基于高抗震性能要求的裝配式主次梁節(jié)點施工工法

基于高抗震性能要求的裝配式主次梁節(jié)點施工工法基于高抗震性能要求的裝配式主次梁節(jié)點施工工法1.前言近年來，預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)逐漸成為建筑業(yè)發(fā)展的重要方向。在裝配式建筑中，各個構(gòu)件之間是通過節(jié)點連接而成，因此選擇一個恰當?shù)倪B接方式不僅能使施工更加快速便捷，更是對其整體結(jié)構(gòu)安全性起著至關(guān)重要的影響。其中，梁節(jié)點是裝配式抗震性能研究的重點與難點。因此，本研究結(jié)合次梁的受力特點在滿足高抗震性能的前提下，將主次梁節(jié)點處的鋼筋優(yōu)化為90度彎折錨固，形成一種新型主次梁節(jié)點連接方式，并成功應(yīng)用在廣州華南理工大學(xué)B地塊的裝配式結(jié)構(gòu)施工中，取得了顯著的社會效益和經(jīng)濟效益，可為類似裝配式項目中的主次梁連接方式提供參考。2.工法特點2.1施工過程無需使用水平套筒灌漿或鋼結(jié)構(gòu)連接，易于操作，對施工人員的專業(yè)素養(yǎng)要求較低，施工速度快工期較短，預(yù)制梁構(gòu)件中主次梁節(jié)點處的接頭鋼筋于現(xiàn)場安裝而非預(yù)制，提高了運輸過程中的便利性。2.2將現(xiàn)澆段設(shè)于次梁梁端而不是主次梁相交處，一方面利用了梁端受壓的力學(xué)特征，另一方面又確保了預(yù)制主梁的完整性，將主次梁鋼筋搭接段優(yōu)化為90度彎折錨固，節(jié)點牢靠，其連接性能等同于現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)的效果，抗震性能優(yōu)于一般鉸接接頭，適用于高抗震等級的建筑。2.3現(xiàn)澆段長度僅為400mm，在滿足抗震性能的同時大幅度地提高了梁構(gòu)件的預(yù)制率。3.適用范圍本工法適用于各類裝配式建筑中主次梁節(jié)點的連接?；诟呖拐鹦阅芤蟮难b配式主次梁節(jié)點施工工法4.工藝原理4.1技術(shù)說明該建筑設(shè)計要求結(jié)構(gòu)抗震等級達到一級標準，主次梁連接節(jié)點應(yīng)設(shè)置成剛接，即采用后澆節(jié)點。圖4.1.1和圖4.1.2分別為預(yù)制主，次梁的構(gòu)件圖，預(yù)制主梁為完整預(yù)制構(gòu)件，主梁構(gòu)件的側(cè)面預(yù)留了兩個連接端面用于安裝接頭鋼筋，接頭鋼筋于一樓平面通過螺紋套筒做現(xiàn)場安裝，90度彎折段待安裝好后再用液壓鋼筋彎折機做彎折，水平搭接長度為370mm。利用梁支座處受壓者一力學(xué)特征，將節(jié)點現(xiàn)澆段設(shè)于預(yù)制次梁端部400mm范圍內(nèi)。既能提高梁的預(yù)制率又滿足了節(jié)點連接處的抗剪強度，其連接性能等同于現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)的效果。節(jié)點連接牢靠，無需水平套筒灌漿連接或鋼結(jié)構(gòu)連接，且抗震性能優(yōu)于一般鉸接連接接頭，適用于高抗震等級的建筑。圖4.1.1預(yù)制主梁構(gòu)件圖基于高抗震性能要求的裝配式主次梁節(jié)點施工工法圖4.1.2預(yù)制次梁構(gòu)件及主次梁節(jié)點圖4.2相較于常規(guī)裝配式主次梁現(xiàn)澆節(jié)點做法的施工工藝之比對圖4.2.1為一種常規(guī)的裝配式主次梁接頭做法，其現(xiàn)澆區(qū)域位于主次梁相交處，此時節(jié)點位于主梁的受拉區(qū)。相較之下，本工法的現(xiàn)澆段位于次梁梁端，即現(xiàn)澆節(jié)點位于次梁的受壓區(qū)域，充分利用混凝土的受壓性能。該受力條件下對鋼筋要求更低，更偏保守，且本工法中主梁皆為完整的預(yù)制構(gòu)件，整體性更好，減少預(yù)制與現(xiàn)澆之間的界面問題，避免在主梁的現(xiàn)澆節(jié)點中產(chǎn)生弱面的問題，抗震性能更強。