全装配式混凝土结构全解

全装配式混凝土结构全解

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20xx年xx月

目录

前言...........................................................................3

1、装配式混凝土结构现状........................................................3

2、立体预制....................................................................4

2.1让装配式混凝土结构抗震强于现浇结构......................................4

2.2让装配式混凝土结构现场安装极其方便......................................9

3、立体预制•全装配式混凝土结构的预制方法及安装方法...........................12

3.1逐层循环的三维立体预制方法.............................................14

3.2全装配式的完整安装方法.................................................17

4、立体预制-全装配式混凝土结构的关键核心技术.................................22

4.1实用新型“具有粗牙螺纹大头和套筒的钢筋连接件”..........................22

4.2发明“一种混凝土预制水平构件连接方法”.................................23

4.3实用新型“一种用于立体预制全装配式混凝土结构的支顶循环系统”...........24

5、试验工程实例...............................................................26

6、预期经济效益分析...........................................................33

7、结语.......................................................................36

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立体预制•全装配式混凝土结构，是完全崭新的装配式混凝土结构;

其预制及施工安装技术依托已取得的专利成果提出：在保证混凝土结

构抗震节点核心区完整的前提下划分预制构件单元；通过其独特的支

顶循环系统实现预制构件的三维立体逐层循环预制；通过钢筋螺纹大

头和套筒对钢筋的预连接实现预制构件的预装配，现场安装实现全装

配。该技术可以从根本上解决装配式混凝土结构的抗震可靠性、安装

方便性问题。

1、装配式混凝土结构现状

目前装配式混凝土结构的预制方法一般采用二维平面预制，二维平

面预制最大的问题是：把混凝土结构抗震理论和实践中起关键作用的

抗震节点核心区人为地拆散分开，而把抗震节点核心区重新整合这个

很重要的任务交给了现场安装工人去处理，这必然是麻烦的或者是昂

贵的，尽管采取了很多办法，但对混凝土结构抗震而言，多数依然还

是不可靠的。

从结构工程师和使用方的角度出发，要求装配式混凝土结构像高质

量的现浇混凝土结构一样“用着放心、住着安心”，期望装配式混凝

土结构更结实、抗震更可靠，至少不比现浇结构差；从现场施工方的

角度出发，是期望现场安装更方便、更快捷，至少不要太麻烦。

2、立体预制

正是基于结构工程师、使用方和现场施工方等分别对装配式混凝土

结构的合理要求，为推动装配式混凝土结构的市场化发展，本文提出

了立体预制-全装配式混凝土结构这一全新的预制及施工安装技术。

该技术的总体目标：

▲一是让装配式混凝土结构抗震强于现浇结构；

▲二是让装配式混凝土结构现场安装极其方便。

2.1让装配式混凝土结构抗震强于现浇结构

结构专业观点：装配式混凝土结构，其实还是“装配整体式”混凝

