353基于高抗震性能要求的装配式主次梁节点施工工法.pdf

基于高抗震性能要求的装配式主次梁节点施工工法-1-基于高抗震性能要求的装配式主次梁节点施工基于高抗震性能要求的装配式主次梁节点施工基于高抗震性能要求的装配式主次梁节点施工基于高抗震性能要求的装配式主次梁节点施工工法工法工法工法 广州一建建设集团有限公司 凌文轩 张健 刘智东 吴昊 韩靖 林炜皓 黄荣就 张劲伟 1.前言前言前言前言 近年来，预制装配式结构逐渐成为了建筑业发展的重要方向。在装配式建筑中，各个构件之间是通过节点连接而成，因此选择一个恰当的连接方式不仅能使施工更加快速便捷，更是对其整体结构安全性起着至关重要的影响。其中，梁节点是装配式抗震性能研究的重点与难点。因此，本研究结合次梁的受力特点在满足高抗震性能的前提下，将主次梁节点处的钢筋优化为90度弯折锚固，形成一种新型主次梁节点连接方式，并成功应用在广州华南理工大学B地块的装配式结构施工中，取得了显著的社会效益和经济效益，可为类似装配式项目中的主次梁连接方式提供参考。2.工工工工法特点法特点法特点法特点 2.1 施工过程无需使用水平套筒灌浆或钢结构连接，易于操作，对施工人员的专业素养要求较低，施工速度快工期较短，预制梁构件中主次梁节点处的接头钢筋于现场安装而非预制，提高了运输过程中的便利性。2.2 将现浇段设于次梁梁端而不是主次梁相交处，一方面利用了梁端受压的力学特征，另一方面又确保了预制主梁的完整性，将主次梁钢筋搭接段优化为90 度弯折锚固，节点牢靠，其连接性能等同于现浇结构的效果，抗震性能优于一般铰接接头，适用于高抗震等级的建筑。2.3 现浇段长度仅为 400mm，在满足抗震性能的同时大幅度地提高了梁构件的预制率。3.适用范围适用范围适用范围适用范围 本工法适用于各类装配式建筑中主次梁节点的连接。4.工艺原理工艺原理工艺原理工艺原理 4.1 技术说明 该建筑设计要求结构抗震等级达到一级标准接，即采用后浇节点。图梁为完整预制构件，主梁构件的侧面预留了两个连接端面用于安装接头钢筋头钢筋于一楼平面通过螺纹套筒做现场安装钢筋弯折机做弯折，水平搭接长度为将节点现浇段设于预制次梁端部节点连接处的抗剪强度，需水平套筒灌浆连接或钢结构连接高抗震等级的建筑。基于高抗震性能要求的装配式主次梁节点施工-2-该建筑设计要求结构抗震等级达到一级标准，主次梁连接节点应设置成刚图 4.1.1 和图 4.1.2 分别为预制主，次梁的构件图主梁构件的侧面预留了两个连接端面用于安装接头钢筋头钢筋于一楼平面通过螺纹套筒做现场安装，90 度弯折段待安装好后水平搭接长度为 370mm。利用梁支座处受压这一力学特征将节点现浇段设于预制次梁端部 400mm 范围内。既能提高梁的预制率又满足了其连接性能等同于现浇结构的效果。节点连接牢靠需水平套筒灌浆连接或钢结构连接，且抗震性能优于一般铰接连接接头图 4.1.1 预制主梁构件图 基于高抗震性能要求的装配式主次梁节点施工工法 主次梁连接节点应设置成刚次梁的构件图，预制主主梁构件的侧面预留了两个连接端面用于安装接头钢筋，接度弯折段待安装好后再用液压利用梁支座处受压这一力学特征，既能提高梁的预制率又满足了节点连接牢靠，无且抗震性能优于一般铰接连接接头，适用于 图 4.1.4.2 相较于常规装配式主次梁现浇节点做法的施工工艺之比对图 4.2.1 为一种常规的装配式主次梁接头做法处，此时节点位于主梁的受拉区现浇节点位于次梁的受压区域筋要求更低，更偏保守，少预制与现浇之间的界面问题性能更强。