基于高抗震性能要求的裝配式主次梁節(jié)點施工工法圖4.2.1常規(guī)主次梁連接節(jié)點做法示意圖（主次梁相交處設(shè)后澆段）如圖4.2.2所示，為裝配式主次梁節(jié)點常規(guī)做法中次梁端設(shè)現(xiàn)澆段的做法示意圖，這種做法的次梁梁底縱向鋼筋采用水平套筒灌漿連接。由下列公式（12）和（3）可知，若將該常規(guī)做法應(yīng)用于本項目，則次梁端部的現(xiàn)澆長度需大于等于1586.25mm。相較之下，本工法所提出的新型主次梁接頭中利用梁支座處受壓這一力學(xué)特征，改進預(yù)制主梁和預(yù)制次梁的連接方式，通過上部受壓鋼筋連續(xù)貫通、下部鋼筋彎折錨固和現(xiàn)澆混凝土構(gòu)成的節(jié)點連接形式，使得現(xiàn)澆段長度僅為400mm，降低為傳統(tǒng)做法的四分之一，且施工過程中無需使用到水平套筒做灌漿連接，比起常規(guī)做法施工更加簡單快捷。基于高抗震性能要求的裝配式主次梁節(jié)點施工工法lh1laEaE ζ1：縱向鋼筋搭接長度修正系數(shù)laE：抗震錨固長度ζaElaE：抗震錨固長度修正系數(shù)lab：受拉鋼筋基本錨固長度4.3相較于傳統(tǒng)現(xiàn)澆建筑中主次梁節(jié)點抗震性能之比對滯回曲線是結(jié)構(gòu)在循環(huán)反復(fù)荷載作用下的力與變形的曲線，在結(jié)構(gòu)構(gòu)件彈塑性分析中起著至關(guān)重要的參考作用，可為梁構(gòu)件的抗震性能提供有力依據(jù)。為探討本施工工藝中預(yù)制主次梁節(jié)點與整體現(xiàn)澆式節(jié)點抗震性能的差異，基于大型有限元分析軟件ABAQUS分別建立了錯誤！未找到引用源。所示的新型裝配式主次梁接頭與圖4.3.2所示的現(xiàn)澆主次梁節(jié)點，于次梁末端進行往復(fù)位移的加載試驗，如圖4.3.3中箭頭示意位置。圖4.3.4為加載的位移歷時圖。最后通過比對兩者節(jié)點處的滯回曲線從而對其抗震性能作出研判。圖4.3.5和圖4.3.6分別為預(yù)制裝配式端節(jié)點和現(xiàn)澆式端節(jié)點的滯回曲線，由（1）隨著位移荷載的不斷增加，試件所包圍的面積也在增加，表明梁構(gòu)件的耗能隨著位移荷載的增加而增大。（2）隨著往復(fù)位移回合數(shù)的增加和每回合內(nèi)位移的增加使得構(gòu)件的承載力相比初期階段有明顯的下降趨勢，這是因為鋼筋混凝土次梁在往復(fù)荷載的作用下導(dǎo)致剛度降低，承載力下降，于是構(gòu)件開始趨向破壞。（3）通過比對預(yù)制裝配式端節(jié)點和現(xiàn)澆式端節(jié)點的滯回曲線，發(fā)現(xiàn)：滯回曲線的特征基本相似，可認為兩者有著相似的耗能能力以及抗震效果。綜上所述，本裝配式施工工藝中主次梁節(jié)點的抗震性能等同于整體現(xiàn)澆式節(jié)基于高抗震性能要求的裝配式主次梁節(jié)點施工工法圖4.3.1新型裝配式主次梁接頭鋼筋籠基于高抗震性能要求的裝配式主次梁節(jié)點施工工法圖4.3.3有限元模型示意圖基于高抗震性能要求的裝配式主次梁節(jié)點施工工法基于高抗震性能要求的裝配式主次梁節(jié)點施工工法5.工藝流程及操作要點預(yù)制梁吊裝梁端對中固定5.1工藝流程預(yù)制梁吊裝梁端對中固定支撐搭設(shè)支撐綁扎鋼筋澆筑混凝土支撐綁扎鋼筋澆筑混凝土拆除模板支撐圖5.1.1施工工藝流程圖圖5.1.2主次梁連接工序圖5.1.3主次梁節(jié)點現(xiàn)場照片5.2操作要點（1）支撐搭設(shè)預(yù)制梁安裝前，應(yīng)根據(jù)構(gòu)件的重量，尺寸，標高等參數(shù)在梁底設(shè)置合理間距和步距的支撐架從而防止在施工過程中由于梁構(gòu)件發(fā)生過大撓度變形導(dǎo)致的構(gòu)件損壞。為避免支撐搭設(shè)過程中支撐位置偏差引起的應(yīng)力集中，如圖5.2.1和圖5.2.1所示，本項目采用聯(lián)排式而非獨立支撐，從而提高支撐與支撐之間的整體性降低因受力不均而對支撐以及構(gòu)件造成不利影響的可能?