《混凝土结构基本原理》 课件 第11章 装配式混凝土结构简介

第11章装配式混凝土结构简介第11章11.1装配式混凝土结构基本知识11.2装配式混凝土结构设计基础11.3装配式混凝土结构预制构件311.1装配式混凝土结构基本知识

◆基本概念

◆连接方式◆结构体系1.基本概念11.1装配式混凝土结构基本知识装配式建筑（assembledbuilding）是由预制部品部件在工地装配而成的建筑。特点：以完整的建筑产品为对象，以系统集成为方法，体现加工和装配需要的标准化设计；以工厂精益化生产为主的部品部件；以装配和干式工法为主的施工现场；以提升建筑工程质量安全水平、提高劳动生产效率、节约资源能源、减少施工污染和建筑的可持续发展为目标；基于BIM技术的全链条信息化管理，实现设计、生产、施工、装修和运营维护的协同。第11章1.基本概念11.1装配式混凝土结构基本知识第11章装配式混凝土建筑（assembledbuildingwithconcretestructure）是指建筑的结构系统由混凝土部件（预制构件）构成的装配式建筑。国际建筑界习惯简称为PC建筑。装配式混凝土结构（precastconcretestructure)是由预制混凝土构件通过可靠的连接方式装配而成的混凝土结构，简称装配式结构。其主要特征是预制混凝土构件和可靠的连接方式。按连接方式的不同，分为装配整体式混凝土结构和全装配式混凝土结构。预制率<5%5~20%20~50%50~70%>70%类型局部使用预制构件低预制率普通预制率高预制率超高预制率1.基本概念预制构件（precastcomponents）是按照设计规格在工厂或现场预先生产制作的结构构件、维护构件及其他构件等。叠合构件（compositemember）是由预制混凝土构件（或既有混凝土结构构件）和后浇混凝土组成，以两阶段成型的整体受力结构构件。11.1装配式混凝土结构基本知识第11章11.1装配式混凝土结构基本知识第11章2.连接方式

