一种等同现浇的装配式预制竖向构件连接构造及施工方法与流程

1.本发明属于建筑工程装配式技术领域，具体涉及一种等同现浇的装配式预制竖向构件。


背景技术：

2.随着从事建筑工程施工的年青劳动力的逐年减少及建筑业的转型升级，国家逐步加大了装配式建筑结构的推广力度。装配式建筑结构的主要构件(例如，梁板等水平构件、墙柱等竖向构件、内外隔墙等围护构件)在工厂预制，在工地现场通过浇筑少量混凝土和焊接钢结构进行拼装。由于工地现场施工工作量大大减少，从而缩短工期，提高生产效率。
3.然而，目前由于装配式竖向钢筋混凝土构件(包括剪力墙及柱)的节点连接构造还不是很完善，设计人员往往不愿意采用装配式剪力墙及柱，一定程度上阻碍了装配式建筑结构的发展。
4.目前装配式竖向构件连接主要存在以下问题：对装配式柱来讲，目前竖向钢筋的连接基本上采用灌浆套筒连接(如图1所示)，灌浆质量不够稳定且无法有效检测，而且钢筋的连接接头都在同一个截面上，不符合抗震设计要求受拉钢筋接头宜错开50％的规定，导致设计人员不愿采用；对装配式剪力墙来讲，目前竖向钢筋的连接有两种连接方式，一种是采用灌浆套筒连接(如图1所示)，同样是灌浆质量不够稳定且无法有效检测，另一种是采用叠合板式剪力墙(如图2所示)，两片叠合板式剪力墙之间水平方向通过桁架腹筋相连，接头处竖向钢筋插在两片叠合剪力墙的空腔中，然后用混凝土浇筑填满两片叠合剪力墙中的空腔，这种连接方式在概念上来讲效果不如灌浆套筒连接，竖向钢筋不但在同一截面搭接，而且位于截面形心轴附近，受力大打折扣。
5.可见，目前剪力墙的连接不论灌浆套筒连接还是叠合板式剪力墙连接均不符合抗震设计要求受拉钢筋接头宜错开50％的规定。一般来讲，虽然钢筋接头抽检试验中大多数情况下都不是接头破坏，但接头就是接头，里面牵涉到人的因素，如果施工操作人员素质高，又负责任的话，接头质量就有保证，否则就有可能有些接头不合格，假如接头都位于同一截面，就加大了结构的安全风险，这就是目前设计人员普遍关心的问题，也是设计人员不愿采用竖向预制构件的根本原因。现在的情况是，只有装配率达不到要求时，设计人员才会选取一些受力较小的柱和剪力墙做成装配式，是一种被动的采用。
6.假如解决了竖向构件钢筋错开连接的问题，装配式竖向构件(如剪力墙及柱)将会得到大规模应用。
7.此外，预制竖向构件(包括剪力墙及柱)吊装对中定位及固定都比较麻烦，这也是妨碍装配式竖向构件应用的重要原因。目前绝大部分预制构件都需要支撑，尚未完全发挥装配式预制构件的优势，增加了建造造价。
8.随着建筑业的转型升级及国家的政策大力扶持，装配式建筑将会得到大规模的发展，亟需连接效果更好、固定方式更方便的预制竖向构件。


技术实现要素：

9.本发明的目的在于针对以上要解决的技术问题，提供一种连接简单、稳固的免支撑的预制竖向构件连接构造。
10.为了实现上述目的，本发明提供了以下技术方案。
11.一种等同现浇的装配式预制竖向构件连接构造，包括自上而下布置的上部预制竖向构件、梁板叠合层和下部预制竖向构件，所述上部预制竖向构件中具有多根竖向钢筋，所述下部预制竖向构件中具有多根竖向钢筋，所述下部预制竖向构件的竖向钢筋向上突出于所述梁板叠合层的上表面并与所述上部预制竖向构件的竖向钢筋通过挤压套筒连接，相邻的竖向钢筋接头相互错开并且处于不同的垂直高度，所述上部预制竖向构件在邻近所述梁板叠合层处设有错开连接区，并设有预留后浇混凝土孔道，通过所述预留后浇混凝土孔道浇筑所述错开连接区。
12.优选地，各竖向钢筋接头隔条错开的垂直距离为所述竖向钢筋(如竖向连接钢筋)直径的35倍。
