專利名稱：一種新型子結構模塊式預制拼裝框架結構的制作方法
技術領域：
本實用新型專利涉及土木工程預制裝配式混凝土房屋建造技術領域，具體是一種利用預制平面框架子結構拼裝而成的框架結構鋼筋混凝土房屋。
背景技術：
傳統鋼筋混凝土框架結構房屋建筑的梁柱構件往往是在建筑現場支模后澆筑混凝土，其構件連接可靠、整體性和抗震性能良好，但施工周期較長，管理復雜。而框架結構房屋建筑采用預制裝配方式代表了一種先進發展方向。目前我國的預制裝配式框架建筑往往采用中小型構件工廠預制，比如預制梁柱構件等，其優勢顯而易見，但也存在一些問題，相比現澆工藝，過多的拼裝連接部位導致存在多個薄弱環節，存在一定質量控制難度。隨著現代大型吊車和運輸工具的發展，采用中大型預制部件更能提高生產、管理效率。目前預制部件的拼裝位置往往是在梁柱接點等結構受力復雜且薄弱的部位，對地震頻發區而言這點是不利的，國內外研究者已經提出了將拼裝部位外移的策略，實現預制梁柱構件的連接，但對于大型預制部件而言，尤其是對于柱柱拼裝而言，并沒有可操作性強且性能可靠的辦法。由于諸多方面的原因，目前預制裝配式建筑結構的性能并不如預期，如在歷次地震中有不佳的安全性表現、現場拼裝節點過多和過于集中等問題。因此，亟需充分利用現有的大型吊裝設備，研發有必要開發一種能夠實現中大型部件預制、預制結構樣式靈活合理、連接可靠的新型裝配結構，以減少現場拼裝節點，提高結構的整體性能和抗震性能，以滿足住宅產業現代化的需求。
發明內容本實用新型專利旨在針對上述現有技術的不足，提出一種新型子結構模塊式預制拼裝框架結構，利用子結·構的思想和大型吊裝設備，提出一種新型子結構模塊式預制拼裝框架結構，其裝配部件包括多種類型的預制平面框架子結構和預制梁子結構，連接部位可實現錯層錯跨布置，減小現場拼裝節點數量，提高結構的抗震性能，以克服現有技術存在的一些缺陷。平立面布置規則的房屋建筑采用本實用新型專利的平面框架子結構和梁的預制裝配，可實現工廠的標準化生產和有效質量控制。預制裝配式建筑是根據設計要求在工廠預制構件，然后運送到工地直接拼接，其克服了現澆混凝土的諸多問題，具有施工迅速、工業化和標準化程度較高等優點。因此，在建筑工業化日益發展和強調節能減排的今天，我國預制裝配式建筑得以迅速發展并代表了一種發展方向。本實用新型提出了典型框架結構房屋的新型拼裝方式，簡化了設計和生產流程，提高了施工速度。相比現有技術，依據本實用新型建造房屋具有抗震性能良好的特點。本實用新型專利還可進一步解決的技術問題是通過梁梁、柱柱連接部位的合理選取(本專利選取反彎點附近和彎矩較小處)，可避免連接部位復雜受力以保證連接的有效可靠，解決預制裝配建筑一直為人所詬病的抗震性能差問題。為實現上述目的，本實用新型專利采用的技術方案為:一種新型子結構模塊式預制拼裝框架結構，其特征在于:包括建筑物基礎子結構、多個預制平面框架子結構和預制梁子結構，預制平面框架子結構為單層的預制平面框架子結構、雙層的預制平面框架子結構、多跨的預制平面框架子結構或多層多跨的預制平面框架子結構，建筑物基礎子結構、多個預制平面框架子結構和預制梁子結構分別作為一個單獨的預制拼裝單元，預制平面框架子結構通過預制梁子結構或者連系梁連接組合，各層之間搭接樓板，外側框架式子結構的外部設置有外墻掛板。