預(yù)制裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)在建筑中的應(yīng)用

預(yù)制裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)在建筑中的應(yīng)用

1預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)發(fā)展歷程預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)是將混凝土結(jié)構(gòu)劃分為幾個單元，在工廠中制備，然后將預(yù)制混凝土構(gòu)件運(yùn)輸?shù)桨惭b現(xiàn)場，并整體連接最終鎖定位。這是工業(yè)建筑的主要結(jié)構(gòu)體之一。與傳統(tǒng)現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)相比,其優(yōu)越性在于大幅度提高了住宅的建造能力和建造速度,節(jié)省大量勞動力,保障了建造質(zhì)量,并且節(jié)材節(jié)水環(huán)保。推進(jìn)工業(yè)化建筑的發(fā)展可從根本上改變傳統(tǒng)的建筑生產(chǎn)方式,使建設(shè)逐步走上科技含量高、資源消耗低、環(huán)境污染少、經(jīng)濟(jì)效益好的道路,是關(guān)系到可持續(xù)發(fā)展的大事,也是實(shí)現(xiàn)建設(shè)領(lǐng)域自主創(chuàng)新的有效途徑。預(yù)制裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)起始于二十世紀(jì)五十年代。當(dāng)時(shí),大多數(shù)西方發(fā)達(dá)國家戰(zhàn)后要實(shí)施大規(guī)模重建工作,建筑施工現(xiàn)場需求大量勞動力,勞動力成本隨之高速增長,使建筑物造價(jià)飛速上漲。為了解決建筑行業(yè)熟練工人的不足以及勞動力成本過高,難以保證現(xiàn)場混凝土結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量和施工工期等問題,國外許多研究機(jī)構(gòu)進(jìn)行了大量預(yù)制混凝土的試驗(yàn)研究工作。通過工程實(shí)踐的驗(yàn)證,預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)逐漸發(fā)展成為重要的建筑結(jié)構(gòu)體系,在許多發(fā)達(dá)國家得到了廣泛的應(yīng)用,并已成為一些國家的新建建筑的主要形式。我國的預(yù)制裝配整體式混凝土技術(shù)相對于發(fā)達(dá)國家和地區(qū)比較落后。其主要原因是節(jié)點(diǎn)連接技術(shù)的不完善,結(jié)構(gòu)整體性與抗震性能不好。唐山大地震中大量預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)遭到破壞,使人們對預(yù)制結(jié)構(gòu)的應(yīng)用更加保守。此外,國內(nèi)的預(yù)制混凝土構(gòu)件存在著跨度小、承載力低、延性差、品種單一等諸多問題,制約了預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)在我國的發(fā)展。為了推動預(yù)制裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)在我國的發(fā)展,有必要對此結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行深入的實(shí)驗(yàn)和理論分析。2節(jié)點(diǎn)構(gòu)造設(shè)計(jì)20世紀(jì)50年代,預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)梁柱連接最初應(yīng)用的幾種連接形式有企口連接、螺栓鉚接以及預(yù)埋件焊接等,由于構(gòu)造簡單,施工方便,在當(dāng)時(shí)得到了廣泛的應(yīng)用。隨著對預(yù)制結(jié)構(gòu)研究的逐步深入,連接方式也有了不斷的改進(jìn)?，F(xiàn)今,預(yù)制裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)中粱柱間的連接方式有很多,如后澆整體式連接、鋼筋或預(yù)埋件焊接連接、牛腿連接、螺栓連接、預(yù)應(yīng)力拼接以及不同方式間的混合連接等等。從施工工藝的角度,節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造可概括為現(xiàn)澆連接以及干連接兩種形式。兩者的區(qū)別在于,現(xiàn)澆連接在施工現(xiàn)場仍然需要一定程度的濕作業(yè),而干連接則完全脫離了濕作業(yè),前者的結(jié)構(gòu)整體性以及受力性能更好,后者的工業(yè)化程度較高,更加節(jié)省勞動力,減少施工周期,并且更加有利于節(jié)能環(huán)保。2.1凝土結(jié)構(gòu)中的預(yù)應(yīng)力整澆節(jié)點(diǎn)梁柱現(xiàn)澆連接節(jié)點(diǎn)就是工廠生產(chǎn)出梁柱構(gòu)件,運(yùn)至施工現(xiàn)場裝配時(shí),節(jié)點(diǎn)部位仍需依靠現(xiàn)澆技術(shù)支持?，F(xiàn)澆連接主要有傳統(tǒng)的現(xiàn)澆連接與預(yù)應(yīng)力整澆兩種方式,其中后者使用了預(yù)應(yīng)力技術(shù),可以改善結(jié)構(gòu)的受力性能,具有更多的優(yōu)越性,使裝配式混凝土結(jié)構(gòu)可以得到更廣泛的使用。我國使用的預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)中梁柱普遍采用傳統(tǒng)的現(xiàn)澆連接節(jié)點(diǎn),國內(nèi)對預(yù)應(yīng)力整澆節(jié)點(diǎn)也有了一定深入的研究。預(yù)應(yīng)力整澆節(jié)點(diǎn)主要包括全預(yù)應(yīng)力節(jié)點(diǎn)、部分預(yù)應(yīng)力節(jié)點(diǎn)、緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力節(jié)點(diǎn)等。