13.优选地，所述错开连接区的垂直高度为0.7米至1.4米，更优选为0.8米至1.2米，最优选为1米。
14.优选地，所述错开连接区中还设有三角钢筋桁架，所述三角钢筋桁架包括三根竖向钢筋和多根三角形箍筋。更优选地，所述三角形箍筋的间距为20厘米至30厘米。
15.优选地，所述三角钢筋桁架的底部还设有调平螺帽。更优选地，所述调平螺帽安装在所述三角钢筋桁架的竖向钢筋底部。
16.优选地，所述装配式预制竖向构件连接构造还包括定位对中固定框架，所述定位对中固定框架包括定位对中固定框架上部方框、定位对中固定框架底部方框、以及将所述定位对中固定框架上部方框与所述定位对中固定框架底部方框连接起来的定位对中固定框架立柱。
17.优选地，所述定位对中固定框架上部方框具有对中固定螺栓。
18.优选地，所述定位对中固定框架底部方框通过固定膨胀螺栓固定在所述梁板叠合层的楼面混凝土上。
19.本发明还提供了一种等同现浇的装配式预制竖向构件连接构造的施工方法，该方法包括以下步骤：
20.步骤一、制作上部预制竖向构件及下部预制竖向构件，预制时留好预留后浇混凝土孔道，将所述上部预制竖向构件和所述下部预制竖向构件的竖向钢筋隔条错开安装，并安装三角钢筋桁架；
21.步骤二、制作定位对中固定框架；
22.步骤三、将预制竖向构件运输到施工现场；
23.步骤四、在混凝土楼面上进行预制竖向构件中线放样；
24.步骤五、通过所述定位对中固定框架进行定位固定，对中完成，用膨胀螺栓固定所述定位对中固定框架的底部方框；
25.步骤六、预制竖向构件竖起起吊：利用所述三角钢筋桁架的竖向钢筋作竖起起吊的支点，当所述上部预制竖向构件竖起后，调整吊钩位置，使起吊过程中预制竖向构件处于垂直状态，方便吊装时顺利放入所述定位对中固定框架上部方框中；
26.步骤七、预制竖向构件吊装定位固定：将所述上部预制竖向构件吊入所述定位对中固定框架上部方框中，落在楼面后通过拧动所述三角钢筋桁架钢筋的底部螺帽进行调平及调整所述上部预制竖向构件的垂直度，调整完毕，拧紧所述定位对中固定框架的上部方框的对中固定螺栓以便固定所述上部竖向预制构件，用钢筋挤压机对所述上部预制竖向构件的角部竖向钢筋连接的挤压套筒接头的进行挤压，然后摘除起吊挂钩取下吊装钢丝绳，完成预制竖向构件的吊装安装定位；以同样的方式，继续挤压其余竖向钢筋的挤压套筒以进行钢筋连接；
27.步骤八、所有竖向向钢筋连接完成后，用定型模板封闭所述上部预制竖向构件竖向钢筋连接接头错开连接区；
28.步骤九、通过预制竖向构件的预留后浇混凝土孔道浇筑所述错开连接区的混凝土，完成楼层部位等同于现浇的预制竖向构件连接构造。
29.本发明所称的“等同现浇”，是指装配式建筑的所有构件和节点都达到现浇混凝土的性能和承载能力。
30.本发明弃用目前通用的竖向钢筋采用灌浆套筒在同一截面进行钢筋连接的方式，而采用目前现浇结构中广泛采用的套筒挤压接头进行钢筋连接，并且连接钢筋接头隔条错开35d(d为竖向连接钢筋直径)，使错开率达到50％的要求，通过预制竖向构件的预留后浇混凝土孔道进行接口处混凝土浇筑，经此处理与现浇混凝土竖向构件相比只是增加了一道临时施工缝而已，与现浇混凝土柱及剪力墙效果一样，等同于现浇混凝土柱及剪力墙。此外，本发明还在预制竖向构件中预埋了一组三角钢筋桁架作为起吊竖起支点，并在竖向构件吊装完成后可以通过调节螺帽来进行对中微调、调整竖向构件垂直度。此外，本发明的定位对中固定框架还能够便于预制竖向构件的吊装对中定位、方便调整垂直度和免除临时固定斜撑。综上所述，本发明的等同现浇的装配式预制竖向构件结构简单，施工方便，具有等同于现浇混凝土的节点构造，并且吊装对中定位固定方便简单，免除竖向构件安装中的斜撑。