本實用新型還在于，單層預制平面框架子結構分為頂層的預制平面框架子結構、標準層的預制平面框架子結構、內部的預制平面框架子結構、側邊的預制平面框架子結構或角部的預制平面框架子結構。本實用新型還在于，頂層的預制平面框架子結構無上部框架柱，下部框架柱高度選取彎矩較小處，一般可取1/2層高。本實用新型還在于，底層的預制平面框架子結構下部框架柱高度為1/3和2/3層高，并通過柱高的不同以錯開連接節點的高度，上部立柱高度為1/2層高。本實用新型還在于，中間層的預制平面框架子結構上下部框架柱高度均為1/2層聞。本實用新型還在于，側邊的預制平面框架子結構外側單邊無懸挑短梁。本實用新型還在于，角部的預制平面框架子結構兩個外側邊無懸挑短梁。本實用新型還在于，內部的預制平面框架子結構上下部框架柱、框架梁和懸挑短梁均存在。 本實用新型還在于，雙層或/和雙跨的預制平面框架子結構結構形式在單層的預制平面框架子結構的基礎上高度或/和跨度分別超過一層或/和一跨，并與單層單跨結合實現連接節點錯層錯跨布置。本實用新型還在于，預制梁子結構與預制平面框架子結構通過預制梁子結構和預制平面框架子結構上的懸挑短梁相連接形成一榀框架，預制梁子結構占實際跨度的1/2-3/4。本實用新型還在于，多個預制平面框架子結構通過自下而上連接實現建筑的豎向布置，預制平面框架子結構上的懸挑短梁與預制梁子結構連接實現建筑的水平布置。本實用新型還在于，通過單層、雙層和雙跨的預制平面框架子結構的組合實現連接節點的錯位布置。本實用新型還在于，建筑基礎子結構為天然基礎、柱下獨立基礎或樁基礎，建筑基礎子結構為現場現澆或預制，并在部分基礎上安裝預制單柱，單柱高度為2/3底層層高，框架子結構柱連接節點高度錯開。本實用新型還在于，拼裝的預制框架結構上拼裝有預制樓板。本實用新型還在于，拼裝的預制平面框架結構外掛填充墻體，填充墻體為保溫填充墻體。與現有技術相比，本實用新型專利具有以下優勢:(I)采用預制平面框架子結構的中大型裝配件和預制梁小型裝配件相契合實現鋼筋混凝土房屋建造，采用此類子結構裝配件可減少預制裝配的連接接點數目，提高施工速度。(2)預制平面框架子結構立柱高度和預制梁的長度基本彎矩較小位置，可參考反彎點，此種措施可保證連接部位處于受力較為單純的區域，即彎矩較小，主要承擔剪力和軸力，這可以通過預埋鋼板干法或者后澆混凝土的濕法工藝來滿足。本實用新型的這種處理可有效保證連接處的安全可靠，避免了梁柱接點等受力復雜部位安全和質量。(3)本實用新型的連接可為干法連接，也可為濕法連接。(4)本實用新型提出的預制平面框架子結構裝配工藝，通過單層和多層子結構組合使用可實現連接接點的錯層布置，通過單跨和多跨子結構組合使用可實現連接接點的錯層布置，從而使得每層和每跨干法或濕法連接少于50%，本實用新型提出的組合方式可有效提升裝配結構的整體性和抗震性能。(5)本實用新型以預制平面框架子結構裝配部件和干法或濕法連接為典型特征，鋼筋混凝土房屋的整個建造過程可實現標準化生產，業主在確定預制平面框架子結構類型、數目、樣式和尺寸的同時，也選定了設計方案，簡化了整個設計過程。從而可見，本實用新型所提出的建造方法具有標準化生產過程、簡化設計過程、加速施工過程等顯著優勢，可避免了業主、設計方、施工方等多方反復溝通，適用于框架結構房屋建筑的建造。
