CN110397164A - 一种双向预应力装配式板柱结构体系及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明的实施例公开一种双向预应力装配式板柱结构及其施工方法，涉及新型建筑结构技术领域，该结构的预制式板柱框架以水平预应力方式连接，预制式剪力墙以竖向预应力方式连接装配成筒体，最终形成双向预应力的整体装配式板柱‑筒体结构，以提高结构整体的抗震性能。包括：预制柱构件及预制板构件，所述预制柱构件与预制板构件以水平预应力的方式连接成板柱框架结构，其主要承担结构的竖向荷载；在所述板柱框架结构内设有预制剪力墙筒体，通过对预制剪力墙部分施加竖向预应力并装配成筒体来增加体系结构整体的抗侧移能力，其主要承担结构的水平荷载。本发明适用建筑结构设计及结构研究分析技术工程中。

Description

一种双向预应力装配式板柱结构体系及其施工方法

技术领域

本发明涉及新型建筑结构技术领域。尤其是涉及一种双向预应力装配式板柱结构体系及其施工方法。

背景技术

预制装配式整体板柱体系(IMS体系)是由南斯拉夫塞尔维亚材料研究院的伯兰柯-热热立(Branko Zezely)教授于1956年首创，已经在全世界许多国家和地区得到广泛应用的一种建筑体系。预制装配式建筑可以进行模数化设计，节省一些施工流程，生产效率显著提高。在我国，预制装配式建筑作为一种新兴产物，符合建筑行业发展和环保要求的不断提升，适应绿色建筑发展方向，有着良好的发展前景。

尽管预应力装配式板柱体系在前南斯拉夫地区经历了两次强震的考验，表明了其抗震性能的良好性，由于现有的该结构体系一般在装配施工时仅对其施加水平预应力，以用于增强整体结构的稳定性，但作为框架结构用于抵抗强震仍需要进一步增强其整体结构抗震能力。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种双向预应力装配式板柱结构体系及其施工方法，在水平预应力装配式板柱结构内设置竖向预应力装配式剪力墙筒体，增加板柱结构的抗侧移能力，从而提高其抗震性能。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

第一方面，本发明实施例一种双向预应力装配式板柱结构体系，包括：预制柱构件及预制板构件，所述预制柱构件与预制板构件通过水平预应力连接成板柱框架结构，在所述板柱框架结构内设有预制式剪力墙筒体，所述预制式剪力墙筒体用于，通过对预制剪力墙部分施加竖向预应力并装配成筒体来增加体系结构整体的抗侧移能力。

