新型钢筋混凝土叠合结构体系及其改进技术.pdf

2 0 1 2年 第 1 0期 (总 第 2 7 6期 ) Nu mb e r 1 0 i n 2 0 1 2 ( T o t a l No 2 7 6 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 实用技术 PRACT I CAL TECHNOLoGY d o i ： 1 0 3 9 6 9 0 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 2 1 0 0 4 0 新型钢筋混凝土叠合结构体系及其改进技术 王滋军 ，翟文豪 1 I 2 。刘伟庆 ，王字 1 ,2 ( 1 南京工业大学 土木工程学院，江苏 南京 2 1 0 0 0 9 ；2 江苏省绿色建筑工程技术研究中心，江苏 南京 2 1 0 0 0 9 ) 擒要： 介绍了一种新型钢筋混凝土叠合结构体系的构造及其保温性能、 抗震性能。 结合该体系的薄弱环节阐述了相应的改进技术， 使 新型钢筋混凝土叠合结构体系更加完善， 为该体系的推广应用提供依据。 关键词： 叠合剪力墙 ；节能结构；抗震性能 中图分类号 ： T U5 2 8 5 7 1 文献标志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 2 ) t 0 0 1 2 8 0 4 Ne w t yp e of RC c ompo sit e s t r uc t ur a l s ys t e m a nd i t s i mpr o ve t e chn ol ogy WANGZ i - j u n ， ZH A We n - h a o 1 ,2 9 L U We i q i n g ， WAN GY u ( 1 C o l l e g e o f C i v i l E n g i n e e r i n g ， N a n j i n g U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ， N a n j i n g 2 1 0 0 0 9 ， C h i n a ； 2 Gr e e nB u i l d i n gR e s e a r c hCe n t e r o f J i a n g s uP r o v i n c e ， Na n j i n g 2 1 0 0 0 9 ， C h i n a ) Abstr a ct：A n e w t y p e o f RC c o mp o s i t e s t r u c t u r a l s y s t e m wa s intr o d u c e d， a n d i t s e n e r gy e ffi c i e n c y p r o p e r t y a n d s s mi c be h a v i o r we r e i n to d u c e d t o o Ma n y i mp r o v e ment s o f R C c o mp o s i t e s t r u c t u r a l s y s t e m s u c h a s j o i n t c o n n e c t i o n ， i n s u l a t i o n b a l c o i a y a n d S O O n wc ic p u t f o r wa r d T h e s e i mp rov e me n t s c o u l d p r o mo t e t he a pp l i c a t i o n o fthe n e w t y p e o