土结构。它是以“现浇整体式”混凝土结构理论的计算结果作为设计

依据，到目前为止，并没有研究出专门的装配式混凝土结构的计算理

论，在此前提下，本技术遵循现有成熟理论的客观现实。为使装配式

混凝土结构抗震强于现浇结构，要解决两个最重要、最基本的问题：

▲一是抗震节点核心区必须有可靠保障；

▲二是钢筋的连接和锚固必须可靠。

2.1.1现浇施工的抗震节点核心区施工质量长期以来都无法得到保

障

抗震节点核心区是否可靠，主要体现在箍筋加密区是否做得好。笔

者根据十多年从事工程质量监督工作经验得知，由于节点核心区钢筋

太多太密，主筋很长且有弯钩，造成最核心位置的竖向构件加密箍筋

安装困难。实际操作时会把这些加密箍筋放成一堆、或者干脆不放，

有的即使提前把这些加密箍筋绑扎成形，后面因带弯钩的主筋难以伸

入，又把这些安装好的加密箍筋剪断，无奇不有。

因此混凝土结构现浇施工现场的情况是，绝大多数节点核心区长期

以来都做不好（图1）,节点核心区最核心位置的箍筋与设计图纸严重

不符，位于此处的主筋锚固也被明显削弱，降低了受力构件节点核心

区的受力性能，影响结构的强度、安全性和抗震可靠性。

图1现浇节点核心区箍筋质量问题

2.1.2立体预制-全装配式混凝土结构的抗震节点核心区强于现浇

在预制工厂里，本技术以保证节点核心区的完整为前提划分预制构

件单元，能够较方便地把这些节点核心区做好。因为以节点核心区作

为预制单元，同样配置的钢筋，在预制单元中交汇、锚固的主筋都变

短了。在绑扎钢筋笼时，先把最核心位置的竖向主筋和箍筋绑扎成型,

然后就可以很容易地把其他方向较短的主筋按设计图纸从钢筋笼中穿

过、固定（图2）o

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图2预制单元节点核心区钢筋

预制构件单元的混凝土浇筑后，形成柱梁板一体或者墙梁板一体的

可靠的节点核心区。这样就很自然地解决了让装配式混凝土结构强于

现浇的第一个问题，如图3所示。

（a）柱梁板节点（b）墙梁板节点

图3可靠的节点核心区

事实上，把节点核心区最核心位置的箍筋做好了，位于此处的主筋

锚固也就自然做好了。如果个别端部位置的主筋弯钩实在太长，影响

核心区钢筋笼的绑扎，可以采用锁锚技术（将主筋端头徽粗成小圆盘

进行锚固的方式，增加了钢筋笼内的空间，主筋间距较小时，端头可

错位布置）轻松解决。主筋的锚固做得更好了，让装配式混凝土结构

强于现浇的第二个问题也解决了一半。

2.1.3立体预制-全装配式混凝土结构的钢筋连接强于现浇结构的

钢筋连接

现浇混凝土结构所用钢筋连接形式，主要有焊接、普通套筒连接等。

现场焊接至今没有完全可靠的焊接质量保证；普通套筒连接直接减小

了钢筋母材的有效截面面积，降低了钢筋连接部位的抗拉能力。现浇

混凝土结构现行国家规范标准要求：钢筋连接部位不能设在受力较大

位置，而且钢筋连接接头还要错开。这都是基于焊接和普通套筒连接

不可靠的考虑。

四年以来，本技术专门研发了具有粗牙螺纹大头和套筒的钢筋连接

件，能够更加可靠、更加高效地应用于装配式混凝土结构的钢筋连接。

该连接件具有粗牙螺纹大头，粗牙螺纹大头的小径和过渡段均大于相

应钢筋母材的直径，不但避免了螺纹连接处的强度削弱，而且比原钢

筋强度更高，能够提高钢筋连接的整体强度［1］。经若干力学试验均能

达到机械连接的I级接头标准，证明“具有粗牙螺纹大头和套筒的钢

筋连接件”完全可靠（图4、图5）。

挡止—食筒

亶幽酗4连接后

图4螺纹大头和套笥的钢筋连接件

图5钢筋机械连接力学试验（I级接头）

以上简单实用的技术，可以解决装配式混凝土结构强于现浇结构的

两个最重要、最基本的问题。

2.2让装配式混凝土结构现场安装极其方便

为了解决让装配式混凝土结构现场安装极其方便的问题，通过将建

筑工程和机械工程两学科的交叉、结合，立体预制-全装配式混凝土

结构具有以下几个方便：

第一个极其方便：由于立体预制•全装配式混凝土结构在“预制时”，

已经对每一个螺纹头进行了“预连接”，相当于预制构件出厂前已经

预装配，而且是在混凝土硬化并对构件接头编号后，才拆分预制构件

的，当预制构件运往现场装配时，只需要按构件接头编号对位安装，

而每一个螺纹大头的轴线或丝牙均无需再次进行分别对准，也就是一