优选地，所述预制式剪力墙筒体通过连梁连接于所述板柱框架结构上；或者，

所述预制式剪力墙筒体通过耗能器柔性连接于所述板柱框架结构上。

优选地，所述预制式剪力墙筒体上设有竖直方向的预应力孔道。

优选地，所述预应力孔道内穿插设置有预应力钢束。

优选地，所述预制式剪力墙筒体由若干预制剪力墙筒段通过竖向预应力连接装配而成。

优选地，所述上下相邻的预制剪力墙筒段竖向对接结构包括：平直结构和/或卯榫结构。

优选地，所述筒段上下对接位置设置在所述框架结构中每层的中间部位或者设置在2n+1层的中间部位，所述n1、且n为整数。

优选地，所述预制剪力墙筒段由结构为“L”形、“U”形和/或直线形的预制构件组装而成。

优选地，所述预制剪力墙筒段在角端连接处由所述预制构件以“L”型预埋件连接。

第二方面，本发明实施例一种双向预应力装配式板柱结构体系施工方法，包括步骤：

预制剪力墙筒段、预制柱构件和预制板构件；

将所述预制式剪力墙筒段逐层对接拼装，采用竖向预应力连接成筒体并与基础固定；

将所述柱构件竖向固定于基础上，将所述板构件搭接于所述柱构件上形成板柱框架部分；

将所述预制式剪力墙筒体与所述板柱框架部分连接；

对所述相互连接的板柱框架-筒体施加水平预应力形成整体板柱结构。

优选地，所述预制式剪力墙筒段包括：

预制剪力墙构件，将所述预制剪力墙构件的角端用“L”型预埋件连接以组装形成剪力墙筒段；或者，

预制剪力墙筒段；

将所述预制式剪力墙筒段逐层对接装配，采用竖向预应力连接成筒体并与基础固定包括：

将所述剪力墙筒段逐层拼装；

将上下相邻剪力墙筒段的对接位置设置在所述框架结构中每层的中间部位或者设置在2n+1层的中间部位，所述n 1、且n为整数；

从基础开始对所述逐层拼装剪力筒分段施加竖向预应力以形成完整的筒体。

优选地，所述在所述剪力墙筒段拼装过程中对所述剪力墙筒段施加竖向预应力包括：

在所述剪力墙筒段上设置竖直方向的预应力孔道；

将预应力筋底端锚固于基础上；

张拉预应力筋对所述筒体式剪力墙结构施加竖向预应力。

优选地，所述将所述剪力墙筒段逐层拼装包括：

预先在预制剪力墙构件或剪力墙筒段端部设置卯榫结构；

上下相邻层的剪力墙筒段用卯榫方式对接。

将所述柱构件竖向固定于基础上，将所述板构件搭接于所述板构件上形成板柱框架部分包括：

将所述柱构件竖向固定于基础上；

在所述柱构件周围设置临时支撑；

所述板构件置于临时支撑上并与所述柱构件搭接形成板柱框架部分。

用连梁将剪力筒与板柱框架部分横向连接；

重复上述步骤，完成所有所述板柱框架部分和所述剪力墙筒体的拼装施工；

对整个拼装结构施加水平预应力形成整体板柱结构。

本发明实施例一种双向预应力装配式板柱结构体系及其施工方法，预制柱与预制板构件以水平预应力连接形成的板柱框架结构，并在设置竖向预应力的预制式剪力墙筒体构成板柱结构体系。其中竖向预应力剪力墙筒体能承受风荷载或地震作用引起的水平荷载，保证结构的抗侧移能力。整体板柱结构由于同时具有水平预应力与竖向预应力，能够保持很好的整体稳定性，从而增强其抗震能力。

进一步地，由于全部采用预制构件，施工现场只进行装配，并采用预应力的干式连接，有效的减少了湿作业，能够提高施工效率，降低整体施工成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明实施例一双向预应力装配式板柱结构体系的整体结构示意图；

图2是图1的俯视图；

图3是图1中A局部平面结构示意图；

图4是图1中A局部三维结构示意图；

图5是上下相邻预制剪力墙筒段的一种对接结构示意图；

图6是上下相邻预制剪力墙筒段的另一种对接结构示意图；

图7是上下相邻预制剪力墙筒段的又一种对接结构示意图；

图8是上下相邻预制剪力墙筒段的又一种对接结构示意图；

图9是实施例二一种双向预应力装配式板柱结构体系施工方法流程示意图

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例一种双向预应力装配式板柱结构体系及施工方法进行详细描述。

应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

参看图1及图2所示，本发明实施例一种双向预应力装配式板柱结构，可应用于建筑结构设计及研究分析工程中，所述板柱结构体系包括：预制柱构件1及预制板构件2，所述预制柱构件1与预制板构件2以水平预应力连接成板柱框架结构，在所述板柱框架结构内设有预制式剪力墙筒体3。

可以理解的是，所述双向预应力指的是在横向与纵向两个方向上施加预应力；所述预制柱可采用预制钢柱，也可采用高强度塑料柱、预制混凝土柱或预制玻璃钢柱，所述预制板可采用预制钢板，也可采用高强度塑料板、预制混凝土板或预制玻璃钢板。所述预制筒体式剪力墙能承受风荷载或地震作用引起的水平荷载和竖向荷载、防止结构剪切破坏的作用，所述筒体式剪力墙可以设置若干个，具体设置位置可以设置在电梯井、卫生间及管道井等筒体结构处，还可以设置在整体结构外围，作为结构外框架，或内、外混合设置，以形成有效的抗侧力结构体系，增强整体抗震性能；所述墙体预制形状及结构、规格等根据施工工况而定，可以加工成“U”型或者“L”型或者“一”字型，所述预制式剪力墙筒体可以现场施工制作，也可以在工厂预制加工运送到施工现场直接使用。

