装配式混凝土结构的 连接节点设计与施工 赵勇 同济大学土木工程学院 上海 2018.04.26
个人简介 赵勇 博士, 同济大学副教授 中国工程建设标准化协会建筑产业化分会副秘书 长 中国混凝土与水泥制品协会预制混凝土构件分会副秘书长 国家标准 混凝土结构工程施工规范 混凝土结构工程施工质量验收规范 装配式混凝土建筑技术标准, 行业标准 装配式混凝土结构技术规程 钢筋套筒灌浆连接应用技术规程 以及协会标准 多层装配式混凝土结构技术标准 装配式建筑密封胶应用技术规程 等主要起草人 国家建筑标准设计图集 装配式混凝土结构连接节点构造 预应力混凝土双 T 板 编制组负责人 国家建筑标准设计图集 预制混凝土剪力墙外墙板 预制混凝土剪力墙内墙板 等审查组成员 2005 2014
主要内容 1. 引言 2. 叠合板连接 3. 剪力墙竖向接缝 4. 框架后浇节点 5. 节点施工问题 6. 结束语 3
1 引言 什么是装配式混凝土结构? 装配式混凝土结构 : 由预制混凝土构件或部件装配 连接而成的混凝土结构 ( GB50010 GB50666 GB50204) 装配式混凝土结构 : 由预制混凝土构件通过各种可靠的连接方式装配而成的混凝土结构 (JGJ 1) 预制构件连接方式
1 引言 什么是装配式混凝土结构? 干连接 湿连接
1 引言 目前国内流行采用装配整体式混凝土结构 装配整体式混凝土结构 : 由预制混凝土构件通过各种可靠的方式进行连接并与现场后浇混凝土 水泥基灌浆料形成的装配式混凝土结构 ( 从施工工艺而不是从结构性能角度定义 ) 装配整体式混凝土结构的特点 : 1) 节点区域钢筋构造与现浇结构一致 ; 2) 节点区域的混凝土后浇或者纵筋采用灌浆套筒连接 浆锚搭接连接 ; 3) 采用叠合楼盖
1 引言 为什么要采用装配整体式混凝土结构? [JGJ 1]6.3.1 在各种设计状况下, 装配整体式结构可采用与现浇混凝土结构相同的方法进行结构分析 建模计算时, 可以采用目前常用的各类设计软件, 包括 PKPM YJK MIDAS ETABS 等 可参考标准图集 G101 进行结构设计
1 引言 装配整体式结构的质量问题不容乐观? 等同现浇 有问题? 掰 剪 等同现浇 的设计方法没有问题, 但机械化地照搬现浇结构的构造措施, 对装配需要考虑不够, 且现场施工组织与协调也是现浇工程的模式, 造成的结果就是难于安装且效率低 经济性差, 会给 PC 发展造成困难
1 引言
1 引言 安全 适用 经济 绿色 易施工 两提两减 提高质量提高效率减少人工节能减排
1 引言 考虑用一些现浇结构不常用的技术 ( 举例 : 主次梁连接 ) 构件和钢筋大多是由上而下安装就位的! 善于利用钢筋机械连接接头 11
1 引言 考虑用一些现浇结构不常用的技术 ( 举例 : 顶层中柱 )
1 引言 连接节点的设计及施工质量控制的要点是什么? 规范 GB 50204-2015 第 9.1.1 条 装配式结构连接部位及叠合构件浇筑混凝 土之前, 应进行隐蔽工程验收 隐蔽工程验收 应包括下列主要内容 : 1. 混凝土粗糙面的质量, 键槽的尺寸 数量 位置 ; 结合面 2. 钢筋的牌号 规格 数量 位置 间距, 箍 筋弯钩的弯折角度及平直段长度 ; 箍筋 3. 钢筋的连接方式 接头位置 接头数量 接 头面积百分率 搭接长度 锚固方式及锚固长 度 ; 纵筋 技术关键 : 钢筋的连接与锚固技术难点 : 钢筋的碰撞 ( 安装问题 )
主要内容 1. 引言 2. 叠合板连接 3. 剪力墙竖向接缝 4. 框架后浇节点 5. 节点施工问题 6. 结束语 14
2 叠合板连接 叠合板是装配式混凝土结构中重要的结构构件 桁架钢筋预制板是目前国内最为流行的叠合板预制底板 此外, 还有双 T 板 圆孔板 带肋底板 槽型板等