套筒灌浆连接

套筒灌浆连接是将需要连接的带肋钢筋插入金属套筒内“对接”，在套筒内注入高强早强且有微膨胀特征的灌浆料，灌浆料凝固后在金属套筒筒壁与钢筋之间形成较大的正向压力，在带肋钢筋的粗糙表面产生较大的摩擦力，由此得以传递钢筋的轴向力。全灌浆套筒半灌浆套筒连接方式是装配式混凝土结构的关键技术，也是结构安全的重要保障。11.1装配式混凝土结构基本知识第11章2.连接方式浆锚搭接连接浆锚搭接连接是将需要连接的带肋钢筋插入预制构件的预留孔道内，预留孔道内壁是螺旋形的；钢筋插入孔道后，在孔道内注入高强早强且有微膨胀特征的灌浆料，锚固住所插入的钢筋，使其与孔道旁预埋在构件中的钢筋形成“搭接”，这种情况属于有距离搭接。浆锚搭接示意图螺旋钢筋浆锚搭接金属波纹管浆锚搭接类型11.1装配式混凝土结构基本知识第11章2.连接方式后浇混凝土连接后浇混凝土连接是将需要连接的预制构件就位、需要连接的钢筋连接好后，通过现浇混凝土所形成的一种连接。采用后浇混凝土连接时，预制构件与后浇混凝土的接触面应做成粗糙面或键槽，以提高其抗剪能力。叠合板后浇混凝土连接叠合梁后浇混凝土连接11.1装配式混凝土结构基本知识第11章3.结构体系装配整体式框架结构由梁、柱构件组成的结构称为框架，整幢建筑都由梁、柱构件组成的结构称为框架结构体系。这种结构体系平面布置灵活，传力路径明确，计算理论较成熟；构件易于标准化、定型化，装配效率高，现场湿作业少，是装配式混凝土建筑最合适的结构形式。叠合梁叠合楼板预制柱预制外挂墙板预制内隔墙板预制楼梯叠合阳台预制挑檐板预制空调板…11.1装配式混凝土结构基本知识第11章3.结构体系装配整体式剪力墙结构剪力墙多为钢筋混凝土墙体，由于墙体横向尺度很大，可抵抗较大的侧向力作用。装配整体式剪力墙结构主要预制构件形式为预制剪力墙、预制外挂墙板、叠合梁、预制楼梯、叠合阳台、预制空调板等，构件之间拼缝采用湿连接，剪力墙纵向钢筋的连接方式主要有套筒灌浆连接和浆锚搭接，结构性能与现浇结构基本一致。11.1装配式混凝土结构基本知识第11章3.结构体系装配整体式框架-现浇剪力墙结构装配整体式框架-现浇剪力墙结构是指在框架结构中设置部分现浇剪力墙的结构。这种结构体系可充分发挥框架结构布置灵活和剪力墙抗侧刚度大的特点。装配整体式部分框支剪力墙结构将转换层以上的全部或部分剪力墙采用预制墙板，称为装配整体式部分框支剪力墙结构。这种结构体系下部为框支柱，与上部墙体刚度相差悬殊，在地震作用下将会产生很大的侧向变形，因此在地震区不允许采用。序号结构体系类型适用范围1装配整体式混凝土框架结构公寓、酒店、办公楼、商业、学校、医院等2装配整体式框架-现浇剪力墙结构3装配整体式剪力墙结构住宅、公寓、宿舍、酒店等4装配整体式混凝土部分框支剪力墙结构1311.2装配式混凝土结构设计基础◆等同现浇原理◆结构设计内容◆结构设计要求11.2装配式混凝土结构设计基础第11章1.等同现浇原理装配式混凝土结构的设计基础是等同现浇原理，即通过采用可靠的连接技术和必要的构造措施，使装配整体式混凝土结构形成一个整体，达到与现浇混凝土结构基本等同的效能，进而采用与现浇混凝土结构相同的设计计算方法。实现等同效能，结构构件可靠的连接最为重要，同时还应对相关结构和构造做一些加强或调整，其适用条件也比现浇结构限制得更严。等同现浇原理只是一个技术目标，并非是一个严谨的科学原理。11.2装配式混凝土结构设计基础第11章2.结构设计内容（1）选择适宜结构体系：综合考虑功能要求、环境条件和相关标准等（2）进行结构概念设计：结构整体性、抗震设计等（3）确定结构拆分界面：装配范围和预制范围等（4）进行结构内力分析：抗震有关规定、附加承载力计算等（5）进行结构拆分设计：选定连接方式和材料等（6）进行局部部位设计：需要加强的局部等（7）进行预制构件设计：形状、尺寸、结构、配筋等（8）兼顾其他专业内容：建筑、结构、保温、装饰一体化11.2装配式混凝土结构设计基础第11章3.