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裝配式建築及其發展

裝配式建築如何“搭積木”?11主要結構系統參數詳解-工業防護網

1,PC框架系統

裝配式混凝土框架結構包括裝配式整體混凝土框架結構和其他裝配式混凝土框架結構。前者是指全部或部分框架梁、柱由預制構件通過可靠連接組裝而成。後者主要是指各種幹式連接的框架結構,主要與剪力墻、抗震支撐配合使用。

1.1主要預制構件

預制樓板(包括預制實心板和預制空心板等。)、預制梁(包括預制實心梁和預制組合梁等。)、預制墻(包括預制實心剪力墻和預制空心墻等。)、預制柱(包括預制實心柱和預制空心柱)、預制樓梯(預制樓梯段和預制休息平臺)等復雜異形構件(預制飄窗、帶飄窗的預制墻體、預制轉角)

預制樓梯

1.2連接模式

濕式連接:預制梁、柱或T形構件在連接處用鋼筋連接或錨固,同時用現澆混凝土連接成壹個整體框架。

幹式連接:主要分為預應力連接和混合連接。預應力連接是通過張拉預應力筋,施加預應力,將預制梁、柱連接成壹個整體。混合連接是在預應力連接的基礎上增加普通鋼筋,利用其屈服來消耗能量,形成預應力鋼筋與普通鋼筋的混合配筋連接。

1.3的優缺點

裝配式整體框架主要包括分格縫的後澆和分格縫的預制。前者的預制構件在梁柱節點處通過後澆混凝土連接,預制構件呈壹條直線;後者的連接節點位於框架柱和梁的中間。由於預制框架節點現場制作、運輸、安裝困難,現階段在住宅工程中很少使用。

2.裝配式鋼結構體系

裝配式鋼結構是由鋼材組成的結構。目前,高層裝配式鋼結構建築的傳統結構體系包括純框架和框架-支撐體系,新的結構體系包括集裝箱、鋼管束和鋼異形柱。裝配式鋼結構主要由型鋼和鋼板制成的鋼梁、鋼柱、鋼桁架等構件組成,采用矽烷化、純錳系磷化、水洗烘幹、鍍鋅等除銹防銹工藝。

集裝箱系統

2.1主要預制構件

預制樓板、外墻板、樓梯等。裝配式鋼結構建築提倡使用非砌築墻體和工廠預制墻板。裝配式鋼結構使用的樓板類型主要是鋼筋桁架樓板和桁架鋼筋混凝土疊合板,樓梯可以是預制鋼樓梯,也可以是預制混凝土樓梯。

鋼框架柱、鋼梁等。“工業住宅”體系主要采用鋼框架結構配置主體建築模型,需要結合“鋼管束組合”模型進行構件設計。

2.2主要連接方式

焊縫:主要采用電弧焊,即在構件的連接處,放置在焊縫處的焊條或焊絲金屬被電弧產生的高溫熔化,使構件連接在壹起。

螺栓連接:連接器包括螺栓桿、螺母和墊圈。對於高強度螺栓連接,使用專用扳手擰緊高強度螺栓,並施加規定的預緊力。

鉚接:除了輕鋼結構,現在基本已經不用了。

2.3優點和缺點

鋼結構建築具有工期短、節能環保的獨特優勢,是壹種理想的綠色建築材料,因此在住宅建築中具有很大的優勢。然而,目前鋼結構住宅的比例很低。第壹,鋼結構住宅由於尚未達到規模經濟等多種原因,造價高於混凝土建築結構。二是處於鋼結構制造業產業鏈中間的鋼結構制造業,處於轉包的弱勢地位,導致鋼結構企業至今沒有形成太大的規模。

3.木結構體系

裝配式木結構建築是指在工廠預制、現場安裝的主要木結構承重構件、木構件和部件。裝配式木結構建築應符合建築全生命周期的可持續性原則,應滿足裝配式建築標準化設計、工廠化生產、裝配式施工、壹體化裝修、信息化管理和智能化應用的要求。

