影響工程進(jìn)度和帶來安全隱患。（4）兩種PC構(gòu)件均采取套筒灌漿方式連接；往往鋼筋造價(jià)與套筒造價(jià)差距不大?？傊瑖页珜?dǎo)裝配式建筑，其初衷之一是降低造價(jià)，由于系統(tǒng)技術(shù)不完善，導(dǎo)致造價(jià)偏高。因此，針對(duì)上述問題，有必要對(duì)裝配式鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的構(gòu)件連接形式及梁柱節(jié)點(diǎn)進(jìn)行創(chuàng)新性研究，從而滿足更高抗震性能目標(biāo)要求。具體地，本文提出一種創(chuàng)新裝配式鋼筋砼框架結(jié)構(gòu)體系，其可有效解決目前裝配式鋼筋砼框架結(jié)構(gòu)存在的上述諸多問題。2裝配式鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)裝配式鋼筋砼框架結(jié)構(gòu)構(gòu)件和節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)均可按與現(xiàn)澆混凝土框架結(jié)構(gòu)相同的方法進(jìn)行，在實(shí)踐中完全達(dá)到現(xiàn)澆技術(shù)的效果，在施工和造價(jià)上有很大優(yōu)勢(shì)。簡(jiǎn)要介紹梁、柱、節(jié)點(diǎn)、樓板和專用連接件等各部分，具體內(nèi)容如下：(1）框架梁：裝配式整體式鋼筋砼框架結(jié)構(gòu)是指全部采用預(yù)制框架梁。(2）框架柱：柱采用預(yù)制薄壁柱框構(gòu)件（如圖1），將薄壁柱框構(gòu)件罩在綁扎的柱鋼筋外，后現(xiàn)場(chǎng)澆注混凝土，形成裝配整體式鋼筋砼框架結(jié)構(gòu)的組合柱。該組合柱可確?？蚣芙Y(jié)構(gòu)柱鋼筋混凝土不中斷地逐層延伸，確保強(qiáng)柱。采用組合柱澆灌混凝土連接預(yù)制構(gòu)件的方式，具有操作簡(jiǎn)單、對(duì)構(gòu)件制作及安裝精度要求較低的特點(diǎn)。(3）節(jié)點(diǎn)：采用帶柱孔的菱形狀結(jié)構(gòu)支座（如圖2）和凸形梁（如圖3）的組合，來等同現(xiàn)澆混凝土框架結(jié)構(gòu)。形成梁柱交叉處無鋼筋節(jié)點(diǎn)。菱形狀結(jié)構(gòu)支座既是主梁的組成部分，同時(shí)又起到抗剪的作用。結(jié)構(gòu)支座面積大于6m主梁采用凸形梁的目的是：(1)主要解決壓縮梁高，將傳統(tǒng)的寬扁梁與矩形梁組合構(gòu)成凸形梁，可將主梁高度壓低到極小值；經(jīng)過試驗(yàn)和工程設(shè)計(jì)證明，可把主梁降低1/3H;(2)改變梁板疊合形式，傳統(tǒng)的裝配式建筑樓板疊合在矩形梁的頂部。有了凸形梁，將樓板疊合在凸形梁的中部，降低梁板疊合高度；(3)優(yōu)化梁與樓板之間的有機(jī)組合和梁板之間的連接。試驗(yàn)證明，無鋼筋連接的梁柱節(jié)點(diǎn)具體構(gòu)造對(duì)試件的整體受力性能影響不大，不同構(gòu)造的試件在強(qiáng)度、耗能和延性等方面均很好。滿足我國現(xiàn)行規(guī)范《裝配式混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JC1-2014給出的裝配式鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)后澆整體式梁柱節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)方法和構(gòu)造要求。此外，裝配整體式框架結(jié)構(gòu)連接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)合理確定梁和柱截面尺寸，以及鋼筋的數(shù)量、間距及位置等。鋼筋錨固與連接應(yīng)符合國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)規(guī)定，并應(yīng)考慮構(gòu)件與鋼筋的碰撞問題及構(gòu)件的安裝順序，確保裝配式結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)捷施工。