本发明实施例技术特点：1)构件全部预制，包括剪力墙筒体；2)所有构件以预应力的方式装配连接。

本发明实施例一种双向预应力装配式板柱结构体系及其施工方法，预制柱与预制板构件以水平预应力连接形成的板柱框架结构，并在设置竖向预应力的预制式剪力墙筒体构成板柱结构体系。其中竖向预应力剪力墙筒体能承受风荷载或地震作用引起的水平荷载，保证结构的抗侧移能力。整体板柱结构由于同时具有水平预应力与竖向预应力，能够保持很好的整体稳定性，从而增强其抗震能力。

进一步地，由于全部采用预制构件，施工现场只进行装配，并采用预应力的干式连接，有效的减少了湿作业，能够提高施工效率，降低整体施工成本。

进一步地，由于所述结构体系采用预制装配式结构，所述构件可以在工厂或现场提前加工制作，构件质量能得到有效保证；并且双向施加预应力有效提高了结构的整体性，从而提高其抗震能力。

本实施例中，所述预制式剪力墙筒体可以为钢结构，作为一优选实施例，所述预制式剪力墙筒体为混凝土剪力墙筒体。

本实施例中，由于预制剪力墙一般在前期采用模具浇筑制作，为了减少开模种类及数量，优选地，所述剪力墙的形状和/或规格相同；当然为了适应不同形状的建筑场地，所述剪力墙可采用同一形状、规格，也可以采用不同形状、规格。所述规格具体指的是同一种预制剪力墙的尺寸、体积及重量等衡量标准。

参看图1及2所示，本实施例中，所述预制式剪力墙筒体连接于所述框架结构上，所述具体连接方式有很多种，可以为直接连接或间接连接，优选地，所述预制式剪力墙筒体通过连梁4连接于所述板柱框架结构上；可以理解的是，所述连梁作为连接件应具有足够的刚度和稳定性来传递板柱框架的水平荷载(包括风荷载和地震作用)，所述连梁优选钢制梁；作为一个整体结构体系，最终整个结构的水平荷载主要由剪力墙筒体承担，而竖向荷载主要依靠板柱框架承担；形成受力明晰，分工协作的抗震结构。

或者，所述预制式剪力墙筒体通过耗能器9柔性连接于所述板柱框架结构上。可以理解的是，通过耗能器等柔性连接件连接，可以构成结构体系内部耗能减震体系，进一步提高抗震性能。

参看图2至图4所示，本实施例中，作为一可选实施例，所述预制式剪力墙筒体上设有竖直方向的预应力孔道5。

可以理解的是，所述孔道5的预设位置和数量视具体工况计算设计而定，所述预应力孔道主要作为穿插预应力筋使用。

参看图2至图4所示，本实施例中，作为一可选实施例，所述预应力孔道内穿插有预应力筋6。所述预应力筋在施工中具体张拉方式根据施工现场工况而定，本实施例不作限定，通过在所述孔道内设置预应力钢束，能够进一步增强结构的整体性。

参看图1、图2、图4至图8所示，本实施例中，作为另一可选实施例，所述预制式剪力墙筒体3由若干预制剪力墙筒段7上下对接装配而成。

可以理解的是，通过将所述剪力墙3采用预制构件进行装配，能够简化施工；由于剪力墙3的形状、结构及规格根据具体工况会有所不同，因此组成筒段的剪力墙7的形状、结构等也有所不同，所述剪力墙筒段可以直接预制成成品或半成品构件，优选地，所述预制剪力墙筒段由“L”形、“U”形和/或直线形的预制构件装配而成。

参看图7及图8所示，本实施例中，由于所述预制剪力墙筒段由所述“L”形、“U”形和/或直线形的预制构件装配而成，所述预制构件间的连接方式非常重要，可以是在其角端11采用钢筋搭接并现浇混凝土的方式连接；作为一可选实施例，所述预制构件在角端可以采用“L”型预埋件12来连接组装成剪力墙体的一部分。采用预埋件的方式来连接，可以减少湿作业，提高工作效率。

