钢-混凝土装配式住宅建筑工程施工技术分析.pdf

2982023年9 月工程技术与应用江西建材钢混凝土装配式住宅建筑工程施工技术分析刘振歧吉林大学基础设施建设办公室，吉林长春130015摘要：模块化装配式建筑以其高效、便捷和安全等优势，得到了越来越广泛的应用。钢一混凝土组合系统，继承了混凝土模块的优点和钢结构体系的优点，更适合在模块化装配式建筑中使用。文中分析了模块化建筑施工设计关键因素，对结构公差允许范围、水平力作用引起的偏离垂直度和角柱在荷载作用下的稳定性进行了研究，并得出相关判定方式。关键词：钢一混凝土；模块化；建筑施工；关键因素中图分类号：TU745文献标识码：B文章编号：10 0 6-2 8 9 0（2 0 2 3）0 9-0 2 9 8-0 3Construction Technology Analysis of Steel-concretePrefabricated Residential Building EngineeringLiu ZhenqiInfrastructure Construction Office,Jilin University,Changchun,Jilin 130015Abstract:With the advantages of high efficiency,convenience and safety,modular prefabricated buildings have been more and morepopularized.Steel-concrete composite system inherits the advantages of concrete module and steel structure system,and is more suitable foruse in modular assembly buildings.This paper analyzes the key factors considered in the modular building construction design,studies theallowable range of structural tolerance,the deviation verticality caused by horizontal force and the stability of corner column under load,andobtains the relevant judgment method.Key words:Steel-concrete;Modularization;Building Construction;Key factors0引言传统的现浇结构构件和砖墙施工方式随着劳动成本的增加，已逐渐失去经济优势。应用模块化预制技术可促进模块异地制造和现场组装，提高施工效率和安全性1-2 。摒弃纯混凝土或纯钢结构方式，采用更为有效的钢一混凝土组合系统是切实可行的，该系统继承了混凝土模块化结构耐用、防火、防水和隔音的优点，同时具有钢结构体系建筑设计灵活、建筑服务一体化、轻质、大跨度、快速组装等优点3-4。由于装配施工过程中隐含的公差、模块之间的多重互连以及力传递到核心墙稳定元件方式的影响，模块组件的结构行为极为复杂5-6 。本文对钢-混凝土组合模块建筑施工技术要点进行分析，以期为此类建筑施工提供参考和借鉴。模块化施工中结构公差的影响GB550062021钢结构通用规范提出了钢框架的允许公差，其中单柱的最大不垂直度8 小于高度的1/6 0 0，但每层不大于5mm。此外，对10 层以上的钢结构建筑，规范将建筑总高度的最大垂直度限制为50 mm。整体钢框架中放置在另一个模块上的单个模块偏差，在安装过程中相对于下方模块顶部的正交平面方向的最大错位可取为12 mm。这种对准需在现场仔细控制，尤其是在有风的情况下。对于垂直堆叠的模块，因安装而产生的累积位置误差e作者简介：刘振岐（19 9 2-），男，吉林长春人，硕士，助理工程师，主要研究方向为施工管理。可在建筑物高度上进行部分校正，累积位置公差可统计为e12Vn，其中n为垂直组中的模块数量。通常，如果n=10，允许的总累积位置公差约为40 mm，但这忽略了模块制造中的几何公差。易于现场控制的简化程序是将正交方向上每个模块的累积位置公差限制为5mm。然而，一个模块相对于另一个模块的最大位置误差可取为12 mm（除了在地面上，最大位置误差可达5mm）。