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赤鱼追波

建筑日记

 
 
 

日志

 
 

预制装配整体式框架体系工程设计与应用  

2015-09-17 14:59:26|  分类: 建筑 |  标签: |举报 |字号 订阅

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1、装配整体式框架结构体系

装配整体式框架结构,即全部或部分的框架梁、柱采用预制构件和预制叠合楼板,现场拼装后浇注叠合层或节点混凝土形成的混凝土结构,简称装配整体式框架结构。装配整体式框架结构与现浇框架结构适用高度是有区别的,如表12所示。

1 装配整体式结构房屋的最大适用高度

2 A级高度钢筋混凝土高层建筑的最大适用高度

由装配规范和现浇规范的比较,可以确定:抗震设防烈度除80.3g外,预制装配框架结构与现浇框架结构适用高度是相同的;预制装配整体式框架现浇剪力墙结构,即剪力墙部分现浇,预制装配框架部分与传统现浇结构等同;装配式剪力墙结构在同等抗烈度与现浇剪力墙结构相差1020m。装配式剪力墙与现浇剪力墙适用高度相差总体幅度取决于预制剪力墙构件底部承担总剪力值的大小。

2、装配整体式框结构体系

2.1 装配整体式框结构体系范围

装配整体式框结构体系涵盖了装配整体式框架结构体系、装配整体式框架-现浇剪力墙结构体系(现浇核心筒结构体系)、装配整体式框架-钢支撑结构体系;装配整体式框架-防屈曲支撑结构体系(防屈曲钢板墙)。

装配整体式框架-现浇剪力墙结构体系、装配整体式框架-现浇核心筒结构体系中的框架部分采用与预制装配整体式框架结构体系相同的预制装配技术,使预制装配框架技术在高层及超高层建筑中得以应用。预制装配整体式框架-防屈曲支撑(防屈曲钢板墙)是今后抗震烈度7度及7度以上地区装配整体式框架体系的发展方向。

2.2 装配整体式框架结构体系关键技术

装配整体式框架结构体关键技术在于装配式梁柱节点,其节点必须满足强度、耐久性、延性以及施工安装等要求。目前预制装配柱的纵筋连接方式为套筒灌装连接,套筒钢筋的连接长度为8d,《装配式混凝土结构技术规程》规定的灌浆套筒连接技术为首选连接方式。  

浆锚搭接连接,其要求的搭线长度为33d×1.6=52.8d,相对来说,浆锚搭接连接方式的施工、吊装难度比较大。

梁柱连接节点。根据设计要求,将预制框架梁部分底部钢筋直接锚入框架节点内,可减少梁端键槽内U形钢筋的数量,提高节点的抗震性能。

套筒连接

3、预制装配整体式框架体系工程案例

3.1 南京万科上坊全预制保障性住房项目

本工程6-05栋位于上坊保障房居住区4号地块东北角,建筑功能为廉租房。结构体系为15层全预制装配整体式框架-钢支撑结构高层建筑,建筑高度45m,整栋总建筑面积10380.59㎡,地下1层为自行车库,底层为架空层,2~15层为通廊式廉租房,共计196套。

南京万科上坊全预制保障性住房项目

该项目主体结构预制率达到 65.4%;建筑内外墙板、厨卫均采用工业化产品,整体装配率达到 81.3%。该项目实现了三大技术集成与创新,实现本项目整栋建筑无外模板、无外脚手架、无砌筑、无抹灰,实现绿色施工,是目前国内全预制装配框架结构高度最高、预制整体式技术集成度最高的工业化住宅。

3.1.1 结构体系创新

3.1.1.1 预制构件设计创新

为了提高结构的抗震性能及预制率,该项目体系采用了新型预制框架-钢支撑结构体系,取消了现浇剪力墙,代之为钢斜撑,既保证了结构的抗震性能,又提高了结构的预制化率。在高层建筑中实现了主要结构构件柱、梁、板的全部预制装配整体化,其他结构构件、楼梯、阳台、女儿墙等的全预制化。采用预制装配整体式框架钢支撑结构体系。

框架钢支撑

预制装配体系中,预制柱内钢筋采用直螺纹套筒连接技术,将预制柱间上下钢筋连接长度缩短为8d;预制柱由多节柱改为单节柱,实现了构件完全标准化,利于柱垂直度的控制调节,实现了制作、运输、吊装环节的标准化操作,简单、易行,易于质量控制,同时外立面预制柱顶及预制外框架梁外侧增加预制混凝土(PC)模板,完全取消了外脚手架及外模板,实现绿色施工,本项目结合预制剪力墙板PCFPrecast Concrete Form)原理,在预制边柱及预制边梁外侧设计与构件一体的混凝土外模板,现场无需再支外模板,施工速度大大提高,体现了本项目集成设计创新的特点。

直螺纹套筒

单节预制柱

预制边柱混凝土外模板

3.1.1.2 预制构件节点的创新

梁柱节点创新。结构主体梁板柱均采用预制构件,预制柱及预制框架梁在梁柱节点处连接,预制楼板搁置于预制梁上,现场仅需绑扎梁上部钢筋及板面钢筋。同时外围构件上设置了混凝土外模板后,外脚手架完全取消,内部仅在梁柱交接处设计少量模板,现场模板支撑及钢筋绑扎的工作量大大减少,施工快捷,该节点做法已获得国家新型实用专利。

