裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 課件 第5章 探索裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)

裝配式結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計(jì)第5章裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)Catalogue目錄1.裝配整體式框架結(jié)構(gòu)PartOne螺栓連接裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)PartTwo2.預(yù)應(yīng)力連接裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)PartThree3.裝配整體式框架結(jié)構(gòu)裝配整體式框架結(jié)構(gòu)采用“濕連接”技術(shù)，是一項(xiàng)成熟的技術(shù)，在建筑領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。它以其獨(dú)特的優(yōu)勢，在住宅和辦公樓等建筑類型中得到了大量應(yīng)用，成為現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)的重要選擇之一。梁柱預(yù)制，節(jié)點(diǎn)核心區(qū)后澆：這種形式下，梁和柱在工廠預(yù)制完成，然后運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場進(jìn)行組裝，而節(jié)點(diǎn)核心區(qū)則在現(xiàn)場進(jìn)行后澆混凝土施工，使整個(gè)結(jié)構(gòu)形成一個(gè)整體，確保了結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和整體性。梁柱節(jié)點(diǎn)與構(gòu)件同預(yù)制，設(shè)后澆段連接：將梁柱節(jié)點(diǎn)與構(gòu)件一同在工廠預(yù)制，在施工現(xiàn)場通過設(shè)置后澆段進(jìn)行連接。這種方式既保證了預(yù)制構(gòu)件的質(zhì)量和精度，又通過后澆段的連接，增強(qiáng)了結(jié)構(gòu)的整體性和抗震性能。三維構(gòu)件（雙T形、雙十字形）：三維構(gòu)件如雙T形和雙十字形，具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)形狀和力學(xué)性能。它們在一些特定的建筑結(jié)構(gòu)中應(yīng)用，能夠有效地提高空間利用率，同時(shí)也為建筑設(shè)計(jì)提供了更多的靈活性和創(chuàng)新性。發(fā)展與應(yīng)用三種形式結(jié)構(gòu)體系簡介連接概述連接原理破壞形式主要構(gòu)造要求柱-柱連接連接概述構(gòu)造要求梁-柱連接節(jié)點(diǎn)連接與構(gòu)造連接概述柱-柱連接節(jié)點(diǎn)連接與構(gòu)造在裝配整體式框架結(jié)構(gòu)中,上下層框架柱間常采用鋼筋套筒灌漿連接。在該連接方式中,通常為上柱下端預(yù)埋套筒,安裝時(shí)將下柱預(yù)埋鋼筋插入上部預(yù)埋套筒中,并灌入水泥基灌漿料。根據(jù)套筒連接方式的不同,鋼筋套筒灌漿連接一般分為全灌漿式套筒和半灌漿式套筒兩種方式。在全灌漿式套筒中,套筒兩端均采用灌漿方式與鋼筋連接;而在半灌漿式套筒中,套筒一端采用灌漿方式進(jìn)行連接,另一端則采用螺紋連接等非灌漿方式與鋼筋連接。連接原理柱-柱連接節(jié)點(diǎn)連接與構(gòu)造鋼筋與套筒的傳力主要以內(nèi)部灌漿料為介質(zhì)進(jìn)行傳遞。鋼筋套筒灌漿連接中所用灌漿料應(yīng)當(dāng)具備一定的微膨脹性。破壞形式柱-柱連接節(jié)點(diǎn)連接與構(gòu)造通常,套筒灌漿連接的破壞模式主要包含以下幾種:①

鋼筋拔出破壞:當(dāng)鋼筋與灌漿料之間的黏結(jié)作用不足以提供鋼筋所受的拉力,則容易出現(xiàn)該類破壞模式。通過增大鋼筋錨固長度可以避免該類破壞模式。②

套筒被拉斷:當(dāng)套筒強(qiáng)度不足時(shí),套筒的抗拉強(qiáng)度不足以提供鋼筋所受拉力,則易出現(xiàn)該類破壞模式。通過減小鋼筋強(qiáng)度等級和直徑,以削弱每根鋼筋所受拉力,可以避免該類破壞模式。③

灌漿料拔出破壞:當(dāng)灌漿料與套筒之間的黏結(jié)作用不足以提供鋼筋所受拉力時(shí),則易出現(xiàn)該類破壞模式。通過增加套筒內(nèi)壁中的剪力鍵數(shù)量增強(qiáng)咬合力,可以避免該類破壞模式。④

