一種超高性能混凝土框架結構裝配式建築及其施工方法與流程

2023-06-13 13:19:46 2

本發明屬於建築領域，具體涉及一種超高性能混凝土框架結構裝配式建築及其施工方法。

背景技術：

鋼筋混凝土裝配式建築具有節約模板、施工進度快、綠色環保等優點，是目前國家大力發展的一種建築形式。但由於普通混凝土材料的強度低，致使預製構件的尺寸受限，各預製構件之間存在大量的接頭，接頭之間的連接存在著配筋複雜、施工難度大、易開裂的缺點。預製構件的尺寸受限也導致建築的整體性不佳，抗震性能較差，大量的接頭和接縫也不利於建築的防水、保溫和隔熱。普通混凝土的低韌性還導致預製構件的局部強度較低，在脫模、運輸和安裝過程中易造成邊角破損。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供一種預製構件尺寸較大、自重輕、耐久性好、施工簡單的超高性能混凝土框架結構裝配式建築及其施工方法。

本發明提供的這種超高性能混凝土框架結構裝配式建築，它的拼接單元至少包括採用超高性能混凝土預製的梁、柱、樓板整體件，柱的高度為建築層高，梁垂直於柱的側壁布置，樓板位於梁的上表面，樓板的側緣有連接部，柱的兩端分別伸出於樓板和梁的端面外；建築平面相鄰的梁、柱、樓板整體件拼接後，在樓板側緣的連接部之間澆築超高性能混凝土接縫，使各梁、柱、樓板整體件之間形成一個整體，建築的上、下層之間通過梁、柱、樓板整體件的柱連接。

超高性能混凝土框架結構裝配式建築由所述梁、柱、樓板整體件一種拼接單元拼接而成，梁、柱、樓板整體件中柱的橫截面為矩形或者圓形，梁的橫截面為矩形。當然，柱的形狀還可以根據特殊要求確定。

所述梁的端部下側有連接鋼板，連接鋼板位於梁的下側外壁，通過其上的剪力釘預埋，連接鋼板的外端伸出於梁的端面外，伸出段上布置有沿豎直方向的剪力釘，伸出段的外緣開有坡口。

所述連接部包括開口朝外的v型凹槽體和從v型凹槽體兩外側壁水平伸出的連接鋼筋。

所述樓板為平板或者在平板的下側設置縱/橫向加強肋，加強肋的端部分別與所述梁和v型凹槽體的內側壁形成一體，v型凹槽體的高度大於或等於樓板和加強肋的高度和。

所述梁的端部與所述連接部的外緣平齊，梁的端部對應所述v型凹槽體處開設相應的v型凹槽。

所述加強肋的橫截面形狀為倒置的梯形。

所述超高性能混凝土的彎曲抗拉強度在20mpa以上、抗壓強度在100mpa以上。

或者超高性能混凝土框架結構裝配式建築由上述梁、柱、樓板整體件和梁、樓板整體件兩種拼接單元拼接而成，梁、樓板整體件也採用超高性能混凝土預製。梁、樓板整體件拼接於梁、柱、樓板整體件之間，各整體件之間通過現澆接縫形成整體，現澆接縫採用超高性能混凝土澆築。