f RC c o mp o s i t e s t r u c t u r a l s ys t e m Ke y wo r ds ： c o mp o s i t e s h e ar wa l l ； e n e r gy - s a v ing s t r u c t u r e； s e i s mi c b e h a v i o r 0 引言 随着生产力的急速发展， 世界各国的能源消耗量也越来越 高， 世界能源需求量以每年 2 的比率增长， 而这些能源大约有 3 0 消耗在建筑上。 在我国， 建筑能耗连同围护结构材料生产能 耗占到全国能源消耗总量的 2 7 6 ， 并将随着人民生活水平的 提高逐步增加到 3 3 以上 1 - 3 1 。 我国国民经济和社会发展第十二 个五年规划对节能， 特别是建筑节能提出了具体的要求 ， 抑制 高耗能产业过快增长， 突出抓好建筑等领域节能， 完善能效标 识、 节能产品认证和节能产品政府强制采购制度， 推广先进节 能技术和产品等。 建筑能源消耗的不断增加以及政策的催动， 凸显了发展节 能建筑结构体系的重要性和紧迫性。 本文介绍了一种新型钢筋 混凝土叠合结构体系的构造及其保温性能、 抗震性能 ， 并结合 该体系的薄弱环节阐述了相应的改进技术， 以提高我国建筑的 节能环保性能和工业化程度。 1 钢筋混凝土叠合结构体 系 钢筋混凝土叠合结构体系是由叠合楼( 屋) 盖、 叠合墙板组 成 ， 属于剪力墙结构。 叠合楼( 屋 ) 盖由预制楼( 屋) 面板、 现浇钢 筋混凝土层、 钢筋支架以及有( 无) 保温板构成 ， 如图 1 所示。 叠 合屋面板是在叠合楼板做法的基础上增加保温隔热措施， 做法 类似普通屋面板保温层。 叠合墙板按不同的作用和构造， 分为外 部剪力墙和填充墙、 内部剪力墙和填充墙四种。 外墙由内、 外侧 不等厚的预制混凝土板、 保温板和钢筋支架组成， 如图 2所示。 外部剪力墙和填充墙的区别在于， 剪力墙在空腔内配置双向钢 筋并浇筑混凝土， 承受竖向与水平荷载 ， 填充墙则仅在墙板顶 部配置暗梁承担荷载。 内墙由两层等厚的预制混凝土板与钢筋 支架组成， 如图3所示。 内部剪力墙和填充墙的区别在于， 剪力 墙在空腔内浇筑混凝土， 承受竖向与水平荷载， 填充墙则仅在 墙板顶部配置暗梁承担荷载。 楼板( 屋面板) 内钢筋支架 由一根 上弦钢筋、 两根下弦钢筋组合构成等腰三角形， 上下弦杆之间 由斜向腹筋焊接相连。 墙板内钢筋支架由两根下弦钢筋 、斜向 腹筋焊接而成 。 如图 4 、 5 所示。 现浇钢筋混凝土层 预制楼( 屋) 面板 图 1 叠合楼板构造 图 一 i ； 、 一 预 制 混 凝 土 板 l 墙 体空 腔 ! 保 温 板 l ， 预制 混 凝土 板 ； 瞳 图 2 外墙构造图 收稿 日期 ：2 0 1 2 - 0 4 1 8 基金项目：江苏省自然科学基金项目( B K 2 0 0 8 3 7 7 ) ； 江苏省绿色建筑工程技术研究中心资助项目( 2 0 0 9 ) ； 江苏省建设厅项目( J S 2 0 0 9 Z B 0 4 ) ； 南京工 业大学青年教师学术基金( 3 9 7 1 3 0 1 5 ) 1 28 、 预制 混凝 土板 、 墙体 空腔 、 ， 预制混 凝土板 、 、 = 图 3内墙构造图 图 4 楼 ( 屋 ) 面板 内钢筋支架详图( 单位 ： mm) 图 5 墙板 内钢筋支架详图( 单位 ： mm) 钢筋混凝土叠合结构体系预制叠合墙板和叠合楼( 屋 ) 盖 在现场拼接， 施工现场仅需支少量模板 、 配置少量钢筋和浇筑 部分混凝土 ， 施工进度快、 操作人员劳动强度低、 对周边环境影 响小。 现场施工过程为 ： 现场吊装就位一楼板下设可靠支撑一 配置必要的构造钢筋一浇筑墙板中间、 楼板上层混凝土一形成 整体2 - 4 。 