其中緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力節(jié)點(diǎn)組成包括(如圖1所示):預(yù)制混凝土柱(1),左、右預(yù)制混凝土梁(2)(3);預(yù)制混凝土柱在節(jié)點(diǎn)部位僅由主筋組成(4),左、右預(yù)制混凝土梁中分別布設(shè)有上下緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋(5)(6)(7)(8),左預(yù)制混凝土梁中的緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋,其右端形成連接部,其左端與張拉端錨具相連接;右預(yù)制混凝土梁中的緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋,其左端形成連接部,其右端與張拉端錨具相連接;左預(yù)制混凝土梁中的緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋的連接部與右預(yù)制混凝土梁中的緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋的連接部通過連接器相連接(9),預(yù)制混凝土柱與左、右預(yù)制混凝土梁在節(jié)點(diǎn)部位由澆注的細(xì)石混凝土連接成一體(10)。此體系具有抗震性能好、裝配化程度較高,并且施工操作容易的特點(diǎn)。2.2剛性企口連接梁柱干連接節(jié)點(diǎn)就是梁柱構(gòu)件以及連接件均在工廠生產(chǎn),施工現(xiàn)場只需將其裝配即可。干連接主要通過牛腿或者隱藏于梁柱內(nèi)的剪力件將梁柱連接為整體,連接件起到節(jié)點(diǎn)的受力功能,包括牛腿連接、干式剛性企口連接、BCC連接、BSF連接等等。其中牛腿連接需要較大的建筑空間,不利于美觀,多用于廠房建筑中。預(yù)制裝配整體式混凝土干連接技術(shù)在西方發(fā)達(dá)國家尤其是美國得到廣泛的應(yīng)用,但在我國還未深入研究。干式剛性企口連接是一種新型的預(yù)制裝配整體式混凝土梁柱節(jié)點(diǎn)連接形式(如圖2所示)。鋼筋混凝土暗牛腿實(shí)際為一短懸臂梁上伸出的暗牛腿,將連接部位移到離開柱邊的一定位置處是為了保護(hù)節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的受力性能,以及更加容易地設(shè)置預(yù)埋鋼板焊接的構(gòu)造。經(jīng)研究表明,干式剛性企口連接節(jié)點(diǎn)的延性與梁柱現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn)的延性相當(dāng),其承載能力與現(xiàn)澆梁柱節(jié)點(diǎn)相近或高于現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn)。3梁柱節(jié)點(diǎn)抗靜載能力根據(jù)國內(nèi)外現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)資料表明,與傳統(tǒng)現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)相比較,預(yù)制裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)受力性能的根本區(qū)別在于各構(gòu)件節(jié)點(diǎn)的連接上。對Northridge等地震的震害調(diào)查表明:預(yù)制混凝土墻結(jié)構(gòu)在震后破壞較輕,而一些大空間的預(yù)制混凝土框架結(jié)構(gòu)破壞較嚴(yán)重,主要表現(xiàn)為因各構(gòu)件間的連接破壞而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)整體離散、倒塌。對于梁柱節(jié)點(diǎn),其抗靜載能力和傳統(tǒng)的現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)相當(dāng),考慮其安全性,主要在于對結(jié)構(gòu)的整體性以及節(jié)點(diǎn)抗震性能的分析。預(yù)制裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)的梁柱現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn)整體性較好,具有較良好的延性和耗能能力,與傳統(tǒng)的現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)相當(dāng)。有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明,裝配整體式框架梁柱節(jié)點(diǎn)在低周反復(fù)荷載作用下,梁端滯回曲線如圖3所示,圖中試件的滯回環(huán)較為飽滿,隨著加載點(diǎn)位移的增大,滯回環(huán)所包圍的面積不斷增加,表現(xiàn)出良好的抗震耗能能力,滿足“強(qiáng)柱弱梁”、“強(qiáng)剪弱彎”和“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)、強(qiáng)錨固”的延性設(shè)計(jì)要求。另外,國外初步研究證明,施加適當(dāng)?shù)念A(yù)應(yīng)力可以提高節(jié)點(diǎn)的抗剪強(qiáng)度,但我國尚未提出相應(yīng)的計(jì)算方法與構(gòu)造要求。梁柱干連接節(jié)點(diǎn)整體性相對較差,為了形成剛節(jié)點(diǎn),往往需要通過設(shè)置牛腿、預(yù)埋件焊接、灌漿等措施。這種連接方式具有較好的豎向承載力,但在反復(fù)地震荷載作用下焊縫處容易發(fā)生脆性破壞,其能量耗散性能不好,所以該類連接的抗震性能不理想。4節(jié)點(diǎn)連接與設(shè)計(jì)隨著住宅建造工業(yè)化進(jìn)程的加深,預(yù)制裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)技術(shù)將朝著裝配程度高、施工快速簡單、抗震性能好的方向發(fā)展。現(xiàn)今采用的兩類節(jié)點(diǎn)中,現(xiàn)澆連接節(jié)點(diǎn)的缺陷在于無法脫離濕作業(yè),工業(yè)化程度不夠高,施工較為復(fù)雜,而干連接節(jié)點(diǎn)雖然施工方便,但其整體性與抗震性一直無法得到很好的解決。建立在梁柱干連接節(jié)點(diǎn)技術(shù)基礎(chǔ)上的梁柱快速連接技術(shù)是一種新型的節(jié)點(diǎn)連接技術(shù),很好解決了節(jié)點(diǎn)現(xiàn)澆濕作業(yè)的缺陷,施工簡單快速,同時(shí)在承載力、延性以及能量耗散性能等方面可以達(dá)到甚至超過節(jié)點(diǎn)現(xiàn)澆的效果。但這種技術(shù)現(xiàn)今還不完善,國內(nèi)外在這一領(lǐng)域仍處于探索實(shí)驗(yàn)階段。快速連接技術(shù)符合綠色建筑的