梁、樓板整體件的梁在樓板下側的布置方式可以是：樓板的長度方向中心面或者長度方向兩側緣或者縱、橫交叉。

梁、樓板整體件的梁和樓板的其它結構同前述梁、柱、樓板整體件的梁和樓板結構。

本發明還提供了上述混凝土框架結構裝配式建築的施工方法，包括以下步驟：

（1）在工廠採用所述超高性能混凝土整體預製所述梁、柱、樓板整體件和所述梁、樓板整體件；

（2）在施工現場沿建築平面縱向和橫向拼裝所述梁、柱、樓板整體件和/或所述梁、樓板整體件；

（3）將相鄰的梁、柱、樓板整體件和/或所述梁、樓板整體件梁端部的連接鋼板對焊為一體；

（4）在相鄰梁、柱、樓板整體件和/或所述梁、樓板整體件之間由樓板連接部圍成的接縫空隙處吊裝模板，現場採用所述超高性能混凝土澆築；

（5）對接縫處的超高性能混凝土進行養護，形成現澆接縫；

（6）待現澆接縫的超高性能混凝土至少達到30%設計強度後，繼續後續施工。

本發明的梁、柱、樓板預製整體件和梁、樓板預製整體件，均採用超高性能混凝土作為結構材料，並配置了合理的連接設置，使得兩種預製整體件樓板的平均厚度降低到僅為傳統預製混凝土樓板厚度的20～40%，同時大幅減少了預製構件間的接頭和接縫數量，這使得由兩種預製整體件拼接構成的裝配式建築，在保持了傳統鋼筋混凝土裝配式建築的優點的同時，在保證建築剛度和強度的前提下大幅減輕了建築自重，建築的總體自重僅為傳統混凝土框架式建築自重的40~60%，加強了建築的整體性，並且簡化了施工難度。

對於傳統的混凝土框架結構而言，柱與樓板的交接處是應力集中部位，易出現裂縫，是結構抗震的薄弱部位。本發明將柱與樓板進行整體預製，使交接處的整體性大為增強；將上下層柱的接頭移到應力較低的樓層中部，避開薄弱部位，提高結構抗震性能。

超高性能混凝土作為一種緻密的細骨料材料，可以形成複雜形狀的建築構件，而其高韌性、高強度的特點則使它即使被做成較大尺寸的建築構件也可以保證剛度。建築構件尺寸變大意味著建築的整體性提高、接頭接縫數量減少，能有效提高建築的抗震性、防水性和保溫性。超高性能混凝土的彎曲抗拉強度可達20mpa以上，這使得本發明在防範預製構件開裂方面有足夠的保障，可有效降低預製構件的開裂風險。

相鄰的預製整體件之間均採用超高性能混凝土的強化接縫形成整體，保證接縫不會先於其它部位出現破壞現象。v型凹槽體可以增大連接部的截面抵抗矩，降低接縫處的應力。

本發明提供的兩種方案，可以應用於各種體量、各種開間進深的混凝土框架結構裝配式建築中。

現場施工可採用整體吊裝的施工方式，相比於傳統鋼筋混凝土裝配式建築的施工，取消了複雜的接頭連接，減少了接頭數量和接縫數量，不僅便於施工，而且增強了建築結構的耐久性，便於建築的後期維護。

本發明的施工方法，可以方便地採用現有的施工方法，可行性強，經濟性好。採用本方法施工過程中，均可採用現有預製混凝土建築構件的施工設備和施工工藝，無需增加新的設備投入，也無需對施工人員進行新的技能培訓，施工方法簡便、快捷，對於保證工期、提高施工效率具有重要意義。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單的介紹。顯而易見地，下面描述中的附圖是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發明實施例一的俯視示意圖。

圖2為圖1中處於中間拼接位置處的梁、柱、樓板整體件的主視放大示意圖。

圖3為圖2的仰視示意圖。

圖4為圖3中的a-a示意圖。

圖5為本發明實施例二的一種俯視示意圖。

圖6為本發明實施例二的另一種俯視示意圖。

圖7為圖5、圖6中中間位置處的梁、柱、樓板整體件的仰視放大示意圖。

圖8為圖5、圖6中中間位置處的ⅰ類梁、樓板整體件的仰視放大示意圖。

圖9為圖8中的b-b示意圖。

圖10為圖5中中間位置處的ⅱ類梁、樓板整體件的主視放大示意圖。

圖11為圖10的仰視放大示意圖。

圖12為圖11中的f-f示意圖。

圖13為圖6中ⅲ類梁、樓板整體件的主視示意圖。

圖14為圖13的仰視示意圖。

圖15為圖14中的d-d示意圖。

圖中序號：

梁、柱、樓板整體件—lzb，柱—1，梁—2，樓板—3，縱肋—4，橫肋—5，v型凹槽體—7，連接鋼筋—8，連接鋼板—9，剪力釘—10，現澆接縫—11，

ⅰ類梁、樓板整體件—a，ⅱ類梁、樓板整體件—b，ⅲ類梁、樓板整體件—c。

具體實施方式

為了便於理解本發明，下文將結合說明書附圖和較佳的實施例對本發明作更全面、細緻的描述，但本發明的保護範圍並不限於以下具體的實施例。

除非另有定義，下文中所使用的所有專業術語與本領域技術人員通常理解的含義相同。本文中所使用的專業術語只是為了描述具體實施例的目的，並不是旨在限制本發明的保護範圍。

實施例一，本實施例公開的這種裝配式建築適用於建築平面柱與柱之間的間距小於10m的建築，建築平面的結構主體採用梁、柱、樓板整體件一種拼接單元沿建築平面的縱向和橫向拼接而成，上、下層通過梁、柱、樓板整體件的柱連接。梁、柱、樓板整體件lzb採用超高性能混凝土預製，超高性能混凝土的彎曲抗拉強度在20mpa以上、抗壓強度在100mpa以上。