；诟呖拐鹦阅芤蟮难b配式主次梁節(jié)點施工工法（2）預(yù)制梁吊裝吊裝前應(yīng)根據(jù)梁構(gòu)件的重量，長度以及安放位置等因素合理選擇起重吊裝機械。起重吊點由于構(gòu)件上設(shè)置的吊點一致，不得直接在構(gòu)件鋼筋上進行施吊，如圖5.2.3所示，吊裝時鋼絲繩與構(gòu)件夾角不小于45°,若現(xiàn)場無法滿足夾角要求時應(yīng)設(shè)置吊裝扁擔。圖5.2.4、圖5.2.5和圖5.2.6為預(yù)制梁構(gòu)件吊裝現(xiàn)場照片?；诟呖拐鹦阅芤蟮难b配式主次梁節(jié)點施工工法（3）預(yù)制梁定位如圖5.2.7所示，預(yù)制梁安放前需對梁底高程進行復(fù)核，通過放置墊片和調(diào)節(jié)支撐架頂層的可調(diào)螺桿，保證與設(shè)計高程一致。將次梁端部出筋位置與主梁側(cè)面的出筋位置對中，確保安裝位置無誤?；诟呖拐鹦阅芤蟮难b配式主次梁節(jié)點施工工法（4）綁扎主次梁接頭鋼筋及支模如圖5.2.8所示，當主次梁吊裝完成后，按照設(shè)計圖紙的配筋信息在接頭處放置箍筋，安放完畢后，在主次梁連接節(jié)點處以木板封模?；诟呖拐鹦阅芤蟮难b配式主次梁節(jié)點施工工法（5）澆筑混凝土第一步，清理主次梁接頭處模板內(nèi)的雜物。第二步，潤濕模板。第三步，澆筑混凝土。第四步，充分振搗。第五步，保濕養(yǎng)護混凝土。（6）拆除模板支撐待澆筑的混凝土達到設(shè)計強度后拆除支撐和模板。拆除模板時應(yīng)遵循規(guī)范要求，嚴禁硬砸硬撬。拆除的模板和支撐應(yīng)輕拿輕放，分類碼放。6.材料與設(shè)備本技術(shù)采用的主要設(shè)備見表6.1。名稱規(guī)格型號數(shù)量2注漿機2全站儀1墨線儀4對講機6卷尺平板車3車頭、8平板液壓鋼筋彎折機27.質(zhì)量控制7.1質(zhì)量控制標準（1）《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標準》GB50068-2018；（2）《建筑工程抗震設(shè)防分類標準》GB50223-2008；（3）《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》GB50011-2010（2016年版）；（4）《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009-2012；（5）《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》GB50010-2010（2015年版）；（6）《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ3-2010；（7）《廣東省高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》DBJ15-92-2013；（8）《廣東省裝配式建筑評價標準》DBJ/T15-163-2019；（9）《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計規(guī)范》GB/T50476-2008；（10）《裝配式混凝土建筑結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》DBJ15-107-2016。基于高抗震性能要求的裝配式主次梁節(jié)點施工工法7.2施工控制（1）做好專業(yè)工種施工勞動力組織，選擇和培訓(xùn)熟練構(gòu)件安裝技術(shù)工人，按照各種工種的特點和要點，加強安排與落實。（2）落實施工前期工作，包括材料采購、PC構(gòu)件預(yù)制、現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)模板及支架、PC構(gòu)件安裝臨時支架、構(gòu)件運輸及儲存用支架，接縫防水材料等。