CN109440992B - 一种全干式预制装配混凝土板柱结构体系 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种全干式预制装配混凝土板柱结构体系，属于建筑结构技术和结构抗震减震领域。该结构体系包括带有连接平板和马牙槎的预制柱、预制楼板、开有填充ECC材料的椭圆洞口的预制墙板、板‑板连接件、墙‑板连接件等。预制柱和连接平板整体浇筑，预制楼板为企口板，预制墙板为冷弯薄壁型钢组合墙板，连接平板、预制楼板和预制墙板之间均通过连接件相连。其中板‑板连接件和墙‑板连接件均由锚板和锚筋构成，与构件一体浇筑，在施工现场焊接锚板连接构件。本发明实现了全干式施工，省去湿法作业，施工简便，预制率高，极大提高了施工效率，成本低廉，而且具有安全可靠、抗震性能良好的特点。

Description

一种全干式预制装配混凝土板柱结构体系
技术领域
本发明涉及一种全干式预制装配混凝土板柱结构体系，其主要构件均可在加工厂中实现预制，且施工过程中不需要浇筑混凝土等湿法操作，建造工程简便快捷，施工效率高。在正常使用状态下满足承载力要求，安全可靠，在地震作用下具有较好的延性和耗能能力，很大程度上改善了传统预制装配混凝土板柱结构的抗震性能。属于新型建筑结构技术和结构抗震减震领域。
背景技术
近年来我国大力推动建筑工业化和住宅产业化，装配式混凝土结构已经是建筑工业化的一种重要形式。预制装配式混凝土板柱结构体系施工便捷、成本低廉，便于自由分隔建筑空间，有利于向大开间方向发展，能够充分满足绿色建筑的要求，从而可以显著提高劳动生产力率和建筑结构工业化程度，目前该结构体系已在车库、商住楼等工程中得到应用。但值得注意的是，由于传统装配式结构的特点和不足，常用的预制装配式混凝土板柱结构体系的连接强度和抗震能力通常不足，亟需改进。
预制构件的连接技术是装配式混凝土结构的关键技术，直接决定结构是否安全可靠和施工效率高低，是限制结构大范围应用的主要因素。目前，预制装配式混凝土板柱结构的板－柱接缝、多拼板拼缝和墙－板连接多采用后浇混凝土的连接方式，湿式连接施工周期长，同时有研究表明，预制构件连接处在地震作用下往往先发生破坏导致结构失效，该结构的施工效率和抗震性能尚有待提高，然而我国目前在这方面的相关研发较少。全干式预制装配式混凝土板柱结构体系需要解决的主要问题在于将结构的所有预制构件连接处实现干式连接，从而大幅提高施工效率，并保证结构在正常使用状态下和地震作用下安全可靠。
采用连接平板和预制柱整体浇筑的方式，可以有效避免装配式板柱节点整体性较差的问题，从而改善结构抗震性能。与湿式连接相比，干式连接省去了混凝土养护时间，预制构件快速连接形成整体并具有高强度，施工效率大幅提高。通过焊接锚板构成的连接件在剪切作用下表现出较好的延性的耗能性能，在拉应力作用下具有较大的刚度和较高的承载力，从而保证了装配式板柱结构整体性良好。因此，采用合理的干式连接的结构具有更优越的力学性能和抗震能力。
此外，相关研究表明：工程用水泥基复合材料(ECC材料)可以有效避免预制墙板在地震作用下延性和耗能性能的不足，耗散更多的动能。采用水泥基复合材料的构件和结构为提高预制装配式混凝土板柱结构体系的施工效率和抗震性能提供了全新的解决方案，可以继续深入发展和推广。
目前，如何利用已有的材料和技术手段构造一种施工方便快捷、抗震性能良好、安全可靠的新型预制装配式混凝土板柱结构体系，已经成为将进一步推广和大范围应用该结构所必须要解决的技术难题。
发明内容
本发明提供了一种施工简单便捷、连接安全可靠、抗震性能良好的一种全干式预制装配混凝土板柱结构体系。该结构在平常使用状态下可以满足荷载需求，在承受地震作用时，可以表现出良好的延性和耗能性能，具有优越的抗震性能。
