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重磅发布|装配式建筑“先进成熟适用新技术”介绍-部分包覆钢-混凝土组合结构体系

   日期:2022-05-31     来源:建筑工业化装配式建筑网    

中国建筑学会建筑产业现代化发展委员会针对企业提交的新技术成果,经征询专家意见,共推出21项先进成熟适用新技术,编辑并形成了《装配式建筑“先进成熟适用新技术”汇编(第一批)》,供各会员单位和业界企业学习借鉴与推广应用。

现分期对21项新技术做详细介绍,本期介绍的是部分包覆钢-混凝土组合结构体系

1. 技术内容

部分包覆钢-混凝土组合结构体系(简称PEC结构)是在H型钢腔体内焊接钢筋或扁钢,并浇筑混凝土而形成的一种新型钢-混凝土组合结构,包括PEC钢混组合柱、PEC钢混组合梁和PEC钢混组合剪力墙。PEC构件与型钢混凝土构件的截面构成类似,承载机理相近,但其与型钢混凝土构件截面形式的最大区别在于H型钢翼缘位于截面外周,对构件的弯曲刚度和受弯承载力的贡献远远高于型钢混凝土中的钢骨,这一材料布置形成了不同于型钢混凝土的受力特点。其承载力、刚度及延性均优于纯钢结构或钢筋混凝土结构,与型钢混凝土相比,具有构件可预制化程度高、节点连接方便、无模板等优点。 

钢-混组合结构将钢与混凝土组合在一起,彼此协同工作,混凝土提高开口截面钢的局部稳定性,通过增加整个截面的抗弯和抗扭刚度提高纯钢构件的整体稳定性;钢的外包约束一定程度上抑制混凝土裂缝早期开裂。使得构件具有较高的竖向承载力,又具有较好的抗震性能。预制混凝土填充在工字钢腹腔内,起到组合受力的同时,解决了钢结构防火防腐的问题,同时防火防腐年限等同主体结构,同时有效解决了装配式钢结构住宅的隔音、结构震颤、保温性能、居住舒适性、耐久性及二次装修等棘手问题。

在窄翼缘PEC框架结构基础上,进一步创新提出如图3所示的PEC剪力墙结构。其由原来普通的PEC框架柱为适应钢结构住宅的特点进行扁平化设计,在扁平化的基础上为增加在PEC结构高度和抗震性能方面提出来PEC剪力墙结构体系;PEC剪力墙结构的系杆焊接、腹板开洞浇筑混凝土与PEC窄翼缘柱类同,整个构件的制作、包括混凝土的浇筑均在工厂完成。


2. 技术指标

1. 在设计方面的技术指标

(1)PEC结构的设计与施工应符合国家现行标准《钢结构设计标准》GB 50017,《建筑抗震设计规范》GB 50011、《部分包覆钢-混凝土组合结构技术规程》T/CECS 719等的有关规定。

(2)结构的安全等级和设计使用年限满足现行国家标准《工程结构可靠性设计统一标准》GB 50153和《建筑结构可靠性设计统一标准》GB 50068的规定;PEC结构应进行承载能力极限状态和正常使用极限状态的设计。

(3)非地震作用组合情况下的内力分析方法采用弹性分析,不考虑混凝土开裂,对弹性分析结果采用弯矩调幅法考虑负弯矩区混凝土开裂以及截面塑性发展的影响,内力调幅系数不宜超过30%。

(4)PEC构件应进行挠度验算和裂缝宽度验算。

(5)单H钢PEC构件应满足钢材贡献率、主钢件与纵筋面积比、截面高宽比、截面宽厚比、连杆构造等要求。

(6)主钢件可以采用型钢,也可以采用焊接截面。焊接截面可以采用宽厚比较大的板件,起到节省钢材的作用;但采用型钢有利于标准化、模数化的设计,也能获得较高综合效益。

(7)PEC构件的塑性承载能力和变形能力发展与可能达到的程度与主钢件板件宽厚比密切相关。确定梁柱构件设计原则、选择计算方法时,应当依据主钢件的板件宽厚比及与之有关的截面分类。

2. 在生产制造方面的技术指标

(1)PEC组合结构构件中的混凝土部分的制作宜采取工厂预制的方式。
(2)PEC组合结构构件的钢结构部分的制作应符合现行国家标准《钢结构工程施工规范》GB 50755、《钢结构工程施工质量验收规范》GB 50205的相关规定,混凝土部分的制作应符合现行国家标准《混凝土结构通用规范》GB 55008、《混凝土结构工程施工规范》GB 50666、《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB 50204的相关规定。
(3)PEC组合结构构件中预制混凝土浇筑可采取双面或多面分次浇筑成型以及双面或多面一次浇筑成型的方式。采取一次浇筑成型的方式时,应在主钢件的腹板上开设洞口,采取措施确保混凝土能够振捣密实,并宜设置排气孔。构件同一区格内混凝土应一次浇捣完成,避免形成冷缝。
(4)预制混凝土浇筑前,对不与混凝土接触的主钢件表面以及预留后浇带的节点或牛腿区域的钢表面应采取防止污染的措施。
3. 在施工安装方面的技术指标
(1)PEC组合结构构件安装前应进行施工组织方案设计,施工组织方案应符合现行国家标准《建筑施工组织设计规范》GB/T 50502的相关规定,不限于包括但PEC结构构件的安装工艺、流程及安装精度控制措施。
(2)部分包覆钢-混凝土组合构件预留的节点后浇区域在现场进行补浇之前,应进行隐蔽工程验收。
(3)部分包覆钢-混凝土组合柱的竖向拼接区域和梁的两端区域的后浇混凝土,应先浇筑竖向拼接区域,再浇筑梁的两端区域。竖向拼接区域后浇时间应依据主体结构的施工验算而确定。
(4)部分包覆钢-混凝土组合构件后浇节点的材料应具备自密实、微膨胀性、高流动性,扩展度试验初始值不宜小于300mm,强度等级应相同或高于构件中混凝土。


3. 技术优势

1. 解决装配式结构可靠性:栓焊连接,节点可靠;钢混组合,抗震优越;工艺成熟,质控简单。

2. 解决钢结构抗火:混凝土包覆,钢混组合;免刷防火涂料,抗火3h以上;永久抗火,避免二次装修涂刷。
3. 解决钢结构防腐:混凝土包覆,永久防腐;免刷防腐涂料,避免二次涂刷;结构防腐同主体结构,大于70年。
4. 解决钢结构建筑隔音:钢混组合结构,隔音优越;解决纯钢梁隔音填充的“音桥”问题;隔墙隔音性能提升10dB,约30%。
5. 解决钢结构楼面震颤:钢混组合梁,刚度提升50%以上;楼面刚度与传统混凝土结构保持一致;解决钢梁楼面的刚度偏弱的震颤感。

6. 在施工方面:PEC组合构件的钢骨部分可提前在工厂制作完成,之后直接运往施工现场即可使用,因此缩短施工工期,降低噪音污染,同时减少了建筑垃圾的产生,有效降低了工程造价。


4. 适用范围

PEC钢混结构适用于抗震设防烈度为6~9度区多高层钢结构住宅、学校、公寓以及办公等建筑,PEC结构可以单独形成框架等结构体系,也可以与钢板剪力墙、PEC钢混组合剪力墙、钢筋混凝土剪力墙或其他形式的钢-混凝土组合构件形成框架结构、框架-支撑结构、框架-剪力墙结构和框架-钢筋混凝土核心筒结构。


5. 工程实例

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