这意味着，在第一层，即使第一层模块相对于基础模块错位12 mm，并且基础模块与基准的距离小于2 mm，也将控制10 mm的累积公差。除此位置误差外，模块几何形状中还可能存在系统性制造误差，对于多个模块，制造中的平均误差可以取单个模块的允许公差的一半。因此，角柱的不垂直度可取h/1000，其中h为模块高度（通常为3 m）。考虑到制造公差，建筑物高度上的累积垂直度可取为nh/1000，或大约3 nmm。因此，由n个垂直模块堆叠组成的建筑物高度上允许的总不垂直度H是位置和几何公差的组合，计算方式如式（1）所示：Oe+nh/1000=5n+3n=8n(1)根据式（1），可得出n=10时，8=8 0 mm，相当于每层楼约h/350。这比钢结构允许的公差高出6 0%，反映了结构框架和一组模块之间不同的安装和连接方法。将模块化结构中相对于地面基准的绝对垂直度限制在最大公差8 0 mm，这适用于10 层或以上的建筑物，可通过良好的2992023年9 月工程技术与应用江西建材安装控制来实现。模块位置的调整应逐步进行，而不是在几个位置进行，否则将增加局部偏心率。这些调整可通过改变模块之间的空腔间距进行。具体来说，空腔宽度应至少等于预期最大公差的50%，或作为一个简单的规则，最小取40 mm。2模块化施工中水平力作用分析评估一组模块摇摆稳定性可使用规范给出的水平力方法。对于钢框架，在无风荷载的情况下，该水平力相当于每层作用的垂直荷载系数的0.5%。它代表用于评估框架的摇摆稳定性的最小水平力。风荷载和垂直荷载组合的另一个限制是风荷载不应小于水平作用恒荷载的1%，可通过控制自重超过施加在地板上的负载实现。允许单柱的偏离垂直度为L/200，但考虑多个楼层的平均垂直度时，该值降低了2/3（即ShL/300）。将单列的该值乘以一组中 m列的水平因子0.5(1+)1*来获得整个结构的允许m垂直度。模块垂直装配上的组合偏心考虑了一个模块放置在另一个模块上的偏心的影响，以及作用在随着高度增加的偏心作用的墙上减小的压力的影响，该影响如图1所示。由于这些影响，模块的墙壁无法抵抗高力矩，因此，平衡所需的等效水平力作为模块的天花板、地板和端墙的剪力传递。作用在基础模块上的总附加力矩由有效偏心efr乘以基础模块中的压力给出，如式（2）所示：n(n-2)n3h(2）Madnnnn1000式中，Pwal是底板模块底部的压缩力（kN），e=n W，n 为垂直组件中的模块数，e是每个模块的平均位置偏心，h是模块高度（mm），W 是作用在每个模块上的分解载荷（kN/m）。Pe3P(n-2)/ne2P(n-1)/n1:100e10(a)四边模块偏心荷载作用下端墙的剪力10001:1000M-Pe(b)将偏心载荷转移到角支撑模块的稳定系统图1作用在底层模块上的组合偏心对于n=612和模块高度h=3m的情况，有效的基础偏心在表1中列出。这种偏心可换算为施加在每个楼层的名义水平力，其表示为作用于每个楼层的垂直荷载的百分比，并被定义为在基础模块中引起与式（2）中的有效偏心相同的等效力矩的力。这个力矩由式（3）得出：kW,n*h/2=Pan-er=nW,A(3)uef式中，k为作用在每层楼上的分解荷载的比例。8(n-1)n-180k=3h或3nn10表1有效偏心率、名义水平力与建筑高度函数关系建筑建筑高建筑物顶部累计基础模上的有效每层楼上的分解层数度/m偏离垂直度/mm偏心/mm荷载的比例k/%61648400.582264750.71027801200.91233801470.9根据表1，使用上文定义的公差，计算出当用施加到模块的垂直载荷的百分比表示时，水平力的变化范围为0.5%0.9%。3模块化施工中角柱的稳定性3.1角柱稳定性判定依据角柱增加了墙的抗压能力，若角柱包含在模块中，则通常会假定作用在模块上的所有垂直荷载都由角柱抵抗。这些立柱通常采用角钢形式（适用于低层建筑）或方形空心柱（适用于高层建筑）。柱子所连接模块的墙面内刚度有效抑制了柱子的屈曲，但这种假设对于部分开放侧的模块或高度穿孔的壁可能无效。考虑仅受模块墙面内刚度约束时模块角柱的稳定性，如图2所示。在模块一模块连接处，角柱是不连续的，不会增加结构的摇摆刚度，但在连接点之间的高度受到约束以防止屈曲。角柱的初始垂直度在每个柱中的轴向载荷P下增加，这可通过支柱屈曲理论式（4）来近似求解。S=(4)1-(2P/Perit)式中,P是作用在一根立柱上的轴向压力（kN），。是角柱的初始垂直度和偏心率（），Pcrit是模块摇摆稳定性的临界屈曲阻力(kN)。