全裝配式混凝土結(jié)構(gòu)全解

全裝配式混凝土結(jié)構(gòu)全解

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20xx年xx月

目錄

前言...........................................................................3

1、裝配式混凝土結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀........................................................3

2、立體預制....................................................................4

2.1讓裝配式混凝土結(jié)構(gòu)抗震強于現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)......................................4

2.2讓裝配式混凝土結(jié)構(gòu)現(xiàn)場安裝極其方便......................................9

3、立體預制?全裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的預制方法及安裝方法...........................12

3.1逐層循環(huán)的三維立體預制方法.............................................14

3.2全裝配式的完整安裝方法.................................................17

4、立體預制-全裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵核心技術(shù).................................22

4.1實用新型“具有粗牙螺紋大頭和套筒的鋼筋連接件”..........................22

4.2發(fā)明“一種混凝土預制水平構(gòu)件連接方法”.................................23

4.3實用新型“一種用于立體預制全裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的支頂循環(huán)系統(tǒng)”...........24

5、試驗工程實例...............................................................26

6、預期經(jīng)濟效益分析...........................................................33

7、結(jié)語.......................................................................36

刖s

立體預制?全裝配式混凝土結(jié)構(gòu)，是完全嶄新的裝配式混凝土結(jié)構(gòu);

其預制及施工安裝技術(shù)依托已取得的專利成果提出：在保證混凝土結(jié)

構(gòu)抗震節(jié)點核心區(qū)完整的前提下劃分預制構(gòu)件單元；通過其獨特的支

頂循環(huán)系統(tǒng)實現(xiàn)預制構(gòu)件的三維立體逐層循環(huán)預制；通過鋼筋螺紋大

頭和套筒對鋼筋的預連接實現(xiàn)預制構(gòu)件的預裝配，現(xiàn)場安裝實現(xiàn)全裝

配。該技術(shù)可以從根本上解決裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的抗震可靠性、安裝

方便性問題。

1、裝配式混凝土結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀

目前裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的預制方法一般采用二維平面預制，二維平

面預制最大的問題是：把混凝土結(jié)構(gòu)抗震理論和實踐中起關(guān)鍵作用的

抗震節(jié)點核心區(qū)人為地拆散分開，而把抗震節(jié)點核心區(qū)重新整合這個

很重要的任務交給了現(xiàn)場安裝工人去處理，這必然是麻煩的或者是昂

貴的，盡管采取了很多辦法，但對混凝土結(jié)構(gòu)抗震而言，多數(shù)依然還

是不可靠的。

從結(jié)構(gòu)工程師和使用方的角度出發(fā)，要求裝配式混凝土結(jié)構(gòu)像高質(zhì)

量的現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)一樣“用著放心、住著安心”，期望裝配式混凝

土結(jié)構(gòu)更結(jié)實、抗震更可靠，至少不比現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)差；從現(xiàn)場施工方的

角度出發(fā)，是期望現(xiàn)場安裝更方便、更快捷，至少不要太麻煩。

2、立體預制

正是基于結(jié)構(gòu)工程師、使用方和現(xiàn)場施工方等分別對裝配式混凝土

結(jié)構(gòu)的合理要求，為推動裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的市場化發(fā)展，本文提出

了立體預制-全裝配式混凝土結(jié)構(gòu)這一全新的預制及施工安裝技術(shù)。

該技術(shù)的總體目標：

▲一是讓裝配式混凝土結(jié)構(gòu)抗震強于現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)；

▲二是讓裝配式混凝土結(jié)構(gòu)現(xiàn)場安裝極其方便。

2.1讓裝配式混凝土結(jié)構(gòu)抗震強于現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)

結(jié)構(gòu)專業(yè)觀點：裝配式混凝土結(jié)構(gòu)，其實還是“裝配整體式”混凝

土結(jié)構(gòu)。它是以“現(xiàn)澆整體式”混凝土結(jié)構(gòu)理論的計算結(jié)果作為設(shè)計

依據(jù)，到目前為止，并沒有研究出專門的裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的計算理

論，在此前提下，本技術(shù)遵循現(xiàn)有成熟理論的客觀現(xiàn)實。為使裝配式

混凝土結(jié)構(gòu)抗震強于現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)，要解決兩個最重要、最基本的問題：