1 1 叠合墙板的节能性能 根据有关计算 ， 该结构体系墙体保温构造措施满足 江苏 省居住建筑热环境和节能设计标准 夏热冬冷地区墙体节能6 5 的要求， 即外墙内采用 5 0 I n l n厚 E P S 保温板能够满足国家标准 有关建筑节能的要求f 2 - 3 1 。 1 2抗震 性 能 课题组进行 了 l 2片新型叠合剪力墙和与 5片之相对 比 的普通 现浇混 凝 土剪力 墙试 件的抗 震性 能试 验研究 ， 研究 了 叠合剪力墙的破坏形态、 滞回特性、 变形能力、 刚度退化、 耗能 能力 ， 并与普通剪力墙的受力性能进行对比分析， 同时还考察 剪式支架 ( 或“ 格构式 钢筋 ” ) 能否保证现 浇混凝土 与预制部分 形成整体， 共同工作， 为节能环保型钢筋混凝土叠合剪力墙结 构体系的设计及工程应用提供依据。 试验结果表明： 叠合剪力 墙与整体叠合剪力墙 以及普通剪力墙 的受力过程、 破坏模式 基本相同， 各抗震性能指标如滞 回曲线、 骨架曲线、 刚度退化、 延性、 耗能性能等均相近 ； 所有叠合墙体的预制面层与现浇混 凝土之间的叠合面均未出现竖向劈裂裂缝 ， 并且通过试验所 得的各项指标均表明剪式支架能保证叠合墙体的预制部分与 现浇混凝土形成整体协同工作， 承受外部荷载； 无洞叠合剪力 墙试件 的预制部分与底梁之间的座浆层是墙片的薄弱部位 ； 开洞叠合剪力墙试件中保温层外侧的预制面层能够一定程度 上参与受力 ， 能够提高含保温层的开洞叠合剪力墙的极限承 载力 ， 并能够降低该墙体的刚度退化 ； 水平拼接叠合剪力墙 的承载能力不低于整体叠合剪力墙， 表明水平拼接节点构造 合理 ， 能够使所拼接的叠合剪力墙形成整体共同受力 ， 实际 工程应用 中完全可 以按运输及 吊装要求减小单块预制墙体 的尺 寸_ 5 1 2 】 。 2改进技 术 众所周知， 建筑节点是保温隔热的薄弱环节， 容易发生冷 ( 热 ) 桥现象， 并且节点的连接强度直接影响到建筑的抗震性能 及其整体性。 在课题组前期研究中发现， 实际应用 中因剪力墙 预制部分钢筋和现浇部分钢筋搭接处理困难， 反映在试验中为 试件与底梁的拼接部位 即预制与现浇 的连接部位 ， 造成相对 薄 弱， 需要进行加强处理【 l 3 。 针对该体系的不足之处， 经过研究， 提出以下改进技术。 2 1 对 阳 台的改进 针对建筑节点部位保温隔热的薄弱环节， 具体到阳台部位 保温层不连续， 以致影响叠合结构体系整体保温隔热性能的问 题 ， 课题组发明了一种预制保温阳台及其施工方法， 具体构造 见 图 6 。 阳台栏板 预 制面层 温层 预制 面层 台板 图 6 预制保温阳台构造 图 这种预制保温阳台， 工业化程度高， 能够实现工厂化生产； 阳台保温层内置 ， 阳台保温与建筑同寿命 ， 使用先进的保温层 材能够达到良好的保温效果。 通过阳台板及阳台栏板上布置的 外伸锚固钢筋与主体结构有效连接， 提高阳台的抗震、 抗冲切 能力 。 预制保 温阳 台与楼 板连接部位 可根据需要 设置 暗梁 ， 通 过阳台板上布置的外伸锚固钢筋与楼板梁或暗梁钢筋有效连 接 ， 见图7 。 在阳台与上层墙板连接部位布置约束边缘构件， 通过 阳台栏板上布置的外伸锚固钢筋与约束边缘构件钢筋有效连 接 ， 见图 8 。 这种发明既增强阳台与主体结构的有效连接 ， 提高 阳台的抗震 、 抗冲击能力 ； 又能有效解决叠合结构体系阳台部 分保温层不连续 的问题 ， 改善建筑物的保温效果 。 外 预制 面层 保温 层 内预制 面层 钢筋支架 图 7 预制保温阳台与楼板 连接构造 图 2 2 对 叠合 墙体 水 平接缝 连接 的 改进 针对实际应用中因剪力墙预制部分钢筋和现浇部分钢筋 搭接处理困难， 反映在试验中为试件与底梁的拼接部位即预制 与现浇的连接部位 ， 造成相对薄弱的问题， 课题组发明了一种 钢筋混凝土叠合墙体节点连接结构及施工方法 1 3 q ， 具体构造 见 图 9 。 