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裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用

2015年06月15日

1、預(yù)制裝配混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)試驗(yàn)研究與試點(diǎn)工程應(yīng)用

預(yù)制裝配混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)有3種主要形式，即裝配剪力墻結(jié)構(gòu)、裝配框架結(jié)構(gòu)、裝配框架-剪力墻結(jié)構(gòu)。研究預(yù)制裝配混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)的目的在于：探索合理的預(yù)制墻板構(gòu)件間的連接方法和抗震性能；為試點(diǎn)工程應(yīng)用提供通過專家論證的科學(xué)依據(jù)；為編制地方技術(shù)規(guī)程和標(biāo)準(zhǔn)圖集提供技術(shù)依據(jù)；為推廣應(yīng)用提供工程質(zhì)量檢查和竣工驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)。

中南建設(shè)海門30層預(yù)制裝配剪力墻住宅

1.1 裝配式剪力墻邊緣構(gòu)造優(yōu)化及前期試驗(yàn)研究

東南大學(xué)開展的第一代裝配式剪力墻邊緣構(gòu)造優(yōu)化即針對(duì)海門33號(hào)樓預(yù)制裝配剪力墻高層住宅樓項(xiàng)目。豎向鋼筋（HRB400，邊緣構(gòu)件6Φ14，中部4Φ12）采用金屬波紋管漿錨搭接連接；水平鋼筋（HRB400，Φ10@200）采用普通形式，在墻肢邊緣構(gòu)件內(nèi)彎折90°彎鉤錨固。按剪力墻構(gòu)造設(shè)計(jì)圖集說明，計(jì)算中可部分考慮其對(duì)混凝土的約束，但具體多少未明示，設(shè)計(jì)院雖然一般不考慮，但構(gòu)造仍然要求這么做；低周反復(fù)加載的試件邊緣構(gòu)件采用箍筋（HPB235，Φ8@100）+拉筋形式圍箍6Φ14邊緣構(gòu)件內(nèi)豎向鋼筋。

1.2 裝配式剪力墻邊緣扣接封閉箍筋專利構(gòu)造的提出

裝配式剪力墻邊緣扣接封閉箍筋在100m裝配房屋中得到應(yīng)用，2013年4月底完成低周反復(fù)加載試驗(yàn)。試件豎向鋼筋（HRB400，邊緣構(gòu)件6Φ16，中部4Φ14），較之前直徑提高，因沈陽屬7度（0.10g）抗震設(shè)防區(qū)，且考慮100m建筑高度，抗震等級(jí)至少二級(jí)，若為一級(jí)，則豎向鋼筋需提高至邊緣構(gòu)件8Φ16，中部6Φ14，采用金屬波紋管漿錨搭接連接；水平鋼筋（HRB400，Φ10@200）采用封閉形式，在邊緣構(gòu)件保持連續(xù)，在墻肢中部搭接焊接，形成封閉效果；邊緣構(gòu)件箍筋（HPB300，Φ8@100/50扣接封閉箍筋）采用新型專利扣接封閉箍筋構(gòu)造Φ8@100，在最外側(cè)4Φ16圍箍箍筋在搭接高度范圍內(nèi)間距加密，為Φ8@50。

1.3 預(yù)制裝配剪力墻結(jié)構(gòu)的構(gòu)件連接節(jié)點(diǎn)

“三合一”預(yù)制剪力墻裝配節(jié)點(diǎn)，一般為預(yù)制剪力墻邊緣構(gòu)件豎向鋼筋灌漿變形鋼管套筒漿錨連接+剪力墻分布鋼筋金屬波紋漿錨連接+邊緣構(gòu)件底部環(huán)箍扣搭加密設(shè)置。

1.4 鋼筋漿錨連接裝配式剪力墻空間結(jié)構(gòu)模型低周反復(fù)加載試驗(yàn)