▲一是抗震節(jié)點核心區(qū)必須有可靠保障；

▲二是鋼筋的連接和錨固必須可靠。

2.1.1現(xiàn)澆施工的抗震節(jié)點核心區(qū)施工質(zhì)量長期以來都無法得到保

障

抗震節(jié)點核心區(qū)是否可靠，主要體現(xiàn)在箍筋加密區(qū)是否做得好。筆

者根據(jù)十多年從事工程質(zhì)量監(jiān)督工作經(jīng)驗得知，由于節(jié)點核心區(qū)鋼筋

太多太密，主筋很長且有彎鉤，造成最核心位置的豎向構(gòu)件加密箍筋

安裝困難。實際操作時會把這些加密箍筋放成一堆、或者干脆不放，

有的即使提前把這些加密箍筋綁扎成形，后面因帶彎鉤的主筋難以伸

入，又把這些安裝好的加密箍筋剪斷，無奇不有。

因此混凝土結(jié)構(gòu)現(xiàn)澆施工現(xiàn)場的情況是，絕大多數(shù)節(jié)點核心區(qū)長期

以來都做不好（圖1）,節(jié)點核心區(qū)最核心位置的箍筋與設(shè)計圖紙嚴重

不符，位于此處的主筋錨固也被明顯削弱，降低了受力構(gòu)件節(jié)點核心

區(qū)的受力性能，影響結(jié)構(gòu)的強度、安全性和抗震可靠性。

圖1現(xiàn)澆節(jié)點核心區(qū)箍筋質(zhì)量問題

2.1.2立體預制-全裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的抗震節(jié)點核心區(qū)強于現(xiàn)澆

在預制工廠里，本技術(shù)以保證節(jié)點核心區(qū)的完整為前提劃分預制構(gòu)

件單元，能夠較方便地把這些節(jié)點核心區(qū)做好。因為以節(jié)點核心區(qū)作

為預制單元，同樣配置的鋼筋，在預制單元中交匯、錨固的主筋都變

短了。在綁扎鋼筋籠時，先把最核心位置的豎向主筋和箍筋綁扎成型,

然后就可以很容易地把其他方向較短的主筋按設(shè)計圖紙從鋼筋籠中穿

過、固定（圖2）o

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墩錨的啕一忙:

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圖2預制單元節(jié)點核心區(qū)鋼筋

預制構(gòu)件單元的混凝土澆筑后，形成柱梁板一體或者墻梁板一體的

可靠的節(jié)點核心區(qū)。這樣就很自然地解決了讓裝配式混凝土結(jié)構(gòu)強于

現(xiàn)澆的第一個問題，如圖3所示。

（a）柱梁板節(jié)點（b）墻梁板節(jié)點

圖3可靠的節(jié)點核心區(qū)

事實上，把節(jié)點核心區(qū)最核心位置的箍筋做好了，位于此處的主筋

錨固也就自然做好了。如果個別端部位置的主筋彎鉤實在太長，影響

核心區(qū)鋼筋籠的綁扎，可以采用鎖錨技術(shù)（將主筋端頭徽粗成小圓盤

進行錨固的方式，增加了鋼筋籠內(nèi)的空間，主筋間距較小時，端頭可

錯位布置）輕松解決。主筋的錨固做得更好了，讓裝配式混凝土結(jié)構(gòu)

強于現(xiàn)澆的第二個問題也解決了一半。

2.1.3立體預制-全裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的鋼筋連接強于現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)的

鋼筋連接

現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)所用鋼筋連接形式，主要有焊接、普通套筒連接等。

現(xiàn)場焊接至今沒有完全可靠的焊接質(zhì)量保證；普通套筒連接直接減小

了鋼筋母材的有效截面面積，降低了鋼筋連接部位的抗拉能力?，F(xiàn)澆

混凝土結(jié)構(gòu)現(xiàn)行國家規(guī)范標準要求：鋼筋連接部位不能設(shè)在受力較大

位置，而且鋼筋連接接頭還要錯開。這都是基于焊接和普通套筒連接

不可靠的考慮。

四年以來，本技術(shù)專門研發(fā)了具有粗牙螺紋大頭和套筒的鋼筋連接

件，能夠更加可靠、更加高效地應用于裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的鋼筋連接。

該連接件具有粗牙螺紋大頭，粗牙螺紋大頭的小徑和過渡段均大于相

應鋼筋母材的直徑，不但避免了螺紋連接處的強度削弱，而且比原鋼

筋強度更高，能夠提高鋼筋連接的整體強度［1］。經(jīng)若干力學試驗均能

達到機械連接的I級接頭標準，證明“具有粗牙螺紋大頭和套筒的鋼

筋連接件”完全可靠（圖4、圖5）。

擋止—食筒

亶幽酗4連接后

圖4螺紋大頭和套笥的鋼筋連接件

圖5鋼筋機械連接力學試驗（I級接頭）

以上簡單實用的技術(shù)，可以解決裝配式混凝土結(jié)構(gòu)強于現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)的

