CN102877646B - 灌芯叠合装配式钢筋混凝土剪力墙结构及其建造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明为灌芯叠合装配式钢筋混凝土剪力墙结构及其建造方法，属于建筑类，是一种对现行装配式混凝土结构设计和施工方法的改进。是将现浇钢筋混凝土剪力墙的结构进行设计拆分，使之拆分成为若干结构构件，其中的每个剪力墙构件在竖向预留可以为任何形状的空心孔洞，孔洞的内壁以及剪力墙的水平方向连接端部均设有抗剪切滑移键槽。预制构件工厂完成对结构构件的预制生产，运抵工程施工现场吊运安装，经过对结构构件的定位固定和少量后浇连接节点的支模后，对构件进行水平方向和竖向的拼接，然后对结构构件进行灌芯浇筑混凝土叠合，使得结构成为一体。
Description
技术领域
本发明涉及建筑类，具体涉及房屋建筑混凝土结构工程，特别是涉及装配式混凝土结构体系，是一种对现行装配式混凝土结构设计和施工方法的改进，成为一种“等同现浇装配式混凝土结构”的灌芯叠合装配式剪力墙结构钢筋混凝土房屋的建造方法。
背景技术
目前，高层住宅、公寓等居住类房屋建筑多采用剪力墙(抗震设防区称为抗震墙)结构。近几年，随着国家建筑产业政策的调整，兴起了装配式混凝土剪力墙结构。如万科引入了日本的叠合现浇墙技术(《房屋建筑装配式混凝土结构建造技术新进展》，《施工技术》，郭正兴，2011年6月第40卷342期)，剪力墙一侧预制兼做模板，另一侧现场支模，然后浇筑混凝土，此种方法现场湿作业太多，工业化程度低，施工速度慢，施工质量难以保证；合肥西伟德的双墙拼装结构体系，相当于预制了剪力墙的两个面层当做模板，两侧的钢筋之间没有拉结致使受力性能差，工艺过于复杂，用钢量较大，工程建设成本较高。
随着我国“建筑工业化、住宅产业化”进程的加快，装配整体式混凝土结构在房屋建筑中的应用成为当前研究热点，但目前尚无将剪力墙做成可以灌芯叠合的预制混凝土空心剪力墙构件，然后实施装配的设计和施工的做法。
发明内容
本发明针对现有的装配式混凝土剪力墙结构施工方法的工业化程度和施工效率较低、质量难以保证、工艺过于复杂以及建设成本较高等问题，提出一种灌芯叠合装配式钢筋混凝土剪力墙结构房屋的建造方法，即工厂化预制混凝土空心剪力墙构件，通过少量的现浇混凝土连接节点以及对预制混凝土空心剪力墙构件的空心部位现场浇筑叠合混凝土的方法，实现对各预制构件的整体连接，达到等同现浇混凝土结构的目的。
本发明的结构形式可称之为“灌芯叠合装配式钢筋混凝土剪力墙结构”，具体是通过将已经完成设计的、含有钢筋混凝土剪力墙的结构，根据工程建造的质优、高效、降耗的原则及其合理性需求对其进行设计拆分，使之拆分成若干个结构构件。拆分原则如下：
1.减少预制构件间现场浇筑混凝土连接节点以及便于安装的原则。
2.构件重量控制的原则。要实现“吊运和安装”成本的综合最低化。
如果为了吊运容易、减轻构件重量，就会增加构件数量、吊运次数以及安装节点数量，进而增加工程建设成本；反之，如果为了减少构件数量、吊运次数和安装节点，就会加大构件重量，进而需要增加吊运机械的吊运能力，也会增加工程建设成本。拆分合理的构件重量，可以降低工程建设成本。
建筑物的低部各层可以采用汽车吊、大构件的方案，每个拆分后的结构构件重量控制在30～60kN；高部各层可以采用塔吊、小构件的方案，每个拆分后的结构构件重量控制在15～30kN。也可以全部采用塔吊、小构件的方案。结构构件重量应该按照市场吊运设备的性价比变化进行及时调整。
3.方便制造的原则。尽可能使用通用模板和工具成型，减少非标模板和工具设备的使用。每个拆分后的结构构件，要能够一次浇筑混凝土成型，尽可能避免使用翻转机二次浇筑混凝土。
