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土木吧丨装配式框架结构的设计要点是什么?

发布日期:2022-08-26 来源:火狐体育首页 作者:火狐体育平台app下载

  钢筋混凝土结构因其具有取材方便、成本低、刚度大及耐久性好的优点,在建筑结构以及土木工程中的应用非常广泛,目前我国80%以上的中、高层建筑都是混凝土结构的,具体的结构形式有框架结构、剪力墙结构、框架-剪力墙结构和筒体结构等。

  推进建筑工业化,首先就是要发展工厂化和装配化,而混凝土结构构件非常有利于预制化生产和装配化施工。装配式混凝土结构可以将大量的湿作业施工转移到工厂内进行标准化的生产,并将保温、装饰整合在预制构件生产环节完成,原材料和施工水电消耗大幅下降,能有效提高工程质量、加快工期、节约成本、降低污染。我国在建国初期发展最为成熟的建筑工业化体系就是装配式混凝土大板住宅,在工厂预制好内、外墙板、楼板、屋面板以及楼梯等构件,运到施工现场进行装配和连接。虽然装配式混凝土建筑中间经历了十几年的发展停滞时期,但随着向节约型社会转型升级的可持续发展方向的逐步明确,在国家与地方政府的支持下,我国装配式混凝土结构体系在近十年来重新迎来发展契机,形成了如装配式剪力墙结构、装配式框架结构、装配式框架-剪力墙结构等多种形式的装配式建筑技术,完成了如 《装配式混凝土结构技术规程》( JGJ 1—2014) 、《钢筋套筒灌浆连接应用技术规程》( JGJ 355—2015) 、国家标准设计图集《装配式剪力墙住宅》等相应技术规程的编制。全国各地都加大了预制装配式混凝土结构体系的试点推广应用工作,在部分工程项目中尝试将装配式混凝土结构和装配式内装相结合,为进一步推进建筑工业化,实现一体化的系统集成进行了有益的尝试。

  目前,装配式混凝土结构设计最大的特点是等同于现浇。装配式混凝土结构的设计,是在选用可靠的预制构件受力钢筋连接技术的基础上,采用预制构件与后浇混凝土相结合的方法,通过合理可靠的连接节点,将预制构件连接成一个整体,保证其具有与现浇混凝土结构等同的延性、承载力和耐久性能,达到与现浇混凝土结构性能基本等同的效果。

  因此,对装配式混凝土结构应采取有效措施加强其结构的整体性。装配式混凝土结构的整体性主要体现在预制构件之间、预制构件与后浇混凝土之间的连接节点上,包括接缝混凝土粗糙面及键槽的处理、钢筋连接锚固技术、设置的各类连接钢筋、构造钢筋等。

  装配式混凝土框架结构的设计要点主要包括预制柱的连接、梁柱的连接、主次梁的连接、预制板与梁的连接、预制板与预制板的连接及其他连接等。

  预制柱的底部应设置键槽且宜设置粗糙面(图2-11)。键槽应均匀布置,键槽深度不宜小于30mm,键槽端部斜面倾角不宜大于30°。柱顶应设置粗糙面,粗糙面的面积不宜小于结合面的80%,预制柱端的粗糙面凹凸深度不应小于6mm。

  预制柱纵向钢筋宜采用套筒灌浆连接。套筒灌浆连接技术成熟,是装配式混凝土框架结构的关键、核心的技术之一,详见图2-12。

  套筒灌浆连接接头要求灌浆料有较高的抗压强度,套筒具有较大的刚度和较小的变形能力。根据行业标准《钢筋连接用灌浆套筒》(JG/T 398-2012)的有关规定,套筒主要有全灌浆套筒和半灌浆套筒两种。全灌浆套筒的两端均采用套筒灌浆连接,半灌浆套筒的一端采用套筒灌浆连接,另一端采用机械连接。其中,套筒灌浆连接端用于钢筋锚固的深度(L0)不宜小于8倍钢筋直径的要求,详见图2-13。

  为便于预制柱纵向受力钢筋的连接及节点区钢筋的布置,应采用较大直径钢筋及较大的柱截面,以减少钢筋根数,增大钢筋间距。预制柱的纵向受力钢筋直径不宜小于20mm,矩形柱截面宽度或圆柱直径不宜小于400mm,且不宜小于同方向框架梁宽的1.5倍。

  当预制柱纵向受力钢筋在柱底采用套筒灌浆连接时,套筒连接区域柱截面刚度及承载力较大,柱的塑性铰可能会上移到套筒连接区域以上。因此,至少在套筒连接区域以上500mm高度范围内将柱箍筋加密,套筒上端第一道箍筋距离套筒顶部不应大于50mm,详见图2-14。

  1-预制柱;2-半套筒灌浆连接接头;3-箍筋加密区(阴影区域);4-加密区箍筋

  在预制柱叠合梁框架中,柱底接缝宜设置在楼面标高处,厚度取20mm并采用灌浆料填实,详见图2-15。柱底接缝灌浆与套筒灌浆可同时进行,柱底键槽的形式应便于灌浆料填缝时气体的排出。后浇节点区混凝土上表面应设置粗糙面,增加与灌浆层的粘结力及摩擦系数,柱纵向受力钢筋应贯穿后浇节点区连接。