灌漿料劈裂破壞:當(dāng)灌漿料強(qiáng)度不足時(shí),套筒與灌漿料之間的黏結(jié)作用以及鋼筋與灌漿料之間的黏結(jié)作用易使灌漿料出現(xiàn)斜向裂縫,易出現(xiàn)該類破壞模式。通過增大灌漿料強(qiáng)度或套筒直徑,可以避免該類破壞模式。主要構(gòu)造要求柱-柱連接節(jié)點(diǎn)連接與構(gòu)造套筒灌漿連接的施工步驟較為復(fù)雜,精度要求高。為了便于節(jié)點(diǎn)區(qū)域鋼筋布置以及鋼筋連接施工,可以采用大直徑的縱向鋼筋,以減少鋼筋數(shù)量。由于套筒灌漿連接區(qū)域截面鋼部件較多,其柱截面剛度和強(qiáng)度偏大,其余部位則相對偏小,這會使得柱底的塑性鉸區(qū)域可能會上移至套筒灌漿連接區(qū)域頂部位置,需要對其進(jìn)行箍筋加密,柱箍筋加密區(qū)不應(yīng)小于縱向受力鋼筋連接區(qū)域長度和500mm之和。連接概述梁-柱連接節(jié)點(diǎn)連接與構(gòu)造當(dāng)前,典型的梁-柱連接方式為整澆式連接,其特點(diǎn)是將柱-柱連接節(jié)點(diǎn)與梁-梁連接節(jié)點(diǎn)交會在一起,通過后澆混凝土形成剛性節(jié)點(diǎn)

(圖5-5),這是一種典型的節(jié)點(diǎn)區(qū)現(xiàn)澆的“濕連接”形式。構(gòu)造要求梁-柱連接節(jié)點(diǎn)連接與構(gòu)造在采用預(yù)制柱與疊合梁的整澆式核心區(qū)框架節(jié)點(diǎn)區(qū)域中,錨固方式主要包含鋼筋彎折錨固、鋼筋機(jī)械錨固、鋼筋錨固板錨固和鋼筋直線錨固。構(gòu)造要求梁-柱連接節(jié)點(diǎn)連接與構(gòu)造當(dāng)整澆式核心區(qū)框架節(jié)點(diǎn)位于框架中間層邊柱時(shí),可采用的連接方式包含鋼筋錨固板錨固、鋼筋直線錨固和鋼筋彎折錨固三種形式承載能力與抗震驗(yàn)算設(shè)計(jì)時(shí)需確保結(jié)構(gòu)的承載能力和抗震性能符合GB50010《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》和GB50011《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》的相關(guān)要求。通過精確的計(jì)算和分析，合理確定結(jié)構(gòu)的尺寸、材料強(qiáng)度等參數(shù)，使結(jié)構(gòu)在正常使用和地震等自然災(zāi)害作用下，都能保持穩(wěn)定，不發(fā)生破壞。疊合梁設(shè)計(jì)疊合梁設(shè)計(jì)需要進(jìn)行受剪承載力計(jì)算，分別考慮持久狀況和地震狀況下的受力情況。在持久狀況下，疊合梁要承受長期的荷載作用，需保證其受剪承載力滿足設(shè)計(jì)要求；在地震狀況下，疊合梁要具備足夠的抗剪能力，以抵抗地震力的作用，確保結(jié)構(gòu)的安全。預(yù)制柱接縫預(yù)制柱接縫應(yīng)進(jìn)行受剪承載力計(jì)算，主要考慮軸壓摩擦力和鋼筋銷栓作用對受剪承載力的影響。通過合理設(shè)計(jì)接縫的構(gòu)造和鋼筋配置，充分利用軸壓摩擦力和鋼筋銷栓作用，提高預(yù)制柱接縫的受剪承載力，保證柱子之間的連接牢固可靠。設(shè)計(jì)要點(diǎn)010203某醫(yī)院項(xiàng)目采用裝配整體式套筒灌漿連接技術(shù)，該地區(qū)抗震設(shè)防烈度為7度。在這樣的抗震要求下，裝配整體式套筒灌漿連接技術(shù)能夠有效地保證結(jié)構(gòu)的抗震性能，為醫(yī)院的安全使用提供保障。工程概況建筑設(shè)計(jì)采用功能模塊化理念，將醫(yī)院的各個(gè)功能區(qū)域進(jìn)行合理劃分和組合，提高了空間利用效率和使用便利性。同時(shí)，對預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，使其在滿足結(jié)構(gòu)要求的前提下，更加符合建筑設(shè)計(jì)的美觀和功能需求。建筑設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，對構(gòu)件尺寸進(jìn)行了精確計(jì)算和確定，以保證結(jié)構(gòu)的承載能力和穩(wěn)定性。對節(jié)點(diǎn)構(gòu)造進(jìn)行了精心設(shè)計(jì)，確保節(jié)點(diǎn)連接的牢固可靠。對鍵槽與粗糙面進(jìn)行了特殊處理，增加了構(gòu)件之間的摩擦力和咬合力，進(jìn)一步提高了結(jié)構(gòu)的整體性和抗震性能。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)實(shí)例螺栓連接裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)采用螺栓連接器實(shí)現(xiàn)干連接，柱子可以分段預(yù)制，也可以一柱到頂，梁則可以采用疊合梁或全預(yù)制梁。