基于高抗震性能要求的装配式主次梁节点施工-3-4.1.2 预制次梁构件及主次梁节点图 相较于常规装配式主次梁现浇节点做法的施工工艺之比对为一种常规的装配式主次梁接头做法，其现浇区域位于主次梁相交此时节点位于主梁的受拉区。相较之下，本工法的现浇段位于次梁梁端现浇节点位于次梁的受压区域，充分利用混凝土的受压性能。该受力条件下对钢且本工法中主梁皆为完整的预制构件，整体性更好少预制与现浇之间的界面问题，避免在主梁的现浇节点中产生弱面的问题（a）端部节点 基于高抗震性能要求的装配式主次梁节点施工工法 相较于常规装配式主次梁现浇节点做法的施工工艺之比对 其现浇区域位于主次梁相交现浇段位于次梁梁端，即该受力条件下对钢整体性更好，减避免在主梁的现浇节点中产生弱面的问题，抗震 图 4.2.1 常规主次梁连接节点做法示意图如图 4.2.2 所示，示意图，这种做法的次梁梁底纵向钢筋采用水平套筒灌浆连接（1），（2）和（3）浇长度需大于等于 1586.25mm中利用梁支座处受压这一力学特征通过上部受压钢筋连续贯通接形式，使得现浇段长度仅为过程中无需使用到水平套筒做灌浆连接图 4.2.2常规主次梁连接节点做法示意图基于高抗震性能要求的装配式主次梁节点施工-4-（b）中部节点 常规主次梁连接节点做法示意图（主次梁相交处设后浇段为装配式主次梁节点常规做法中次梁端设现浇段的做法这种做法的次梁梁底纵向钢筋采用水平套筒灌浆连接可知，若将该常规做法应用于本项目，则次梁端部的现1586.25mm。相较之下，本工法所提出的新型主次梁接头中利用梁支座处受压这一力学特征，改进预制主梁和预制次梁的连接方式通过上部受压钢筋连续贯通、下部钢筋弯折锚固和现浇混凝土构使得现浇段长度仅为 400mm，降低为传统做法的四分之一过程中无需使用到水平套筒做灌浆连接，比起常规做法施工更加简单快捷常规主次梁连接节点做法示意图（次梁端设后浇段基于高抗震性能要求的装配式主次梁节点施工工法 主次梁相交处设后浇段）为装配式主次梁节点常规做法中次梁端设现浇段的做法这种做法的次梁梁底纵向钢筋采用水平套筒灌浆连接。由下列公式则次梁端部的现所提出的新型主次梁接头改进预制主梁和预制次梁的连接方式，下部钢筋弯折锚固和现浇混凝土构成的节点连降低为传统做法的四分之一，且施工比起常规做法施工更加简单快捷。次梁端设后浇段）基于高抗震性能要求的装配式主次梁节点施工工法-5-mmllh25.1586102301=+（1）mmlllaEa25.13284.1E11=（2）：纵向钢筋搭接长度修正系数：抗震锚固长度 mmdllabE75.9483315.1aEa=（3）：抗震锚固长度修正系数：受拉钢筋基本锚固长度 4.3 相较于传统现浇建筑中主次梁节点抗震性能之比对 滞回曲线是结构在循环反复荷载作用下的力与变形的曲线，在结构构件弹塑性分析中起着至关重要的参考作用，可为梁构件的抗震性能提供有力依据。为探讨本施工工艺中预制主次梁节点与整体现浇式节点抗震性能的差异，基于大型有限元分析软体 ABAQUS 分别建立了如错误错误错误错误！未找到引用源未找到引用源未找到引用源未找到引用源。所示的新型装配式主次梁接头与图 4.3.2 所示的现浇主次梁节点，于次梁末端进行往复位移的加载试验，如图 4.3.3 中箭头示意位置。图 4.3.4 为加载的位移历时图。最后通过比对两者节点处的滞回曲线从而对其抗震性能做出研判。