一钢筋对位极其方便。

第二个极其方便：采用具有粗牙螺纹大头和套筒的钢筋连接件，只

需要转动套筒，不需要转动钢筋或者使两边构件沿轴线方向移动［2］。

为此，本技术还设计了专用的传动工具，可带动套筒齿轮转动，连接

时更加方便、快捷(图6)。

(a)方便的钢筋连接件(b)方便的专用连接工具

图6方便的钢筋连接

第三个极其方便：本技术设计了专门的安装支承调平器，预制构件

吊装就位时只需要转动支承调平器螺丝，就能将预制构件调平校正并

支承，也就是一一构件调平校正极其方便(图7)。

及7翦力墙安装调平器

第四个极其方便：本技术设计了专门的灌缝钢筒，灌缝时比较方便

（图8）。

多个灌缝

图8方便的灌建钢筒

第五个极其方便：本技术设计了专门的透明模板，灌缝时看得见,

可以实时、直观地掌握安装缝的具体情况（图9）。

图9透明的灌建模板

第六个极其方便：由于本技术预制构件的接头位置比较合适，避开

了节点核心区，预制构件在就位、调平、灌缝时很容易做到“看得见、

摸得着”（图10）。

匚;合适的接头位置

国10安装时看得见、摸得着

以上“极其方便”，可以解决装配式混凝土结构现场安装极其方便

这个问题。

综上，本技术的导向是：把可靠交给工厂，把方便送给现场。

3、立体预制-全装配式混凝土结构的预制方法及安装方法

立体预制-全装配式混凝土结构是以现浇结构施工图为基础，深化

设计时，以保留节点核心区完整为前提，进行预制构件单元的划分，

将预制构件的分缝设置在节点核心区以外；预制构件的混凝土浇筑之

前，需用套筒对钢筋螺纹大头进行预连接，相当于预制构件出厂前的

的预装配。

立体预制-全装配式混凝土结构的预制构件在工厂预制时，必须配

置一套支顶循环系统（图11）;为环保和改善生产条件，应该建一个

至少能容纳建筑单体平面尺寸的大跨度预制工厂（图12）。预制构件

现场安装时，必须配置一台或多台大型塔吊。

图11支顶循环系统

图12大跨度预制工厂

3.1逐层循环的三维立体预制方法

在预制工厂内，使用图11所示支顶循环系统，进行逐层循环且带有

预装配性质的三维立体预制。（只说明方法，省略预制平台和模板）

第一步：先把第一层预制构件的钢筋各个螺纹大头，在分缝处通过

套筒进行预连接，浇筑本层全部预制构件混凝土；再将第二层与第一

层相连的竖向钢筋螺纹大头通过套筒预连接，第二层预制构件的其他

钢筋端头，也在分缝处通过套筒进行预连接，浇筑第二层全部预制构

件混凝土。形成两层已预连接且可拆分的预制构件（图13）。

支13先预制两层已预连接且可拆分的预制构件

第二步：待混凝土达到拆模强度要求后，把第一层预制构件拆分移

开（图14）o

图14把第一层预制构件拆分移开

第三步：支顶循环系统下降，把第二层预制构件降下来（图15）。

图15支顶循环系统把第二层预制构件降下来

第四步：在降下来的第二层预制构件之上按第一步的方法预制第三

层预制构件（图16）。

图16在降下来的第二层构件之上预制第三层构件

如此循环往复，逐层预连接、可拆分地预制，就能预制现行系列混

凝土结构规范所允许（与现浇结构相同）的任意层数混凝土结构的全

部预制构件。

需要注意几个重要的问题：

1）划分的预制构件单元要考虑能运得走、吊得起，一般控制在200kN

以内；

2）划分预制单元的分缝宽度要合适，一般控制在230niiir300nini；

3）钢筋的连接端头设在分缝的中间；

4）本层预制构件的混凝土在浇筑之前，就要用套筒对钢筋进行预连

接；

5）在拆开预制构件前，要对预制构件进行编号；

6）在拆移、运输及吊装预制构件过程中，不要过度碰撞钢筋端头。

3.2全装配式的完整安装方法

立体预制-全装配式混凝土结构的预制构件是经过预装配的，每一

个预制构件都是唯一的，因此要严格按照构件出厂编号进行安装。

3.2.1竖向预制构件的安装

第一步：在基础施工时，预留基础中与柱子、剪力墙或核心筒等

竖向构件交接部位的“杯口”，基础以上结构安装时，先将底端带有

插筋的最下端竖向预制构件安装就位，使用辅助工具将其调平，而后

校正、固定并复核其位置，最后浇筑全部交接部位的“杯口”混凝土。

第二步:将由下至上第二段竖向预制构件按照出厂编号吊装就位（图

17、图18）o

