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所屬欄目:建筑設計論文 發布日期:2010-09-04 10:39 熱度:
摘要:文章簡要的介紹新型裝配現狀和做法,并根據環境情況提出節能和低碳建筑的方案
關鍵詞:工業化預制砼技術;快速裝配;
1引言
目前新型現代預制預應力混凝土建筑結構體系設計與施工研究主要包括:預制預應力混凝土建筑結構體系設計與優化;預制預應力混凝土單體構件(梁、墻、板、柱、樓梯與陽臺等)設計與優化;預制預應力建筑結構體系抗震設計;預制預應力混凝土結構節點構造與連接方式設計與試驗研究;預制預應力混凝土材料(HPC與UHPSC材料、清水與彩色建筑混凝土、灌漿料、自密實混凝土等)開發與應用;預制先張法預應力和預制后張法預應力綜合技術開發;大型與重型構件吊裝、運輸與存放綜合技術開發;預制構件專用臨時支撐系統與綜合施工技術開發;其它專業配套技術(節能保溫承重與非承重墻板開發、預制構件編碼系統開發等);經濟指標與節能、降耗與減排分析、預制預應力混凝土建筑結構體系技術標準的制定等。
2預制預應力混凝土建筑結構體系設計與優化
預制預應力混凝土結構的發展,首要解決的問題就是結構體系的設計與優化問題。在高抗震設防區,選擇合適的預制結構體系首先應考慮其抗震性能。合理的設計準則、重視節點連接與構造措施是設計地震區預制預應力混凝土結構的基本要求。對于預制預應力混凝土結構,要特別注意連接構造措施,連接構造措施不僅是傳遞荷載,而且可使整個結構的變形協調、統一。在地震區,限制結構產生位移和轉角非常重要,因為位移或轉角能夠引起建筑物的結構損壞和非結構性的損傷,甚至導致坍塌。由于結構尺寸不規則而必須采用防震縫的話,建議防震縫通過某種拉接體系實現不完全約束,并在建筑各部分間加減震材料從而降低由于撞擊作用引起的可能的損壞。
3預制預應力混凝土單體構件設計與優化
預制預應力混凝土的單體構件可能包括樓板、梁、柱、墻板、支座以及樓梯等。單體構件的設計既要考慮使用狀態的荷載,也要考慮施工運輸、吊裝階段的荷載,這與全現澆體系不同。目前,國內由于預制體系的推廣仍處在起步階段,有關預制構件的設計仍需進一步完善。有關單體構件的設計與優化,主要有以下幾方面工作需要開展:
(1)適應結構體系的構件。預制預應力混凝土結構在國內的產業化進程方興未艾,有關結構體系仍需開展許多重新設計與優化分析的工作,因此,對應適用的結構體系,勢必需要對應的適用的構件。
(2)使用階段分析與優化。預制構件最終將裝配成整體結構,因此必須對其使用階段將承受的荷載作用準確分析,從而相應地進行截面設計與優化。
(3)預應力結構設計優化。預應力的施加可能出現在單體構件內部,也可作為連接構件的有效手段。當作為單體構件內部建立的預應力時,有時是為使用階段而施加預應力,有時則是為施工階段而施加預應力。因此,預應力的施加有著相當的設計優化空間。
(4)施工階段分析與優化。預制構件不同于全現澆構件,在最終裝配成整體結構前,還存在一個制作、運輸、安裝階段。這個階段,構件仍是單體,就需對單體構件的施工階段進行準確分析,包括吊點位置、吊裝過程中自重以及風荷載的影響等,有時若干構件組合成一個單元同步吊裝,此時應分析該單元在施工階段的各種作用。
4預制預應力建筑結構體系抗震設計
建筑結構抗震性能的優劣實質上就是結構整體協同工作性能的體現,一般情況下,預制建筑結構的抗震性能要低于全現澆結構。也正是由于這個原因,預制建筑結構的抗震設計和抗震性能研究尤其重要。這至少包括如下幾個方面:
(1)結構體系研究。預制結構的抗震性能有別于現澆結構,但是有關現澆結構抗震性能的許多成果和結論對預制結構有著重要參考價值,如不同烈度地區對結構高度和層數的限制,不同結構體系的適用范圍等。在此基礎上,應通過對預制建筑結構體系的進一步研究得到相應的研究成果。
(2)連接節點設計。預制結構由大量單體構件在施工現場拼裝而成,結構整體工作性能主要取決于連接節點的工作性能,因此就要求預制結構的節點設計盡可能使其在地震作用下的工作性能接近于現澆結構。連接節點的設計與構造是預制結構能否提高抗震性能的關鍵,應有針對性地進行專門試驗與理論研究。
