预制装配式在结构设计上的应用研究及前景分析
目前我国建筑施工主要采用现场施工为主的传统生产方式,这种生产方式工业化程度不高、设计建造比较粗放、建筑产品质量不稳定、建设效率低、劳动力需求量大、材料损耗和建筑垃圾量大、资源和能源消耗较大,不能满足节能要求、环保的可持续发展建设要求。近几年我国多个地区被雾霾笼罩,环境污染已严重影响人们的生活及健康,绿色发展、可持续发展观念深入人心,对传统的粗放型建筑生产方式进行改革势在必行。装配式建筑的出现无疑是建筑业出现的又一春天,是符合十八大提出建设“美丽中国”的美好愿景。在这种大环境背景下,装配式建筑能够逐渐打破传统房屋建筑过程中的局限性,同时还能够通过先进的技术手段,为建筑工程施工质量、安全稳定性提供有效保障。 二、建筑产业现代化的需求: 1、建筑行业节能减排的需要;
2、改变建筑设计模式和建造方式,提高建筑科技含量、性能和质量的需要; 3、解决建筑市场劳动力资源短缺的需要;
4、有效保证工程质量、节约资源和降低成本的需要;
三、适用范围:非抗震设计、6~8度抗震设计的民用建筑(包括设计、制作、施工及验收) 四、相关标准:《建筑结构荷载规范》GB 50009 -2012 《混凝土结构设计规范》GB 50010 -2010(2015年版) 《建筑抗震设计规范》GB50011-2010(2016年版) 《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB 50204 -2015 《混凝土结构工程施工规范》GB5066-2011 《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ 3-2010 《装配式混凝土结构技术规程》JGJ 1-2014 五、装配式结构设计的要点:
1、策划、方案阶段做好两个密切配合: ① 是否适宜采用PC结构;
② 根据工程实际情况决定那些构件采用PC构件;
③ 根据制作和施工条件界定所选用的PC构件的基本尺度和重量;
建筑工业化的目标:提高质量、提高效率、降低成本;建筑工业化是以标准化为基础的,标准化又以模数协调为中心建筑模数协调是住宅工业化过程中的必备规则 2、标准化设计:
① 在4年内不改变基本形状;
② 将公营、公社、公团住宅按同一系列进行设计;
③ 将房屋横向或房屋纵向的尺寸、层高、楼梯卫生间、浴室尺寸按统一标准设计; ④ 对接合部位的细节进行统一
装配式建筑设计应遵循少规格、多组合的原则,采用“功能模块→户型模块→单元模块→楼栋模块”顺序,装配式结构的建筑设计,应在满足建筑功能的前提下,实现基本单元的模数化、标准化定型,以提高定型的标准化建筑构配件的重复使用率,这将非常有利于降低造价。 3、预制和现浇相结合的原则:
① 采用预制构件与部分部位的现浇混凝土相结合的方式:高层装配整体式结构中,宜设置地下室,地下室宜采用现浇混凝土;剪力墙结构底部加强部位的剪力墙宜采用现浇混凝土;框架结构首层柱宜采用现浇混凝土,顶层宜采用现浇楼盖结构。带转换层的装配式整体式结构中:当采用部分框支剪力墙结构时,底部框支层不宜超过2层,且框支层及相邻上一层应采用现浇结构;部分框支剪力墙以外的结构中,转换梁、转换柱宜现浇 抗震设防烈度为8度时,高层装配整体式剪力墙结构中的电梯井筒宜采用现浇混凝土结构。结构转换层、平面复杂或开洞较大的楼层、作为上部结构嵌固部位的地下室楼层宜采用现浇楼盖。
除充分考虑持久设计状况和地震设计状况外,尚应充分考虑制作、运输、安装等短暂设计状况对设计的影响,其中包括:脱模阶段、从构件厂到储存场地的运输阶段、储存阶段(支撑和荷载)、从储存场地到施工工地的运输阶段、吊装阶段、安装阶段。 4、采用预制构件与节点区的后浇混凝土相结合的方式:
装配整体式框架结构:柱预制或现浇均可;梁采用叠合梁;梁柱节点部位采用后浇混凝土; 装配式整体式剪力墙结构采用现浇部位: 相邻预制剪力墙连接的边缘构件部位
预制剪力墙顶部设置封闭的后浇钢筋混凝土圈梁 各层楼面位置设置连续的水平后浇带
装配整体式结构中,接缝的正截面承载力应符合现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB 50010的规定。接缝的受剪承载力应按持久设计状况、地震设计状况分别进行验算
5、粗糙面的设置要求:预制构件与后浇混凝土、灌浆料、座浆材料的结合面应设置粗糙面、键槽。
预制板顶面:粗糙面,凹凸深度>4mm 预制梁顶面:粗糙面,凹凸深度>6m
端面:键槽(计算确定),宜同时设粗糙面,凹凸深度>6mm 预制柱底:键槽(考虑灌浆排气),宜同时设粗糙面凹凸深度>6mm 柱顶:粗糙面,凹凸深度>6mm 预制墙顶底面:粗糙面,凹凸深度>6mm 侧面:粗糙面,凹凸深度>6mm。也可设键槽 粗糙面的面积不宜小于结合面的80%
6、受力钢筋之间力的传递
装配整体式结构中,节点及接缝处的纵向钢筋连接宜根据接头受力、施工工艺等要求选用:套筒灌浆连接、浆锚搭接连接、机械连接、焊接连接、绑扎搭接连接等连接方式 六、优缺点
1、优点:a、质量好:构件可标准化大量生产,几乎不受天气情况影响,在质量方面更加可靠;b、节能环保:减少施工过程中的物料浪费,也大大减少了施工现场的建筑垃圾;c、缩短工期:构件生产好之后拉倒现场装配,减少了一部分工序,大大加快施工进度;d、节约人力:构件在工厂生产完成,减少了人力需求,并降低了施工人员的劳动强度;e、节省模板:由于叠合板做楼板底膜,外挂板做剪力墙的一侧模板,因此节省了大量的模板。 2、缺点:a、成本较高:装配式建筑的工程造价与传统式建筑工程造价相比要高很多;b、运费增加:如果构件生产工厂距离施工现场太远的话,运输成本将会提高;c、尺寸限制:由于生产设备的限制,尺寸较大的构件在生产上有一定的难度;d、应用领域小:虽然目前国家在大力推广,但目前装配式建筑在建筑总高度和层高上限制很大;e、抗震性较差:装配式建筑的整体性和刚度较弱一些,抗震冲击性较差。 总结:
在现行建筑发展的现状下,传统的建筑业面临生产方式落后、劳动力素质不高等问题,建筑工业化作为一种新的生产方式越来越受到关注。以建筑工业化为核心的建筑产业现代化是建筑业转型升级的最终目标。装配式建筑是建筑产业化发展的必然趋势。装配式建筑的发展,能够带来高标准的建造速度和质量保证,从而带动国内建筑业的发展。现阶段,我国建筑行业模式是发展新型建造模式,大力推广装配式建筑,加快实现转型升级。发展装配式建筑对推动建筑施工方式的改革、提高工程建设质量、促进建筑产业转型升级具有重要的意义
预制装配式在结构设计上的应用研究及前景分析
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