3.1主要預制構件

預制梁柱構件和木桁架:預制木結構建築中最靈活的構件,需要在現場進行二次加工。木桁架是指由木構件組成的桁架,是木屋頂和木塔框架的主要承重結構。

預制構件(墻、樓、屋頂):板預制是將整個建築的墻、樓、屋頂通過結構分解,分解成不同功能的平面板,即分解成預制構件,在工廠預制後運至現場吊裝。

預制空間模塊化構件:空間模塊化構件壹般為三維單元,包括墻體、樓板、屋頂,是預制化程度最高的構件,包括防水保溫、外墻裝飾、水電貫通等。

3.2連接模式

板銷連接:板狀硬木銷用於防止組裝部件的相對移動。板銷主要是在順木紋彎曲的情況下傳力,具有較高的承載能力,所以要註意使木紋垂直於組裝接頭。

開口環連接:應用最早,連接點略微削弱了木材的受力面積,承載力較高,但連接主要依靠木材的剪切力,韌性較差。

剪切盤連接:成對的鋼盤(剪切盤和齒盤)分別嵌入連接節點兩側構件的環槽內,木構件主要通過緊固螺栓承受剪力和承載力。

銷釘連接

3.3優點和缺點

由於國產木材缺乏,生長周期長,從設計深化、工業拆分到施工的技術要求都比較高,木結構的單位成本遠高於混凝土。而且沒有大梁承重,木結構適合壹些低層建築,所以國內木結構的房子比較少。

4.裝配式剪力墻高層住宅體系

裝配式剪力墻結構是由預制混凝土構件組成的裝配式混凝土結構,如剪力墻、梁、板等是豎向結構的主要受力構件。裝配式剪力墻結構是目前最成熟、應用最廣泛的裝配式混凝土結構體系,是高層住宅的首選。

4.1主要預制構件

剪力墻:剪力墻的名稱來源於受力角度,分為鋼筋混凝土剪力墻、鋼板剪力墻和內嵌鋼板支撐剪力墻。剪力墻壹般是承重墻(承重墻是支撐上面樓層的墻)。

疊合板:樓板是指建築物的承重結構,根據所用材料的不同,可分為木地板、磚拱地板、鋼筋混凝土地板、鋼襯地板。

組合梁:長度較短的梁現澆,其余預制。門窗上方的連梁與剪力墻壹起預制。預制梁與後澆混凝土疊合層的結合面應設置粗糙面,梁的端面應設置鍵槽以增加抗震強度。

4.2連接模式

幹接:施工現場不需要澆築混凝土。所有預制構件、預埋件和連接件均在工廠預制,並通過螺栓或焊接方式連接。

濕式連接:兩個承重構件之間的鋼筋相互連接後,通過澆築節點實現結構的整體連接,使節點相當於現澆。

4.3優點和缺點

混凝土剪力墻結構是目前高層住宅的主要結構形式。盡管裝配式混凝土剪力墻結構鋼模板安裝工作量大,預制構件成本相對較高,但由於其在高層住宅中的應用和對施工的充分需求,近年來已成為集房地產、工程設計、預制構件生產、施工為壹體的綜合性企業的研發重點。

5.完全組裝的低層住宅系統

整個建築由密集的立柱支撐框架結構體系和集裝箱式模塊組成,若幹個類似集裝箱的模塊組合而成。首先在工廠預制、集成,然後包裝成集裝箱,用標準車輛運至施工現場,在現場以組裝形式施工。

5.1主要組成系統

基礎體系:主要采用簡單樁基礎和基礎梁。樁基采用預制樁或鋼樁,基礎梁采用預制混凝土梁。這樣可以減少現場濕作業,提高組裝程度,加快施工進度。

結構體系:采用方鋼、H型鋼、薄壁輕鋼龍骨等輕鋼框架結構,板與板之間、板與梁之間的連接采用全強度螺栓連接。

圍護系統:擬采用聚合物發泡水泥板、矽鎂輕質條板、GRC輕質條板等圍護墻板材料加保溫裝飾壹體化板的夾心結構形式。內墻采用墻紙、油漆、裝飾板等內飾材料。設備系統包括能源系統、排水系統、廚衛系統、新風系統、地暖系統(電熱、水暖)、太陽能系統、照明系統、汙水處理系統。