结构设计要求装配式混凝土结构设计时，除应符合《混凝土结构设计规范》、《装配式混凝土建筑技术标准》、《装配式混凝土结构技术规程》等基本要求外，还应满足：《建筑抗震设计规范》GB50011-2010《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010装配式混凝土结构与现浇结构一样，都是采用极限状态设计方法，除应满足承载能力极限状态、正常使用极限状态和耐久性极限状态外，还需进行短暂设计状况下的承载力验算，即必须考虑两个受力阶段、多个受力工况。在施工阶段，预制构件要考虑脱模、翻转、起吊、运输、安装等不同工况，此时会产生一系列的外加荷载作用，但可不考虑地震作用的影响；在使用阶段，预制构件安装完毕后，可作为整体结构的一部分共同承载受力，计算时取与现浇结构相同的计算简图。1711.3装配式混凝土结构预制构件◆一般设计规定◆叠合受弯构件设计◆常用预制构件11.3装配式混凝土结构预制构件第11章1.一般设计规定计算规定（1）对于持久设计状况，应对预制构件进行承载力、变形、裂缝控制验算；（2）对于地震设计状况，应对预制构件进行承载力验算；（3）对制作、运输、堆放、安装等短暂设计状况下的预制构件验算，应符合国家标准《混凝土结构工程施工规范》GB50666-2011的有关规定，既要进行承载力验算，也要进行相应的安全性分析。脱模、翻转、吊装吊点位置设计与结构验算；堆放、运输支承点位置设计与结构验算；安装过程中定位装置及临时支撑设计与结构验算。验算内容11.3装配式混凝土结构预制构件第11章1.一般设计规定施工验算时的作用效应组合预制构件施工验算时作用组合的效应设计值应按下式计算：——动力系数；——永久荷载分项系数，取值按表3-7；——按预制构件自重标准值计算的荷载效应值；预制构件安装就位后施工时作用组合的效应设计值应按下式计算：——按叠合层自重标准值计算的荷载效应值；——可变荷载分项系数，取值按表3-7；——按施工活荷载和使用阶段可变荷载标准值在计算截面产生的效应值中的较大值；保护层厚度应满足《规范》的有关规定。保护层厚度大于50mm时，宜采取增设钢筋网片等有效的构造措施，以防止混凝土保护层出现裂缝以及在受力过程中剥离脱落。11.3装配式混凝土结构预制构件第11章2.叠合受弯构件设计叠合受弯构件受力分析按施工阶段有无支撑，叠合受弯构件可分为一阶段受力叠合构件和两阶段受力叠合构件。一阶段受力叠合构件：施工阶段有可靠支撑的叠合构件。两阶段受力叠合构件：施工阶段无支撑的叠合构件。第一阶段，后浇的叠合层混凝土未达到设计强度之前，荷载由预制构件承担，预制构件按简支构件计算；荷载包括预制构件自重、预制楼板自重、叠合层自重以及本阶段的施工活荷载。第二阶段，后浇的叠合层混凝土达到设计强度之后，叠合构件按整体构件计算；荷载效应组合需考虑下列两种情况并取最大值：施工阶段和使用阶段。11.3装配式混凝土结构预制构件第11章2.叠合受弯构件设计叠合构件承载力计算——正截面受弯承载力计算预制构件和叠合构件进行正截面受弯承载力计算时，弯矩设计值按下列方法取用：预制构件叠合构件的正弯矩区段叠合构件的负弯矩区段——按预制构件自重、预制楼板自重和叠合层自重在计算截面产生的弯矩设计值；——按第二阶段面层、吊顶等自重在计算截面产生的弯矩设计值；——按第一阶段施工活荷载在计算截面产生的弯矩设计值；——按第二阶段可变荷载在计算截面产生的弯矩设计值；取本阶段施工活荷载和使用阶段可变荷载在计算截面产生的弯矩设计值中的较大值。11.3装配式混凝土结构预制构件第11章2.叠合受弯构件设计叠合构件承载力计算——斜截面受剪承载力计算预制构件和叠合构件斜截面受剪承载力可按钢筋混凝土梁受剪承载力公式计算。