4.方便运输的原则。便于运输以降低运输成本，采用叠放运输增加每车次运量、减少运输次数，尽可能避免采用专用支架运输而减少每车次运量、增加运输次数。
5.连接节点要简单，施工安装操作要方便，模板及工具要通用，每类连接节点均可以采用同一连接节点。
一种灌芯叠合装配式钢筋混凝土剪力墙结构的建造方法：
采用工厂化预制混凝土空心剪力墙构件单元，通过少量的现浇混凝土连接节点，以及对预制混凝土空心剪力墙构件单元的空心部位现场浇筑叠合混凝土的方法，实现对各预制构件单元的整体连接，成为剪力墙的整体结构，达到等同现浇混凝土结构的目的，具体方法为：
将已经完成设计的、含有钢筋混凝土剪力墙的结构，根据工程建造的质优、高效、降耗的原则及其合理性结构需求对其进行设计拆分，使之拆分成为a构件单元、b构件单元、c构件单元、d构件单元、……n构件单元，并上述构件单元能够成为a-b、b-c、c-d、d-e、e---n个连接的构件单元组合结构，上述拆分后的若干构件单元设计详图提供给工业化预制工厂进行各个单元的批量生产，满足装配式剪力墙结构钢筋混凝土房屋的建造的需要。
其钢筋混凝土剪力墙的结构构件单元的拆分，在构件水平方向首先要避开墙体转角位置、又要避开门窗洞口位置，还要为构件水平方向的现浇混凝土连接节点的施工安装留有足够的操作空间，同时要使得每一个连接节点结构型式及规格尽可能做到一致。
装配式钢筋混凝土剪力墙的垂直方向，在楼层位置间设置复数个连接节点，并实施现浇混凝土进行连接，楼板和连梁、圈梁现浇成为刚节点，并可以通过此环节调整建筑施工安装误差；连接节点可化为内墙水平方向后浇连接节点、外墙水平方向后浇连接节点，以及内墙楼层标高处后浇连接节点、外墙楼层标高处后浇连接节点。
拆分合理的构件重量，可以降低工程建设成本。
通过水平和竖向连接节点和空心孔洞内浇筑叠合混凝土实现预制构件的一体化连接。
每类连接节点均可以采用同一连接节点，为了便于连接节点水平分布钢筋的搭接焊接方便，水平分布钢筋的端部要留有钢筋焊接搭接可操作长度。
一种灌芯叠合装配式钢筋混凝土剪力墙结构的建造方法所采用的结构：
由内墙构件单元或外墙构件单元构成的墙体，该墙体设有外墙保温隔热层和内壁带有抗剪切滑移键槽的空心孔洞，该设有所需要保温隔热层厚度的外墙保温隔热层设置在剪力墙厚度为、墙长、水平分布钢筋两端焊接可操作长度的墙体外部；墙体内设有复数个内壁带有抗剪切滑移键槽的空心孔洞，墙体内设有拉结钢筋、水平分布钢筋和竖向分布钢筋，水平方向端部的抗剪切滑移键槽设置在复数排列的预制混凝土空心剪力墙构件的两端，连接节点之间通过水平分布钢筋端部的焊接搭接实现连接。
两个内墙构件单元或外墙构件单元的水平方向连接，采用复数个固定用螺栓及模板系统通过现浇混凝土连接节点连接成整体结构，包括有水平分布钢筋端部焊接、固定用螺栓、模板系统、用于外墙的钢丝网片、用于外墙的水泥砂浆封堵等，模板系统间设有用于将两构件单元连接为整体结构的现浇混凝土连接节点。
预制混凝土空心剪力墙构件中沿竖向预置可以是圆形、椭圆形、矩形或者不同几何图形组合形状的、且内壁带有抗剪切滑移键槽的空心孔洞；在构件水平方向的两端部设有抗剪切滑移键槽；在剪力墙构件底部设有键槽。
带有抗剪切滑移键槽的空心孔洞的抗滑移键槽也可以不设置。
外墙保温隔热层及饰面直接组合在墙体外侧，且在构件两端外挑的部分混凝土内设置有使得构件拼接后浇筑混凝土时不至于使兼做模板的构件两端外挑的部分混凝土和外部保温隔热层因胀模而破坏的钢丝网片。
装配式钢筋混凝土剪力墙结构适用的钢筋混凝土结构类型有：剪力墙结构、框架-剪力墙结构、部分框支剪力墙结构、筒体结构和板柱-剪力墙结构。
与现有装配剪力墙结构相比，本发明具有以下有益效果：
一、整体结构经过科学合理的拆分后，预制构件的制造简单方便，连接节点的种类和数量均很少。主要连接节点简化为四种类型，每种类型的模板和安装工具均相同，使得安装简单易操作、方便快捷，可以显著提高工效，降低工程建设成本。