5.2優點和缺點

由於農村地價相對便宜,且交通不便,全裝配式低層住宅體系安裝輕便,在農村和郊區更受歡迎。

6.預應力結構體系

預應力混凝土結構是在外荷載作用之前對結構構件進行人為施加應力,由此產生的預應力狀態用來減小或抵消外荷載引起的拉應力,即借助混凝土較高的抗壓強度來彌補抗拉強度的不足,從而延緩受拉區域混凝土開裂。

6.1預應力技術類型

先張法:在構件混凝土澆築前將預應力筋張拉至設計控制應力,在混凝土強度達到壹定程度後釋放預應力筋,使預應力施加到混凝土框架上。

後張法:在構件混凝土澆築前,在預應力筋的相應位置預埋孔洞或埋設無粘結預應力筋。混凝土強度達到壹定程度後,預應力筋張拉至設計拉應力,用專用錨具將預應力筋固定在混凝土構件端部。有粘結預應力筋需要在預留孔內填充灌漿材料,使預應力筋與混凝土粘結。

體外預應力技術:預應力筋位於構件外部,或者結構構件由預應力筋和其他材料制成的構件組成。

6.2優點和缺點

預應力混凝土生產工藝復雜,對產品、生產者、機器質量要求高,價格昂貴。目前國內的住宅項目很少使用。

7.鋼-混凝土結構體系

裝配式鋼-混凝土組合結構是指采用工廠化生產的工字鋼梁和混凝土預制構件,在現場通過壹定的結構方式組合成壹個整體,兼具鋼結構和混凝土結構的特點,共同承擔荷載的壹種結構。

7.1主要組件

組合梁:由鋼梁、連接件和鋼筋混凝土板組成。組合梁的上翼緣有大截面積的鋼筋混凝土板來承受壓力,減少了鋼梁上翼緣的截面,從而節約了鋼材,而鋼梁下翼緣承受拉力,這就是組合梁的受力特點。

工字鋼

疊合板:疊合板結構是在壓型鋼板上焊接連接件,然後澆註鋼筋混凝土板而成。連接器由鉛螺柱或鋼條制成。

組合桁架:鋼桁架焊接鋼筋或帶栓釘的柔性連接件,然後澆築鋼筋混凝土板。

組合柱:由薄壁鋼管灌註混凝土而成,又稱鋼管混凝土柱。橫截面形狀有圓形和方形。

7.2鋼筋與型鋼的連接方式

鋼筋連接器連接:這種方法是在構件制造時將連接器焊接到鋼構件上,安裝時用連接器擰緊鋼筋套筒。

鋼筋連接板的連接:鋼筋搭接板需要在允許的情況下盡量焊接到鋼構件上,然後在安裝時將鋼筋焊接到搭接板上。

鋼筋穿孔連接:這種方法是在工廠裏在鋼構件上預先開鋼筋孔,現場施工時鋼筋會穿過。

7.3優點和缺點

輕鋼輕混凝土結構體系可以改善農村低層輕鋼住宅造價高、舒適度差的缺點。型鋼混凝土組合結構技術的應用還處於探索階段,在國內應用還不廣泛,施工技術也不是很成熟,可借鑒的施工經驗相對較少。

8.模塊化結構系統

模塊化建築是將壹個傳統建築分割成單個房間或某個三維建築空間作為建築模塊單元,在工廠裏預先預制安裝好模塊單元的地板、天花板、墻體,完工後將這些建築模塊單元運輸到現場,用升降設備像“積木”壹樣堆疊連接在壹起,形成壹個完整的建築。

模塊化組件示意圖(木結構)

8.1連接模式

模塊內連接:模塊化構件的單桁架與傳統桁架相同,所有構件通過齒板連接或延伸。

與外墻連接:屋架構件運至施工現場後,桁架吊裝就位後,通過金屬連接件固定在建築墻體的雙層頂梁板或墻柱上。

8.2優點和缺點

優點:施工速度快,與板式建築相比可縮短工期。節省人力物力,裝配程度高。大部分施工工作,包括水、暖、電、衛生等設施的安裝和房屋裝修,都已搬到工廠完成。只有吊裝好構件,處理好節點,管道才能使用。對環境汙染小,施工過程綠色環保。方便後期擴展。