图 4.3.5 和图 4.3.6 分别为预制装配式端节点和现浇式端节点的滞回曲线，由图可见：（1）随着位移荷载的不断增加，试件所包围的面积也在增加，表明梁构件的耗能随着位移荷载的增加而增大。（2）随着往复位移回合数的增加和每回合内位移的增加使得构件的承载力相比初期阶段有明显的下降趋势，这是因为钢筋混凝土次梁在往复荷载的作用下导致刚度降低，承载力下降，于是构件开始趋向破坏。（3）通过比对预制装配式端节点和现浇式端节点的滞回曲线，发现：滞回曲线的特征基本相似，可认为两者有着相似的耗能能力以及抗震效果。综上所述，本装配式施工工艺中主次梁节点的抗震性能等同于整体现浇式节点。1EalaEabl图 4.3.图基于高抗震性能要求的装配式主次梁节点施工-6-4.3.1新型装配式主次梁接头钢筋笼模型示意图 图 4.3.2 现浇主次梁节点钢筋笼模型示意图 基于高抗震性能要求的装配式主次梁节点施工工法 基于高抗震性能要求的装配式主次梁节点施工-7-图 4.3.3 有限元模型示意图 图 4.3.4加载位移历时曲线 基于高抗震性能要求的装配式主次梁节点施工工法 图图基于高抗震性能要求的装配式主次梁节点施工-8-图 4.3.5预制装配式端节点滞回曲线 图 4.3.6整体现浇式端节点滞回曲线 基于高抗震性能要求的装配式主次梁节点施工工法 5.工艺流程及操作要点工艺流程及操作要点工艺流程及操作要点工艺流程及操作要点 5.1 工艺流程 5.2 操作要点（1）支撑搭设 预制梁安装前，因根据构件的重量和步距的支撑架从而为防止在施工过程中由于梁构件发生过大挠度变形导致的构件损坏。为避免支撑搭设过程中支撑位置偏差引起的应力集中图5.2.1所示，本项目采用联排式而非独立支撑体性降低因受力不均而对支撑以及构件造成不利影响的可能支撑搭设 拆除模板支撑 基于高抗震性能要求的装配式主次梁节点施工-9-图 5.1.1 施工工艺流程图 图 5.1.2 主次梁连接工序 图 5.1.3 主次梁节点现场照片 因根据构件的重量，尺寸，标高等参数在梁底设置合理间距和步距的支撑架从而为防止在施工过程中由于梁构件发生过大挠度变形导致的为避免支撑搭设过程中支撑位置偏差引起的应力集中，本项目采用联排式而非独立支撑，从而提高支撑与支撑之间的整体性降低因受力不均而对支撑以及构件造成不利影响的可能。梁端对中固定 浇筑混凝土 基于高抗震性能要求的装配式主次梁节点施工工法 标高等参数在梁底设置合理间距和步距的支撑架从而为防止在施工过程中由于梁构件发生过大挠度变形导致的，如图5.2.1和从而提高支撑与支撑之间的整预制梁吊装 支撑绑扎钢筋 基于高抗震性能要求的装配式主次梁节点施工工法-10-图5.2.1支撑搭设现场照片（一）图5.2.2支撑搭设现场照片（二）（2）预制梁吊装 吊装前因根据梁构件的重量，长度以及安放位置等因素合理选择起重吊装机械。起重吊点因于构件上设置的吊点一致，不得直接在构件钢筋上进行施吊，如图 5.2.3 所示，吊装时钢丝绳与构件夹角不小于 45，若现场无法满足夹角要求时应设置吊装扁担。图 5.2.4、图 5.2.5 和图 5.2.6 为预制梁构件吊装现场照片。图5.2.3 构件吊装示意图 基于高抗震性能要求的装配式主次梁节点施工工法-11-图5.2.4 梁构件吊装现场照片（一）图5.2.5 梁构件吊装现场照片（二）基于高抗震性能要求的装配式主次梁节点施工工法-12-图5.2.6 梁构件吊装现场照片（三）（3）预制梁定位 如图5.2.7所示，预制梁安放前需对梁底高程进行复核，通过放置垫片和调节支撑架顶层的可调螺杆，保证与设计高程一致。