计算时，剪力设计值按下列方法取用：预制构件叠合构件——按预制构件自重、预制楼板自重和叠合层自重在计算截面产生的剪力设计值；——按第二阶段面层、吊顶等自重在计算截面产生的剪力设计值；——按第一阶段施工活荷载在计算截面产生的剪力设计值；——按第二阶段可变荷载在计算截面产生的剪力设计值；取本阶段施工活荷载和使用阶段可变荷载在计算截面产生的剪力设计值中的较大值。11.3装配式混凝土结构预制构件第11章2.叠合受弯构件设计叠合构件承载力计算——叠合构件叠合面受剪承载力计算当叠合构件符合《规范》规定的各项构造要求时，其叠合面受剪承载力应符合下式规定：式中符号意义同第5章，混凝土抗拉强度设计值ft取叠合层和预制构件中的较低值。楼板一般不需进行抗剪计算。对不配箍筋的叠合板，当预制板表面做成凹凸差不小于4mm的粗糙面时，其叠合面受剪承载力应符合下式的要求：11.3装配式混凝土结构预制构件第11章2.叠合受弯构件设计叠合构件承载力计算——叠合梁端部竖向接缝受剪承载力计算叠合梁端竖向接缝受剪承载力设计值应按下列公式计算：预制构件叠合构件——叠合梁端截面后浇混凝土叠合层截面面积；——预制梁混凝土轴心抗压强度设计值；——垂直穿过结合面钢筋抗拉强度设计值；——各键槽的根部截面面积之和，按后浇键槽根部截面面积和预制键槽根部截面面积分别计算，并取两者的较小值;——垂直穿过结合面所有钢筋的面积，包括叠合层内的纵向钢筋。11.3装配式混凝土结构预制构件第11章3.常用预制构件预制柱预制柱是装配式混凝土框架结构的主要竖向受力构件，一般采用矩形截面，亦可采用圆形截面。预制柱之间通常采用套筒灌浆连接，套筒预埋在上部预制柱的底部，下部预制柱的钢筋伸出楼板现浇层之上，预留长度保证钢筋在套筒内的锚固长度加上预制柱下拼缝的宽度。套筒预埋于柱脚下部锚固钢筋定位钢板固定11.3装配式混凝土结构预制构件第11章3.常用预制构件预制柱预制柱除应按现行国家标准《规范》、《装规》等进行设计外，还应符合下列规定：（1）矩形柱截面宽度不宜小于400mm，圆形截面柱直径不宜小于450mm，且不宜小于同方向梁宽的1.5倍；采用较大直径钢筋及较大的柱截面，可以减少钢筋根数，增大间距，便于钢筋连接及节点区域的钢筋布置。（2）柱纵向受力钢筋在柱底连接时，柱箍筋加密区长度不应小于纵向受力钢筋连接区域长度与500mm之和；采用套筒灌浆连接或浆锚搭接连接等连接方式时，套筒或搭接段上端第一道箍筋距离套筒或搭接段顶部不应大于50mm。柱底箍筋加密区域构造11.3装配式混凝土结构预制构件第11章3.常用预制构件预制柱预制柱除应按现行国家标准《规范》、《装规》等进行设计外，还应符合下列规定：（3）柱纵向受力钢筋直径不宜小于20mm，间距不宜大于200mm且不应大于400mm。柱的纵向受力钢筋可集中于四角配置且宜对称布置。柱中可设置纵向辅助钢筋且直径不宜小于12mm和箍筋直径；当正截面承载力计算不计入纵向辅助钢筋时，纵向辅助钢筋可不伸入框架节点。（4）预制柱箍筋可采用连续复合箍筋。柱集中配筋构造平面11.3装配式混凝土结构预制构件第11章3.常用预制构件叠合梁叠合梁（compositebeam）是指在梁的高度上分两阶段浇筑混凝土的梁，即第一阶段为工厂预制，第二阶段为现场浇筑。当采用叠合梁时，往往也采用叠合板，梁、板的后浇混凝土层一起浇筑。叠合梁便于和预制柱及叠合楼板连接，结构整体性增强，运用非常广泛。矩形截面预制梁

凹口截面预制梁叠合框架梁截面示意图11.3装配式混凝土结构预制构件第11章3.常用预制构件叠合梁叠合梁的箍筋配置应符合下列规定：对抗震要求较高（抗震等级为一、二级）的叠合框架梁梁端箍筋加密区，宜采用整体封闭箍筋，且整体封闭箍筋搭接部分宜设置在预制部分。预制部分

叠合梁采用整体封闭箍筋的叠合梁11.3装配式混凝土结构预制构件第11章3.常用预制构件叠合板叠合板（compositeslab）是由预制板和现浇混凝土层叠合而成的板。钢筋桁架叠合板