二、采用预制空心剪力墙构件，与预制实心构件比较，在单位工程相同预制构件数量的情况下，可以降低单个预制构件的重量(约50％)；在相同单个预制构件重量的情况下，可以减少单位工程预制构件的数量(约50％)。都能够做到降低吊装、运输和安装成本。
三、预制空心剪力墙构件水平方向的端部以及空心孔洞内壁均设有抗剪切滑移键槽，构件底部也设有键槽，通过现场浇筑混凝土的节点连接，将预制构件连接成为整体，可以达到等同现浇混凝土结构的效果。
四、剪力墙结构的抗弯钢筋可以在空心孔洞内布置，且连接方便。
本发明将促进建筑产业化的发展，推动房屋建筑建造的工业化，可以显著提高房屋建造的质量和工效，大幅度降低房屋建设成本。
附图说明
图1整体结构设计拆分及连接节点布置示意图。
图2预制混凝土空心剪力墙示意图(一段标准层外墙示意图)。
图3附图2的A-A剖面图。
图4内墙水平方向后浇连接节点示意图。
图5外墙水平方向后浇连接节点示意图。
图6内墙楼层标高处后浇连接节点(模板支模兼做板托方式)示意图。
图7内墙楼层标高处后浇连接节点(预制一体化托板方式)示意图。
图8外墙楼层标高处后浇连接节点(模板支模兼做托板方式)示意图。
图9外墙楼层标高处后浇连接节点(预制一体化托板方式)示意图。
附图序号含义：1.外墙保温隔热层；2.墙体；3.内壁带有抗剪切滑移键槽的空心孔洞；4.水平方向端部的抗剪切滑移键槽；5.钢筋焊接搭接可操作长度；6.水平分布钢筋端部；7.剪力墙厚度；8.保温隔热层厚度；9.墙长；10.拉结钢筋；11.水平分布钢筋；12.竖向分布钢筋；13.构件底部键槽；14.水平分布钢筋间距；15.楼层结构标高；16.板、圈梁、暗梁、框架梁等需要的高度；17.竖向分布钢筋预留锚固长度；18.内墙构件单元；19.模板系统；20.外墙构件单元；21.固定用螺栓；22.预制一体化板托；23.现浇混凝土连接节点；24.水泥砂浆封堵；25.保温隔热层拼接缝；26.拼接缝隙填缝剂；27.楼板；28.钢丝网片。
具体实施方式
本发明的结构构件的拆分设计如附图1所示，采用工厂化预制混凝土空心剪力墙构件单元，通过少量的现浇混凝土连接节点(附图4、5、6、7、8、9)，以及对预制混凝土空心剪力墙构件单元的空心部位现场浇筑叠合混凝土的方法，实现对各预制构件单元的整体连接，成为剪力墙的整体结构，达到等同现浇混凝土结构的目的，具体方法为：
按照本发明技术方案的拆分原则，将设计完成的整体结构拆分为多个构件，分别为构件a、构件b、构件c、构件d、构件e、……、构件n，上述构件具有a-b、b-c、c-d、d-e、e-n等多个连接节点。具体构件结构如附图2和附图3所示，预制混凝土空心剪力墙包括墙体2、剪力墙厚度7、长度9，该预制混凝土空心剪力墙内部设有复数个内壁带有抗剪切滑移键槽的空心孔洞3(该内壁带有抗滑移键槽的空心孔洞3，根据需要也可以做成不带抗滑移键槽的空心孔洞)、拉结钢筋10、水平分布钢筋11和竖向分布钢筋12，以及构件两端预留长度为钢筋焊接搭接可操作长度5的水平分布钢筋端部6，在构件水平方向的端部设有水平方向端部的抗剪切滑移键槽4；当为外墙构件单元时，外墙保温隔热层1及饰面等可以直接组合在墙体2外侧，且在构件两端外挑的部分混凝土内设置钢丝网片28，防止浇筑混凝土时造成保温隔热层胀模破坏；在楼层结构标高15处以上，竖向分布钢筋12要预留锚固长度17，以便与上一层墙体构件连接。