以下結合附圖對本實用新型專利的具體實施方案作進一步說明。
圖1為通過預制平面框架子結構裝配而成的鋼筋混凝土房屋建筑示意圖。圖2為預制裝配鋼筋混凝土房屋基礎和預制單柱三維示意圖。圖3- (I)、圖 3- (2)、圖 3- (3)、圖 3_ (4)、圖 3_ (5)、圖 3_ (6)為預制平面框架子結構拼裝而成房屋建筑的單層預制平面框架子結構。圖4- (I)、圖 4- (2)、圖 4- (3)、圖 4_ (4)、圖 4_ (5)、圖 4_ (6)為大型預制子結構拼裝而成房屋建筑的雙層預制平面框架子結構。圖5- (I)、圖 5- (2)、圖 5- (3)、圖 5_ (4)、圖 5_ (5)、圖 5_ (6)為大型預制子結構拼裝而成房屋建筑的單向雙跨預制平面框架子結構。
具體實施方式
本實用新型專利提出了一種基于大型預制平面框架子結構的房屋拼裝建造方法，其具體實施流程和方式將結合附圖進一步加以說明。一種新型子結構模塊式預制拼裝框架結構拼裝方法，其特征在于:(1)采用子結構模塊思想，將整個建筑結構劃分成建筑物基礎子結構、多個預制平面框架子結構和預制梁子結構，預制平面框架子結構為單層、雙層或多層多跨的預制平面框架子結構；(2)依據吊裝設備吊裝能力的大小及建筑布置，將每個建筑物基礎子結構、預制平面框架子結構或者預制梁子結構作為一個單獨拼裝單元，以減少現場拼裝節點的數量提高建筑物整體性為目的，確定子結構拼裝單元的結構形式；(3)建筑物基礎子結構、多個預制平面框架子結構和預制梁子結構分別作為一個單獨的拼裝單元進行工廠或工地分單元工預制，提高施工質量；(4)預制平面框架子結構通過連系梁連接組合，各層之間搭接樓板，外側框架式子結構的外部設置有外墻掛板；(5)在框架平面內主要抗側力方向的拼裝節點設置在柱上或梁上，分層拼裝后，形成一整榀多層或高層框架；(6)在框架平面內次要抗側力方向的拼裝節點設置在梁上，分開間分層拼裝后，形成建筑物整體；(7)在完成框架主體結構搭建之后，進一步安裝預制大型保溫隔熱墻板，實現框架結構房屋的預制裝配建造。預制平面框架子結構拼裝而成的房屋建筑包括建筑物基礎、多個多種類型預制平面框架子結構和預制梁子結構。預制平面框架子結構自下而上層層搭建，實現框架結構房屋建筑的豎向布置，同時綜合單層、雙層、雙跨等形式實現錯層和錯跨的連接接點布置；通過預制梁實現預制平面框架子結構在水平方向的連續布置，在完成框架主體結構搭建之后，可進一步安裝預制墻體，實現框架結構房屋的裝配建造。其還在于，預制平面框架子結構按照在房屋建筑中所處位置分為頂層、標準層、內部、側邊或角部多種形式的預制子結構，不同位置框架子結構在橫梁、立柱或者懸挑短梁布置方面有所不同，主要體現在:①頂層預制平面框架子結構無上部框架柱，下部框架柱高度選取彎矩較小處，一般可取1/2層高底層框架子結構下部框架柱高度為1/3和2/3層高，并通過柱高的不同以錯開連接接點的高度，上部立柱高度為1/2層高中間層框架子結構上下部框架柱高度均為1/2層高；④側邊框架子結構外側單邊無懸挑短梁； 角部框架子結構兩個外側邊無懸挑短梁；⑥內部框架子結構上下部框架柱、框架梁和懸挑短梁均存在。其還在于，預制梁子結構與預制平面框架子結構通過其上的懸挑短梁相連接形成房屋一個跨度，預制梁子結構占實際跨度的1/2-3/4。