CN1554839A - 钢-钢筋混凝土全预制装配式结构 - Google Patents

Abstract

钢－钢筋混凝土全预制装配式结构，有两种装配形式，第一种为柱钢－钢筋混凝土全预制装配式结构，预制钢柱由H型钢柱、混凝土加劲肋及其钢板托板、配有抗剪条的预应力剪切－摩擦型节点组成。在H型钢柱、楼板与边梁的交汇节点处设有由钢板托板承托的混凝土加劲肋，在H型钢柱的翼缘与预制楼板和预制边梁形成的“非平接接头”位置处，设置抗剪条。第二种为预制钢管混凝土柱钢－钢筋混凝土全预制装配式结构，预制钢管混凝土柱由方形截面钢管内浇筑高强微膨胀混凝土而成，其钢管外壁配有抗剪条，形成预应力剪切－摩擦型节点。本发明提高了结构抗震性能，面积使用率，施工工效进一步提高，防火性能高，而造价低，构件尺寸小，适宜各类建筑工程。两种结构形式都可以通过施工技术将其主体结构构件原状拆除回收利用，减少建筑垃圾，是一种绿色结构体系。

Description

钢-钢筋混凝土全预制装配式结构

一、所属领域：

本发明涉及钢-钢筋混凝土全预制装配式结构这一工业化结构体系，属建筑工程技术领域。

二、背景技术：

钢筋混凝土整体预应力装配式板柱结构是一种建立在工业化、标准化生产基础上的框架结构。该结构体系源于前南斯拉夫，1977年唐山大地震后被介绍到我国，但我国并未从前南斯拉夫获得进行具体工程设计及施工的专有技术，而是独立地进行了系统的开发与研究，研究成果分获1985年国家科技进步三等奖和1987年国家科技进步二等奖，我国的研究成果已在北京、唐山、成都等十几个大中城市约30万平方米的建筑中得到应用，该体系主要特点和施工步骤如下：

1、该体系的主要构件是钢筋混凝土预制柱、预制楼板、预制垫块和预制边梁；

2、预制柱无牛腿(柱帽)，在楼盖高度内留有双向预应力钢筋孔道；根据结构布置，预制柱和垫块设于预制楼板与预制楼板、预制楼板和预制边梁的交汇处，垫块高度与预制边梁相同，也留有双向预应力钢筋孔道；

3、预制楼板的板角留有直角缺口，和柱和垫块在两个侧面都有接触。板与柱和垫块的接触面为平面，不需凿毛，亦无齿槽，也无钢筋伸出或钢板相焊。两个接触面之间留20毫米-30毫米空隙填以早强高标号微膨胀水泥砂浆，板与柱和垫块之间形成“平接接头”；

4、相邻两板之间以及板与边梁之间形成明槽，预应力钢筋安置在明槽内，穿过柱和垫块上的预留孔道，两端锚固在柱子或楼盖外侧。接着对整个楼盖施加双向水平预应力，即整体预应力，将楼盖平面内所有的板、柱、垫块、边梁挤压成整体；最后拆除支撑楼板的临时支撑，楼板依靠预应力及其产生的静摩擦力支撑固定在柱上，板、边梁与柱之间、板、边梁与垫块之间形成预应力摩擦型节点；

5、柱孔和垫块孔灌浆，浇筑明槽混凝土，预应力钢筋成为后张有粘结预应力钢筋；

6、全部结构施工由下而上逐层进行。为了抵抗水平荷载的冲击，一般应妥善设置剪力墙等抗侧力构件。

然而近几年来，该结构体系在实际工程中的应用逐渐减少，究其原因，主要存在以下几方面的问题：

1、对抗侧力构件的设置要求较严。《整体预应力装配式板柱建筑技术规程》明确规定，“抗震设防烈度为7、8度以及抗震设防烈度为6度、IV类场地土上的建筑宜另设剪力墙等抗侧力构件。”这就大大限制了该结构体系的应用范围，不利于其在建筑抗震设防高烈度区的推广应用。该规程对抗震设防烈度为9度的建筑未予以考虑；

2、对该结构体系进行的模型抗震试验表明，未设剪力墙等抗侧力构件时，钢筋混凝土预制柱在水平地震荷载作用下易于开裂，导致结构刚度下降，侧移加大，维护结构破坏，前南斯拉夫关于该结构体系实际震害的资料也对此给予充分证明。

鉴于上述情况，必须在原结构体系的基础上进行技术创新，才能扩大其应用范围，提高建筑的工业化水平。

三、发明内容：

1、目的：本发明在已有“钢筋混凝土整体预应力装配式板柱结构”的基础上，提出一种特殊的节点构造技术，用预制钢柱或预制钢管混凝土柱取代原体系的预制钢筋混凝土柱，形成“钢-钢筋混凝土全预制装配式结构”。