(4）樓板：裝配式鋼筋砼框架結(jié)構(gòu)的樓板采用帶肋鋼網(wǎng)鏤空腔樓板構(gòu)件（如圖4和圖5所示），分為四邊形空腔樓板和六邊形空腔樓板；空腔樓板由一根縱向主肋梁、兩根縱向邊肋梁、五（七）根橫向主肋梁、帶肋鋼網(wǎng)鏤側(cè)壁和帶肋鋼網(wǎng)鏤底部復(fù)合鋼網(wǎng)砼，構(gòu)成鋼網(wǎng)砼底板的空腔樓板。縱向主肋梁和橫向主肋梁寬度為150mm(200mm），肋梁高度為250mm(300mm），主肋梁上表面粗糙；縱向邊肋梁下底邊有L形凸起，其凸起高度30mm，凸起寬度75mm。將兩塊帶肋鋼網(wǎng)鏤空腔樓板構(gòu)件拼合時(shí)，該L形凸起構(gòu)成一個(gè)空腔樓板底部封閉的縱向槽口。(5）專用連接件：目前裝配式建筑普遍采取灌漿套筒連接和部分傳統(tǒng)的連接方式。本技術(shù)由于主梁鋼筋節(jié)點(diǎn)集中在主梁1/4L處，采用10mm的鋼板安裝在菱形狀結(jié)構(gòu)支座和凸形梁的端口上?，F(xiàn)場(chǎng)組裝時(shí)只將兩鋼板用高強(qiáng)螺栓連接均可。通過試驗(yàn)結(jié)構(gòu)安全可靠、連接功效提高5倍、造價(jià)只有灌漿套筒連接的1/5。3混凝土結(jié)構(gòu)工程裝配式框架結(jié)構(gòu)的構(gòu)件及結(jié)構(gòu)的安全性與質(zhì)量應(yīng)滿足國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《裝配式鋼筋砼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ12014，《裝配式鋼筋砼建筑技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》GB/T51231、《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50010，《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工規(guī)范》GB50666，《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》GB50204等有關(guān)規(guī)定。當(dāng)采用鋼筋機(jī)械連接技術(shù)時(shí)，應(yīng)符合現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《鋼筋機(jī)械連接應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》JGJ107的規(guī)定；當(dāng)鋼筋采用錨固板的方式錨固時(shí)，應(yīng)符合現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《鋼筋錨固板應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》JGJ256的規(guī)定。4裝配式鋼筋清洗框架結(jié)構(gòu)整體創(chuàng)新點(diǎn)裝配式建筑混凝土框架結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點(diǎn)預(yù)制，取消現(xiàn)澆，在確保強(qiáng)柱弱梁和裝配式建筑結(jié)構(gòu)安全性的前提下優(yōu)化柱鋼筋和梁鋼筋的連接。為了滿足上述條件，在裝配式鋼筋砼框架結(jié)構(gòu)的梁、柱、樓板等主要構(gòu)件的基礎(chǔ)上，增設(shè)一個(gè)關(guān)鍵部品。菱形狀預(yù)制砼結(jié)構(gòu)支座體受力構(gòu)件，利用支座體來實(shí)現(xiàn)裝配式鋼筋砼框架結(jié)構(gòu)梁柱交叉處無鋼筋節(jié)點(diǎn)、確保組合柱在不中斷鋼筋混凝土前提下逐層延伸。支座體是主梁的一部分，又是抗剪平臺(tái)。