（3）切實加強與建設(shè)單位、設(shè)計單位、PC構(gòu)件預(yù)制單位的聯(lián)系，及時加強溝通與信息聯(lián)系。（4）施工前，堅持樣板引路制度，讓施工人員了解PC項目的特點和要點，正式施工時，有一個參照和試樣概念。（5）堆場進行分塊管理，PC構(gòu)件均堆置在建筑物北側(cè)及西側(cè)的堆場，做好構(gòu)件堆放順序的管理，現(xiàn)場堆置順序應(yīng)與施工吊裝順序相符。（6）做好現(xiàn)場堆放構(gòu)件用專用支架的擺放工作，做到整潔有序，同時不影響吊裝作業(yè)，還要符合相關(guān)安全要求。8.安全措施8.1預(yù)制構(gòu)件的堆放（1）堆放構(gòu)件的場地應(yīng)平整堅實并保持排水良好。堆放構(gòu)件時應(yīng)使構(gòu)件與地面之間留有空隙，堆垛之間宜設(shè)置通道，必要時應(yīng)設(shè)置防止構(gòu)件傾覆的支撐架。（2）堆放構(gòu)件時應(yīng)保證最下層構(gòu)件墊實，預(yù)埋吊環(huán)向上，標志向外。墊木或墊塊在構(gòu)件下的位置宜與脫模、吊裝時的起吊位置一致。重疊堆放構(gòu)件時，每層構(gòu)件間的墊木或墊塊應(yīng)在同一垂直線上。堆垛層數(shù)應(yīng)根據(jù)儲存場地的地基承載力和構(gòu)件、墊木或墊塊的強度及堆垛的穩(wěn)定性確定。（3）預(yù)制梁堆置時，高度亦不可超過2層，且高度不宜超過2.0m。實心梁須于兩端02L～0.25L間墊上木頭。8.2預(yù)制構(gòu)件的吊裝（1）吊裝前應(yīng)仔細檢查吊具、吊點與吊耳是否正常，若有異物充填吊點應(yīng)立即清理干凈，每周檢查鋼絲繩不少于一次，施工中若有異常擦傷，應(yīng)立即檢查鋼絲繩是否受傷。（2）吊裝作業(yè)時，建筑物周圍設(shè)置警戒區(qū)，如圍欄或樹立警戒標志，地面基于高抗震性能要求的裝配式主次梁節(jié)點施工工法設(shè)有專人指揮，嚴禁非作業(yè)人員入內(nèi)，起重臂和重物下方應(yīng)凈空，嚴禁有人進入、停留或通過，避免交叉作業(yè)。（3）構(gòu)件吊裝過程中，安排一名安全員進行安全動態(tài)管理，三名專職技術(shù)人員，一名用水平儀進行水平觀察，一名用經(jīng)緯儀對構(gòu)件的垂直度進行觀察指揮，還有一名施工技術(shù)員進行現(xiàn)場吊裝總指揮，以便監(jiān)測監(jiān)控。（4）構(gòu)件在吊運和安裝過程中，都必須配備司索信號工，對混凝土構(gòu)件進行移動、吊升、停止、安裝時的全過程應(yīng)用遠程通訊設(shè)備進行指揮，信號不明不得吊運和安裝。（5）起吊瞬間應(yīng)停頓15秒，測試吊具與塔吊是否異常，確保構(gòu)件處于平衡狀態(tài)后，方可繼續(xù)爬升。異型構(gòu)件，必須設(shè)計平衡用的吊具或配重，達到平衡狀態(tài)后方可提升。（6）在吊裝回轉(zhuǎn)、俯仰吊臂、起落吊鉤等動作前，應(yīng)鳴聲示意，吊裝時要遵循“慢起、快升、緩降”原則，吊運過程應(yīng)平穩(wěn)，不應(yīng)有大幅度擺動，不應(yīng)突然制動?；剞D(zhuǎn)未停穩(wěn)前，不得做反向操作。（7）構(gòu)件應(yīng)采用垂直吊運，鋼索及構(gòu)件的夾角應(yīng)60o以上，嚴禁采用斜拉、斜吊。（8）構(gòu)件必須加掛牽引繩，以利作業(yè)人員拉引，吊起的構(gòu)件應(yīng)及時安裝就位，不得懸掛在空中。（9）預(yù)制構(gòu)件安裝應(yīng)按施工順序?qū)μ柧臀粦?yīng)遵守保持平穩(wěn)，就位后，立即將構(gòu)件的拉桿或支撐焊牢或錨固，再進行構(gòu)件位置校正，構(gòu)件校正采用鋼釬輔助，待位置校正后，方可摘鉤，禁止使用手、腳進行構(gòu)件校正，禁止站在構(gòu)件邊沿探身推拉構(gòu)件。（10）吊裝過程中隨時根據(jù)進度情況合理調(diào)整兩臺塔吊的吊裝順序，盡量避免交叉作業(yè)。