本发明采用的技术方案为一种全干式预制装配混凝土板柱结构，该结构包括连接平板1、马牙槎2、预制柱3、预制楼板4、椭圆洞口5、预制墙板6、板-板连接件7、墙-板连接件8、锚筋9、锚板10和冷弯薄壁龙骨立柱11。预制柱3带有连接平板1和马牙槎2，预制柱3和连接平板1整体浇筑。预制楼板4为企口板。预制墙板6为冷弯薄壁型钢组合墙板，内设冷弯薄壁龙骨立柱11，墙身开有椭圆洞口5，椭圆洞口5内填充ECC材料。该结构中的所有构件全部预制。连接平板1和预制楼板4之间通过板-板连接件7进行连接，预制墙板6和预制楼板4通过墙-板连接件8连接。
连接平板1、预制楼板4、预制墙板6的两面中均设置了由锚筋9和锚板10组成的预埋件，预制时应在接缝两侧的构件中分别设置长锚板和短锚板，长锚板挑出，挑出长度与短锚板长度相同，将长锚板挑出部分与短锚板焊接形成焊缝，从而构成整体。
连接平板1由于要设置预埋件，平面尺寸不应小于1000mm×1000mm，连接平板1作用是与预制楼板4相连，因此边柱和角柱上只在连接楼板的一侧设置连接平板1。
预制柱3上带有的马牙槎2，其尺寸要求为：每一个马牙槎2长度(伸入墙内)为130mm－180mm。预制墙板6在制作时应留出与马牙槎2契合的凹口，从而与预制柱3拼插形成整体。
柱网采用矩形柱网，柱网尺寸统一，柱列纵横贯通，预制柱3应为矩形截面。
为了便于运输和吊装，预制楼板4采用多拼板，拼板之间用板－板连接件7连接，与连接平板1接触的板角留有缺口，采用板－板连接件7将两者的顶面和底面连接。预制楼板4为企口板，顶面和底面宽度相差60mm－120mm。
预制墙板6与预制楼板4通过墙－板连接件8相连，预制墙板6前后两侧均设置L形锚板10与预制楼板4中的短锚板进行焊接，预制墙板6以混凝土为主体，左右两端和中部各设置一根C形冷弯薄壁龙骨立柱11，冷弯薄壁龙骨立柱11所用钢材屈服强度不低于200MPa，可以采用国内常用的89型和140型龙骨，相邻的冷弯薄壁龙骨立柱11之间开有两个椭圆洞口5。
椭圆洞口5内填充的工程用水泥基复合材料(ECC材料)，其轴心抗压强度不应高于预制墙板6中混凝土的轴心抗压强度，同时耗能能力应是预制墙板6中混凝土的三倍以上。
所述的板－板连接件7的每块锚板10设置两根锚筋9，锚筋9长度300mm－500mm，采用钢筋屈服强度不低于400MPa，短锚板尺寸不小于150mm×130mm，长锚板尺寸不小于300mm×130mm，其中挑出一半长度，与短锚板焊接。
所述的墙－板连接件8由锚筋9和锚板10构成，预制墙板6内设置L形锚板，L形锚板宽度不小于130mm，总长度不小于300mm，将中间折成90°，挑出一半长度，与预制楼板4内的短锚板焊接。墙－板连接件8与板－板连接件7的锚筋9采用的材料相同。
现场施工时，首先将预制柱3吊装就位，再设置楼板临时支撑，之后安装预制楼板4，最后吊装预制墙板6进行连接，安装完毕后无需养护即可拆除临时支撑进行下一层安装。
本发明具有以下优点：
(1)本发明涉及的结构体系构件全预制，预制率高，构件种类少，构件之间采用全干式连接，施工简便快捷，显著减少现场工作量，大幅缩短工期，带来更好的经济效益，有效避免现场湿作业带来的污染，充分满足绿色建筑的要求。
(2)在地震作用下，板柱节点由于需要传递不平衡弯矩，易发生冲切破坏及节点开裂，甚至导致结构倒塌。采用整体浇筑的板柱节点可以提高节点整体性，保证节点稳定传力，避免传统装配式板柱节点由于接缝容易破坏导致的结构失效。
(3)由锚板焊接构成的板－板连接件和墙－板连接件，在剪切荷载作用下，可以表现出良好的变形能力和耗能性能，可以有效避免构件在地震作用下发生剪切破坏。
(4)在预制墙板中设置C形冷弯薄壁龙骨立柱，可以加强墙板的抗侧力能力，使墙板与柱在地震中共同抵抗侧向力，从而进一步提高结构体系的抗震性能。