缺點:模塊化構件預制廠投資大。運輸和安裝需要大型設備。成本較高。單模塊面積有限,建築適用範圍低。

9、主次框架結構體系

9.1框架結構及連接方式

也稱為巨型框架結構。主次框架結構是由巨型梁、柱等大型構件組成的主體結構和由常規梁、柱組成的次要結構共同工作的結構體系。主體框架為巨型框架,結構截面的幾何尺度、面積和慣性矩都很大。副車架是普通車架,構件截面的幾何尺寸、面積、慣性矩都比較小,不是壹個數量級。巨柱通常由建築物、電梯井或大截面實心柱組成。巨梁壹般每隔幾層或幾層設置壹根,梁的高度壹般占壹層或幾層。

當主框架為混凝土,次框架為鋼結構時,主次框架的連接方式主要有剛性連接、半剛性連接和鉸接。剛性連接意味著部件是壹個整體。破壞後,梁和柱之間的夾角為零,所有的內力都由柱傳遞給巨梁。鉸接是指結構受力後,梁柱可以自由轉動,不受其他約束,節點相互獨立,梁不能將上部彎矩傳遞給柱。半剛性連接是鋼節點與鉸鏈之間的壹種新型連接形式。

9.2優點和缺點

主次框架結構可以增加建築的空間和高度,更適用於展廳等大空間建築,這在國內的住宅中很少使用。

10,交錯桁架結構體系

是指由預制鋼筋混凝土柱或鋼柱、鋼桁架、預制樓板等預制構件組成的大跨度空間結構。主體結構采用裝配式交錯桁架結構,設有外墻、內隔墻和樓蓋系統。

在建築橫向的各軸線上,布置平面桁架夾層,但在相鄰軸線上錯開。相鄰桁架之間,樓板壹端支撐在下壹個平面桁架的上弦上,另壹端支撐在上壹個桁架的下弦上,實現施工時少支撐甚至無支撐。

10.1主要部件及連接方式

主要構件:柱、桁架、樓板和斜桿。

桁架與柱的連接方式:先將鋼桁架放在支架上,鋪設預制樓板,擰緊節點板與柱之間的螺栓。在這個階段,支架承受所有的垂直剪力;然後現澆混凝土,新增荷載引起的豎向剪力由支架和節點板承擔,水平拉力由節點板螺栓傳遞。

交錯桁架和預制樓板

10.2的優缺點

交錯桁架結構主要由木結構和鋼結構組成。目前國內多用於公共建築,較少用於住宅工程。

11,雙面疊合剪力墻結構體系

雙面疊合剪力墻結構是壹種新型裝配式結構體系,由雙面疊合剪力墻、預制疊合梁、預制疊合樓板、預制外凸窗、預制帶凸窗非承重墻、預制樓梯、預制陽臺、輕質條板等預制構件和現澆剪力墻、現澆混凝土接縫、現澆樓板等現澆構件組成。

11.1主要部件和連接方式

雙面復合剪力墻是由工廠生產的兩塊預制混凝土墻板通過桁架加固連接而成的內部有空腔的預制剪力墻板,空腔內澆註混凝土形成整體受力的結構構件。

普通預制剪力墻是在工廠預制的墻體。通過現場向預留的灌漿孔內灌註混凝土,相當於用“粘合劑”將已建成的墻體和工廠預制的墻體固定在壹起。而在豎向,疊合板剪力墻通過在空腔內插入鋼筋,然後向空腔內灌註混凝土,將上、下墻連接成壹個整體,結合面更大。由於復合墻體的空腔尺寸遠大於插筋所需的空間,所以安裝時更便於施工。由於普通預制墻的套管直徑較小,調整空間相對有限。

復合剪力墻不需要套筒或砂漿錨固連接,復合剪力墻的上下、左右連接由現澆層和現澆邊緣構件等構成。施工方便,沒有鋼筋和套筒準確定位的困難,施工質量容易保證;同時也避免了專用套管和灌漿材料的高成本。

11.2的優缺點

雙面層壓墻有不同的厚度規格。由於空腔的存在,同樣寬度和高度的墻體重量比普通墻體輕壹半左右。由於普通預制剪力墻豎向鋼筋連接施工速度較慢,組合墻可以發揮獨特的作用,但目前國內可供借鑒的工程經驗並不多。

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