確實有交叉時，輪流錯開兩臺塔吊吊裝構(gòu)件的時間，并對塔吊司機、司索做好交底。8.3臨邊防護及上下梯設(shè)置（1）邊梁及開口梁在預(yù)制構(gòu)件吊裝前，于地面安裝好剛性欄桿，高度不小于1.2米。其他主梁在吊裝前拉安全母索。基于高抗震性能要求的裝配式主次梁節(jié)點施工工法（2）其他梁安全欄桿設(shè)置圖吊裝過程中的上下通道，擬采用配2臺人字梯靈活使用。另現(xiàn)場視空間情況采用腳手管搭設(shè)上下樓梯，通道采用腳手板，并固定牢靠。9.環(huán)保措施9.1揚塵控制PC構(gòu)件運輸過程中，應(yīng)保持車輛的整潔，防止對道路的污染，減少道路揚塵。大件運輸中灑落于道路的渣粒、散落物、輪胎帶泥等，經(jīng)車輛碾壓后形成粒徑較小的顆粒物進入空氣，形成揚塵，要加以防治。9.2污水控制在施工現(xiàn)場應(yīng)加強對廢水、污水的管理，現(xiàn)場應(yīng)設(shè)置污水池和排水溝。廢水、廢棄涂料、膠料應(yīng)統(tǒng)一處理，嚴禁未經(jīng)處理而直接排入下水管道。施工現(xiàn)場廢水、污水的不經(jīng)處理排放，會導(dǎo)致水質(zhì)和沉積物的物理、化學(xué)性質(zhì)或生物群落發(fā)生變化，影響正常生產(chǎn)、生活以及生態(tài)系統(tǒng)平衡的現(xiàn)象。9.3噪聲控制在PC結(jié)構(gòu)施工期間，應(yīng)嚴格控制噪聲，遵守《建筑施工場界噪聲限值》（GB12523-2011）的規(guī)定。噪聲污染具有暫時性、局限性和分散性，《中華人民共和國環(huán)境噪聲污染防治法》指出：在城市市區(qū)范圍內(nèi)向周圍生活環(huán)境排放建筑施工噪聲的，應(yīng)當符合國家規(guī)定的建筑施工場界環(huán)境噪聲排放標準。9.4光污染控制在夜間施工時，應(yīng)避免光污染對周邊居民的影響。建筑施工常見的光污染主要是可見光。夜間現(xiàn)場照明燈光、汽車前照燈光、電焊產(chǎn)生的強光等都是可見光污染?？梢姽獾牧炼冗^高或過低，對比過強或過弱時，都有損人體健康。10.效果與效益分析10.1施工效果相較于常規(guī)的裝配式主次梁接頭，本項技術(shù)利用梁支座處受壓這一力學(xué)特征，改進預(yù)制主梁和預(yù)制次梁的連接方式，通過上部受壓鋼筋連續(xù)貫通、下部鋼筋彎折錨固和現(xiàn)澆混凝土構(gòu)成的節(jié)點連接形式，使預(yù)制主梁和預(yù)制次梁連接性能基于高抗震性能要求的裝配式主次梁節(jié)點施工工法達到等同于現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)的效果，節(jié)點連接牢靠，無需水平套筒灌漿連接，節(jié)省材料，降低造價，施工簡單快捷。并且節(jié)點連接整體性好，具有優(yōu)越的抗震性能，顯著提升其工業(yè)化效率，并可以實現(xiàn)通用化，標準化。10.2社會效益本工法通過改進預(yù)制主梁和預(yù)制次梁的連接方式，結(jié)合次梁端部的受力特點及滿足高抗震性能的前提下，將主次梁鋼筋搭接段優(yōu)化為90度彎折錨固，形成了一種新的接頭連接方式。既能提高梁的預(yù)制率又滿足了節(jié)點連接處的抗剪強度，其連接性能達到等同于現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)的效果。其節(jié)點連接牢靠，無需水平套筒灌漿連接或鋼結(jié)構(gòu)連接，且抗震性能優(yōu)于一般鉸接連接接頭，適用于高抗震等級的建筑。整個過程操作簡單，速度快僅需幾名技術(shù)人員可以完成主次梁節(jié)點的施工，人力物力投入少，提高了施工效率。同時該成果獲得了業(yè)主、監(jiān)理的一致好評。10.3經(jīng)濟效益高抗震性能要求的裝配式主次梁節(jié)點施工技術(shù)結(jié)合了次梁端部的受力特點及滿足高抗震性能的前提下，改進預(yù)制主梁和預(yù)制次梁的連接方式，通過上部受壓鋼筋連續(xù)貫通、下部鋼筋彎折錨