2、技术方案：

图1和图7是本发明的平面布置图，包括柱1、楼板2、预应力筋3、边梁4、垫块5。

(1)柱1是H型钢柱或预制钢管混凝土柱(钢管内浇灌混凝土)；

(2)在柱1、楼板2、边梁4的交汇处的楼面标高处形成节点，该节点的构造有两种：

其一，对H型钢柱的节点构造如图5所示，在楼面标高的节点处设有加劲肋6，加劲肋6为C40高强混凝土，嵌于H型钢的翼缘10和腹板9之间，高度与预制边梁4相同，加劲肋底面设钢板托板7，在H型钢的翼缘外侧与加劲肋相同高度处设置抗剪条8；

其二，对预制钢管混凝土柱的节点构造如图10所示，，钢管混凝土柱是在方形截面的钢管内灌注高强微膨胀细石混凝土，在楼面标高节点处钢管的外壁设有抗剪条8；

(3)H型钢柱或预制钢管混凝土柱在楼盖高度内留有双向预应力钢筋孔道，根据结构布置，柱1和垫块5设于预制楼板2与预制楼板2、预制楼板2和预制边梁4的交汇处，垫块5高度与预制边梁4相同，也留有双向预应力钢筋孔道。预制楼板2的板角留有直角缺口，预制楼板2、边梁4和柱1垫块5之间形成接缝，接缝宽度20毫米-30毫米，接缝内填以早强高标号微膨胀水泥砂浆。当接缝两侧构件表面均为混凝土面时，接触面为平面，不需凿毛，亦无齿槽，也无钢筋伸出或钢板相焊，柱1与预制板2、垫块5之间形成“平接接头”；当接缝两侧构件表面的接触面分别为钢板和混凝土时，靠钢板一侧有抗剪条8，形成“非平接接头”。相邻两预制板2之间以及预制板2与边梁4之间形成明槽，预应力钢筋3安置在明槽内，穿过柱1和垫块5上的预留孔道，两端锚固在柱子或楼盖外侧。接着对整个楼盖施加双向水平预应力，即整体预应力，将楼盖平面内所有的预制楼板2、柱1、垫块5、边梁4挤压成整体；预制楼板依靠预应力及其产生的静摩擦力支撑固定在柱1上，预制板2、边梁4与柱1之间、预制板2、边梁4与垫块5之间形成预应力节点，“平接接头”形成预应力摩擦型节点，“非平接接头”形成预应力剪切-摩擦型节点；对柱和垫块上的预留孔道灌浆，浇筑明槽混凝土，全部结构施工由下而上逐层进行。

3、钢-钢筋混凝土全预制装配式结构具有如下优点：

(1)钢管混凝土柱的抗震性能优于钢柱，钢柱的抗震性能优于钢筋混凝土柱，所以，钢-钢筋混凝土全预制装配式结构的抗震性能优于钢筋混凝土整体预应力装配式板柱结构，可以应用于建筑抗震设防烈度9度地区；

(2)当板与柱的接触面为钢板与混凝土相接触时，靠钢板一侧设有抗剪条，形成“非平接接头”预应力摩擦剪切型节点，当摩擦力不足以支撑楼面结构时，抗剪条可以提供竖向抗剪力，与摩擦力共同作用保证节点的安全；

(3)钢管混凝土柱及钢柱承载力高，截面小，有利于降低结构自重，降低地震反应，增大建筑的使用面积，尤其适合在小城镇建筑、别墅、城市郊区住宅、风景旅游区建筑、传统民居结构体系更新中推广使用；

(4)由于钢管混凝土柱和钢柱有良好的延性，可以选用经济可靠的十字交叉拉杆作为抗侧力构件，在保证结构安全的前提下，降低结构造价。

(5)大部分预制构件(梁、板、柱、垫块等)可以被原状拆除(具体过程详实施例三)，在标准化的前提下，这些被拆除的构件能重复使用，而不是经机器破碎后改为它用，该技术能有效节约能源与物耗，减少废弃物的产生，对减轻环境污染具有重要意义，符合可持续发展的要求；

(6)易于施工，对现场水电条件要求不高，不过多依赖专用施工设备，施工工期短，现场用工少，水电用量省，不但可以在经济发达地区使用，也可以推广到偏远地区；该体系现场预应力施工只能由专业队伍完成，便于施工质量的控制。