從圖1可以看出，建築平面為矩形，所以梁、柱、樓板整體件lzb的布置就會有角部、邊線和中間位置，根據需要，角部、邊線和中間位置的梁、柱、樓板整體件lzb柱1的相鄰二、三和四側壁分別垂直設置梁2。結合圖1和圖2可以看出，柱1的兩端分別伸出於梁2和樓板3外。

從圖3可以看出，中間拼接位置處的梁、柱和樓板整體lzb的柱的四個側壁對稱設置有梁2。結合圖2和圖3可以看出，梁2的端部下側有連接鋼板9，連接鋼板9位於梁的下側外壁，通過其上的剪力釘預埋，連接鋼板的外端伸出於梁的端面外，伸出段上布置有沿豎直方向的剪力釘10，伸出段的外緣開有坡口。

結合圖2和圖3可以看出，梁、柱和樓板整體lzb的樓板3位於梁2的上表面，樓板3的下側設置有縱肋4和橫肋5形成網格支撐。樓板3的四側緣均設置有連接部，連接部包括開口朝外的v型凹槽體7和從v型凹槽體7兩外側壁水平伸出的連接鋼筋8，v型凹槽體7的高度大於樓板和肋的總高，v型凹槽體7的上側與樓板3的上表面平齊、下側伸出於樓板3的下表面外。從圖2可以看出，梁的端部與樓板側緣連接部的外緣平齊，梁的端部對應v型凹槽體7處開設相應的v型凹槽。

具體來說，本實施例梁、柱、樓板整體件lzb的柱截面為正方形，截面邊長為400mm，柱1在樓板上表面以下的高度為900mm，在樓板上表面以上的高度為2100mm，建築層高為3000mm。樓板的厚度為50mm，縱肋和橫肋的高度為70mm。樓板側緣連接部的v形凹槽體的高度和寬度均為150mm。梁2的高度為400mm，相鄰兩柱之間的間距為6000mm，梁高與柱距比為1:15，梁的寬度為200mm。縱肋和橫肋均為倒梯形肋，頂面寬和底面寬分別為140mm和100mm，相鄰兩縱肋和橫肋之間的間距均為860mm。

按此優選的尺寸設計方案，可充分發揮超高性能混凝土強度高、無粗骨料易密實的材料優勢，既能滿足建築結構強度和剛度的要求，同時也使建築的總體自重僅為傳統混凝土框架式建築自重的40～60%。預製混凝土異型構件的脫模一直是本領域人員面臨的一個技術障礙，雖然可以通過脫模劑等傳統手段進行脫模，但不僅成本高、效率低，而且脫模效果始終不夠理想。而本實施例通過巧妙地設計縱肋和橫肋的形狀及結構，不僅可以節省材料，更重要的是能夠方便脫模，提高工藝效率。

本實施例的施工過程如下：

（1）在工廠整體預製梁、柱、樓板組成的整體件，使用的材料為彎曲抗拉強度20mpa以上、抗壓強度100mpa以上的超高性能混凝土；

（2）在施工現場沿建築平面的縱向和橫向拼裝梁、柱、樓板預製整體件；

（3）在相鄰兩預製整體件的梁接縫處對焊連接鋼板；

（4）在接縫空隙處吊裝模板，現場澆築彎曲抗拉強度20mpa以上、抗壓強度100mpa以上的超高性能混凝土；

（4）對接縫處的後澆超高性能混凝土進行養護，形成現澆接縫11；

（5）待現澆接縫的超高性能混凝土至少達到30%設計強度後，繼續後續施工。

實施例二，本實施例適用於建築平面柱與柱之間的間距為6～50m的建築，建築平面的結構主體採用兩種拼接單元拼接。一種拼接單元為實施例一相似的梁、柱、樓板整體件lzb，另一種為梁、樓板整體件，兩種拼接單元沿建築平面的縱向和橫向拼接。梁、樓板整體件也採用超高性能混凝土預製。