预制柱底钢筋套筒连接头位置设置了定位装置。由于预制装配框架柱钢筋的连接采用套筒连接,钢筋被浇筑在柱子内,配筋情况不易观察,拼装时,可能会发生框架柱钢筋X向与Y向对接定位错误的情况,影响施工机械的使用效率。框架柱的钢筋接头处设置了定位钢筋和定位套筒,可以使现场施工人员迅速准确地确定预制柱的接头方位,有效地解决了上述问题。该节点做法已获得国家新型实用专利。

定位套筒

预应力叠合板非支承边的钢筋拉结。预制叠合板是目前建筑工业化项目中应用最广泛的结构构件,预制叠合板分预应力板和非预应力板,预应力板可以节省钢筋,有效减少板的裂缝,提高建筑的耐久性。

预制叠合阳台板底部与主体梁的钢筋拉结。本项目在预制叠合阳台板现浇层底部加设了与主体梁的连接钢筋,该做法已获得国家新型实用专利。

预制女儿墙钢筋连接。与现浇女儿墙相比,预制女儿墙简化了钢筋连接方式,达到了既满足强度要求,又便于预制装配施工的目的,节省材料,方便施工、缩短了工期。该做法已获得国家新型实用专利。

预制女儿墙钢筋连接

3.1.1.3 楼梯、阳台、女儿墙的全预制

3.1.1.4 楼板采用预制叠合板

本项目全部楼板采用预制预应力混凝土叠合板技术,预应力混凝土叠合板采取部分预制、部分现浇的方式,其中的预制板在工厂内预先生产,现场仅需安装,不需模板,施工现场钢筋及混凝土工程量较少,板底不需粉刷,预应力技术使得楼板结构含钢量减少。

预制阳台隔板

预制楼梯

预制阳台板

NALC内隔墙板与主体连接

3.1.2 预制装配式技术与绿色建筑技术集成设计

建筑工业化是实现绿色建筑的捷径,发展建筑工业化技术需要与绿色建筑技术相结合。本项目建筑设计充分考虑建筑工业化技术与绿色技术的集成应用,将绿色建筑的理念贯穿于整个设计、施工的全过程,达到了三星级绿色建筑标准。

自然通风、自然采光优化设计。建筑设计中采用被动式绿色技术措施改善建筑室内外环境,减少能源和资源的消耗。架空建筑底层,使之成为开放的公共活动场所,在交往、休憩的同时还改善建筑通风;地下室设置自然采光井,改善地下室环境,降低照明能耗、通风设备投资;单体设计采用单廊式布局,设置外廊加强建筑通风。  

预制自保温内外墙板技术。建筑内外填充墙采用蒸压轻质加气混凝土隔墙板(NALC)和陶粒混凝土板,板材在工厂生产、现场拼装,取消了现场砌筑和抹灰工序。该墙板保温、隔声和防火性能好,材料无放射性,无有害气体,可锯、切、刨、钻,同时实现了施工干作业,达到65%的建筑节能标准。

采用整体式卫生间,厨房采用成品橱柜。本项目在方案阶段进行装修与土建一体化设计,厨房采用成品橱柜;通过优化卫生间设计,首次在江苏省保障性住房中采用整体式卫生间,最大程度的减少现场作业。

全部户型采用太阳能热水系统,可再生能源应用率达到100%。本项目为廉租住房,为充分应用可再生能源,本项目在每户的南向阳台设置阳台壁挂式太阳能热水器,实现100%住户采用可再生能源。通过优化建筑立面,充分考虑集热器的角度,采用K形阳台板,保证集热器的最佳效率,实现了太阳能的有效利用。

K形阳台板

装修与土建结构一体化设计、施工。预制装配式建筑需要积极进行专业间和全产业链间的沟通、互动及配合,装修设计必须与土建设计同步进行。在预制墙板上考虑预留强电箱、弱电箱、预留预埋管线和开关点位的设计;在土建设计阶段就需要装修设计提供详细的点位布置图。本项目土建设计阶段就充分考虑了室内装修的要求,通过BIM三维可视化设计,保证各种预埋件、管线、插座和孔洞位置的准确,避免后期装修施工对结构的拆改和浪费。

3.1.3 信息化技术实现设计流程及模式创新

基于绿色建造理念,对本项目进行整体策划,通过采用BIM技术,工程实现了全过程的模拟仿真和管理。预制装配式建筑必须进行精细化设计和采用三维设计模式,实现计算机模拟施工,指导现场精细化施工。预制装配式建筑精细化设计还体现在预制构件的设计中,包括节点设计、连接方法等,只有通过三维数字化设计才能满足预制装配式建筑设计要求。