預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)中，接縫和鋼筋連接等細(xì)部構(gòu)造較多且復(fù)雜，難以以現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)的動(dòng)力彈塑性時(shí)程分析,因此其抗震性能研究較為困難。而預(yù)制拼縫是裝配式構(gòu)件的薄弱部位，荷載作用下預(yù)制拼縫存在豎向荷載下開裂位移和水平相對(duì)滑移，使得鋼筋承受拉（壓）、剪、彎的復(fù)雜內(nèi)力。

開展鋼筋漿錨連接裝配式剪力墻空間結(jié)構(gòu)模型低周反復(fù)試驗(yàn)，可以確定裝配式混凝土剪力墻空間結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分布情況、塑性鉸發(fā)展情況；對(duì)比不同連接方式（金屬波紋管成孔鋼筋漿錨連接和新型套筒鋼筋漿錨連接）對(duì)裝配式混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)抗震性能的影響；提取應(yīng)用于整體結(jié)構(gòu)抗震性能進(jìn)行評(píng)價(jià)的參數(shù)取值，對(duì)整體結(jié)構(gòu)動(dòng)力時(shí)程分析進(jìn)行修正。

該試驗(yàn)的加載裝置包括預(yù)埋金屬波紋管成孔鋼筋漿錨連接和新型鋼套筒鋼筋漿錨連接兩個(gè)裝配式剪力墻空間結(jié)構(gòu)模型。目前已完成預(yù)埋金屬波紋管成孔鋼筋漿錨連接裝配式剪力墻空間結(jié)構(gòu)模型的試驗(yàn)研究。

試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果表明，鋼筋預(yù)埋金屬波紋管鋼筋漿錨連接裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)具有較高的承載力和較好的延性，能夠?qū)崿F(xiàn)等效于現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則。

1.5 預(yù)制裝配混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)試點(diǎn)工程應(yīng)用

中南建設(shè)集團(tuán)2011年完成了南通海門中南世紀(jì)城33～36號(hào)樓（9＋1）層預(yù)制裝配整體式混凝土剪力墻住宅樓試點(diǎn)工程；2014年5月25日國(guó)內(nèi)首幢32層百米預(yù)制裝配整體式混凝土剪力墻住宅主體結(jié)構(gòu)封頂。

1.6 游牧式預(yù)制裝配技術(shù)的提出及試點(diǎn)工程應(yīng)用

臺(tái)灣潤(rùn)泰集團(tuán)最新推行現(xiàn)場(chǎng)部分構(gòu)件采用類似游牧式方式預(yù)制，所有設(shè)備包括墊層都采用可搬遷可移動(dòng)方式，如同蒙古包游牧方式，搬遷后不影響現(xiàn)場(chǎng)原有土地使用。公路預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁一般采用游牧式預(yù)制方法，在就近場(chǎng)地建立預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)基地，定型鋼模預(yù)制，自然養(yǎng)護(hù)。

1.7 江蘇元大預(yù)制裝配雙板疊合剪力墻結(jié)構(gòu)體系及試點(diǎn)工程應(yīng)用

該體系預(yù)制墻體間連接特色是U形鋼筋伸入上部雙板墻中部間隙內(nèi)，現(xiàn)澆灌縫混凝土形成搭接連接。

預(yù)制墻體連接

2、預(yù)制裝配混凝土框架結(jié)構(gòu)試驗(yàn)研究與試點(diǎn)工程應(yīng)用

2.1日本預(yù)制拼裝結(jié)構(gòu)

2.1.1 日本預(yù)制拼裝結(jié)構(gòu)理念

日本認(rèn)為預(yù)制裝配建筑分為預(yù)制混凝土（PCa）與預(yù)應(yīng)力混凝土（PC）兩種，PCa的優(yōu)點(diǎn)是高強(qiáng)度和高質(zhì)量的混凝土部品，可實(shí)現(xiàn)定型化構(gòu)件的批量生產(chǎn)；PC的優(yōu)點(diǎn)是混凝土構(gòu)件形成預(yù)壓應(yīng)力，采用壓接方式拼裝。