其還在于，多個預制平面框架子結構通過自下而上干法或濕法連接實現建筑的豎向布置，預制平面框架子結構上的懸挑短梁與預制梁子結構干法或濕法連接實現建筑的水平布置。 其還在于，建筑基礎子結構可為天然基礎、柱下獨立基礎或樁基礎，建筑基礎是現場現澆或預制，并在部分基礎上安裝預制單柱，單柱高度為2/3底層層高，便于框架子結構柱連接接點高度錯開。其還在于，包括以下步驟:a.確定預制平面框架子結構的類型、樣式和數目、預制梁子結構的類型和數目；b.完成建筑基礎建造，并在建筑基礎上安裝預制單柱，與預制平面框架子結構柱連接接點高度錯開；c.底層錯開布置單層或雙層預制平面框架子結構，繼而豎向逐個搭建預制平面框架子結構，根據拼裝高度差異需要選擇布置在頂層的預制平面框架子結構樣式，完成拼裝搭建。水平方向通過預制梁子結構實現多個預制平面框架子結構的水平方向布置，并在水平搭建的過程中安裝預制樓板。拼裝節點采用濕法連接或者干法連接；d.在完成框架主體結構搭建之后，可進一步安裝預制大型保溫隔熱墻板，實現框架結構房屋的預制裝配建造。其還在于，步驟a中所述預制平面框架子結構和預制梁子結構的形狀和數目由業主決定、由設計單位完成設計評估或者由工廠完成標準化生產。圖1為通過預制平面框架子結構裝配而成的鋼筋混凝土房屋建筑三維示意圖，其適用于框架結構建筑。圖2為預制裝配式鋼筋混凝土房屋現澆基礎和現澆立柱三維示意圖，采用本實用新型專利裝配而成的房屋，其基礎是現場現澆或預制，并在部分基礎上安裝預制單柱，單柱高度為2/3底層層高，并且單柱子錯開布置，之上再采用雙層預制平面框架子結構搭建，而頂層則根據實際情況采用單層和多層裝配框架子結構。圖3-(1)、圖3-(2)、圖3- (3)、圖3- (4)、圖3- (5)、圖3- (6)為預制平面框架子結構拼裝而成房屋建筑的單層預制平面框架子結構，圖4- (I)、圖4- (2)、圖4- (3)、圖4- (4)、圖4- (5)、圖4- (6)為大型預制子結構拼裝而成房屋建筑的雙層預制平面框架子結構，圖5- (I)、圖5- (2)、圖5- (3)、圖5- (4)、圖5- (5)、圖5- (6)為大型預制子結構拼裝而成房屋建筑的單向雙跨預制平面框架子結構，給出了預制平面框架子結構的多種類型和預制梁子結構，正是利用此兩種典型預制子結構拼裝而成房屋建筑，單層、雙層、雙跨均為了實現連接接點錯層錯跨布置而實施。不管是單層、雙層、單向兩跨，預制平面框架子結構均在豎向通過柱柱連接實現層層搭建，預制平面框架子結構立柱斷開處均參考彎矩較小處，故底層預制柱取層高的2/3和1/3，而中間層和頂層預制柱取層高的1/2，此種設置方法立意在于取受力單純的位置，反彎點附近彎矩較小，柱子主要承擔軸力和剪力，減小拼裝節點受力。相比圖 3- (I)、圖 3- (2)、圖 3- (3)、圖 3_ (4)、圖 3_ (5)、圖 3_ (6)的單層預制平面框架子結構，圖4- (I)、圖4- (2)、圖4- (3)、圖4- (4)、圖4- (5)、圖4- (6)、圖5- (I)、圖5- (2)、圖5- (3)、圖5- (4)、圖5- (5)、圖5- (6)的雙層、雙跨預制平面框架子結構在結構上更為復雜且體積更大，這對運輸和吊裝提出了更高的要求，但其雙層和雙跨的一體化預制使得拼裝時優勢明顯。同時，為了滿足房屋可實現任意跨，雙跨和單跨的組合顯得更有必要。