可以理解的是，所述上、下筒段具体的对接方式可以为栓钉对接，还可以为其他形式，优选地，参看图5至图8所示，所述上、下相邻的预制剪力墙筒段竖向对接方式包括：平直对接和/或卯榫对接。示例性地，参看图6及图7所示，采用卯榫对接时，在上预制剪力墙筒段设有凹凸的齿状键槽；下预制剪力墙筒段设有与上预制剪力墙筒段凹凸互补的齿状键槽；在上预制剪力墙筒段和下预制剪力墙筒段对接时，上凹槽和下互补凸起精准对接，避免了上下筒段的相对滑移。所述齿状键槽的形状也可以有多种，比如矩形、正方形、或梯形、圆台等，本实施例对此不作限定，该处对接扣合结构的具体实现方式的举例是为了帮助公众理解该实施例所述方案，不应当理解为对本实施例方案的限定。通过将所述筒段预制成上述卯榫结构，在安装时，所述卯榫结构能起到安装定位导向作用，拼装完成后，两两相邻的筒段之间能实现密切贴合，而且卯榫对接方式能起到咬合作用，从而提高相邻剪力墙筒段间的抗剪能力。另外，参看图5及图8所示，在接触面摩擦力足够大不至产生相对滑移的情况下可以采用平直对接等其他方式。

参看图4所示，本实施例中，作为一可选实施例，所述筒段上下对接位置10设置在所述框架结构中每层的中间部位或者设置在2n+1层的中间部位，所述n 1、且n为整数。

实施例二

参看图9所示，本发明实施例一种双向预应力装配式板柱结构体系施工方法，包括步骤：

S1、预制剪力墙筒段、预制柱构件和预制板构件；

S2、将所述预制式剪力墙筒段逐层对接拼装，采用竖向预应力连接成筒体并与基础固定；

S3、将所述柱构件竖向固定于基础上，将所述板构件搭接于所述柱构件上形成板柱框架部分；

S4、将所述预制式剪力墙筒体与所述板柱框架部分连接；

S5、对所述相互连接的板柱框架-筒体施加水平预应力形成整体板柱结构。

本发明实施例一种双向预应力装配式板柱结构体系及其施工方法，预制柱与预制板构件以水平预应力连接形成的板柱框架结构，并在设置竖向预应力的预制式剪力墙筒体构成板柱结构体系。其中竖向预应力剪力墙筒体能承受风荷载或地震作用引起的水平荷载，保证结构的抗侧移能力。整体板柱结构由于同时具有水平预应力与竖向预应力，能够保持很好的整体稳定性，从而增强其抗震能力。

进一步地，由于全部采用预制构件，施工现场只进行装配，并采用预应力的干式连接，有效的减少了湿作业，能够提高施工效率，降低整体施工成本。

本实施例中，作为一可选实施例，所述预制剪力墙筒段包括：

预制剪力墙构件，将所述预制剪力墙构件的角端用“L”型预埋件连接以组装形成剪力墙筒段；或者，

预制剪力墙筒段。

将所述预制式剪力墙筒段逐层对接装配，采用竖向预应力连接成筒体并与基础固定包括：

将所述剪力墙筒段逐层拼装；

将上下相邻剪力墙筒段的对接位置设置在所述框架结构中每层的中间部位或者设置在2n+1层的中间部位，所述n 1、且n为整数；

从基础开始对所述逐层拼装剪力筒分段施加竖向预应力以形成完整的筒体。

本实施例方法通过包括在所述剪力墙筒段拼装过程中对所述剪力墙筒段施加竖向预应力，直至完成所述预制剪力墙筒体的拼装的步骤，相当于对预应力板柱结构体系不仅施加水平方向预应力，还施加了竖向预应力，使得整体结构体系相当于施加了两个方向的预应力，所述预应力能够提高整个结构的刚度和整体性，并使其具有自复位功能，大大增强抗震性能。