2 叠合板连接 [JGJ 1]6.6.1 装配整体式结构的楼盖宜采用叠合楼盖 GB 50010-2010 6.2.3 进行结构整体分析时, 对于现浇结构或装配整体式结构, 可假定楼盖在其自身平面内无限刚性 JGJ 1-2014 6.3.4 在结构内力与位移计算时, 对现浇楼盖和叠合楼盖, 均可假定楼盖在其自身平面内为无限刚性 JGJ 3-2010 第 8.1.8 条 注 3 现浇厚度大于 60mm 的叠合楼板可作为现浇板考虑 JGJ 1-2014 6.1.1 当结构竖向构件全部为现浇且楼盖采用叠合梁板时, 房屋的最大适用高度可按现行行业标准 JGJ 3 中的规定采用
2 叠合板连接 连接节点的构造是采用机械化流水线需要考虑的关键问题 生产线 ( 荷兰 )
2 叠合板连接 生产线 ( 中国 )
2 叠合板连接 双向板整体式接缝 ( 密拼 ) JGJ 1-2015 第 6.6.5 条的条文说明 : 当后浇层厚度较大 ( 大于 75mm), 且设置有钢筋桁架并配置足够数量的接缝钢筋时, 分离式接缝可承受足够大的弯矩和剪力, 此时也可将其作为整体式拼缝
2 叠合板连接 双向板整体式接缝 ( 密拼 )
2 叠合板连接 住宅 ( 上海 )
2 叠合板连接 住宅 ( 华阳设计 )
2 叠合板连接 板端与梁连接构造
2 叠合板连接 EN13747 的 连接节点
2 叠合板连接 单向板板侧接缝构造 单向板和压型钢板的结构整体性?
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3 剪力墙竖向接缝 装配整体式剪力墙结构是国内目前在住宅建筑中应用最为流行的结构类型
3 剪力墙竖向接缝 技术关键 : 钢筋的连接与锚固技术难点 : 钢筋的碰撞 ( 安装问题 ) 水平钢筋 : 二次搭接竖向钢筋 : 机械连接
3 剪力墙竖向接缝 预制墙间 ( 非边缘构件位置 ) 二次搭接接缝较长, 但相对便于施工
3 剪力墙竖向接缝 预制墙在后浇转角墙连接
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4 框架后浇节点 装配整体式混凝土框架结构工程应用背景
4 框架后浇节点
4 框架后浇节点 II 框架叠合梁抗震性能 100 1500 600 800 加载中心线预制部分纵向受力钢筋构造纵筋端部结合面 450 150 叠合面后浇部分纵向受力钢筋箍筋 50 1300 双作用电液伺服作动器 加载中心线 100 正向北 南 预制部分 后浇部分 地锚 水平限位千斤顶
1 试验研究与标准规范 II 框架叠合梁抗震性能 规范 GB 50010-2010 第 11.3.8 条 规范 GB/T 51231-2016 第 5.6.2 条 规范 GB 50010-2010 第 H.0.4 条 规程 JGJ 1 的规定较为合理, 但仍可改进 叠合面受剪承载力计算公式可靠指标偏低
4 框架后浇节点 III 框架柱抗震性能 8 个缩尺全灌浆套筒 14 个足尺全灌浆套筒 4 个足尺螺栓连接 采用大直径高强钢筋以减少预制柱纵筋连接根数或将预制柱纵筋集中布置于四角, 从而避免框架梁 柱的纵筋碰撞, 提高预制构件的装配施工效率, 但此类预制柱的受力纵筋间距与箍筋肢距将会加大, 其抗震性能存在争议
4 框架后浇节点 III 框架柱抗震性能 缩尺 (300mmx400mm) 柱抗震性能试验 (2011) 1 预制试件的位移延性 耗能能力和承载力均能达到现浇试件的水平. 2 预制试件套筒区会形成刚域, 其破坏部位主要位于套筒上部或灌浆层结合面 轴压比较大且上部配箍较少的试件, 其保护层剥落后其核心区混凝土会被压坏, 破坏较突然, 抗震性能较差 3 预制试件中采用了一笔箍, 试件破坏时箍筋均屈服且未出现弯钩打开现象, 表现了良好的性能 但预制柱套筒上端第一道箍筋与套筒顶部的距离较大时, 套筒顶部纵筋受压出现屈曲现象 4 轴压比较小的预制试件, 其柱根部灌浆层结合面开裂并出现了剪切滑移, 滞回曲线会出现捏拢, 而轴压比较大的预制试件的滞回曲线反而更加饱满 规程 JGJ 1 的规定