201495号,在江苏省住房和城乡建设厅组织召开的装配式框架结构住宅建造技术研究与示范科技成果鉴定会上,鉴定委员会认为:结合南京上坊保障房6-05栋项目,围绕装配式框架结构住宅技术集成研究与示范,在立项策划、工程设计、工程施工,BIM技术应用等方面具有创新成果。该成果采用的装配式框架结构住宅建造技术,工业化程度高、技术先进、绿色环保,用工明显降低、工效提高,住宅品质提升,取得了显著的经济效益、环境效益和社会效益,对全省、全国建筑产业现代化的发展具有示范和指导作用。鉴定委员会一致认为该成果整体达到国际先进水平。

3.2 南通海门老年公寓项目

该工程位于海门市新区龙馨家园小区,地下2层,地上25层,总高度82.6m,采用预制装配整体式框架-现浇剪力墙结构。项目总体目标是江苏省建筑产业现代化示范工程、江苏省绿色建筑示范工程和2015年住建部科技示范项目;技术指标为建筑节能综合指标达到65%以上,同时项目达到三星级绿色建筑标准,推广建筑工业化技术,结构预制率达到52.6%

南通海门老年公寓

工业化技术与产业化技术的整合和创新。主要包括预制装配整体式结构体系创新、预制装配式外墙挂板和预制构件节点的创新、CSI装修与土建结构一体化设计、施工,整体式卫生间和定型化厨房技术及装配式栏杆等部品部件应用。

工业化技术与绿色技术的整合和创新。主要包括适老性设计技术,自然通风、自然采光技术,屋顶绿化技术,地源热泵应用技术和阳台壁挂式太阳能热水技术。

工业化技术与信息化技术的整合和创新。主要包括全过程的信息化技术应用、工业化建筑设计数字化、构件生产自动化、施工安装网络化、运营管理智能化。

该项目有三大主要特点。一是在国内首次将预制装配整体式框架-剪力墙结构体系应用到82.6m高度,实现了整体建筑无外模板、无外脚手架、无砌筑、无抹灰,减少了现场湿作业,达到了绿色施工的要求。二是装修采用CSI体系(China-Skeleton-Infill housing system),即支撑体与填充体相分离的新型长寿命工业化住宅建筑体系。三是进行适老性设计,室内布置及使用功能充分考虑老年人的生活习惯。

预制装配结构体系。该项目采用预制装配整体式框架-现浇剪力墙结构,进行结构设计与施工技术的整合创新,实现了无外模板、无外脚手架、无现场砌筑、无抹灰的绿色施工。通过标准化、模数化设计,降低建造成本,提高了建造效率。其中预制装配技术主要体现在预制框架柱、预制叠合梁、预制叠合板、预制楼梯梯段、混凝土外墙挂板、内墙为成品ALC板材、室内装修采用CSI体系。

构件拼装效果

预制装配技术应用及创新。预制混凝土框架柱采用成熟的直螺纹套筒灌浆连接技术,将预制柱层间上下钢筋连接长度大幅缩短,预制柱底采用塑料垫模,保证了柱底的毛糙面。预制叠合梁两端设抗剪键槽,在外侧边和高低板连接处叠合梁高的一侧设计PC模板,叠合梁底伸出钢筋锚入柱内。预制叠合楼板采用预制非预应力钢筋桁架混凝土底板,受力端设置小直径钢筋锚入叠合梁内,便于叠合板的吊装就位。采用预制混凝土外挂墙板,实现了建筑外立面无砌筑、无抹灰。

采用预制楼梯,梯段板端部不伸出锚接钢筋,梯段板上端铰接连接,下端滑动于梯梁挑边上,预制梯段板制作简单,同时构件现场吊装及固定方便快捷。梁柱连接节点方面,根据设计要求将预制框架梁部分底部钢筋直接锚入框架节点内,减少了梁端键槽内U形钢筋的数量,提高了节点的抗震性能。项目的主次梁连接节点,采用套筒灌浆连接,该链接与结构计算模型相吻合,而且满足国标设计图集11G101-1的相关要求。  

预制混凝土框架柱

预制混凝土外挂墙板

预制楼梯

主次梁连接节点

内墙夹层和架空地板做法示意

老年公寓CSI设计。CSI住宅即支撑体与填充体相分离的新型长寿命工业化住宅建筑工业体系,主要居室布局具有可变更性,内隔墙系统可根据生活习惯和家庭结构的变化而变化。采用定型化厨房及整体卫浴,符合工业化住宅要求。其中定型化厨房将厨房家具、厨房电器设备等设施进行系统搭配,满足使用功能;整体卫浴由工业化生产的具有淋浴、洗漱、便溺等功能的部品,及用水器具、壁板、顶板构成的整体框架组成。CSI住宅通过降板架设架空地板,将户内的排水横管和排水支管敷设于住户自有空间内,实现同层排水和干式架空,以避免传统集合式住宅排水管线穿越楼板造成的房屋产权分界不明晰、噪声干扰、渗漏隐患、空间局限等问题,还可避免二次装修对住宅主体结构的破坏。

该项目还应用了BIM技术,主要用于建筑建模及设备专业管线的空间建模,避免设备管线间的碰撞。CATIA软件实现了预制构件模拟施工、构件拼装节点的检验及构件碰撞检查,将设计延伸至构件的制造、运输、安装,减少施工误差,提高了施工精度,保证了施工质量。

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