同時(shí)將傳統(tǒng)裝配式鋼筋砼框架結(jié)構(gòu)梁、柱、樓板分別改進(jìn)變型，對(duì)裝配式鋼筋砼框架結(jié)構(gòu)系統(tǒng)進(jìn)行整體創(chuàng)新，關(guān)鍵創(chuàng)新點(diǎn)有：(1）將梁改變成為凸形梁，把樓板疊合在凸形梁中間，目的是解決梁板疊合高度和美觀及增大使用高度的問題。由于凸形梁把主梁降低1/3H以上，通過改變梁板疊合形式，將樓板疊合在凸形梁的中部，降低樓板疊合高度。樓板總疊合高度是通過利用凸形梁的特性，壓縮梁高和改變樓板疊合形式來實(shí)現(xiàn)的。其可將傳統(tǒng)的裝配式框架結(jié)構(gòu)梁板疊合高度降低一半。(2）將樓板改為空腔樓板構(gòu)件，即由框架肋梁和帶肋鋼網(wǎng)鏤底部鋼網(wǎng)混凝土底板構(gòu)成。帶肋鋼網(wǎng)鏤上表面在空腔樓板構(gòu)件上部外露。空腔樓板構(gòu)件實(shí)際是一個(gè)帶下底板框架。外露的帶肋鋼網(wǎng)鏤上表面作為現(xiàn)場(chǎng)后澆樓板上翼緣混凝土的模板。例如，20m(3）將柱改為柱框與現(xiàn)澆組合，柱框安置在綁扎柱鋼筋骨架的外圍，作為永久性模具，柱鋼筋連接點(diǎn)從梁柱結(jié)合部位轉(zhuǎn)移到柱框中，分層組裝確保柱能夠保持通長(zhǎng)狀態(tài)。(4）菱形狀預(yù)制鋼筋砼結(jié)構(gòu)支座，其關(guān)鍵作用在于解決梁柱交叉處無鋼筋節(jié)點(diǎn)，增強(qiáng)梁柱接合部位抗剪能力和受沖切能力。后澆砼柱和梁受力鋼筋連接點(diǎn)，其分散在柱框的中間和預(yù)制鋼筋砼支座體的菱角上設(shè)置的主梁裝配端上。柱受力鋼筋穿過預(yù)制鋼筋砼支座中間方形柱孔中縱橫交錯(cuò)的梁受力鋼筋往上延伸，把柱鋼筋連接點(diǎn)轉(zhuǎn)移在柱框中。預(yù)制鋼筋砼支座的對(duì)角線實(shí)際上就是主梁的一部分，在預(yù)制鋼筋砼支座中，配置形成受力島狀態(tài)的輔助鋼筋，實(shí)現(xiàn)在梁柱接合部位無鋼筋連接點(diǎn)。(5）為了匹配樓板，將預(yù)制鋼筋砼支座同樣做成凸形支座，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)柱弱梁，再后澆樓板上翼緣疊合層形成整體（見圖6）。5新型裝配式鋼筋砼框架結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)技術(shù)新型裝配式鋼筋砼框架結(jié)構(gòu)技術(shù)的應(yīng)用，免除建筑模板和大大減少支撐桿件，進(jìn)一步提高裝配速度，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)錯(cuò)位施工，確保裝配式建筑的施工安全。相關(guān)構(gòu)件的改進(jìn)變型，可更好地保證裝配式結(jié)構(gòu)質(zhì)量。足尺結(jié)構(gòu)性能試驗(yàn)和工程實(shí)踐表明，采用這種新型裝配式鋼筋砼框架結(jié)構(gòu)預(yù)制梁柱節(jié)點(diǎn)技術(shù)，結(jié)構(gòu)力學(xué)性能良好，造價(jià)可在現(xiàn)有裝配式框架結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上降低兩成?？蓮V泛應(yīng)用于裝配式鋼筋砼框架結(jié)構(gòu)、裝配式鋼筋砼框架核心筒結(jié)構(gòu)中。逐步減少裝配式鋼筋砼剪力墻結(jié)構(gòu)體系的用量，真正實(shí)現(xiàn)國家推行裝配式建筑解決提高建筑質(zhì)量、加快建設(shè)速度、實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保、降低工程造價(jià)的初衷。6裝配整體式帶肋鋼網(wǎng)混凝土樓蓋試驗(yàn)研究試驗(yàn)?zāi)康模貉芯垦b配整體式帶肋鋼網(wǎng)鏤空腔樓板的破壞形態(tài)，裂縫的產(chǎn)生與發(fā)展規(guī)律；研究裝配整體式帶肋鋼網(wǎng)鏤空腔樓板變形性能；研究裝配整體式帶肋鋼網(wǎng)鏤空腔樓板的承載能力；研究裝配整體式帶肋鋼網(wǎng)鏤空腔樓板能否實(shí)現(xiàn)的單向板變雙向板的目的。