将次梁端部出筋位置与主梁侧面的出筋位置对中，确保安装位置无误。基于高抗震性能要求的装配式主次梁节点施工工法-13-图5.2.7 复核高程现场照片（4）绑扎主次梁接头钢筋及支模 如图5.2.8所示，当主次梁吊装完成后，按照设计图纸的配筋信息在接头处放置箍筋，安放完毕后，在主次梁连接节点处以木板封模。图5.2.8 主次梁接头钢筋及支模现场照片 基于高抗震性能要求的装配式主次梁节点施工工法-14-（5）浇筑混凝土 第一步，清理主次梁接头处模板内的杂物。第二步，润湿模板。第三步，浇筑混凝土。第四步，充分振捣。第五步，保湿养护混凝土。（6）拆除模板支撑 待浇筑的混凝土达到设计强度后拆除支撑和模板。拆除模板时应遵循规范要求，严禁硬砸硬撬。拆除的模板和支撑应轻拿轻放，分类码放。6.材料与设备材料与设备材料与设备材料与设备 本技术采用的主要设备见表 6.1。表6.1 主要设备表 名称名称名称名称 规格型号规格型号规格型号规格型号 数量数量数量数量 塔吊 TC7035、TC7530 2 注浆机 2 全站仪 DSZ1 型 1 墨线仪 4 对讲机 6 卷尺 5m 15 平板车 3 车头、8 平板 液压钢筋弯折机 2 7.质量控制质量控制质量控制质量控制 7.1 质量控制标准 （1）建筑结构可靠虚度设计统一标准GB50068-2018；（2）建筑工程抗震设防分类标准GB 50223-2008；（3）建筑抗震设计规范GB 50011-2010(2016 年版)；（4）建筑结构荷载规范GB 50009-2012；（5）混凝土结构设计规范GB 50010-2010(2015 年版)；（6）高层建筑混凝土结构技术规程JGJ 3-2010；（7）广东省高层建筑混凝土结构技术规程DBJ 15-92-2013；（8）广东省装配式建筑评价标准DBJ/T15-163-2019；（9）混凝土结构耐久性设计规范GB/T 50476-2008；（10）装配式混凝土建筑结构技术规程DBJ15-107-2016。基于高抗震性能要求的装配式主次梁节点施工工法-15-7.2 施工控制（1）做好专业工种施工劳动力组织，选择和培训熟练构件安装技术工人，按照各种工种的特点和要点，加强安排与落实。（2）落实施工前期工作，包括材料采购、PC 构件预制、现浇结构模板及支架、PC 构件安装临时支架、构件运输及储存用支架，接缝防水材料等。（3）切实加强与建设单位、设计单位、PC 构件预制单位的联系，及时加强沟通与信息联系。（4）施工前，坚持样板引路制度，让施工人员了解 PC 项目的特点和要点，正式施工时，有一个参照和实样概念。（5）堆场进行分块管理，PC 构件均堆置在建筑物北侧及西侧的堆场，做好构件堆放顺序的管理，现场堆置顺序应与施工吊装顺序相符。（6）做好现场堆放构件用专用支架的摆放工作，做到整洁有序，同时不影响吊装作业，还要符合相关安全要求。8.安全措施安全措施安全措施安全措施 8.1 预制构件的堆放（1）堆放构件的场地应平整坚实并保持排水良好。堆放构件时应使构件与地面之间留有空隙，堆垛之间宜设置通道，必要时应设置防止构件倾覆的支撑架。（2）堆放构件时应保证最下层构件垫实，预埋吊环向上，标志向外。垫木或垫块在构件下的位置宜与脱模、吊装时的起吊位置一致。重叠堆放构件时，每层构件间的垫木或垫块应在同一垂直线上。堆垛层数应根据储存场地的地基承载力和构件、垫木或垫块的强度及堆垛的稳定性确定。