连接节点的设计，通过调整构件端部的尺寸和空心孔洞的间距，使得构件水平方向后浇连接节点归纳为同一形式和尺寸，连接节点水平方向的尺寸在满足可焊接操作和焊接搭接长度的前提下要尽可能小，如附图4、5所示；墙体2由内墙构件单元18或外墙构件单元20构成，为了水平连接节点能够使各个构件水平方向连接成为一体，两个内墙构件单元18的连接结构，采用复数个固定用螺栓21及模板系统19相连接成整体结构，包括有水平分布钢筋端部6焊接、位于内墙构件单元18两侧面部固定连接的模板系统19，该模板系统19间设有用于将两构件单元a-b或b-c或c-d或d-e或e---n连接为整体结构的现浇混凝土连接节点23。
两个外墙构件单元20的连接结构与两个内墙构件单元18的主要连接结构相近似，主要区别在于外墙构件单元20的一侧面设置有外墙保温隔热层1，采用只伸出外墙构件单元20一侧面的复数个固定用螺栓21及一侧面的模板系统19，将混凝土空心剪力墙的构件单元连接成整体结构，包括有水平分布钢筋端部6焊接、位于外墙构件单元20固定连接的模板系统19，该模板系统19间设有用于将两构件单元a-b或b-c或c-d或d-e或e---n连接为整体结构的现浇混凝土连接节点23。除此，还设有用于外墙保温隔热层1需要的水泥砂浆封堵24、保温隔热层拼接缝25、拼接缝隙填缝剂26和钢丝网片28，防止焊接过程中引燃外墙保温隔热材料及浇筑混凝土过程中保温隔热材料的胀模破坏。
结构构件的预制，预制构件工厂依据结构构件设计的详图预制结构构件，预制时要预留好安装模板的拉结螺栓孔等(见附图1、4、5、6、7、8、9)。
如附图6内墙楼层标高15处后浇连接节点(模板支模兼做板托方式)示意图所示，采用复数个模版支模兼做板托，通过设在内墙构件单元18上的拉结螺栓孔穿固定用螺栓21固定模板系统19，楼板27搁置于模板系统19之上，通过现浇混凝土连接节点23将内墙构件单元18和楼板27连接成为整体。
如附图7内墙楼层标高15处后浇连接节点(预制一体化板托方式)示意图所示，采用复数个内墙构件单元18，楼板27搁置于预制一体化板托22之上，通过现浇混凝土连接节点23将内墙构件单元18和楼板27连接成为整体。
如附图8外墙楼层标高15处后浇连接节点(模板支模兼做板托方式)示意图所示，采用复数个模版支模兼做板托，通过设在内墙构件单元18上的单侧拉结螺栓孔穿固定用螺栓21固定模板系统19，楼板27搁置于模板系统19之上，通过现浇混凝土连接节点23将外墙构件单元20和楼板27连接成为整体。
如附图9外墙楼层标高15处后浇连接节点(预制一体化板托方式)示意图所示，采用复数个外墙构件单元20，楼板27搁置于预制一体化板托22之上，通过现浇混凝土连接节点23将外墙构件单元18和楼板27连接成为整体。
具体实施过程为：预制构件的吊运安装，预制好的结构构件运输至工程现场，吊装至安装工位，通过模板系统19等实施对预制构件的安装。对于内墙水平方向后浇连接节点(见附图4)，先将搭接的水平分布钢筋端部6实施焊接，然后通过固定用螺栓21合上模板系统19；对于外墙水平方向后浇连接节点(见附图5)，应先将两个构件间的保温隔热层拼接缝2用带有端部开口60°水泥砂浆封堵24，然后再对搭接的水平分布钢筋端部6实施焊接，再后通过固定用螺栓21合上模板系统19；对于楼层标高15处后浇连接节点(见附图6、7、8、9)，应先将底部清理干净，用压缩空气吹净浮尘，在构件的底部接触点位置摊铺一层薄水泥净浆(5mm)，然后安装并固定预制墙体构件，对于模板支模兼做板托的方式，应先通过固定用螺栓21固定模板系统19，接下来安装楼板27或叠合板。
预制构件的浇筑混凝土叠合连接：构件及模板安装结束后，做绑扎钢筋等，然后向现浇混凝土连接节点23及内壁带有抗剪切滑移键槽的空心孔洞3内浇筑混凝土，完成灌芯叠合，使预制构件和现浇混凝土成为一个整体，本层安装施工结束。待混凝土强度能够满足施工要求时，向上重复前一轮的安装施工。
Claims (4)