图17框架结构的竖向构件安装

图18瓦力堵及筒体结构的竖向构件安装

第三步：塔吊配合下，使用专门的支承调平器将其支承与调平，并

校正、固定、复核其位置（图19）o

个

二

承

支

平

调

图19支承调平器的支承与调平

透

一

明

的

模

板

凝土

性混

筑特

筒浇

建钢

和灌

模板

透明

采用

图20

装。

的安

构件

预制

竖向

一层

成第

可完

，即

五步

以上

通过

五步进

四、

三、

二、

照第

均按

件，

制构

向预

的竖

各层

以上

层及

第二

装。

行安

安装

件的

制构

平预

2水

3.2.

构

制水平

，将预

成后

装完

部安

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的竖

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步：

第一

状态

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装的

件吊

在构

位，

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厂编

照出

）按

楼板

梁和

包括

件（

）。

图22

1、

（图2

套筒

钢筋

连接

工具

专用

使用

下，

蚕21水平构件连接前

图22水平构件连接后

第二步：使用临时支撑将其支稳（图23、图24）。

图23框架结构的水平构件安装

图24翦力堵结构的水平构件安装

第三步：在安装缝处封装普通模板、浇筑高于预制构件强度等级的

高性能微膨胀混凝土，完成该层水平构件的安装。

各层水平预制构件，均可按照以上三步进行安装。

4、立体预制-全装配式混凝土结构的关键核心技术

为了使装配式混凝土结构建成后，即使在重大自然灾害面前依然整

体可靠、现场安装时方便快捷，在经历了38年的装配式建筑知识和经

验积累的基础上，本文将机械工程前沿技术与建筑工程综合技术紧密

结合，用4年的时间集中研发，完成了简单实用的立体预制•全装配

式混凝土结构的关键核心技术，简单介绍如下。

4.1实用新型“具有粗牙螺纹大头和套筒的钢筋连接件”

本实用新型除可靠性强、方便快捷之外，最主要是它在连接时只需

要转动套筒，能够解决预制混凝土结构中被连接钢筋既不可转动且沿

钢筋轴线方向也不可移动的技术难题，是“立体预制-全装配式混凝

土结构”可预连接、可拆分、可安装的关键（图25、图26）。

挡止一ruwirm套筒

连接前

钢筋螺纹大头

图25嘿纹大头和套筒的钢筋连接状态1

钢筋螺纹大头

图26噱纹大头和套筒的钢筋连接状态2

4.2发明“一种混凝土预制水平构件连接方法”

通过本发明制作的混凝土预制水平构件能够保证各螺纹大头顺利配

型对位，既能通过套筒对预制构件的钢筋进行预连接，又可以将预制

构件拆开并再次连接。它填补了沿轴线方向不移动混凝土预制水平构

件下快速并可靠连接的领域空白，这是装配式混凝土结构的崭新发展

（图27、图28）o

图28预制水平构件连接方法状态2

4.3实用新型“一种用于立体预制全装配式混凝土结构的支顶循环

系统”

通过多组油缸千斤顶、转换支托和可升降的预制平台，可以实现“立

体预制•全装配式混凝土结构”由下至上循环进行预制，实现本层水

平构件之间和上下层竖向构件之间的预连接，可以预制任意层数直至

设计项目最高层。

图29为本实用新型支顶循环系统的机构原理示意图，图30为本实

用新型转换支托大样示意图。

活动支托1上层预制平台

油缸上段

卜层便制平分

可收缩

转换支托

图29支顶循环系统机构原理

图30转换支托大样

该技术所形成的设备包含实用新型和发明专利，结构比较复杂但使

用比较简单。

5、试验工程实例

本试验工程选取Emma游泳池作为实例。工程虽小，但一应俱全-

具有混凝土结构的柱、墙、梁、板等所有构件（图31）。以此实例证

明“立体预制•全装配式混凝土结构”可预制、可拆分、可安装，也

具体证明其具有的可靠性和方便性。

图31Emma游泳池

该工程首先按照现浇混凝土结构进行理论计算（7