PC在日本主要應(yīng)用在裝配式框架結(jié)構(gòu)中，采用預(yù)應(yīng)力方式壓接，屬于裝配速度快的“干節(jié)點(diǎn)”。其操作要點(diǎn)是拼縫無收縮砂漿灌縫，樓板采用預(yù)制與現(xiàn)澆結(jié)合的疊合樓板，預(yù)制柱的柱筋連接采用灌漿鋼套筒連接。

2.1.2 日本預(yù)制裝配框架案例（干式拼接節(jié)點(diǎn)）

日本歧阜的安部工業(yè)辦公樓采用預(yù)制構(gòu)件整體預(yù)應(yīng)力裝配技術(shù)建造，樓板采用預(yù)制預(yù)應(yīng)力雙T板，跨度20m；柱、梁均預(yù)制，柱亦施加預(yù)應(yīng)力，采用預(yù)應(yīng)力拼裝的“干節(jié)點(diǎn)”連接；預(yù)制梁非常美觀，符合精益建造。

預(yù)制梁

東京都醫(yī)院綜合研究所采用預(yù)制裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)，梁柱框架采用預(yù)制，預(yù)應(yīng)力裝配，樓板采用壓型鋼板的現(xiàn)澆混凝土板。預(yù)應(yīng)力筋采用高耐久性的環(huán)氧涂層鋼絞線；運(yùn)至工地的預(yù)制梁，設(shè)有安裝人員的扶手索，工人作業(yè)用的工具全部拴掛在褲帶上，防止工具墜落。

2.2 GDPS鋼筋漿錨對(duì)接連接的灌漿變形鋼管套筒接頭

國(guó)家行業(yè)預(yù)制裝配混凝土結(jié)構(gòu)規(guī)程中對(duì)框架及剪力墻結(jié)構(gòu)構(gòu)件間鋼筋連接方法作出了具體原則性的規(guī)定，強(qiáng)調(diào)了在結(jié)構(gòu)和構(gòu)件重要受力部位的鋼筋連接宜采用灌漿鋼套筒方式連接。

預(yù)制混凝土構(gòu)件需要構(gòu)件間鋼筋可靠連接，如柱-柱間的豎向鋼筋連接、柱-梁間的水平鋼筋連接、墻-墻間的豎向鋼筋連接、墻-梁間的水平鋼筋連接。

1）預(yù)制構(gòu)件間鋼筋連接方法分類?鋼筋漿錨搭接連接分為鋼管抽芯成孔鋼筋漿錨搭接連接、金屬波紋管成孔搭接連接；鋼筋漿錨對(duì)接連接分為半灌漿鋼套筒連接和全灌漿鋼套筒連接。

2）國(guó)內(nèi)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)鋼筋灌漿套筒連接的基本要求?《鋼筋連接用灌漿套筒》JG/T 3982—2012第5.5條：灌漿套筒應(yīng)與灌漿料匹配使用，采用灌漿套筒連接鋼筋接頭的抗拉強(qiáng)度應(yīng)符合JGJ 107中I級(jí)接頭的規(guī)定。鋼筋機(jī)械連接技術(shù)規(guī)程》JGJ 107—2010第3.0.4條規(guī)定：接頭應(yīng)根據(jù)抗拉強(qiáng)度、殘余變形以及高應(yīng)力和大變形條件下反復(fù)拉壓性能的差異，分為三個(gè)性能等級(jí)。其中：I級(jí)接頭抗拉強(qiáng)度等于被連接鋼筋的實(shí)際拉斷強(qiáng)度或小于1.0倍鋼筋抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，殘余變形小并具有高延性及反復(fù)拉壓性能。

GDPS鋼筋接頭

3）中建-東南大學(xué)的GDPS全灌漿套筒?鋼筋漿錨對(duì)接連接的灌漿變形鋼管套筒接頭（已申請(qǐng)發(fā)明專利，ground deformed pipe splice,簡(jiǎn)稱GDPS鋼筋接頭），及與GDPS灌漿套筒配套的高性能灌漿料已完成研發(fā)，鑒定后可批量生產(chǎn)銷售。

作者：東南大學(xué) 郭正興