附图说明
31.图1是现有技术中的竖向预制构件灌浆套筒连接示意图。
32.图2是现有技术中的预制叠合板式剪力墙连接示意图。
33.图3是本发明的预制竖向构件连接示意图。
34.图4是图3的a-a剖面图。
35.图5是本发明预制竖向构件的用于起吊、调平、调整垂直度的三角钢筋桁架示意图。
36.图6是图5的b-b剖面图。
37.图7是本发明的定位对中固定框架结构示意图。
38.图8是根据本发明的一个实施例的矩形截面预制竖向构件的定位对中固定框架上部方框及三角钢筋桁架结构示意图(图7的c-c剖面图)。
39.图9是根据本发明的一个实施例的矩形截面预制竖向构件的定位对中固定框架底部方框及三角钢筋桁架结构示意图(图7的d-d剖面图)。
40.图10是根据本发明的一个实施例的l型截面预制竖向构件的定位对中固定框架上
部方框及三角钢筋桁架结构示意图(图7的c-c剖面图)。
41.图11是根据本发明的一个实施例的l型截面预制竖向构件的定位对中固定框架底部方框及三角钢筋桁架结构示意图(图7的d-d剖面图)。
42.图12是根据本发明的一个实施例的t型截面预制竖向构件的定位对中固定框架上部方框及三角钢筋桁架结构示意图(图7的c-c剖面图)。
43.图13是根据本发明的一个实施例的t型截面预制竖向构件的定位对中固定框架底部方框及三角钢筋桁架结构示意图(图7的d-d剖面图)。
具体实施方式
44.为了更好地说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
45.值得注意的是，出于简要清楚的目的，以下实施例中对一些常规的技术操作步骤、部件并未进行细致的描述，但应理解，如未特别说明，这些常规技术操作步骤、部件对本领域普通技术人员而言是显而易见的。
46.如图1所示，为现有技术中的预制竖向构件灌浆套筒连接示意图。通过钢筋连接灌浆套筒5的方式，将上部预制竖向构件1的竖向钢筋3与下部预制竖向构件2的竖向钢筋4进行连接，上部预制竖向构件1与下部预制竖向构件2之间的接缝6采用灌浆套筒灌浆料灌浆连接。
47.如图2所示，为现有技术中的叠合板式剪力墙连接示意图。通过在接缝处叠合板式剪力墙空腔内插入竖向插筋13的方式，将上部预制叠合板式剪力墙7的竖向钢筋9与下部预制叠合板式剪力墙8的竖向钢筋10进行连接。其中，上部预制叠合板式剪力墙7的两片叠合板之间通过上部桁架钢筋腹筋11连接，下部预制叠合板式剪力墙8的两片叠合板之间通过下部桁架钢筋腹筋12连接，浇筑完下部预制叠合板式剪力墙8的两片叠合板之间的空腔14及梁板叠合层15后，使用后浇混凝土填充上部预制叠合板式剪力墙7的两片叠合板之间的上部空腔16。
48.如图3所示，为本发明的预制竖向构件连接结构示意图。如图所示，对于上部预制竖向构件1的竖向钢筋3与下部预制竖向构件2的竖向钢筋4，本发明的连接方式不采用灌浆套筒连接，而是采用挤压套筒17进行连接，并且相邻的竖向钢筋接头相互错开，即竖向构件中的所有竖向钢筋接头不处于同一水平位置，可以是如图所示，各竖向钢筋接头隔条错开的垂直距离为35d(d为竖向构件竖向钢筋的直径，35d即为该直径的35倍)。为了达到这种效果，需要留出一米多高的预制竖向构件竖向钢筋接头错开连接区19，该错开连接区19的垂直高度(从梁板叠合层15上表面向上延伸的高度)为大约1米，例如0.7米至1.4米、0.7米至1.3米、0.8米至1.2米、0.9米至1.1米、0.9米至1.0米、0.8米至1.0米、1.0米至1.1米、1.0米至1.2米、或这些范围中的任意值等。通过在预制竖向构件中预留后浇混凝土孔道18，在后浇位用定型组合模板支模从上端的预制竖向构件的预留后浇混凝土孔道18进行浇筑该错开连接区19，经此处理，与现浇混凝土竖向构件相比只是增加了一道临时施工缝而已，与现浇混凝土柱及剪力墙效果一样，等同于现浇混凝土竖向构件。在施工方面，在楼面预制梁20吊装完成、梁板叠合层15浇完混凝土之后，才将上部竖向构件1吊装就位。