(3)預應力技術的應用。除了采用預應力單體構件外,預制預應力建筑結構體系還可利用預應力技術提高結構的整體工作性能和抗震性能。預應力的施加提高了結構的恢復力特性,使結構在更大的荷載作用下仍處于線彈性狀態,實際上提高了小震和中震作用下結構的工作性能,如果再配以適量的非預應力鋼筋,大震作用下的耗能能力也可進一步增強,整體抗震能力將進一步提高。
5預制預應力混凝土結構節點連接設計與試驗研究
連接構造措施是預制混凝土結構設計重要的因素之一。預制建筑構件(如柱、梁、板和剪力墻體)之間的連接必須有效地將單個結構構件互相連成統一整體,使得整個建筑結構協調一致。這樣,預制結構的力學性能就與現澆結構相同。
目前國內外在預制節點連接構造方面研究較多,并已有一些推薦做法,如美國PCI推薦采用注漿鋼套管機械連接方法,并將其應用到板與墻的連接、柱與梁的連接、墻與邊緣構件的連接等。國內柱與柱連接的方法則不同,包括榫式連接、漿錨連接、插入式連接等,梁與柱的連接包括明牛腿式連接、齒槽式、暗牛腿式、整澆式、疊壓漿錨式等多種。
其他專業配套技術。當前建筑發展要求節能降耗,提倡可持續發展,因此,新型墻體的研發應首先保證其節能保溫效果,在此基礎上可開發出承重墻體和非承重墻體。由于建筑結構的使用周期較長,耐久性也是一個應引起廣泛關注的重要因素。
預制預應力混凝土結構在美國的應用美國預制預應力混凝土協會PCI成立于1954年,是美國預制預應力行業的權威學會,也是國際上公認的技術水平領先的行業內學術機構。PCI學會的所屬企業和會員在預制預應力混凝土結構方面的研究開發工作為世界領先水平,PCI預制混凝土結構體系包括多種結構體系,可適用于各種使用要求和工程條件。此外,預制預應力混凝土結構在高地震烈度地區的高層和超高層建筑結構中也得到應用。
6預制預應力裝配建筑在我國的應用與建議
建筑混凝土預制構件行業在我國已有50多年的歷史,曾為我國建筑工業化作出過不可磨滅的貢獻,然而唐山大地震的發生、以往我國“裝配和半裝配混凝土”建筑技術的不完善以及體制不健全等原因,使得預制預應力混凝土構件在建筑設計與施工的大舞臺中份額日益減少。
工業建筑從上世紀50年代起就學習前蘇聯走預制裝配化的道路,柱、吊車梁、屋架或屋面梁、屋面板、天窗架等主要結構構件均采用預制;60年代末70年代初,主要生產用于民用建筑的空心板、平板,工業建筑用的屋面板、槽形板以及工業、民用建筑均可采用的V形折板、馬鞍形板等產品;70年代中期投資建起一大批混凝土大板廠和框架輕板廠;到80年代中期,全國城鄉建立起了數萬個規模不同的預制構件廠(其中90%以上是規模很小的鄉鎮企業)。從技術上看,預制構件的生產從以手工為主到機械攪拌、機械成型再到工廠的機械化程度很高的流水線生產,經歷了一個由低到高的發展過程,但整體上我國預制構件的生產還處在較低水平。由于多種原因,進入90年代以來,預制構件企業無利可圖,城市大中型構件廠大多到了無法維持的地步,民用建筑上的小構件已讓位給鄉鎮小構件廠。隨著各地相繼規定禁止使用預制空心樓板,改用現澆混凝土結構,建筑工程中的預制構件生產企業日漸衰落。
目前在建設工程中占主導地位的仍是現澆結構,其代價卻是引發嚴重的城市環境污染、噪聲污染等,致使城市居民生活質量下降,現場濕作業不可避免的造成建筑材料資源浪費。隨著城市居民生活水準的提高,對環境污染、噪聲污染的限制越來越嚴,對建設工程的環境要求也會越來越高,同時城市建設用地(建設現場用地)的緊張,各種建筑資源的缺少,必然增加建設成本,因此裝配結構的優點會越來越凸現,尤其在降低能源消耗、節約成本、降低污染方面,裝配構必然可以部分或大部分取代現澆結構,成為建筑市場的寵兒,并帶來巨大的經濟與社會效益,因此具有廣闊的發展前景。
參考文獻:
[1]混凝土結構設計規范GB50010—2002[M].北京:中國建筑工業出版社2002
[2]高層建筑混凝土結構技術規程(JGJ3-2002).北京:中國建筑工業出版社,2002.
文章標題:新型全預制裝配建筑在低碳經濟新形勢下的展望
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