各種預制平面框架子結構的拼裝方法，圖3-(1)為標準層內框架子結構，預制平面框架子結構設置有一根橫梁，橫梁節點位置上部和下部均設置有一根立柱，橫梁節點位置與橫梁或者立柱垂直的方向還設置有三根懸挑短梁；圖3- (2)為標準層邊框架子結構，預制平面框架子結構設置有一根橫梁，橫梁節點位置上部和下部均設置有一根立柱，橫梁的一端橫梁節點 位置與橫梁或者立柱垂直的方向還設置有三根懸挑短梁，橫梁的另一端橫梁節點位置與橫梁垂直的方向還設置有兩根懸挑短梁；圖3- (3)為標準層角框架子結構，預制平面框架子結構設置有一根橫梁，橫梁節點位置上部和下部均設置有一根立柱，橫梁節點在橫梁和立柱所形成的平面上有與平面垂直的懸挑短梁，橫梁延長線上的一端橫梁節點上有懸挑短梁；圖3- (4)為頂層內框架子結構，預制平面框架子結構設置有一根橫梁，橫梁節點位置下部設置有一根立柱，橫梁節點位置與立柱垂直的方向還設置有三根懸挑短梁；圖3- (5)為頂層邊框架子結構，預制平面框架子結構設置有一根橫梁，橫梁節點位置下部設置有一根立柱，橫梁一端的橫梁節點位置與立柱垂直的方向還設置有三根懸挑短梁，橫梁另一端的橫梁節點位置與橫梁和立柱均垂直的部位設置有懸挑短梁；圖3- (6)為頂層角框架子結構，預制平面框架子結構設置有一根橫梁，橫梁節點位置下部設置有一根立柱，橫梁節點在橫梁和立柱所形成的平面上有與平面垂直的懸挑短梁，橫梁一端橫梁節點上有橫梁延長線上懸挑短梁；圖4- (I)、圖4- (2)、圖4- (3)、圖4- (4)、圖4- (5)、圖4- (6)為雙層內框架，即單層預制平面框架子結構的單橫梁框架變為上下形式的雙橫梁框架，橫梁之間用立柱連接，圖4- (I)為標準雙層內框架子結構，圖4- (2)為標準雙層邊框架子結構，圖4- (3)為標準雙層角框架子結構，圖4- (4)為頂部雙層內框架子結構，圖4- (5)頂部雙層邊框架子結構，圖4- (6)為頂部雙層角框架子結構；圖5- (I)、圖5- (2)、圖5- (3)、圖5- (4)、圖5- (5)、圖5- (6)為雙跨內框架，即單跨預制平面框架子結構的單橫梁框架變為同軸線上的雙橫梁框架，橫梁在橫梁節點連接，圖5-(1)為標準雙跨內框架子結構，圖5- (2)為標準雙跨邊框架子結構，圖5- (3)為標準雙跨角框架子結構，圖5- (4)為頂部雙跨內框架子結構，圖5- (5)頂部雙跨邊框架子結構，圖5- (6)為頂部雙跨角框架子結構。 ·
權利要求1.一種新型子結構模塊式預制拼裝框架結構，其特征在于:包括建筑物基礎子結構、多個預制平面框架子結構和預制梁子結構，預制平面框架子結構為單層的預制平面框架子結構、雙層的預制平面框架子結構、多跨的預制平面框架子結構或多層多跨的預制平面框架子結構，建筑物基礎子結構、多個預制平面框架子結構和預制梁子結構分別作為一個單獨的預制拼裝單元，預制平面框架子結構通過預制梁子結構或者連系梁連接組合，各層之間搭接樓板，外側框架式子結構的外部設置有外墻掛板。
2.根據權利要求1所述的新型子結構模塊式預制拼裝框架結構，其特征在于:單層預制平面框架子結構分為頂層的預制平面框架子結構、標準層的預制平面框架子結構、內部的預制平面框架子結構、側邊的預制平面框架子結構或角部的預制平面框架子結構。