試件概況：如圖7所示，本試驗(yàn)采用四邊主暗梁支撐空腔樓板外加懸挑板的無明梁空腔樓板結(jié)構(gòu)，試驗(yàn)為四個(gè)柱中間三塊預(yù)制板外加四周現(xiàn)澆懸挑板，結(jié)構(gòu)布置完全對(duì)稱。該樓蓋設(shè)計(jì)荷載4KN/m試驗(yàn)結(jié)論：裝配整體式帶肋鋼網(wǎng)鏤空腔樓板在豎向荷載作用下，首先在垂直于預(yù)制板長(zhǎng)跨方向柱間主暗梁及平行于預(yù)制板長(zhǎng)跨方向板中暗梁及板間暗梁跨中底部出現(xiàn)裂縫，然后在平行于預(yù)制板長(zhǎng)跨方向柱間主暗梁及垂直于預(yù)制板長(zhǎng)跨方向板中暗梁及板間暗梁跨中底部出現(xiàn)裂縫，隨著荷載的增加，裂縫寬度增加并產(chǎn)生新的裂縫。通過裂縫發(fā)展規(guī)律、梁板變形、混凝土受力、鋼筋受力等多個(gè)層面，可以反映出裝配整體式帶肋鋼網(wǎng)鏤空腔樓板在加載初期尚具有單向傳力的特征。但隨著荷載的加大樓蓋雙向受力的特征明顯，證明預(yù)制板之間的連接構(gòu)造能有效達(dá)成單向板變雙向板的目的。裝配整體式帶肋鋼網(wǎng)鏤空腔樓板具有良好的整體剛度。裝配整體式帶肋鋼網(wǎng)鏤空腔樓板具有較高的承載能力。該樓蓋設(shè)計(jì)荷載為4KN/m7組合空腔樓板受力性能使用性能試驗(yàn)的規(guī)模及特點(diǎn)：該試驗(yàn)長(zhǎng)度56×寬度20m=1120m試驗(yàn)?zāi)康模候?yàn)證帶肋鋼網(wǎng)鏤預(yù)制大板能否成功實(shí)現(xiàn)由簡(jiǎn)支板變?yōu)檫B續(xù)板；驗(yàn)證帶肋鋼網(wǎng)鏤預(yù)制大板能否成功實(shí)現(xiàn)由單向傳力變?yōu)殡p向傳力；研究裝配整體式鋼-混凝土組合空腔樓板在使用荷載作用下的受力性能；研究裝配整體式鋼-混凝土組合空腔樓板的變形恢復(fù)性能。結(jié)論：裝配整體式鋼-混凝土組合空腔樓板可以成功實(shí)現(xiàn)由簡(jiǎn)支板變?yōu)檫B續(xù)板；裝配整體式鋼-混凝土組合空腔樓蓋可以成功實(shí)現(xiàn)單向傳力變?yōu)殡p向傳力；裝配整體式鋼-混凝土空腔樓板在使用荷載作用下具有良好的受力性能；裝配整體式鋼-混凝土空腔樓板具有良好的變形恢復(fù)性能。8暗管與明管基于低熱值的煙口設(shè)計(jì)研究目的及方法：搭建實(shí)體平臺(tái)，設(shè)置暗管排煙及明管排煙兩套系統(tǒng)，首先開展針對(duì)暗管系統(tǒng)風(fēng)機(jī)排煙效率的通風(fēng)試驗(yàn)，測(cè)量排煙口及管道內(nèi)的風(fēng)速，確定排煙系統(tǒng)的風(fēng)機(jī)效率及其影響因素；然后開展冷煙試驗(yàn)，在暗管排煙及明管排煙兩種方式下，對(duì)比兩種排煙系統(tǒng)的排煙效果，從冷煙試驗(yàn)對(duì)比來看，暗管排煙方式中排煙口分布均勻且緊貼天花板面排煙過程對(duì)煙氣層擾動(dòng)較小，煙氣分層情況明顯；而明管排煙方式中獨(dú)立排煙口對(duì)煙氣擾動(dòng)明顯，導(dǎo)致煙氣充滿整個(gè)房間。但當(dāng)排煙進(jìn)行到一定時(shí)間后（5min），暗管排煙方式明顯優(yōu)于明管排煙方式。9裝配式空腔樓板試驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)?zāi)康模喊凑铡督ㄖY(jié)構(gòu)耐火試驗(yàn)方法》GB/T9978.1的相關(guān)規(guī)定：1.承載能力；2.完整性；3.隔熱性。試驗(yàn)過程及結(jié)果：裝配式鋼筋砼框架結(jié)構(gòu)空腔樓板試驗(yàn)構(gòu)件，如圖8所示；裝配式混凝土樓板結(jié)構(gòu)耐火試驗(yàn)過程，如圖9所示。樓板受火前的狀態(tài)，樓板裝入試驗(yàn)爐。加載完成后的狀態(tài)，如圖10所示。裝配式空腔樓板構(gòu)件耐火試驗(yàn)，如圖11所示；開始升溫，爐溫曲線，如圖12所示。升溫2h后，樓板的完整性、隔熱性和承載能力均滿足