改进的关键点是在钢筋混凝土叠合墙体水平接缝处设置 1 2 9 图 8 预制保温阳台与墙板板连接构 造图 上层墙体钢筋支架 保 温板 墙体面层 墙体 空腔 上层墙体 缺 口钢筋 预埋钢筋 墙 体面层 筋 层 层 钢筋 图 9 上 、 下叠合墙体节点连接构造 圈 缺口。 叠合墙体水平接缝节点连接时， 绑扎上层墙体缺1：3 钢筋和 预埋钢筋 ， 然后在节点处支模并在墙体空腔和上层墙体缺 口内 浇筑混凝土 ， 即完成叠合墙体水平接缝的连接。 与传统常规的钢筋混凝土叠合墙体节点相比， 这种节点连 接结构在几乎不额外增加建造成本的情况下， 就可使得预制钢 筋混凝土墙体外壳中的钢筋在节点处与现浇混凝土相结合 ， 增 加节点处墙体截面的有效面积， 消除传统常规节点中的薄弱环 节， 充分发挥预制钢筋混凝土墙体外壳的作用， 既提高所拼装 完成的钢筋混凝土叠合墙体的承载能力， 又可提高所拼装完成 的钢筋混凝土叠合墙体的整体性、 抗震性能等， 而且方便施工， 便于检查节点钢筋的连接情况 ， 同时在浇筑混凝土时还能消除 节点连接处现浇混凝土中可能存在的孔洞、 蜂窝麻面等质量缺 陷， 保证钢筋混凝土叠合墙体连接的可靠性。 2 3 对 叠合墙 体 竖向接缝 连接 的 改进 为了进一步增强叠合结构体系墙体的抗震性能， 课题组还 发明了一种钢筋混凝土叠合结构体系墙体节点连接结构及其 施工方法 ， 包括钢筋混凝土叠合墙体的一字型、 L字形、 T字型 和十字型连接， 具体构造见图 1 0 、 1 1 。 改进的关键点是在钢筋混凝土叠合墙体竖向接缝处设置 凹凸缺 口。 叠合墙体竖向接缝节点连接时， 在节点处布置约束 边缘构件， 绑扎竖向接缝两侧墙体分布钢筋 ， 然后在节点处支 模并在墙体空腔和凹凸缺 口内浇筑混凝土， 即完成叠合墙体竖 向接缝 的连接。 与传统常规的钢筋混凝土叠合墙体节点连接相比， 本发明 的结构形式、 节点连接方式独到 ， 几乎不额外增加建造成本， 增 强节点处墙体连接强度， 消除传统常规墙体节点连接中的薄弱 环节， 充分发挥预制钢筋混凝土墙体外壳的作用， 既提高所拼 装完成的钢筋混凝土叠合墙体的承载能力， 又可提高所拼装完 成的钢筋混凝土叠合墙体的整体性 、 抗震性能等 ， 而且方便施 工， 便于检查节点钢筋的连接情况 ， 同时在浇筑混凝土时还能 消除节点连接处现浇混凝土中可能存在的孔洞、 蜂窝麻面等质 量缺陷， 保证钢筋混凝土叠合墙体连接的可靠性。 】 30 外 预制 面层 外预 制面层 图 1 O 叠合墙体 节点构造 图 内预制 面层 凹凸缺 口 图 1 1 叠合墙体一字型节点连接构造图 3结语 新型钢筋混凝土叠合结构体系是在充分考虑建筑节能的 基础上提出的， 将承重 、 保温隔热措施结合在一起， 具有环保节 能性好、 工业化程度高等优点。 通过对阳台保温、 叠合墙体水平 接缝连接和叠合墙体竖向接缝连接的改进 ， 改善了该体系的保 温性能， 解决了叠合墙体竖向和水平向连结的薄弱环节 ， 增强 了该体系的抗震性能和整体性。 有助于推进我国建筑产业向节 能环保、 低能耗和工业化的有利方向发展 ， 应用前景广阔。 