(5)用于填充预制墙板中椭圆形洞口的工程用水泥基复合材料(ECC材料)，可以耗散更多地震能量，同时，由于该材料相比于一般混凝土造价较高，因此，只在预制墙板椭圆形洞口中填充该种材料可以兼顾结构性能和经济性。
(6)在预制柱与预制墙板接触面设置马牙槎，可以凭借构件间的机械咬合作用提高平面内刚度，进一步增强整体性，保证预制墙板充分发挥抗侧力作用。
附图说明
图1为本发明的立体示意图。
图2为本发明中的预制柱3立面图。
图3为本发明中的板－板接缝示意图。
图4为本发明中的板－板连接件7平面图。
图5为本发明中的墙－板接缝示意图。
图6为本发明中的墙－板连接件8平面图
图7为本发明中的预制墙板6立面图
图8为本发明中的预制墙板6平面图。
图中：1－连接平板、2－马牙槎、3－预制柱、4－预制楼板、5－椭圆洞口、6－预制墙板、7－板－板连接件、8－墙－板连接件、9－锚筋、10－锚板、11－冷弯薄壁龙骨立柱。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
一种全干式预制装配混凝土板柱结构体系，带有连接平板1的预制柱3、预制楼板4和预制墙板6全部预制，通过板－板连接件7和墙－板连接件8进行连接从而形成整体，实现全干式连接，连接件均采用锚板10焊接的方式实现连接功能，传力可靠的同时施工简便快捷，减小现场工作量，避免混凝土养护时间，大幅缩短工期。
板柱节点整体浇筑，避免传统装配式板柱节点容易发生冲切破坏和开裂的问题，保证整体性和稳定的传力性能，实现“强节点、弱构件”的设计准则。
预制墙板6通过马牙槎2与预制柱3相连，提高了平面内刚度，预制墙板6内开椭圆形洞口5，椭圆洞口5内填充ECC材料，增强预制墙体的变形和耗能能力，墙内设置C形冷弯薄壁龙骨立柱11，保证预制墙板6的抗侧力能力，从而构成复合的抗震设防线。
对于某预制装配混凝土板柱结构，共4层，每层层高为3.6米，柱网纵向为各7.2米的5跨，横向为各5.4米的3跨，单跨如图1所示，预制柱3截面尺寸为500mm×500mm，马牙槎2长度(伸入墙内)为150mm，连接平板1截面尺寸为1200mm×1200mm，构件采用C30混凝土整体浇筑，预制楼板4采用双拼企口板，每块楼板尺寸为7200mm×2700(2640)mm×140mm，与连接平板1接触的板角预留600mm×600mm凹口，预制墙板6左右两端和中部各设置一根C形冷弯薄壁龙骨立柱11，所用钢材为Q345，可以采用国内常用的89型和140型龙骨，相邻两根冷弯薄壁龙骨立柱11之间开两个椭圆形洞口5，洞内填充ECC材料，板－板连接件7由锚筋9和锚板10构成，锚筋9和锚板10预埋在接缝两侧构件中，每块锚板10设置2根锚筋9，锚筋9长度400mm，采用HRB400级钢筋，锚板10采用Q235B级钢板，短锚板尺寸为150mm×130mm，长锚板尺寸300mm×130mm，其中挑出150mm，与短锚板焊接，墙－板连接件8由锚筋9和锚板10构成，预制墙板6内设置L形锚板，L形锚板宽度130mm，总长度300mm，将中间折成90°，挑出150mm，与预制楼板4内的短锚板焊接。墙－板连接件8与板－板连接件7的锚筋9和采用的材料相同。
本发明的全干式预制装配混凝土板柱结构体系施工工序为：首先将预制柱3吊装就位，设置楼板临时支撑，之后安装预制楼板4，最后吊装预制墙板6进行连接，安装完毕后无需养护即可拆除临时支撑进行下一层安装。
以上为本发明的一个典型实施例，但本发明的实施不限于此。

Claims (8)