本实施例中，作为一可选实施例，所述在所述剪力墙筒段拼装过程中对所述剪力墙筒段施加竖向预应力包括：

在所述剪力墙筒段上设置竖直方向的预应力孔道；

将预应力筋一端锚固于基础上；

在另一端张拉预应力筋对所述筒体式剪力墙结构施加竖向预应力。

本实施例通过所述竖向预应力将剪力墙筒段连接成整个筒体，提高了筒体的刚度；便于施工操作，没有湿作业，提高了工作效率。

本实施例中，作为一优选实施例，所述将所述剪力墙筒段逐层拼装包括：

预先在预制剪力墙构件或剪力墙筒段端部设置卯榫结构；

上下相邻层的剪力墙筒段用卯榫方式对接。

本实施例中，作为一优选实施例，所述将所述柱构件竖向固定于基础上，将所述板构件搭接于所述板构件上形成板柱框架部分包括：

将所述柱构件竖向固定于基础上；

在所述柱构件周围设置临时支撑；

所述板构件置于临时支撑上并与所述柱构件搭接形成板柱框架部分。

用连梁将剪力筒与板柱框架部分横向连接；

重复上述步骤，完成所有所述板柱框架部分和所述剪力墙筒体的拼装施工；

对整个拼装结构施加水平预应力形成整体板柱结构。

需要说明的是，本实施例具体效果可参见实施例一，在此就不再赘述。

需要说明的是，在本文中，各个实施例之间描述的方案的侧重点不同，但是各个实施例又存在相互关联的关系，在理解本发明方案时，各个实施例之间可相互参照；本申请实施例中在表述当技术特征要素连接于另一技术特征要素时，可以是直接与另一技术特征要素连接，也可以是存在居中的另外的技术特征要素；另外，诸如一端和另一端之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种双向预应力装配式板柱结构体系，其特征在于，包括：预制柱构件及预制板构件，所述预制柱构件与预制板构件通过水平预应力连接成板柱框架结构，在所述板柱框架结构内设有预制剪力墙筒体，通过对预制剪力墙部分施加竖向预应力并装配成筒体来增加体系结构整体的抗侧移能力。

2.根据权利要求1所述的板柱结构体系，其特征在于，所述预制剪力墙筒体通过连梁连接于所述板柱框架结构上；或者，

所述预制剪力墙筒体通过耗能器柔性连接于所述板柱框架结构上。

3.根据权利要求1所述的板柱结构体系，其特征在于，所述预制剪力墙筒体上设有竖直方向的预应力孔道。

4.根据权利要求3所述的板柱结构体系，其特征在于，所述预应力孔道内穿插设置有预应力钢束。

5.根据权利要求1至4任一所述的板柱结构体系，其特征在于，所述预制式剪力墙筒体由若干预制剪力墙筒段通过竖向预应力连接装配而成。

6.根据权利要求5所述的板柱结构体系，其特征在于，上下相邻的所述预制剪力墙筒段竖向对接结构包括：卯榫结构和/或平直结构。

7.根据权利要求5所述的板柱结构体系，其特征在于，所述筒段上下接缝位置设置在所述框架结构中每层的中间部位或者设置在2n+1层的中间部位，所述n 1、且n为整数。

8.根据权利要求5所述的板柱结构体系，其特征在于，所述预制剪力墙筒段由结构为“L”形、“U”形和/或直线形的预制构件组装而成。

9.根据权利要求6至8任一所述的板柱结构体系，其特征在于，所述预制剪力墙筒段在角端连接处由所述预制构件以“L”型预埋件连接。

10.一种双向预应力装配式板柱结构体系施工方法，其特征在于，包括步骤：

预制剪力墙筒段、预制柱构件和预制板构件；

将所述预制式剪力墙筒段逐层对接拼装，采用竖向预应力连接成筒体并与基础固定；

将所述柱构件竖向固定于基础上，将所述板构件搭接于所述柱构件上形成板柱框架部分；

将所述预制式剪力墙筒体与所述板柱框架部分连接；

对所述相互连接的板柱框架-筒体施加水平预应力形成整体板柱结构。