兩個最重要、最基本的問題。

2.2讓裝配式混凝土結(jié)構(gòu)現(xiàn)場安裝極其方便

為了解決讓裝配式混凝土結(jié)構(gòu)現(xiàn)場安裝極其方便的問題，通過將建

筑工程和機械工程兩學科的交叉、結(jié)合，立體預制-全裝配式混凝土

結(jié)構(gòu)具有以下幾個方便：

第一個極其方便：由于立體預制?全裝配式混凝土結(jié)構(gòu)在“預制時”，

已經(jīng)對每一個螺紋頭進行了“預連接”，相當于預制構(gòu)件出廠前已經(jīng)

預裝配，而且是在混凝土硬化并對構(gòu)件接頭編號后，才拆分預制構(gòu)件

的，當預制構(gòu)件運往現(xiàn)場裝配時，只需要按構(gòu)件接頭編號對位安裝，

而每一個螺紋大頭的軸線或絲牙均無需再次進行分別對準，也就是一

一鋼筋對位極其方便。

第二個極其方便：采用具有粗牙螺紋大頭和套筒的鋼筋連接件，只

需要轉(zhuǎn)動套筒，不需要轉(zhuǎn)動鋼筋或者使兩邊構(gòu)件沿軸線方向移動［2］。

為此，本技術(shù)還設(shè)計了專用的傳動工具，可帶動套筒齒輪轉(zhuǎn)動，連接

時更加方便、快捷(圖6)。

(a)方便的鋼筋連接件(b)方便的專用連接工具

圖6方便的鋼筋連接

第三個極其方便：本技術(shù)設(shè)計了專門的安裝支承調(diào)平器，預制構(gòu)件

吊裝就位時只需要轉(zhuǎn)動支承調(diào)平器螺絲，就能將預制構(gòu)件調(diào)平校正并

支承，也就是一一構(gòu)件調(diào)平校正極其方便(圖7)。

及7翦力墻安裝調(diào)平器

第四個極其方便：本技術(shù)設(shè)計了專門的灌縫鋼筒，灌縫時比較方便

（圖8）。

多個灌縫

圖8方便的灌建鋼筒

第五個極其方便：本技術(shù)設(shè)計了專門的透明模板，灌縫時看得見,

可以實時、直觀地掌握安裝縫的具體情況（圖9）。

圖9透明的灌建模板

第六個極其方便：由于本技術(shù)預制構(gòu)件的接頭位置比較合適，避開

了節(jié)點核心區(qū)，預制構(gòu)件在就位、調(diào)平、灌縫時很容易做到“看得見、

摸得著”（圖10）。

匚;合適的接頭位置

國10安裝時看得見、摸得著

以上“極其方便”，可以解決裝配式混凝土結(jié)構(gòu)現(xiàn)場安裝極其方便

這個問題。

綜上，本技術(shù)的導向是：把可靠交給工廠，把方便送給現(xiàn)場。

3、立體預制-全裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的預制方法及安裝方法

立體預制-全裝配式混凝土結(jié)構(gòu)是以現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)施工圖為基礎(chǔ)，深化

設(shè)計時，以保留節(jié)點核心區(qū)完整為前提，進行預制構(gòu)件單元的劃分，

將預制構(gòu)件的分縫設(shè)置在節(jié)點核心區(qū)以外；預制構(gòu)件的混凝土澆筑之

前，需用套筒對鋼筋螺紋大頭進行預連接，相當于預制構(gòu)件出廠前的

的預裝配。

立體預制-全裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的預制構(gòu)件在工廠預制時，必須配

置一套支頂循環(huán)系統(tǒng)（圖11）;為環(huán)保和改善生產(chǎn)條件，應該建一個

至少能容納建筑單體平面尺寸的大跨度預制工廠（圖12）。預制構(gòu)件

現(xiàn)場安裝時，必須配置一臺或多臺大型塔吊。

圖11支頂循環(huán)系統(tǒng)