（3）预制梁堆置时，高度亦不可超过 2 层，且高度不宜超过 2.0m。实心梁须于两端 02L0.25L 间垫上木头。8.2 预制构件的吊装（1）吊装前应仔细检查吊具、吊点与吊耳是否正常，若有异物充填吊点应立即清理干净，每周检查钢丝绳不少于一次，施工中若有异常擦伤，应立即检查钢丝绳是否受伤。（2）吊装作业时，建筑物周围设置警戒区，如围栏或竖立警戒标志，地面基于高抗震性能要求的装配式主次梁节点施工工法-16-设有专人指挥，严禁非作业人员入内，起重臂和重物下方应净空，严禁有人进入、停留或通过，避免交叉作业。（3）构件吊装过程中，安排一名安全员进行安全动态管理，三名专职技术人员，一名用水平仪进行水平观察，一名用经纬仪对构件的垂直度进行观察指挥，还有一名施工技术员进行现场吊装总指挥，以便监测监控。（4）构件在吊运和安装过程中，都必须配备司索信号工，对混凝土构件进行移动、吊升、停止、安装时的全过程应用远程通讯设备进行指挥，信号不明不得吊运和安装。（5）起吊瞬间应停顿 15 秒，测试吊具与塔吊是否异常，确保构件处于平衡状态后，方可继续爬升。异型构件，必须设计平衡用的吊具或配重，达到平衡状态后方可提升。（6）在吊装回转、俯仰吊臂、起落吊钩等动作前，应鸣声示意，吊装时要遵循“慢起、快升、缓降”原则，吊运过程应平稳，不应有大幅度摆动，不应突然制动。回转未停稳前，不得做反向操作。（7）构件应采用垂直吊运，钢索及构件的夹角应 60 以上，严禁采用斜拉、斜吊。（8）构件必须加挂牵引绳，以利作业人员拉引，吊起的构件应及时安装就位，不得悬挂在空中。（9）预制构件安装应按施工顺序对号就位应遵守保持平稳，就位后，立即将构件的拉杆或支撑焊牢或锚固，再进行构件位置校正，构件校正采用钢钎辅助，待位置校正后，方可摘钩，禁止使用手、脚进行构件校正，禁止站在构件边沿探身推拉构件。（10）吊装过程中随时根据进度情况合理调整两台塔吊的吊装顺序，尽量避免交叉作业。确实有交叉时，轮流错开两台塔吊吊装构件的时间，并对塔吊司机、司索做好交底。8.3 临边防护及上下梯设置（1）边梁及开口梁在预制构件吊装前，于地面安装好刚性栏杆，高度不小于 1.2 米。其他主梁在吊装前拉安全母索。基于高抗震性能要求的装配式主次梁节点施工工法-17-（2）其他梁安全栏杆设置图吊装过程中的上下通道，拟采用配 2 台人子梯灵活使用。另现场视空间情况采用脚手管搭设上下楼梯，通道采用脚手板，并固定牢靠。9.环保措施环保措施环保措施环保措施 9.1 扬尘控制 PC 构件运输过程中，应保持车辆的整洁，防止对道路的污染，减少道路扬尘。构件运输中洒落于道路的渣粒、散落物、轮胎带泥等，经车辆碾压后形成粒径较小的颗粒物进入空气，形成扬尘，要加以防止。9.2 污水控制 在施工现场应加强对废水、污水的管理，现场应设置污水池和排水沟。废水、废弃涂料、胶料应统一处理，严禁未经处理而直接排入下水管道。施工现场废水、污水的不经处理排放，会导致水质和沉积物的物理、化学性质或生物群落发生变化，影响正常生产、生活以及生态系统平衡的现象。9.3 噪声控制 在 PC 结构施工期间，应严格控制噪声，遵守建筑施工场界噪声限值（GB12523-2011）的规定。噪声污染具有暂时性、局限性和分散性，中华人民共和国环境噪声污染防治法指出：在城市市区范围内向周围生活环境排放建筑施工噪声的，应当符合国家规定的建筑施工场界环境噪声排放标准。