49.图4是图3的a-a剖面图(从上至下观察)，显示了上部预制竖向构件1及竖向构件中
的预留后浇混凝土孔道18及竖向钢筋3的位置关系。
50.如图5所示，为本发明的预制竖向构件用于起吊、调平、调整垂直度的三角钢筋桁架示意图。由于本发明的上部预制竖向构件1的竖向钢筋3与下部预制竖向构件2的竖向钢筋4连接要错开35d(d为竖向连接钢筋直径)，预制构件的上下端都需要预留长短不一的竖向钢筋，现场竖起起吊时，不能像灌浆套筒连接一样将预制构件1下部边缘混凝土作为支点进行竖起，也不能将竖向构件1的下部预留钢筋3作为支点。因此，本发明另外在预制竖向构件中预埋了一组三角钢筋桁架竖向钢筋21作为起吊竖起支点进行起吊，锚入预制构件中30d，伸出长度刚好到浇筑好的梁板叠合层混凝土面，并在三角钢筋桁架竖向钢筋21的底部用车床车出钢筋丝头，并安装螺帽23，预制竖向构件1吊装完成后就可以通过调节螺帽23来进行调平、对中微调、调整竖向构件垂直度。为了增加竖起起吊时的刚度，在预留三角钢筋桁架竖向钢筋21上点焊三角形箍筋22，沿垂直方向的间距为20厘米至30厘米，从而组成三角钢筋组合桁架整体受力。
51.图6是图5的b-b剖面图，显示上部预制竖向构件1及预留后浇混凝土孔道18及竖向钢筋3与三角钢筋桁架竖向钢筋21的位置关系。
52.如图7所示，为本发明的定位对中固定框架示意图。目前预制竖向构件的对中定位比较麻烦，而且竖向构件吊装后还需临时支撑来保证构件稳定。为了便于预制竖向构件的吊装对中定位、方便调整垂直度和免除临时固定斜撑，本发明采用了一种集吊装定位、对中、临时固定于一体的对中定位固定框架。该定位对中固定框架包括定位对中固定框架上部方框25、定位对中固定框架底部方框26、以及将定位对中固定框架上部方框25与定位对中固定框架底部方框26连接起来的定位对中固定框架立柱24。为了提高定位对中固定框架的刚度及减轻重量，优选地，该定位对中固定框架采用方钢管制作，定位对中固定框架上部方框与底部方框同宽，每边比预制竖向构件大至少5毫米，方便预制竖向构件1顺利吊入，同时使预制竖向构件1的安装误差控制在规范范围内，制作时先用方钢管焊接好定位对中固定框架上部方框25与定位对中固定框架底部方框26，然后再焊接定位对中固定框架立柱24，定位对中固定框架底部方框26在楼面进行竖向构件中线放样后，用固定膨胀螺栓27将定位对中固定框架底部方框26固定在在楼面混凝土上，预制竖向构件1在地面起吊竖起时需调整挂钩位置，以确保起吊中预制竖向构件处于垂直状态，以便顺利吊入定位对中固定框架上部方框25中，吊装到位后，通过拧动三角钢筋桁架竖向钢筋21的底部螺帽23，可以进行调平及调整预制竖向构件1的垂直度，调整完毕，拧紧定位对中固定框架上部方框25的对中固定螺栓28固定竖向预制构件，先不要摘除起吊挂钩，然后用钢筋挤压机对预制竖向构件1四条竖向角筋挤压套筒接头17进行挤压，四条竖向角筋挤压套筒接头17完成后，可以摘除起吊挂钩取下吊装钢丝绳，至此预制竖向构件1的吊装安装定位宣告完成，后续的工作就是继续挤压其余竖向钢筋的挤压套筒进行钢筋连接，所有纵向钢筋3连接完成后，用定型模板封闭上部预制竖向构件竖向钢筋连接接头错开连接区19，通过预制竖向构件预留后浇混凝土孔18浇筑接头错开连接区19的混凝土，至此，楼层部位等同于现浇的预制竖向构件连接完成。