這種多樣化的組合方式，能夠根據(jù)不同的工程需求和建筑設(shè)計(jì)要求，靈活選擇合適的結(jié)構(gòu)形式，提高了結(jié)構(gòu)體系的適應(yīng)性和靈活性。干連接形式01節(jié)點(diǎn)核心區(qū)采用預(yù)制方式，在施工過程中，可使用臨時(shí)或永久牛腿進(jìn)行支撐。預(yù)制節(jié)點(diǎn)核心區(qū)能夠保證其質(zhì)量和精度，臨時(shí)或永久牛腿的支撐則為施工過程中的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性提供了保障，確保施工安全順利進(jìn)行。節(jié)點(diǎn)核心區(qū)02結(jié)構(gòu)體系組成連接概述連接原理破壞模式主要構(gòu)造要求柱-柱連接節(jié)點(diǎn)連接與構(gòu)造在裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)中,螺栓連接是一種高效便捷的重要連接方式。這種連接方式通常在上柱的下端角部預(yù)埋螺栓連接器,同時(shí)在下柱的上端相應(yīng)位置預(yù)埋錨固螺栓。在安裝過程中,需將上柱的螺栓連接器與下柱預(yù)埋的錨固螺栓對準(zhǔn)并進(jìn)行緊固。隨后,當(dāng)螺栓達(dá)到設(shè)計(jì)所需的預(yù)緊力后,將水泥基灌漿料注入連接節(jié)點(diǎn)處。柱與基礎(chǔ)的連接方式與柱與柱的連接方法相似。連接概述連接原理破壞模式主要構(gòu)造要求柱-柱連接節(jié)點(diǎn)連接與構(gòu)造柱-柱螺栓連接在安裝階段和使用階段中,其受力形式存在一定差異。在安裝階段,作用在連接節(jié)點(diǎn)上的力是由柱自重、風(fēng)荷載等引起的彎矩和剪力組成,分別如圖5-16(a)中NEd,0、MEd,0和VEd,0。柱-柱螺栓連接在安裝階段和使用階段的特性有所不同。在安裝時(shí),由于螺栓擰緊即可參與受力傳遞,但此時(shí)灌漿料尚未形成足夠的強(qiáng)度,上下柱的內(nèi)力傳遞主要依賴螺栓。因此,螺栓必須經(jīng)過屈曲和彎曲驗(yàn)證,確保在安裝階段能夠有效傳遞內(nèi)力。連接概述連接原理破壞模式主要構(gòu)造要求柱-柱連接節(jié)點(diǎn)連接與構(gòu)造連接概述連接原理破壞模式主要構(gòu)造要求柱-柱連接節(jié)點(diǎn)連接與構(gòu)造對采用螺栓連接的裝配整體式框架結(jié)構(gòu),在預(yù)制柱水平接縫處的安裝過程中,需控制施工精度,因?yàn)榈跹b不當(dāng)則容易使得螺栓出現(xiàn)拉力,進(jìn)而影響螺栓的性能充分發(fā)揮。為增強(qiáng)拼縫處的抗剪承載力,拼縫處混凝土表面需要設(shè)計(jì)成粗糙面。為了方便預(yù)制柱的安裝施工,柱端接縫的寬度不宜小于50mm,并應(yīng)采用灌漿料填實(shí)接縫,確保結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固連接。連接概述主要構(gòu)造要求梁-柱連接節(jié)點(diǎn)連接與構(gòu)造全預(yù)制混凝土梁端節(jié)點(diǎn)連接和疊合預(yù)制混凝土梁端節(jié)點(diǎn)連接是梁與柱連接的兩種常見方式連接概述主要構(gòu)造要求梁-柱連接節(jié)點(diǎn)連接與構(gòu)造預(yù)制梁的設(shè)計(jì)應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50010)的要求,豎向接縫宜設(shè)置在梁柱交界面處,而預(yù)制梁與預(yù)制節(jié)點(diǎn)核心區(qū)中伸出的預(yù)埋螺栓連接,確保節(jié)點(diǎn)連接的可靠性,需要采取緊固措施來確保螺帽緊固。節(jié)點(diǎn)分為剛性節(jié)點(diǎn)和半剛性節(jié)點(diǎn)，不同類型的節(jié)點(diǎn)對結(jié)構(gòu)的剛度和承載力有不同的要求。在設(shè)計(jì)時(shí)，需要根據(jù)結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)和使用要求，合理選擇節(jié)點(diǎn)類型，并確保節(jié)點(diǎn)的剛度和承載力滿足設(shè)計(jì)要求。計(jì)算受彎與受剪承載力時(shí)，將螺栓作為受拉鋼筋進(jìn)行考慮，同時(shí)要考慮施工階段的受力情況進(jìn)行驗(yàn)算。在施工階段，結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)與使用階段不同，需要對施工過程中的各種荷載和力進(jìn)行分析和計(jì)算，確保結(jié)構(gòu)在施工過程中的安全可靠。牛腿構(gòu)造的受剪承載力計(jì)算應(yīng)符合GB50010《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》和GB50017《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》的相關(guān)要求。