参考文献 ： 1 涂逢祥大力掐 挂 建筑节能迫在眉睫【 刀 墙材革新与建筑节能， 2 0 0 4 ( 7 ) 【 2 刘霞 ， 叶燕华 ， 孙仁楼， 等新型钢筋混凝土叠合结构体系研究f J 1 混 凝土 ， 2 0 1 0 ( 7 ) 【 3 刘霞新型 叠合结构体系研究 南京： 南京工业大学， 2 0 1 0 4 王滋军， 刘伟庆 ， 叶燕华， 等 一种适合工业化生产的节能建筑结构 体系： 中国， 2 0 0 9 2 0 0 4 4 9 6 7 4 P 2 0 1 0 - 0 2 2 4 5 】魏威， 叶燕华 ， 王滋军， 等新型钢筋混凝土叠合剪力墙抗震性能研 究f J 1 混凝土， 2 0 1 1 ( 6 ) 【 6 6 魏威 钢筋混凝土拼缝叠合剪力墙抗震性能试验研究【 D J 南京： 南京 工业大学， 2 0 1 1 【 7 】王滋军， 刘伟厌 ， 户吉松 ， 等钢筋混凝土无洞叠合剪力墙低周反复 荷载试验 J 南京工业大学学报： 自然科学版， 2 0 1 1 ( 6 ) 8 1 王滋军， 刘伟庆 ， 卢吉松钢筋混凝土无洞叠合墙体非线性有限元分 析 【 J 】 混凝土 ， 2 0 1 2 ( 1 ) 9 1 卢吉松 节能环保型钢筋混凝土叠合结构体系墙体抗震性能试验研 究 D 南京： 南京工业大学， 2 0 1 0 1 O J 仁楼 开洞叠合剪力墙抗震性能试验研究 D 南京 ： 南京工业大 学， 2 0 1 0 【 1 1 王滋军， 刘伟厌， 魏威 ， 等 冈 筋混凝土水平拼接叠合剪力墙抗震性 能试验研究l J l _建筑结构学报， 2 0 1 2 ， 3 3 ( 7 ) 1 2 】 王滋军， 刘伟庆， 叶燕华 ， 等 钢筋混凝土开洞叠合剪力墙抗震性能 上接第 9 1页 量 比较如 图 1 0 、 1 1 。 图 1 0 、 1 1表明动态条件下各材料的吸附效果明显优于静 态吸附。 静态条件下， 沸石在对氨氮的吸附量为 2 4 6 mg k g 、 浮石 对总磷的吸附量为 2 0 2 mg k g ， 而动态条件下沸石对氨氮的吸附 量为 8 2 3 mg &g 、 浮石对总磷 的吸附量 为 4 9 mg &g ， 这 主要是 因 为静态条件下溶液中氮、 磷被大量吸附而得不到补充 ， 致使溶 液中氮、 磷浓度逐渐降低 ， 而动态条件则通过不断补充新的溶 液， 维持进水浓度的稳定 ， 所以达到吸附平衡时， 动态吸附容量 要 明显大 于静态 吸附量 。 3结 论 苟 曲 吕 腻 沸石 浮石 钢渣 砾石 图 1 0 静、 动态条件下各材料对氨氦 的吸附量 0D 吕 删 删 莲 搭 鹄 沸 石 浮石 钢渣 砾石 图 1 1 静、 动态条件下各材料对总磷的吸附量 ( 1 ) 静态试验和动态试验表明： 沸石、 浮石、 钢渣 、 砾石 4种 材料中沸石对氨氮具有很好的吸附效果 ， 在氨氮浓度为 5 mg L 时对溶液中氨氮的吸附量远远高于其他 3种材料； 浮石对总磷 有较好的吸附效果 ， 在总磷浓度为 0 5 m g L时浮石对溶液中总 磷的吸附量明显优于其他 3种材料。 ( 2 ) 动力学研究结果表明： 沸石对氨氮的吸附及浮石对总 磷的吸附均能很好的与 L a g e r g r e n 准二级反应动力学模型( 沸石 的相关系数为 0 9 9 8 ， 浮石的相关系数为 0 9 9 1 ) 拟合。 ( 3 ) 动态条件下各材料的吸附效果明显优于静态吸附。 当 试9 盒 五 开 究建筑结构学报， 2 0 1 2 ， 3 3 ( 7 ) 1 3 t滋军， 刘伟庆 冈 筋混凝土叠合墙体节点连接结构 ： 中国， 2 0 1 1 2 0 1 3 7 3 9 0 9 【 P 】 2 0 1 1 - 1 2 - 2 1 【 1 4 王滋军， 刘伟厌 钢筋混凝土叠合墙体节点连接结构及施工方法： 中 国 ， 2 0 1 1 1 0 1 1 3 4 8 2 8 P 1 2 0 1 1 - 1 1 - 2 3 作者简介 联系地址 ： 联系电话 王滋军( 1 9 7 0 一 ) ， 男， 博士， 副教授， 主要从事工程抗震、 新 型材料与结构体系等方面研究。 