1.一种灌芯叠合装配式钢筋混凝土剪力墙结构的建造方法，其特征在于：工厂化预制混凝土空心剪力墙构件单元，通过少量的现浇混凝土连接节点，以及对预制混凝土空心剪力墙构件单元的空心部位现场浇筑叠合混凝土的方法，实现对各预制构件单元的整体连接，成为剪力墙的整体结构，达到等同现浇混凝土剪力墙结构的目的，具体方法为：
A、将已经完成设计的、含有钢筋混凝土剪力墙的结构，根据工程建造的质优、高效、降耗的原则及其合理性结构需求对其进行设计拆分，使之拆分成为(a)构件单元、构件单元(b)、构件单元(c)、构件单元(d)、……(n)构件单元，并上述构件单元能够成为(a-b)、(b-c)、(c-d)、(d-e)、(e---n)个连接的构件单元组合结构，上述拆分后的述若干构件单元设计详图提供给工业化预制工厂进行各个单元的批量生产，满足装配式剪力墙结构钢筋混凝土房屋的建造的需要；其钢筋混凝土剪力墙的结构构件单元的拆分，在构件水平方向首先要避开墙体转角位置、又要避开门窗洞口位置，还要为构件水平方向的现浇混凝土连接节点(23)的施工安装留有足够的操作空间，同时要使得每一个连接节点结构型式及规格尽可能做到一致；
B、装配式钢筋混凝土剪力墙的垂直方向，在各个楼层标高位置设置复数个连接节点，并实施现浇混凝土进行连接，楼板和连梁、圈梁现浇成为刚节点，并可以通过此环节调整建筑施工安装误差；装配式钢筋混凝土剪力墙的水平方向设置复数个连接节点，并实施现浇混凝土进行连接，使构件连接成为整体；
C、通过水平和竖向连接节点和空心孔洞内浇筑叠合混凝土实施预制构件的一体化连接；
D、每类连接节点均采用同一连接节点，为了便于连接节点水平分布钢筋(11)的搭接焊接方便，水平分布钢筋的端部(6)要留有钢筋焊接搭接可操作长度(5)。
2.一种灌芯叠合装配式钢筋混凝土剪力墙结构，其特征在于包括有：由内墙构件单元(18)或外墙构件单元(20)构成的墙体(2)，该墙体(2)设有外墙保温隔热层(1)和内壁带有抗剪切滑移键槽的空心孔洞(3)，该设有所需要保温隔热层厚度(8)的外墙保温隔热层(1)设置在剪力墙厚度为(7)、墙长(9)、水平分布钢筋(11)两端焊接可操作长度(5)的墙体(2)外部；墙体(2)内设有复数个内壁带有抗剪切滑移键槽的空心孔洞(3)，墙体(2)内设有拉结钢筋(10)、水平分布钢筋(11)和竖向分布钢筋(12)，水平方向端部的抗剪切滑移键槽(4)设置在复数排列的预制混凝土空心剪力墙构件的两端，连接节点之间通过水平分布钢筋端部(6)的焊接搭接实现连接；
预制混凝土空心剪力墙构件中沿竖向预置为圆形、椭圆形、矩形或者几何图形组合形状的、且内壁带有抗剪切滑移键槽的空心孔洞(3)，在构件水平方向的两端部设有抗剪切滑移键槽(4)，在剪力墙构件底部设有键槽(13)；
外墙保温隔热层(1)及饰面直接组合在墙体(2)外侧，且在构件两端外挑的部分混凝土内设置有使得构件拼接后浇筑混凝土时不至于使兼做模板的构件两端外挑的部分混凝土和外墙保温隔热层(1)因胀模而破坏的钢丝网片(28)。
3.依据权利要求2所述的灌芯叠合装配式钢筋混凝土剪力墙结构，其特征在于：两个内墙构件单元(18)或外墙构件单元(20)的水平方向连接，采用复数个固定用螺栓(21)及模板系统(19)通过现浇混凝土连接节点(23)连接成整体结构，包括有水平分布钢筋端部(6)焊接、固定用螺栓(21)、模板系统(19)、用于外墙的钢丝网片(28)、用于外墙的水泥砂浆封堵(24)，模板系统(19)间设有用于将两构件单元连接为整体结构的现浇混凝土连接节点(23)。
4.依据权利要求2所述的灌芯叠合装配式钢筋混凝土剪力墙结构，其特征在于适用的钢筋混凝土结构类型有：剪力墙结构、框架-剪力墙结构、部分框支剪力墙结构、筒体结构和板柱-剪力墙结构。
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