通過合理設(shè)計(jì)牛腿的尺寸、形狀和配筋，確保牛腿能夠承受梁傳來的荷載，保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。受彎與受剪承載力計(jì)算節(jié)點(diǎn)類型牛腿構(gòu)造設(shè)計(jì)要點(diǎn)某海外三層酒店式公寓采用螺栓連接體系，該地區(qū)抗震設(shè)防烈度為8度半。在這樣高的抗震要求下，螺栓連接體系能夠充分發(fā)揮其優(yōu)勢，保證公寓在地震等自然災(zāi)害作用下的安全。工程概況02結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，確定了多種預(yù)制構(gòu)件種類，以滿足不同部位的結(jié)構(gòu)需求。對柱與基礎(chǔ)、梁柱節(jié)點(diǎn)構(gòu)造進(jìn)行了精心設(shè)計(jì)，確保節(jié)點(diǎn)連接牢固可靠。對樓板設(shè)計(jì)也進(jìn)行了優(yōu)化，提高了樓板的承載能力和抗震性能。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)01工程實(shí)例預(yù)應(yīng)力連接裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)使用鋼絞線作為無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋，其表面覆蓋無粘結(jié)材料，在結(jié)構(gòu)構(gòu)件混凝土達(dá)到規(guī)定強(qiáng)度后，進(jìn)行張拉錨固。無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋能夠有效地提高結(jié)構(gòu)的承載能力和抗裂性能，使結(jié)構(gòu)在使用過程中更加安全可靠。配備摩擦型、屈服型、黏滯型等耗能裝置，主要設(shè)置在節(jié)點(diǎn)區(qū)域。這些耗能裝置能夠在地震等自然災(zāi)害作用下，通過自身的變形和耗能，吸收和耗散地震能量，減少結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)，保護(hù)結(jié)構(gòu)主體的安全。無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋耗能裝置結(jié)構(gòu)體系組成耗能裝置設(shè)計(jì)構(gòu)造要求梁-柱節(jié)點(diǎn)構(gòu)造U形連接鋼筋梁板脫開區(qū)梁與樓板連接構(gòu)造連接構(gòu)造地震作用表現(xiàn)在多遇地震作用下，結(jié)構(gòu)處于彈性狀態(tài)，能夠保持正常的使用功能；在罕遇地震作用下，耗能裝置開始工作，通過自身的耗能作用，保護(hù)結(jié)構(gòu)主體，使其不發(fā)生嚴(yán)重破壞，確保結(jié)構(gòu)的抗震安全。設(shè)計(jì)要點(diǎn)梁-柱節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)受彎承載力（彈性極限與張開角狀態(tài)）受剪承載力（張開前后計(jì)算）設(shè)計(jì)要點(diǎn)梁柱構(gòu)件設(shè)計(jì)梁柱構(gòu)件設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)進(jìn)行荷載組合計(jì)算，考慮結(jié)構(gòu)在各種可能荷載作用下的受力情況。同時(shí)，設(shè)計(jì)應(yīng)符合GB50010《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》的相關(guān)要求，確保梁柱構(gòu)件具有足夠的承載能力、剛度和耐久性。設(shè)計(jì)要點(diǎn)惠靈頓維多利亞大學(xué)教學(xué)樓該教學(xué)樓采用水平和豎向預(yù)應(yīng)力筋，同時(shí)設(shè)置外置耗能裝置。水平和豎向預(yù)應(yīng)力筋的設(shè)置有效地提高了結(jié)構(gòu)的承載能力和抗裂性能，外置耗能裝置則在地震作用下能夠充分發(fā)揮耗能作用，保護(hù)結(jié)構(gòu)安全。武漢同心花苑幼兒園采用預(yù)應(yīng)力連接技術(shù)，僅用10天就完成了施工，并且現(xiàn)場實(shí)現(xiàn)了“零垃圾”。預(yù)應(yīng)力連接技術(shù)的應(yīng)用提高了施工效率，縮短了施工周期，同時(shí)現(xiàn)場“零垃圾”的實(shí)現(xiàn)體現(xiàn)了該技術(shù)的環(huán)保優(yōu)勢，為幼兒園的快速建設(shè)和綠色施工提供了保障