  1-后浇节点区混凝土上表面粗糙面;2-接缝灌浆层;3-后浇区;4-柱纵向受力钢筋连接

  在预制柱叠合梁框架节点中,梁钢筋在节点中锚固及连接的方式是决定施工可行性以及节点受力性能的关键。

  设计时,应充分考虑到施工装配的可行性,合理确定梁、柱的截面尺寸,梁、柱构件应尽量采用较粗直径、较大间距的钢筋布置方式,避免梁柱钢筋在节点区内锚固时位置发生冲突。另外,当节点区的主梁钢筋较少时,有利于节点的装配施工,保证施工质量。

  节点区施工时,应注意合理安排节点区箍筋,控制节点区钢筋的位置(见图2-16)。

  采用预制柱及叠合梁的框架节点,梁纵向受力钢筋可伸入后浇节点区内锚固或连接,也伸至节点区外后浇段内连接。

  在框架中间层的中节点,节点两侧的梁下部纵向受力钢筋宜锚固在后浇节点区内,也可采用机械连接或焊接的方式直接连接,梁的上部纵向受力钢筋应贯穿后浇节点区。对框架中间层端节点,当柱截面尺寸不满足梁纵向受力钢筋的直线锚固要求时,宜采用锚固板锚固,也可以采用90°弯折锚固,详见图2-17。

  1-后浇区;2-梁下部纵向受力钢筋连接;3-预制梁;4-预制柱;5-梁上部纵向受力钢筋

  1-后浇区;2-梁下部纵向受力钢筋锚固板锚固;3-预制梁;4-预制柱;5-梁上部纵向受力钢筋90°弯折锚固

  对于框架顶层的中节点,梁纵向受力钢筋的构造同框架中间层中节点。柱纵向受力钢筋宜采用直线锚固,当梁截面尺寸不满足直线锚固要求时,可采用锚固板锚固。对框架顶层端节点,梁下部纵向受力钢筋应锚固在后浇节点区内,且宜采用锚固板的锚固方式。梁、柱其他纵向受力钢筋的锚固应符合下列规定:

  ① 柱宜伸出屋面并将柱纵向受力钢筋锚固在伸出段内,伸出段长度不宜小于500mm,伸出段内箍筋间距不应大于5倍的柱纵向受力钢筋直径,且不应大于100mm。柱纵向钢筋宜采用锚固板锚固,锚固长度不应小于40倍的纵向受力钢筋直径,梁上部纵向受力钢筋宜采用锚固板锚固,详见图2-18。

  ② 柱外侧纵向受力钢筋也可与梁上部纵向受力钢筋在后浇节点区搭接,其构造要求应符合现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB 50010中的规定,柱内侧纵向受力钢筋宜采用锚固板锚固。

  当柱截面较小,梁下部纵向钢筋在节点区内连接困难时,叠合梁下部纵向受力钢筋也可伸至节点区外的后浇段内连接。为保证梁端塑性铰区的性能,钢筋连接接头与节点区的距离不应小于1.5倍的框架梁截面有效高度,详见图2-19。

  主梁与次梁可采用后浇段连接,在主梁上预留后浇段,混凝土断开而钢筋连续,以便穿过和锚固次梁钢筋。

  在端部节点处,次梁下部纵向钢筋伸入主梁后浇段内的长度不应小于12倍的纵向钢筋直径,次梁上部纵向钢筋应在主梁后浇段内锚固。当锚固直段长度小于时,可采用弯折锚固或锚固板;若充分利用钢筋强度,则锚固直段长度不应小于;若按铰接设计,则锚固直段长度不应小于;弯折锚固的弯折后直段长度不应小于12倍的纵向钢筋直径。主次梁后浇段连接详见图2-20。

  1-主梁后浇段;2-次梁;3-后浇段混凝土叠合层;4-次梁上部纵向钢筋;5-次梁下部纵向钢筋

  在中间节点处,两侧次梁的下部纵向钢筋伸入主梁后浇段内长度不应小于12倍的纵向钢筋直径(图2-21),次梁上部纵向钢筋应在现浇层内贯通。

  当主梁截面较高且次梁截面较小时,主梁预制混凝土可不完全断开,采用预留凹槽的形式与次梁连接,同时次梁端做成挑耳搭搁置于主梁的凹槽上(图2-22)。在完成主、次梁的负筋绑扎后,与楼层的后浇层一起施工,从而形成主梁、次梁的整体式连接。

  本书结合目前国内外装配式建筑的发展现状及我国装配式结构的相关技术标准和规范,详细介绍了装配式混凝土框架结构、剪力墙结构以及装配式钢框架结构、钢框架-支撑结构、钢束筒结构等结构体系的类型、适用范围及设计要点。选取了几个典型案例:当时混凝土结构装配率最高(装配率达到81.31%)的南京上坊某保障性住房项目、由现浇混凝土结构改为装配式混凝土框架结构的南通市某停车综合楼项目、采用预制夹心保温外墙板的南京丁家庄某保障性住房项目和采用预制外墙板的杭州万科城项目、安徽省首个装配式钢结构保障房—安徽蚌埠某公租房项目、规划伊始即为装配式钢结构住宅的亳州市涡阳县某住宅项目、规划中的世界第一高楼—长沙市某超高层公共建筑项目、方案阶段选用装配式钢束筒结构的襄阳市某超高层酒店项目等,系统介绍了不同结构体系的设计流程、构件拆分原则、关键节点设计、BIM技术与信息化应用、工程设计人员的心得体会等内容,可为广大的工程设计人员提供参考。



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