P2PMKHB图2角柱受压模块壁面的摇摆稳定性根据这个简单的剪切破坏机制，剪切和压缩所做的功可以相等，以便确定临界屈曲载荷Perit，临界屈曲荷载计算公式300行业资讯-2023年9 月工程技术与应用江西建材如下：式中，k为墙板的剪切刚度（kN/m）。随着P接近Perit，墙板的剪切挠度迅速增加，因此，有必要将P保持在远低于Peri以避免不稳定效应，荷载偏心会导致柱子弯曲和墙板剪切。剪力墙的剪切刚度可通过剪切横隔板试验进行估算，相当于正常使用挠度为h/500的水平荷载，其中h是模块高度。在模块h=3m且宽度b=3.6m的情况下，带窗户的端43.6500墙板的典型剪切刚度变为k=2400kN/m。将该k3.0值代人式（4）会出现由于模块端壁的剪切而产生临界屈曲载荷Perit=0.524003=3600kN。为检查角柱的稳定性，将加载应用中的偏心视为一个模块放置在另一个模块上时的最大位置偏心12 mm加上制造单个模块时的最大垂直度偏差（或h/500）。对于3 m高的模块，8。=12+6=18 m m。这些偏心率如图3 所示。(n-1)(n-1)maxnPmaxn地板h/500天花板e模块墙hd$=0.002地板PmaxPmaxb图3应用于模块的墙或角柱的力偏心的图解作用在角柱上的附加弯矩由M=PS计算，其中由式（4）给出，墙壁有效偏心率还包括墙角之间的弓形（或h/1000,如图1所示）。角柱有效偏心为8=18+7 5/n（m m），承重墙有效偏心为8。=2 1+50/n（m m），当n=10时，两种情况下的有效偏心距均约为2 5mm。角柱稳定性判定方式如式（6）所示：P/P+M/M1.0(6)式中,P为作用于基模块顶部的荷载（kN）,P。为桩的抗压中建三局自主研发绿色再生混凝土试点应用近日，由中建三局自主研发的绿色再生混凝土分别在全国首批“中瑞零碳建筑项目示范工程”一绍兴市龙山书院培训(2Pert)P=0.5khcrit22hor(5)强度(kN)。当桩与相邻墙体的连接对其高度的屈曲约束时，其弯曲阻力可取为M=Mel，其中Me为桩的弹性弯曲阻力矩（kNm）。3.2案例分析以7.2 m长、3.6 m宽的模块为例，假设楼面单位平方均布荷载为7 kN/m，在一栋12 层建筑中，作用于底层模块顶角的压缩力约为：P=77.23.6（12-1）/4=49 9 k N。使用尺寸为100mm100mm10mm的方形空心柱检查角柱的抗压性，抗压强度P。=12 3 9 k N,弹性弯曲阻力矩Me=32.8kNm。面外位移及其相关力矩M由式（4）获得。S,=18+75/n=25 mm25S=34 mm1-(2499/3600)M=4990.034=17.0kN/m利用轴向力和力矩的线性组合判断模块稳定性。P/P。+M/Me=49 9/12 3 9+17.0/3 2.8=0.9 2 1.0由此可见，安装时的偏心和制造时的不垂直度的影响会使角柱的抗压阻力降低约6 0%。对于简单的设计，作用在角柱上的荷载的有效偏心距应不小于3 5mm，相对初始偏心2 5mm的摇摆放大40%。4结语（1）对于垂直安装的模块，不考虑制造引起的累积位置公差可统计为e12Vn，考虑系统误差和位置误差的计算公式为dH=8n。（2）模块化施工中水平力使用施加到模块的垂直载荷的百分比表示时，水平力的变化范围为0.5%0.9%。（3）模块化施工中，角柱的稳定性通过抗压强度P。、弹性弯曲阻力矩M判定。参考文献【1范青玉，孙瑞武，吕悦.装配式建筑的技术经济分析J.工业建筑,2 0 2 3,53（S1）：8 15-8 17.2彭敬宽，季文强，李德飞，等.装配式建筑施工技术难点及应对措施分析J】.四川建材，2 0 2 3，49（5）：13 5-13 7.3周炯.装配式建筑结构设计中剪力墙结构设计的运用研究J.科学技术创新，2 0 2 2（3 1）：10 2-10 5.4聂鑫，刘泰。混凝土一混凝土组合梁弯曲受力性能试验及数值研究J.土木工程学报，2 0 2 2，55（8）：14-2 5.【5何正豪，田元福.参建单位视角的装配式建筑施工安全风险因素J】.科学技术与工程，2 0 2 3，2 3（1）：3 2 1-3 2 6.【6 鹿鑫，胡秋月，罗金，等.房屋建筑装配式混凝土结构施工关键技术研究J工程建设与设计，2 0 2 2（16）：17 0-17 2.中心项目、中建三局低碳建造科技示范工程深圳华富村改造项目成功试点应用，标志着工程局在绿色低碳建筑材料关键技术研发与应用领域取得阶段性突破。据介绍，该产品具有高降碳、低波动、易施工等特点。下一步，中建三局研发团队将对绿色再生混凝土进行持续迭代升级，加速推进其在房建及基础设施领域的体系化应用，为行业绿色低碳转型发展提供支撑。来源：中国建材信息总网