四、附图说明：

图1、图7是平面布置图，图中1是钢柱，2是楼板、3是预应力筋、4是边梁、5是垫块；图2是图1的轴测图，6是混凝土加劲肋；图3为图1的A-A剖面图，7是钢板托板(用于承托混凝土加劲肋6)，8是钢抗剪条；图4为图1的B-B剖面图；图5为图2中C放大图，即H型钢柱的节点构造图，9是H型钢的腹板，10是H型钢的翼缘；图6为抗剪条8做法示意图，11是直径为8毫米的光面钢筋；图8是图7的轴测图；图9是图7的D-D剖面图；图10为图8中E放大图，即预制钢管混凝土柱的节点构造图。

五、具体实施方式：

例一(位于抗震设防8度区的热扎H型钢柱钢-钢筋混凝土全预制装配式结构，层高3米，共2层；面宽10.2米，分为2跨，跨度5.1米；进深9.6米，分为两跨，跨度4.8米)：

(1)钢柱选用Q345热扎H型钢，截面宽度250毫米，截面高度250毫米，腹板厚度9毫米，翼缘厚度14毫米，长度6米；

(2)预制边梁高度300毫米，在“非平接接头”位置处，H型钢翼缘外侧设置三道抗剪条，间距80毫米。抗剪条用直径为8的HPB235钢筋制作，钢筋长度与热扎H型钢的翼缘宽度相同，用焊角高度为6的双面焊缝将其焊接在热扎H型钢的翼缘外侧表面，抗剪条制作完成。此抗剪条有两个作用，其一，在预应力的作用下，接缝内砂浆被挤紧，抗剪条产生抵抗楼板竖向荷载的剪力，提高节点的安全性，其二，增加柱侧剪力扭矩，能进一步增强抗裂作用，提高结构的极限承载力；

(3)钢板托板选用Q235钢板，厚度为4毫米，长度为220毫米，宽度为120毫米，焊接在钢柱节点处，三边分别与H型钢的腹板、翼缘内侧焊接，焊脚高度为3毫米，其底面与预制边梁底面平齐。钢板托板为加劲肋制作提供了底部模板，还能增强节点的延性；

(4)用C40高强微膨胀混凝土浇筑混凝土加劲肋，加劲肋以钢板托板为底板，H钢柱的腹板、翼缘为侧壁，顶面与楼面标高平齐。加劲肋能增加节点的刚性，为H型钢柱的腹板和翼缘提供刚性支撑，避免H型钢在节点处因承受横向预应力而失稳；

(5)搭设施工临时支撑，将预制构件吊装就位，预制构件之间形成明槽和接缝；

(6)将接缝用M40快硬高强微膨胀砂浆填充并振捣密实，养护；

(7)待接缝内快硬高强微膨胀砂浆强度达到设计要求后，将预应力钢筋穿入预制构件预留孔内就位，张拉预应力钢筋并锚固；

(8)将快硬高强微膨胀砂浆注入预制构件的预留孔内，拼缝内用M30高强微膨胀砂浆填缝、养护；当孔道灌浆及拼缝内砂浆达到设计强度后，拆除施工临时支撑；

(9)在热扎H型钢柱的弱轴方向，设置十字拉杆，增强其抗侧移的能力。十字拉杆用Q235的等边角钢制作，角钢肢宽30毫米，肢厚3毫米，焊接在热扎H型钢柱的腹板上；

(10)逐层向上施工，热扎H型钢柱钢-钢筋混凝土全预制装配式结构施工完成。

例二(位于抗震设防9度区的预制钢管混凝土柱钢-钢筋混凝土全预制装配式结构，层高3米，共3层；面宽15.3米，分为3跨，跨度5.1米；进深10.8米，分为两跨，跨度5.4米)：

(1)选用Q345正方形钢管，截面边长300毫米，壁厚5毫米，钢管长度9米；

(2)在钢管内灌入C40微膨胀混凝土，形成预制钢管混凝土柱。钢管混凝土利用钢管和混凝土两种材料在受力过程中的相互作用，使混凝土的强度、塑性和韧性大为改善，混凝土可以避免和延缓钢管在荷载作用下发生局部屈曲，保证钢管强度充分发挥；省去了钢筋混凝土预制柱绑扎钢筋的程序，节约模板费用，加快施工速度；耐火性能良好；结构性能高，经济性好；