江苏省南京市中山北路 2 0 0 号 南京工业大学土木工程学 院 ( 2 1 0 o o 9 ) 0 25 8 3 5 8 7 9 6 3 氨氮浓度为 5 mg L 、 总磷浓度为 0 5 mg L时， 静态条件下， 沸石、 浮石、 钢渣 、 砾石四种材料对氨氮的饱和吸附量分别为： 2 4 6 、 5 8 、 4 6 、 3 2 mg k g ， 对总磷的饱和吸附量分别为： 2 5 、 2 0 2 7 6 2 1 mg k g ； 在动态条件下 ， 沸石、 浮石、 钢渣、 砾石 4种材料对氨氮的饱和 吸附量分别为： 8 2 3 、 7 6 、 5 4 、 3 5 mg l ( g ， 对总磷的饱和吸附量分别 为 ： 4 1 、 4 9 、 1 6 、 2 9 mg k g 。 因此 ， 沸石跟浮石可作为特性多孔混凝 土 的优选材料 。 参考文献 ： 1 冯乃谦， 张智峰， 马骁 生态环境与混凝土技术 J 混凝土， 2 0 0 5 ( 3 ) ： 3 - 8 2 冯辉荣， 罗仁安 ， 樊建超 沙琪玛骨架” 绿化混凝土抗压与植草试验 研 究f J j 昆凝土 ， 2 0 0 5 ( 7 ) ： 4 9 5 3 3 】 董建伟， 肖新民 随机多孔型绿化混凝土主要生长环境与构造特性叨 吉林 水利 ， 2 0 0 3 ( 8 )： 1 - 4 【 4 廖绵浚 ， 张贤明 水土保持作物百喜草研究 J 1 中国水土保持科学 ， 2 0 0 3 ( 6 )： 8 -1 7 f 5 朱航征 多孔混凝土( P O C ) 的特性与生态环保技术【 J 】 建筑技术开 发 ， 2 0 0 2 ， 2 9 ( 2 )： 6 7 6 9 6 1 Y E H e n g - p e n g ， C H E N F a n - z h o n g ， YA N Q i n g ， e t a 1 A d s o r p t i o n o f p h o s p h a t e f r o m a q u e o u s s o l u t i o n o n t o m o d i fi e d p a l y g o r s k i t e s J S e p a r a t i o n P u r i f i c a t i o n T e c h n o l o g y ， 2 0 0 6 ( 5 0 ) ： 2 8 3 2 9 0 7 】 温东辉， 唐孝炎 天然斜发沸石对溶液中 N H “ 的物化作用机理 J 中 国环境科学， 2 0 0 3 ， 2 3 ( 5 ) ： 5 0 9 5 1 4 【 8 】 谭洪新 ， 周琪 湿地填料的磷吸附特性及潜流人工湿地除磷效果研 究 J 1 农业环境科学学报， 2 0 0 5 ， 2 4 ( 2 ) ： 3 5 3 3 5 6 9 杨继臻， 陈水平， 夏世斌， 等 钢渣去除高含磷选矿废水中磷的研究【J 给水排水 ， 2 0 1 0 ， 3 6 ( 7 ) ： 1 5 3 1 5 6 1 O 朱文涛， 司马小峰， 等 几种基质对水中磷的吸附特性 J 中国环境科 学， 201 1 ， 3 1 ( 7 ) ： 1 1 8 6 1 1 9 1 1 1 虢清伟， 胡勇有， 郑丙辉 ， 等 制作过程中植生混凝土渗透系数的变 化 J 1 硅酸豁学报， 2 o o 7 ( 7 ) ： 9 0 9 9 1 3 1 2 钱吉彬， 杨朗 ， 等 镇江斜发沸石对氨氮的吸附动力学及热力学研 究l J 环境工程学报， 2 0 1 1 ( 2 ) ： 3 2 7 3 3 0 作者简介 联 系地址 联系 电话 ： 张政科( 1 9 8 8 一 ) ， 男， 硕士研究生， 研究方向： 水污染控制与 水生态修复。 广东省厂州市天河区员村西街 7 号 大院环境保护部华南 环境科学研究所( 5 1 0 6 5 5 ) 1 3 9 2 8 3 9 0 7 2 6 1 31