9.4 光污染控制 在夜间施工时，应避免光污染对周边居民的影响。建筑施工常见的光污染主要是可见光。夜间现场照明灯光、汽车前照灯光、电焊产生的强光等都是可见光污染。可见光的亮度过高或过低，对比过强或过弱时，都有损人体健康。10.效果与效益分析效果与效益分析效果与效益分析效果与效益分析 10.1 施工效果 相较于常规的装配式主次梁接头，本项技术利用梁支座处受压这一力学特征，改进预制主梁和预制次梁的连接方式，通过上部受压钢筋连续贯通、下部钢筋弯折锚固和现浇混凝土构成的节点连接形式，使预制主梁和预制次梁连接性能基于高抗震性能要求的装配式主次梁节点施工工法-18-达到等同于现浇结构的效果，节点连接牢靠，无需水平套筒灌浆连接，节省材料，降低造价，施工简单快捷。并且节点连接整体性好，具有优越的抗震性能，显著提升其工业化效率，并可以实现通用化，标准化。10.2 社会效益 本工法通过改进预制主梁和预制次梁的连接方式，结合次梁端部的受力特点及满足高抗震性能的前提下，将主次梁钢筋搭接段优化为 90 度弯折锚固，形成了一种新的接头连接方式。既能提高梁的预制率又满足了节点连接处的抗剪强度，其连接性能达到等同于现浇结构的效果。其节点连接牢靠，无需水平套筒灌浆连接或钢结构连接，且抗震性能优于一般铰接连接接头，适用于高抗震等级的建筑。整个过程操作简单，速度快仅需几名技术人员可以完成主次梁节点的施工，人力物力投入少，提高了施工效率。同时该成果获得了业主、监理的一致好评。10.3 经济效益 高抗震性能要求的装配式主次梁节点施工技术结合了次梁端部的受力特点及满足高抗震性能的前提下，改进预制主梁和预制次梁的连接方式，通过上部受压钢筋连续贯通、下部钢筋弯折锚固和现浇混凝土构成的节点连接形式，使预制主梁和预制次梁连接性能达到等同于现浇结构的效果，节点连接牢靠，无需水平套筒灌浆连接，节省材料，降低造价，施工简单快捷，人力物力的需求量少。11.工程实例工程实例工程实例工程实例 11.1 华南理工大学广州国际校区一期工程项目 该项目位于广州市番禺区，装配式范围为生物医学科学与工程学院塔楼部分，塔楼总建筑面积约 2.4 万，地下室 1 层，共 13 层。建筑首层层高 5.4m，二至十一层层高 4.5m，十二、十三层层高 6.0m，塔楼结构高度 62.35m，属于高层建筑，塔楼采用框架剪力墙结构，装配率大于 60%，达到 A 级装配式评价标准，塔楼三层以上各层部分梁、板及三层十三层框架柱为预制。该项目采用“基于高抗震性能要求的装配式主次梁节点施工技术”，该技术操作简单，施工快捷，不仅能减少人力的投入还能保证其高抗震性能的要求。此外，还大幅度地提高该项目的预制率。该技术获得了业主、监理的一致好评。基于高抗震性能要求的装配式主次梁节点施工工法-19-图11.1.1华南理工大学广州国际校区一期工程项目效果图 11.2 广建智慧天地广场项目 广建智慧天地广场项目位于广州市天河区新塘村宏图工业园，软件路与大观路交界，属自筹自建项目。项目建设用地为 28981m2，场地拟建 3 栋 9 层的综合办公楼，地下 1 层，总建筑面积 49884m2。其中地下建筑面积为 15946m。本项目除-1 层到 2 层采用现浇外，3 层到 9 层均采用预制装配式。该项目采用“基于高抗震性能要求的装配式主次梁节点施工技术”高效便捷，具有显著的社会效益和经济效益，可为类似装配式项目的主次梁连接方式提供参考。该技术获得了业主、监理的一致好评。图11.1.1广建智慧天地广场项目效果图