(3)预制边梁高度300毫米，在“非平接接头”位置处，在钢管混凝土柱外壁上设置三道抗剪条，间距80毫米，将抗剪条焊接定位，抗剪条的功能及制作方法同例一；

(4)搭设施工临时支撑，将预制构件吊装就位，预制构件之间形成明槽和接缝；

(5)将接缝用M40快硬高强微膨胀砂浆填充并振捣密实，养护；

(6)待快硬高强微膨胀砂浆强度达到设计要求后，将预应力钢筋穿入预制构件预留孔内就位，张拉预应力钢筋并锚固；

(7)将快硬高强微膨胀砂浆注入预制构件的预留孔内，拼缝内用M30高强微膨胀砂浆填缝、养护；当孔道灌浆及拼缝内砂浆达到设计强度后，拆除施工临时支撑；

(8)逐层向上施工，钢管混凝土柱钢-钢筋混凝土全预制装配式结构施工完成。

例三H型钢柱及预制钢管混凝土柱钢-钢筋混凝土全预制装配式结构的拆除：

(1)在欲拆除的结构上设置临时支撑；

(2)用端头卸载法依次消除预应力钢筋的预应力，在楼板底面及顶面拼缝处用混凝土切割机将预应力钢筋分段切断；

(3)由于预应力的丧失，楼板、边梁与垫块在拼缝处分开，用起重设备将其吊回地面；

(4)清理柱、楼板、边梁与垫块外表及预留孔内的残留砂浆，集中备用；

(5)拆除工作自顶层开始，逐层向下进行。

Claims (4)

1、钢-钢筋混凝土全预制装配式结构，包括柱(1)、楼板(2)、预应力筋(3)、边梁(4)、垫块(5)，其特征在于：

(1)柱(1)是H型钢柱或预制钢管混凝土柱，

(2)在柱(1)、楼板(2)、边梁(4)的交汇处的楼面标高处形成节点，该节点的构造有两种：

其一，对H型钢柱，在楼面标高的节点处设有加劲肋(6)，加劲肋(6)高强混凝土，嵌于H型钢的翼缘(10)和腹板(9)之间，高度与预制边梁(4)相同，加劲肋底面设钢板托板(7)，在H型钢的翼缘外侧与加劲肋相同高度处设置抗剪条(8)，

其二，对预制钢管混凝土柱，钢管混凝土柱是在方形截面的钢管内灌注高强微膨胀细石混凝土，在楼面标高节点钢管的外壁处设有抗剪条(8)，

(3)H型钢柱或预制钢管混凝土柱在楼盖高度内留有双向预应力钢筋孔道，根据结构布置，柱(1)和垫块(5)设于预制楼板(2)与预制楼板(2)、预制楼板(2)和预制边梁(4)的交汇处，垫块(5)高度与预制边梁(4)相同，也留有双向预应力钢筋孔道，预制楼板(2)的板角留有直角缺口，预制楼板(2)、边梁(4)和柱(1)垫块(5)之间形成接缝，接缝宽度20毫米-30毫米，接缝内填以早强高标号微膨胀水泥砂浆，当接缝两侧构件表面均为混凝土面时，接触面为平面，不需凿毛，亦无齿槽，也无钢筋伸出或钢板相焊，柱(1)与预制板(2)、垫块(5)之间形成平接接头，当接缝两侧构件表面的接触面分别为钢板和混凝土时，靠钢板一侧有抗剪条(8)，形成非平接接头，相邻两预制板(2)之间以及预制板(2)与边梁(4)之间形成明槽，预应力钢筋(3)安置在明槽内，穿过柱(1)和垫块(5)上的预留孔道，两端锚固在柱子或楼盖外侧，接着对整个楼盖施加双向水平预应力，即整体预应力，将楼盖平面内所有的预制楼板(2)、柱(1)、垫块(5)、边梁(4)挤压成整体，预制楼板依靠预应力及其产生的静摩擦力支撑固定在柱(1)上，预制板(2)、边梁(4)与柱(1)之间、预制板(2)、边梁(4)与垫块(5)之间形成预应力节点，平接接头形成预应力摩擦型节点，非平接接头形成预应力剪切-摩擦型节点，对柱和垫块上的预留孔道灌浆，浇筑明槽混凝土，全部结构施工由下而上逐层进行。

2、根据权利要求1所述的钢-钢筋混凝土全预制装配式结构，其特征在于：预制H型钢柱既可以使用热扎H型钢又可以使用高频焊接H型钢。

3、根据权利要求1所述的钢-钢筋混凝土全预制装配式结构，其特征在于：所述的抗剪条(8)，既可以用钢筋(11)配合焊缝制作，也可以用8毫米厚钢板裁成8毫米宽的钢条配合焊缝加工制作。

4、根据权利要求1所述的钢-钢筋混凝土全预制装配式结构，其特征在于：所述的方形截面钢管，既可以选用正方形截面钢管也可以选用矩形截面钢管。

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