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新型装配式框架结构工程技术创新

时间:2017-10-11 17:55

中国新兴建设开发总企业   杜凤来 王清帅

 

       [摘要]  传统装配式建筑受梁、板、柱自身性能及连接节点强度限制,结构整体性和抗震性能较差。大家对装配式结构节点或局部区域连接、抗侧力体系、空间框架结构体系进行创新,使其结构整体性和抗震性能优于传统装配式结构。采取工厂化生产构件、装配式施工的方式,节约资源和材料,减少现场施工对场地的需求,减少建筑垃圾,实现绿色施工。

       [关键词]  装配式  预制  绿色施工 工厂化

1 概述

某国际箱包交易城采用装配式框架结构,建筑面积约50万平方米,东西向长774米、南北向长128米,从室外地坪到屋顶高度为21.75m,地下一层、地上四层,抗震设防烈度为7度。约有1.1万根预制柱、2.2万根钢梁、3.3万块预制板。采取工厂化生产构件、装配式施工的方式,在质量、工期、经济、环境保护等方面都取得了良好的效果。

图1 工程效果图

       大家以此工程为背景,研究以约束混凝土预制柱、整体式预制预应力空心楼板和H型钢梁为主要构件,经装配、连接,并结合部分现浇钢筋混凝土而形成的装配式约束混凝土柱组合梁框架结构。

2 主要创新点

       2.1高强螺旋箍筋预制约束混凝土柱

       预制柱采用高强螺旋箍筋,钢筋通过高频热处理后,抗拉强度比普通钢筋高4倍。预制柱采用高强螺旋箍筋后,箍筋直径由12mm降低到5mm,降低钢材用量。箍筋对柱核心混凝土提供有效的约束,使核心混凝土增加变形而不压溃,提高了柱的耗能能力及极限变形能力,增强柱的抗震性能[1]。在强度和抗震性能要求同等条件下,高强箍筋约束混凝土柱需要的截面尺寸比传统预制柱小,能节省建筑材料。

图2 高强螺旋箍筋加工

 

2.2柱头钢筋锚固方式改进

       采用钢筋锚固板取代传统弯锚,在保证钢筋机械锚固性能的基础上,优化钢筋锚固条件,减少钢筋锚固长度,节约锚固用钢材,方便施工,提高混凝土浇筑质量[2]

图3 高强螺旋箍筋预制约束混凝土柱

2.3预制柱外包钢管灌浆连接节点

       在柱接头处通过外包钢管连接,外包钢管与预制混凝土柱之间设置横向栓杆,并用具有高强速凝性的灌浆材料在外包钢管板箍与混凝土柱的间隙进行灌浆,使节点具有不低于现浇柱的整体性。这种新型的混凝土柱连接节点施工简便、强度高、抗震性能好。

图4 外包钢管灌浆连接

2.4新型梁柱节点(钢牛腿)

       梁柱节点在混凝土柱表面处设置外包钢管,能够分布钢梁向混凝土柱竖向面传递集中压力,在组合梁工字钢下翼缘设钢板条,可以直接承担或分布钢梁向柱水平面传递的集中压力,能显著提高梁柱节点强度。 

图5 预制柱与钢梁连接节点

2.5装配整体式新型预制预应力空心楼板

       预制板与预制板通过U型钢筋和L型钢筋及穿筋连接,预制板与钢梁通过箍筋与钢梁栓钉焊接,使钢筋将作用力传到钢梁上,保证了梁板的整体性和抗震性能。

新型预制预应力空心楼板克服了传统预制板和现浇楼板的缺点,汲取了预制楼板施工效率高且节省材料的优点和现浇楼板整体性好的优点,将两种优点合为一体,发展使用高强材料,可减少材料用量、减轻自重。

图6 预制板连接节点

2.6工厂化生产、装配式施工

临近在建工程现场设置构件加工厂,节省运费。约束混凝土预制柱、整体式预制预应力空心楼板等预制构件在加工厂批量生产,便于钢筋、混凝土的精确定料和合理下料,提高节材率。预制构件采用定型钢模板,既保障了预制构件的制作精度,又能够长期使用,节省了大量模板、木方等周转材料支出。预制构件工厂化生产,能够减少施工现场湿作业,减少用水量。另外预制柱和预制板采用薄膜包裹高温蒸汽养护的养护方式,既节省了养护用水,又加快混凝土强度的增长,缩短工期。工厂化生产施工现场无需设置钢筋、模板加工场,减少场地占用。

    

图7 预制构件临近现场工厂化生产

 

       装配化施工可降低施工成本,加快施工进度,减少施工噪音和建筑垃圾。汽车吊装配预制构件,行动灵活、经济,占用场地少,比传统塔吊施工节能环保。

图8 装配式施工

3 效益分析

       某国际箱包交易城,结构形式采用装配式约束混凝土柱组合梁框架结构,取得了显著的经济、工期和社会综合效益。

       3.1经济效益

       与同类型现浇结构相比,节约了41000立方米混凝土和11000吨钢筋,减少了130000平方米木胶板、3300立方米木方、780000米钢管及18台塔吊的措施费用,减少劳动力约1200人。增加了22000吨钢结构和280套预制柱钢模板及运输、安装成本。综合测算,单方造价约为1050元,相比当地同类型现浇结构,降低成本约5%。

       3.2工期效益

       工程采用普通钢筋混凝土结构的定额工期为510天,当地同类型现浇结构经验工期约为300天,实际施工工期为240天,比现浇结构工期减少约60天。

       3.3社会效益

       采用装配式约束混凝土柱组合梁框架结构体系节约了大量建筑材料和劳动力,具有节能减排、绿色环保的特性;工期显著减少,工程提前使用,为业主增加了可观的经济效益。

4 总结

       装配式约束混凝土柱组合梁框架结构在结构连接节点方面进行创新,其结构整体性和抗震性能优于传统装配式结构。采取工厂化生产构件、装配式施工的方式,可降低施工成本、加快施工进度、减少施工噪音和建筑垃圾。顺应了国家节能减排、绿色环保的号召,市场需求和政策支撑都能得到保证。

       目前,全国框架结构年施工总体量在2.4亿平方米左右,装配式结构在我国建筑市场有着广阔的发展空间。下一步大家将研究成果总结成标准、工法,规范施工工艺,为该结构体系的后续发展奠定基础。

 

参考文献:

[1]李青宁,郑先超,颜志勇等.高强螺旋箍筋约束混凝土柱连接抗震性能试验研究与理论分析[J].建筑结构学报2013,34(8).

[2]钢筋锚固板应用技术规程JGJ 256-2011.中国建筑工业出版社,2011.

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