圖12大跨度預制工廠

3.1逐層循環(huán)的三維立體預制方法

在預制工廠內(nèi)，使用圖11所示支頂循環(huán)系統(tǒng)，進行逐層循環(huán)且?guī)в?/p>

預裝配性質(zhì)的三維立體預制。（只說明方法，省略預制平臺和模板）

第一步：先把第一層預制構(gòu)件的鋼筋各個螺紋大頭，在分縫處通過

套筒進行預連接，澆筑本層全部預制構(gòu)件混凝土；再將第二層與第一

層相連的豎向鋼筋螺紋大頭通過套筒預連接，第二層預制構(gòu)件的其他

鋼筋端頭，也在分縫處通過套筒進行預連接，澆筑第二層全部預制構(gòu)

件混凝土。形成兩層已預連接且可拆分的預制構(gòu)件（圖13）。

支13先預制兩層已預連接且可拆分的預制構(gòu)件

第二步：待混凝土達到拆模強度要求后，把第一層預制構(gòu)件拆分移

開（圖14）o

圖14把第一層預制構(gòu)件拆分移開

第三步：支頂循環(huán)系統(tǒng)下降，把第二層預制構(gòu)件降下來（圖15）。

圖15支頂循環(huán)系統(tǒng)把第二層預制構(gòu)件降下來

第四步：在降下來的第二層預制構(gòu)件之上按第一步的方法預制第三

層預制構(gòu)件（圖16）。

圖16在降下來的第二層構(gòu)件之上預制第三層構(gòu)件

如此循環(huán)往復，逐層預連接、可拆分地預制，就能預制現(xiàn)行系列混

凝土結(jié)構(gòu)規(guī)范所允許（與現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)相同）的任意層數(shù)混凝土結(jié)構(gòu)的全

部預制構(gòu)件。

需要注意幾個重要的問題：

1）劃分的預制構(gòu)件單元要考慮能運得走、吊得起，一般控制在200kN

以內(nèi)；

2）劃分預制單元的分縫寬度要合適，一般控制在230niiir300nini；

3）鋼筋的連接端頭設(shè)在分縫的中間；

4）本層預制構(gòu)件的混凝土在澆筑之前，就要用套筒對鋼筋進行預連

接；

5）在拆開預制構(gòu)件前，要對預制構(gòu)件進行編號；

6）在拆移、運輸及吊裝預制構(gòu)件過程中，不要過度碰撞鋼筋端頭。

3.2全裝配式的完整安裝方法

立體預制-全裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的預制構(gòu)件是經(jīng)過預裝配的，每一

個預制構(gòu)件都是唯一的，因此要嚴格按照構(gòu)件出廠編號進行安裝。

3.2.1豎向預制構(gòu)件的安裝

第一步：在基礎(chǔ)施工時，預留基礎(chǔ)中與柱子、剪力墻或核心筒等

豎向構(gòu)件交接部位的“杯口”，基礎(chǔ)以上結(jié)構(gòu)安裝時，先將底端帶有

插筋的最下端豎向預制構(gòu)件安裝就位，使用輔助工具將其調(diào)平，而后

校正、固定并復核其位置，最后澆筑全部交接部位的“杯口”混凝土。

第二步:將由下至上第二段豎向預制構(gòu)件按照出廠編號吊裝就位（圖

17、圖18）o

圖17框架結(jié)構(gòu)的豎向構(gòu)件安裝

圖18瓦力堵及筒體結(jié)構(gòu)的豎向構(gòu)件安裝

第三步：塔吊配合下，使用專門的支承調(diào)平器將其支承與調(diào)平，并

校正、固定、復核其位置（圖19）o

個

二

承

支

平

調(diào)

圖19支承調(diào)平器的支承與調(diào)平

透

一

明

的

模

板

凝土

性混

筑特

筒澆

建鋼

和灌

模板

透明

采用

圖20

裝。

的安

構(gòu)件

預制

豎向

一層

成第

可完

，即

五步

以上

通過

五步進

四、

三、

二、

照第

均按

件，

制構(gòu)

向預

的豎

各層

以上

層及

第二

裝。

行安

安裝

件的

制構(gòu)

平預

2水

3.2.