4 框架后浇节点 III 框架柱抗震性能 1 轴压比为 0.50 的试件的滞回曲线饱满, 而轴压比为 0.25 的试件, 其根部灌浆接缝结合面发生破坏并出现了受力纵筋从套筒中拔出的现象, 滞回曲线出现捏拢, 耗能能力相对较低 ; 2 各试件的位移延性系数为 3.80-5.31, 极限位移角为 1/47-1/33, 均具有较高的延性水平 ; 3 达到峰值荷载时,500MPa 级纵筋均能受拉屈服 ; 试件极限承载力的计算值与试验值之比平均为 0.78, 具有一定安全度 ; 4 通过附加架立筋并配置复合箍的方式可保证大直径钢筋预制柱的抗震性能
4 框架后浇节点 III 框架柱抗震性能 规程 JGJ 355-2015 第 3.2.2 条 规范 GB/T 51231-2016 第 5.6.3 条 钢筋套筒灌浆连接接头的抗拉强度不应小于连接钢筋抗拉强度标准值, 且破坏时应断于接头外钢筋
4 框架后浇节点 IV 框架节点抗震性能 规程 JGJ 1-2014 第 7.3.7 条 规范 GB/T 51231 未保留该节点
4 框架后浇节点 框架节点抗震性能 中间层中节点加载试验 顶层端节点加载试验
4 框架后浇节点 中间层中节点抗震性能 梁 : 箍筋肢距扩大 梁腹钢筋不进节点 梁底纵筋锚固方式 柱 : 纵筋采用大直径高强钢筋并采用灌浆套筒连接节点 : 节点区配置配箍方式
4 框架后浇节点 典型框架节点 梁腹纵筋不进节点, 主次梁铰接连接 锚固板后安装 预制梁的安装顺序与其梁底纵筋位置有关 柱的纵筋四角放置, 梁居中放置, 避免梁柱纵筋碰撞 节点的第一道箍筋, 先于预制梁安装
主要内容 1. 引言 2. 叠合板连接 3. 剪力墙竖向接缝 4. 框架后浇节点 5. 节点施工问题 6. 结束语 44
5 节点施工问题 (1) 组合封闭箍筋
5 节点施工问题 (2) 结合面处理 规程 JGJ 1 第 6.5.5 条 : 预制构件与后浇混凝土 灌浆料 坐浆材料的结合面应设置粗糙面 键槽 键槽 露骨料粗糙面 刻花粗糙面 拉毛粗糙面 凿毛粗糙面 粗糙面的面积不宜小于结合面的 80%, 预制板的粗糙面凹凸深度不应小于 4 mm, 预制梁端 预制柱端 预制墙端的粗糙面凹凸深度不应小于 6mm
5 节点施工问题
5 节点施工问题 (3) 构件搁置支座 值得注意的问题 : (1) 难以满足搁置支座要求, 局压问题要考虑 ; (2) 构件安装后, 后续钢筋能够安装 ; (3) 可能削弱支座构件的有效受力截面, 设计应充分考虑 ; (4) 不应减少支座构件钢筋的保护层厚度
5 节点施工问题 (4) 临时固定 水平构件支撑 : 尽可能简支, 设置安全支撑 ; 采用可调的工具式支撑
5 节点施工问题 (4) 临时固定 GB 50666/A.0.7 和 A.0.8 抵抗风荷载 ( 基本风压取 10 年一遇和 0.2kN/m2 的较大值 ); 泵送混凝土或不均匀堆载等因素产生的附加水平荷载, 取计算工况下竖向永久荷载标准值的 2%
5 节点施工问题 GB 50666/9.2.4 : 临时支撑的施 工安全系数为 2.0; 预制构件中用于连 接临时支撑的预埋件的施工安全系数是 3.0 不仅保证足够承载力, 还有保证足够刚度! 应是固定铰支座, 而不是弹性铰支座!
5 节点施工问题 (5) 套筒灌浆连接
主要内容 1. 引言 2. 叠合板连接 3. 剪力墙竖向接缝 4. 框架后浇节点 5. 节点施工问题 6. 结束语 53
结束语 试制作 试安装 装配式结构正式施工前, 宜选择有代表性的单元或部分进行试制作 试安装
结束语 建立设计方法, 摆脱 等同现浇 束缚 研发专用连接件, 确定其性能和使用要求 提升大型构件制作能力, 善用预应力技术 提升大型构件的运输 吊装能力 提高施工组织水平, 提高施工效率 建设建筑一体化信息平台, 研发相关辅助设计软件 任重道远, 共同努力!
联系方式 赵勇 邮箱 :yongzhao@tongji.edu.cn 手机 :15800749021( 微信 ) 通信地址 : 上海市四平路 1239 号同济大学土木工程学院楼建筑工程系 A406( 邮编 :200092)