崔建宇

(大連民族大學(xué) 土木工程學(xué)院，遼寧 大連 116605)

?

大都市高層建筑壓接工法應(yīng)用研究

崔建宇

(大連民族大學(xué) 土木工程學(xué)院，遼寧 大連 116605)

摘要：從都市預(yù)制混凝土壓接工法的研究背景、抗震特性、設(shè)計焦點(diǎn)等方面分析了這一新體系的發(fā)展現(xiàn)狀。分析表明，新結(jié)構(gòu)體系具有非常好的地震大變形吸收能力及地震大變形后的恢復(fù)能力，表現(xiàn)了良好的抗震性能及耐久性。在建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計中應(yīng)重視對這一新體系的普及應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：高層建筑；預(yù)制混凝土；預(yù)應(yīng)力混凝土；壓接工法；抗震性能

不論是從城市重要性還是從發(fā)展戰(zhàn)略角度出發(fā)，提高大都市建筑結(jié)構(gòu)抗震等級、提倡綠色建筑理念是當(dāng)今結(jié)構(gòu)設(shè)計的首要任務(wù)[1-5]。不受天氣影響，裝配式預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的梁、柱、剪力墻、陽臺等構(gòu)件在工廠統(tǒng)一材料管理、鋼筋配置及建模管理下實(shí)現(xiàn)混凝土澆灌，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一恒溫恒濕條件下混凝土養(yǎng)護(hù)，混凝土品質(zhì)得到充分保證。由于現(xiàn)場混凝土澆注量大幅縮小，現(xiàn)澆支模材料和工序被大幅度壓縮，現(xiàn)場澆注對周圍環(huán)境的噪音影響也被大幅度降低。當(dāng)需要拆除建筑時，通過解除構(gòu)件間壓接力還可以實(shí)現(xiàn)構(gòu)件二次利用。本文通過對該系統(tǒng)技術(shù)特點(diǎn)的分析介紹，為該體系在我國的發(fā)展和研究提供參考。

1新工法的背景和基本概念

在大都市建筑密集區(qū)，為了減少混凝土現(xiàn)澆用模板存放所需空間、支模及拆模造成的人力物力浪費(fèi)以及混凝土運(yùn)送及澆注造成的對周圍環(huán)境的不利影響，預(yù)制件壓接法的研究應(yīng)用在國外取得了長足發(fā)展[6-8]。從結(jié)構(gòu)抗震角度出發(fā)，該結(jié)構(gòu)在吸收地震變形方面優(yōu)于普通現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)，且整體性與普通結(jié)構(gòu)基本相同,結(jié)構(gòu)構(gòu)件拆分組合圖如圖1。所謂的“裝配件壓接工法”就是由工廠加工的梁柱預(yù)制件或梁柱預(yù)應(yīng)力預(yù)制件搬運(yùn)到現(xiàn)場，將支撐鋼管等件臨時拼裝定位后，通過鋼絞線(梁或剪力墻)及預(yù)應(yīng)力鋼棒(柱)的張拉擠壓形成的整體結(jié)構(gòu)體系。鋼絞線張拉時以一次張拉為主。鋼絞線最大張拉強(qiáng)度一般為0.85 Py。該規(guī)定的主要目的是：(1)充分利用鋼絞線材料的抗拉強(qiáng)度；(2)保證中小型地震時鋼絞線仍保持在彈性范圍內(nèi)；(3)兩者要同時兼顧。

圖1　結(jié)構(gòu)構(gòu)件拆分組合圖

圖2　預(yù)留鋼筋及中空預(yù)制件示意圖

2新工法的技術(shù)特點(diǎn)

構(gòu)件間連接節(jié)點(diǎn)及梁柱構(gòu)件斷面詳細(xì)如圖2。圖中灰色部分為預(yù)制混凝土，白色部分為現(xiàn)澆混凝土，預(yù)制件露出鋼筋與現(xiàn)澆混凝土形成整體性。圖中上下柱主筋由機(jī)械套連接，預(yù)制混凝土構(gòu)件內(nèi)表面作成人工粗糙面、梁端部做成凹凸形狀與現(xiàn)澆混凝土形成咬合機(jī)制增加兩種混凝土整體性。