53.图8所示是图7的c-c剖面图，显示作为一种优选实施例的矩形截面预制竖向构件1及预留后浇混凝土孔道18及三角钢筋桁架竖向钢筋21与定位对中固定框架上部方框25及其对中固定螺栓28的位置关系。
54.图9所示是图7的d-d剖面图，显示作为一种优选实施例的矩形截面预制竖向构件1的三角钢筋桁架竖向钢筋21及调平螺帽23、定位对中固定框架底部方框26及固定膨胀螺栓27的位置关系。
55.图10所示是图7的c-c剖面图，显示作为一种优选实施例的l型截面预制竖向构件1及预留后浇混凝土孔道18及三角钢筋桁架竖向钢筋21与定位对中固定框架上部方框25及其对中固定螺栓28的位置关系。
56.图11所示是图7的d-d剖面图，显示作为一种优选实施例的l型截面预制竖向构件1的三角钢筋桁架竖向钢筋21及调平螺帽23、定位对中固定框架底部方框26及固定膨胀螺栓27的位置关系。
57.图12所示是图7的c-c剖面图，显示作为一种优选实施例的t型截面预制竖向构件1及预留后浇混凝土孔道18及三角钢筋桁架竖向钢筋21与定位对中固定框架上部方框25及其对中固定螺栓28的位置关系。
58.图13所示是图7的d-d剖面图，显示作为一种优选实施例的t型截面预制竖向构件1的三角钢筋桁架竖向钢筋21及调平螺帽23、定位对中固定框架底部方框26及固定膨胀螺栓27的位置关系。
59.根据本发明的等同现浇的装配式预制竖向构件连接构造及其相应的吊装对中调平固定框架的施工过程具体步骤如下：
60.1、制作上部预制竖向构件及下部预制竖向构件，预制时留好预留后浇混凝土孔道，将上部预制竖向构件和下部预制竖向构件的竖向钢筋按35d隔条错开安装，并安装三角钢筋桁架钢筋；
61.2、制作定位对中固定框架；
62.3、将预制竖向构件运输到施工现场；
63.4、在混凝土楼面上进行预制竖向构件中线放样；
64.5、定位对中固定框架定位固定，对中完成，用膨胀螺栓固定定位对中固定框架底部方框；
65.6、预制竖向构件竖起起吊：利用三角钢筋桁架竖向钢筋作竖起起吊的支点，当预制竖向构件竖起后，调整吊钩位置，使起吊过程中预制竖向构件处于垂直状态，方便吊装时顺利放入定位对中固定框架上部方框中；
66.7、预制竖向构件吊装定位固定：将上部预制竖向构件吊入定位对中固定框架上部方框中，落在楼面后通过拧动三角钢筋桁架钢筋的底部螺帽可以进行调平及调整预制竖向构件的垂直度，调整完毕，拧紧定位对中固定框架上部方框四侧的对中固定螺栓固定上部竖向预制构件，先不要摘除起吊挂钩，然后用钢筋挤压机对上部预制竖向构件的角部竖向钢筋的挤压套筒接头进行挤压，待角部的竖向钢筋套筒挤压接头完成后，摘除起吊挂钩取下吊装钢丝绳，完成上部预制竖向构件的吊装安装定位；以同样的方式，继续挤压其余竖向钢筋的挤压套筒以进行钢筋连接；
67.8、安装预制竖向构件接口区定型模板，所有竖向向钢筋连接完成后，用定型模板封闭上部预制竖向构件竖向钢筋连接接头错开连接区；
68.9、通过上部预制竖向构件的预留后浇混凝土孔道浇筑错开连接区的混凝土，完成楼层部位等同于现浇的预制竖向构件连接；
69.10、安装上一层楼面的预制梁板，绑扎梁板钢筋，并浇筑梁板叠合层混凝土；
70.11、重复步骤3～9的工作，直至施工完毕。
71.以上实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。