1.一种全干式预制装配混凝土板柱结构，其特征在于：该结构包括连接平板（1）、马牙槎（2）、预制柱（3）、预制楼板（4）、椭圆洞口（5）、预制墙板（6）、板-板连接件（7）、墙-板连接件（8）、锚筋（9）、锚板（10）和冷弯薄壁龙骨立柱（11）；预制柱（3）带有连接平板（1）和马牙槎（2），预制柱（3）和连接平板（1）整体浇筑；预制楼板（4）为企口板；预制墙板（6）为冷弯薄壁型钢组合墙板，内设冷弯薄壁龙骨立柱（11），墙身开有椭圆洞口（5），椭圆洞口（5）内填充ECC材料；该结构中的所有构件全部预制；连接平板（1）和预制楼板（4）之间通过板-板连接件（7）进行连接，预制墙板（6）和预制楼板（4）通过墙-板连接件（8）连接；
连接平板（1）、预制楼板（4）、预制墙板（6）的两面中均设置了由锚筋（9）和锚板（10）组成的预埋件，预制时在接缝两侧的构件中分别设置长锚板和短锚板，长锚板挑出，挑出长度与短锚板长度相同，将长锚板挑出部分与短锚板焊接形成焊缝，从而构成整体；
连接平板（1）由于要设置预埋件，平面尺寸不小于1000mm×1000mm，连接平板（1）作用是与预制楼板（4）相连，因此边柱和角柱上只在连接楼板的一侧设置连接平板（1）。
2.根据权利要求1所述的一种全干式预制装配混凝土板柱结构，其特征在于：预制柱（3）上带有的马牙槎（2），其尺寸要求为：每一个马牙槎（2）长度即伸入墙内为130mm－180mm；预制墙板（6）在制作时留出与马牙槎（2）契合的凹口，从而与预制柱（3）拼插形成整体。
3.根据权利要求1所述的一种全干式预制装配混凝土板柱结构，其特征在于：柱网采用矩形柱网，柱网尺寸统一，柱列纵横贯通，预制柱（3）为矩形截面。
4.根据权利要求1所述的一种全干式预制装配混凝土板柱结构，其特征在于：为了便于运输和吊装，预制楼板（4）采用多拼板，拼板之间用板－板连接件（7）连接，与连接平板（1）接触的板角留有缺口，采用板－板连接件（7）将两者的顶面和底面连接；预制楼板（4）为企口板，顶面和底面宽度相差60mm－120mm。
5.根据权利要求1所述的一种全干式预制装配混凝土板柱结构，其特征在于：预制墙板（6）与预制楼板（4）通过墙－板连接件（8）相连，预制墙板（6）前后两侧均设置L形锚板（10）与预制楼板（4）中的短锚板进行焊接，预制墙板（6）以混凝土为主体，左右两端和中部各设置一根C形冷弯薄壁龙骨立柱（11），冷弯薄壁龙骨立柱（11）所用钢材屈服强度不低于200MPa，采用89型和140型龙骨，相邻的冷弯薄壁龙骨立柱（11）之间开有两个椭圆洞口（5）。
6.根据权利要求1所述的一种全干式预制装配混凝土板柱结构，其特征在于：椭圆洞口（5）内填充的工程用水泥基复合材料，其轴心抗压强度不高于预制墙板（6）中混凝土的轴心抗压强度，同时耗能能力是预制墙板（6）中混凝土的三倍以上。
7.根据权利要求1所述的一种全干式预制装配混凝土板柱结构，其特征在于：所述的板－板连接件（7）的每块锚板（10）设置两根锚筋（9），锚筋（9）长度300mm－500mm，采用钢筋屈服强度不低于400MPa，短锚板尺寸不小于150mm×130mm，长锚板尺寸不小于300mm×130mm，其中挑出一半长度，与短锚板焊接。
8.根据权利要求1所述的一种全干式预制装配混凝土板柱结构，其特征在于：所述的墙－板连接件（8）由锚筋（9）和锚板（10）构成，预制墙板（6）内设置L形锚板，L形锚板宽度不小于130mm，总长度不小于300mm，将中间折成90°，挑出一半长度，与预制楼板（4）内的短锚板焊接；墙－板连接件（8）与板－板连接件（7）的锚筋（9）采用的材料相同；
现场施工时，首先将预制柱（3）吊装就位，再设置楼板临时支撑，之后安装预制楼板（4），最后吊装预制墙板（6）进行连接，安装完毕后无需养护即可拆除临时支撑进行下一层安装。
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