裝配件壓接工法的關(guān)鍵是如何使其整體性不遜于現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)。國外在設(shè)計應(yīng)用中主要通過節(jié)點(diǎn)處理和壓接兩個設(shè)計環(huán)節(jié)加以控制。

2.1節(jié)點(diǎn)設(shè)計環(huán)節(jié)

(1)梁彎壓區(qū)預(yù)制柱與預(yù)制梁接觸面間的摩擦抵抗機(jī)制如圖3[9]。

(1)

(2)樓板現(xiàn)澆層與預(yù)制部分結(jié)合的抗剪設(shè)計。

(2)

(3)預(yù)留鋼筋銷拴作用的抗剪強(qiáng)度。

(3)

式中,adowel為鋼筋截面面積。

(4)梁端咬合機(jī)制抗剪強(qiáng)度

(4)

(5)

(6)

梁端咬合機(jī)制如圖4，Vs、Vc分別為梁端咬合機(jī)制沿混凝土剪切方向的抗剪強(qiáng)度和垂直于剪切方向的抗壓強(qiáng)度；As、Ac分別為咬合機(jī)制凹凸面兩方向剪切面面積。

圖3　梁彎壓摩擦機(jī)制

圖4　梁端咬合機(jī)制

(5)機(jī)械套性能要求

反復(fù)拉伸試驗結(jié)果如圖5，在滿足機(jī)械套拉伸強(qiáng)度大于縱向鋼筋屈服強(qiáng)度的同時，縱筋第二次及第五次屈服卸載后相對機(jī)械套的滑移量要求分別小于0.3mm和0.9mm。

圖5　構(gòu)件縱筋間機(jī)械套連接及張拉試驗結(jié)果

2.2壓接設(shè)計環(huán)節(jié)

壓接工法節(jié)點(diǎn)預(yù)應(yīng)力筋配置詳圖及錨具詳圖如圖6、圖7。梁柱節(jié)點(diǎn)外側(cè)配置預(yù)應(yīng)力錨具，通過拉伸固定鋼絞線形成擠壓力使預(yù)制梁柱構(gòu)件形成整體性。

圖6　預(yù)應(yīng)力壓接工法配筋詳圖

圖7　預(yù)應(yīng)力錨具詳圖

反復(fù)水平地震荷載-位移滯回曲線如圖8。圖中對反復(fù)水平地震荷載-位移作用下預(yù)制混凝土壓接框架與現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)的滯回曲線進(jìn)行了對比。與普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比，預(yù)制混凝土壓接框架的殘留塑性變形大幅減少，原點(diǎn)指向型滯回曲線表明其地震變形吸收能力要遠(yuǎn)高于普通結(jié)構(gòu)。

圖8　混凝土框架水平地震荷載-位移滯回曲線

反復(fù)荷載作用下框架變形量計算是非彈性階段結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的重要組成部分。其中代表框架非線性吸收地震能特性的阻尼系數(shù)heq是其中的關(guān)鍵所在。最新研究成果表明，該系數(shù)受普通鋼筋提供抗彎強(qiáng)度貢獻(xiàn)率影響很大，且與實(shí)驗值吻合性較好[10]。其中

(7)

(8)

式中，Mur、Mu分別為普通鋼筋提供的梁抗彎強(qiáng)度、梁總抗彎強(qiáng)度。

針對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)(RC)與預(yù)制結(jié)構(gòu)(PC)能力設(shè)計結(jié)果的比較如圖9。其中反應(yīng)譜和能力譜交點(diǎn)分別代表鋼筋混凝土和壓接預(yù)制結(jié)構(gòu)極限能力點(diǎn)。水平坐標(biāo)方向二者差異表明：進(jìn)入塑性階段壓接結(jié)構(gòu)變形能力優(yōu)于普通混凝土結(jié)構(gòu)。壓接工法現(xiàn)場實(shí)例如圖10。