構(gòu)

制水平

，將預

成后

裝完

部安

件全

制構(gòu)

向預

的豎

一層

在同

步：

第一

狀態(tài)

自由

裝的

件吊

在構(gòu)

位，

裝就

號吊

廠編

照出

）按

樓板

梁和

包括

件（

）。

圖22

1、

（圖2

套筒

鋼筋

連接

工具

專用

使用

下，

蠶21水平構(gòu)件連接前

圖22水平構(gòu)件連接后

第二步：使用臨時支撐將其支穩(wěn)（圖23、圖24）。

圖23框架結(jié)構(gòu)的水平構(gòu)件安裝

圖24翦力堵結(jié)構(gòu)的水平構(gòu)件安裝

第三步：在安裝縫處封裝普通模板、澆筑高于預制構(gòu)件強度等級的

高性能微膨脹混凝土，完成該層水平構(gòu)件的安裝。

各層水平預制構(gòu)件，均可按照以上三步進行安裝。

4、立體預制-全裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵核心技術(shù)

為了使裝配式混凝土結(jié)構(gòu)建成后，即使在重大自然災害面前依然整

體可靠、現(xiàn)場安裝時方便快捷，在經(jīng)歷了38年的裝配式建筑知識和經(jīng)

驗積累的基礎(chǔ)上，本文將機械工程前沿技術(shù)與建筑工程綜合技術(shù)緊密

結(jié)合，用4年的時間集中研發(fā)，完成了簡單實用的立體預制?全裝配

式混凝土結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵核心技術(shù)，簡單介紹如下。

4.1實用新型“具有粗牙螺紋大頭和套筒的鋼筋連接件”

本實用新型除可靠性強、方便快捷之外，最主要是它在連接時只需

要轉(zhuǎn)動套筒，能夠解決預制混凝土結(jié)構(gòu)中被連接鋼筋既不可轉(zhuǎn)動且沿

鋼筋軸線方向也不可移動的技術(shù)難題，是“立體預制-全裝配式混凝

土結(jié)構(gòu)”可預連接、可拆分、可安裝的關(guān)鍵（圖25、圖26）。

擋止一ruwirm套筒

連接前

鋼筋螺紋大頭

圖25嘿紋大頭和套筒的鋼筋連接狀態(tài)1

鋼筋螺紋大頭

圖26噱紋大頭和套筒的鋼筋連接狀態(tài)2

4.2發(fā)明“一種混凝土預制水平構(gòu)件連接方法”

通過本發(fā)明制作的混凝土預制水平構(gòu)件能夠保證各螺紋大頭順利配

型對位，既能通過套筒對預制構(gòu)件的鋼筋進行預連接，又可以將預制

構(gòu)件拆開并再次連接。它填補了沿軸線方向不移動混凝土預制水平構(gòu)

件下快速并可靠連接的領(lǐng)域空白，這是裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的嶄新發(fā)展

（圖27、圖28）o

圖28預制水平構(gòu)件連接方法狀態(tài)2

4.3實用新型“一種用于立體預制全裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的支頂循環(huán)

系統(tǒng)”

通過多組油缸千斤頂、轉(zhuǎn)換支托和可升降的預制平臺，可以實現(xiàn)“立

體預制?全裝配式混凝土結(jié)構(gòu)”由下至上循環(huán)進行預制，實現(xiàn)本層水

平構(gòu)件之間和上下層豎向構(gòu)件之間的預連接，可以預制任意層數(shù)直至

設(shè)計項目最高層。

圖29為本實用新型支頂循環(huán)系統(tǒng)的機構(gòu)原理示意圖，圖30為本實

用新型轉(zhuǎn)換支托大樣示意圖。

活動支托1上層預制平臺

油缸上段

卜層便制平分

可收縮

轉(zhuǎn)換支托

圖29支頂循環(huán)系統(tǒng)機構(gòu)原理

圖30轉(zhuǎn)換支托大樣

該技術(shù)所形成的設(shè)備包含實用新型和發(fā)明專利，結(jié)構(gòu)比較復雜但使

用比較簡單。

5、試驗工程實例

本試驗工程選取Emma游泳池作為實例。工程雖小，但一應俱全-

具有混凝土結(jié)構(gòu)的柱、墻、梁、板等所有構(gòu)件（圖31）。以此實例證

明“立體預制?全裝配式混凝土結(jié)構(gòu)”可預制、可拆分、可安裝，也

具體證明其具有的可靠性和方便性。

圖31Emma游泳池

該工程首先按照現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)進行理論計算（7