由於本實施例建築平面柱與柱之間的間距較大，且建築平面的長度大於寬度，所以將長度和寬度分別作為長跨和短跨，短跨方向相鄰梁、柱、樓板整體件之間拼接尺寸較小的ⅰ類梁、樓板整體件，長跨方向相鄰梁、柱、樓板整體件之間拼接尺寸較大的ⅱ類或者ⅲ類梁、樓板整體件。

圖5所示為長跨方向拼接ⅱ類梁、樓板整體件b的俯視示意圖，圖6所示為長跨方向拼接ⅲ類梁、樓板整體件c的俯視示意圖。

為了保證本實施例梁、柱、樓板整體件的性能，將其平面尺寸適當縮小至2000mm*2000mm左右，其仰視結構如圖7所示，其樓板採用平板，其它結構同實施例一。

如圖8、圖9所示，ⅰ類梁、樓板整體件a的樓板下側無縱肋和橫肋，樓板下側布置縱橫交叉的梁2。梁和樓板的其它結構同實施例一。

如圖10至圖12所示，由於ⅱ類梁、樓板整體件b的尺寸較大，在其樓板下側的長度方向中心面上設置有通長的梁2，樓板的下側設置有縱肋4和橫肋5形成網格支撐。樓板3和梁2的其它結構同實施例一。

如圖13至圖15所示，ⅲ類梁、樓板整體件c與ⅱ類梁、樓板整體件b的區別在於：在樓板的長度方向兩側設置通長的梁，但梁的寬度減半，有梁側的樓板側緣取消v型凹槽，將連接鋼筋從梁的側壁伸出，相鄰兩整體件之間的接縫高度為梁的高度。ⅲ類梁、樓板整體件的其它結構同ⅱ類梁、樓板整體件。

具體來說，本實施例中梁、柱、樓板整體件的柱的截面邊長為400mm，柱在樓板上表面以下的高度為900mm，柱在樓板上表面以上的高度為2100mm，柱在樓板上表面以下和以上的高度之和為建築的層高3000mm；梁、柱、樓板整體件和ⅰ類梁、樓板整體件的樓板厚度為50mm。ⅱ類和ⅲ類梁與樓板整體件的樓板厚度為50mm，縱肋和橫肋的高度為70mm；樓板邊緣連接部的高度和寬度為150mm；梁的高度為600mm，柱在短跨方向的間距為9000mm、長跨方向的間距為12000mm，梁高與柱距之比為1/15～1/20，梁的寬度為200mm；梁、樓板整體件的縱肋和橫肋的尺寸和形狀同實施例一；ⅱ類梁、樓板整體件中，縱肋與梁的間距為775mm，相鄰兩橫肋的間距為930mm；ⅲ類梁、樓板整體件中，相鄰兩縱肋的間距為860mm，相鄰兩橫肋的間距為930mm。

本實施例的建築平面拼接時，相鄰的梁、樓板整體件之間的拼接，梁、樓板整體件與梁、柱、樓板整體件之間的拼接均參照實施例一：將相鄰整體件梁端部的連接鋼板對焊，在相鄰整體件樓板連接部圍成的區域現澆超高性能混凝土接縫，連接鋼板上的剪力釘和樓板連接部的連接鋼筋均被澆築於超高性能混凝土中。

當建築平面縱向和橫向的柱距相同時，縱、橫任選一個方向作為短跨，另一方向則為長跨布置梁、柱、樓板整體件和梁、樓板整體件。因此本實施例可應用於各種混凝土框架結構裝配式建築中。

一般來說，梁、柱、樓板整體件的柱截面邊長宜為200～1000mm，柱在樓板上表面以下的高度宜為500～2000mm，柱在樓板上表面以上的高度宜為1000～4000mm。梁、柱、樓板整體件和梁、樓板整體件中，樓板的厚度宜為30～50mm，縱肋和橫肋的高度宜為30～150mm；樓板邊緣連接部的高度和寬度宜為100～500mm；梁的高度與柱的柱距之比宜為1/10～1/40，梁的寬度宜為其高度的1/2～1/4；連接鋼筋的伸出長度宜為其直徑的6～15倍。