圖9　反應(yīng)譜中二種結(jié)構(gòu)非線性變形能力比較

圖10　預(yù)制件壓接工法實(shí)例

3結(jié)語

預(yù)制件壓接工法是近十年國外逐漸發(fā)展成熟的建筑結(jié)構(gòu)體系。中國雖然在橋梁預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)開發(fā)應(yīng)用使用該工法較多，在建筑領(lǐng)域從結(jié)構(gòu)整體性研究和提高施工精度方面有待進(jìn)一步開發(fā)積累，本研究針對關(guān)鍵領(lǐng)域的關(guān)鍵設(shè)計環(huán)節(jié)提供一定理論數(shù)據(jù)以供參考。

參考文獻(xiàn)：

[1] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.GB50011-2001 建筑抗震設(shè)計規(guī)范[S]．北京：中國建筑工業(yè)出版社，2001．

[2] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.GB50010-2002 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S]．北京：中國建筑工業(yè)出版社，2002．

[3] 宋國華,毛煒強(qiáng),趙興,等. 裝配式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)豎縫抗剪能力統(tǒng)計特征研究[J],四川建筑科學(xué)研究,2004,24(6):68-72.

[4] 柳炳康,張毅,劉炳章,等.反復(fù)荷載下預(yù)壓裝配式框架接合部受力性能[J],合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2005,12(5):45-52.

[5] 董挺峰,宋祁,王曉,等. 低周反復(fù)荷載下裝配式框架連接的性能[J], 河北建筑科技學(xué)院學(xué)報(工學(xué)版),2006,14(8),23-27.

[6] American Concrete In Stitute.ACI 318-02 American Concrete Institute.Building Code Requirements For Reinforced Concrete[S]．New York:American Concrete Insittute,2002．

[7] 日本建筑學(xué)會．鉄筋コンクリート造建物の終局強(qiáng)度型耐震設(shè)計指針·同解説[S].東京：日本建筑學(xué)會出版社，1990．

[8] 日本建筑學(xué)會．鉄筋コンクリート造建物の靭性保証型耐震設(shè)計指針·同解説[S]．東京：日本建筑學(xué)會出版社，1999．

[9] 中野清司,田邊惠三.關(guān)節(jié)式裝配預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)損傷抑制研究[C]∥日本建筑學(xué)會學(xué)術(shù)論文集.東京:日本建筑學(xué)會學(xué)出版社,2005:56-63.

[10] 坂田弘安，久保山寬之,杉山智昭.裝配式預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點(diǎn)抗剪性能試驗研究[C]∥日本建筑學(xué)會學(xué)術(shù)論文集.東京:日本建筑學(xué)會學(xué)出版社,2005.

(責(zé)任編輯王楠楠)

Application Research on Metropolitan High-rise Building Compression Construction Method

CUI Jian-yu

(School of Civil Engineering, Dalian Minzu University, Dalian Liaoning 116605, China)

Abstract:Development tendency of the metropolitan precast concrete compression construction method was introduced and analyzed from its research background, seismic performance, design point and etc. The analysis results showed that the new system could provide excellent performance of severe earthquake deformation dissipation and still maintain linear characteristics after severe earthquake, which also showed the good earthquake resistance performance and durability. Our country should emphasized on the popularity and application of this new system in the structural earthquake resistance design.

Key words:high-rise building; precast concrete; prestressed concrete; compression construction method; seismic performance

收稿日期：2015-07-01；最后修回日期：2016-04-08

基金項目：中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項資金資助項目(DC120101094)。

作者簡介：崔建宇(1967-)，男，遼寧大連人，副教授，博士，主要從事混凝土結(jié)構(gòu)、抗震性能研究。

文章編號：2096-1383(2016)03-0246-03

中圖分類號：TU378.8

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A