3.根據權利要求2所述的新型子結構模塊式預制拼裝框架結構，其特征在于:底層的預制平面框架子結構下部框架柱高度為 1/3和2/3層高，并通過柱高的不同以錯開連接節點的高度，上部立柱高度為1/2層高。
4.根據權利要求2所述的新型子結構模塊式預制拼裝框架結構，其特征在于:中間層的預制平面框架子結構上下部框架柱高度均為1/2層高。
5.根據權利要求2所述的新型子結構模塊式預制拼裝框架結構，其特征在于:側邊的預制平面框架子結構外側單邊無懸挑短梁。
6.根據權利要求2所述的新型子結構模塊式預制拼裝框架結構，其特征在于:角部的預制平面框架子結構兩個外側邊無懸挑短梁。
7.根據權利要求2所述的新型子結構模塊式預制拼裝框架結構，其特征在于:內部的預制平面框架子結構上下部框架柱、框架梁和懸挑短梁均存在。
8.根據權利要求1至7中任一權利要求所述的新型子結構模塊式預制拼裝框架結構，其特征在于:雙層或/和雙跨的預制平面框架子結構結構形式在單層的預制平面框架子結構的基礎上高度或/和跨度分別超過一層或/和一跨，并與單層單跨結合實現連接節點錯層錯跨布置。
9.根據權利要求1至7中任一權利要求所述的新型子結構模塊式預制拼裝框架結構，其特征在于:預制梁子結構與預制平面框架子結構通過預制梁子結構和預制平面框架子結構上的懸挑短梁相連接形成一榀框架，預制梁子結構占實際跨度的1/2-3/4。
10.根據權利要求1至7中任一權利要求所述的新型子結構模塊式預制拼裝框架結構，其特征在于:多個預制平面框架子結構通過自下而上連接實現建筑的豎向布置，預制平面框架子結構上的懸挑短梁與預制梁子結構連接實現建筑的水平布置。
11.根據權利要求1至7中任一權利要求所述的新型子結構模塊式預制拼裝框架結構，其特征在于:通過單層、雙層和雙跨的預制平面框架子結構的組合實現連接節點的錯位布置。
12.根據權利要求1至7中任一權利要求所述的新型子結構模塊式預制拼裝框架結構，其特征在于:建筑基礎子結構為天然基礎、柱下獨立基礎或樁基礎，建筑基礎子結構為現場現澆或預制，并在部分基礎上安裝預制單柱，單柱高度為2/3底層層高，框架子結構柱連接節點高度錯開。
13.根據權利要求1至7中任一權利要求所述的新型子結構模塊式預制拼裝框架結構，其特征在于:拼裝的預制框架結構上拼裝有預制樓板。
14.根據權利要求1至7中任一權利要求所述的新型子結構模塊式預制拼裝框架結構，其特征在于:拼裝的預 制平面框架結構外掛填充墻體，填充墻體為保溫填充墻體。
專利摘要本實用新型公開了一種新型子結構模塊式預制拼裝框架結構，包括建筑物基礎子結構、多個預制平面框架子結構和預制梁子結構，預制平面框架子結構為單層的預制平面框架子結構、雙層的預制平面框架子結構、多跨的預制平面框架子結構或多層多跨的預制平面框架子結構，建筑物基礎子結構、多個預制平面框架子結構和預制梁子結構分別作為一個單獨的預制拼裝單元，預制平面框架子結構通過預制梁子結構或者連系梁連接組合，各層之間搭接樓板，外側框架式子結構的外部設置有外墻掛板。
文檔編號E02D27/12GK203096926SQ201320020820
公開日2013年7月31日 申請日期2013年1月15日 優先權日2013年1月15日
發明者余志武, 龔永智, 國巍, 伍軍 申請人:中南大學, 高速鐵路建造技術國家工程實驗室, 中鐵四局集團有限公司