专利名称：一种新型子结构模块式预制拼装框架结构拼装方法
技术领域：
本发明专利涉及土木工程预制装配式混凝土房屋建造技术领域，具体是一种利用预制平面框架子结构拼装而成的框架结构钢筋混凝土房屋及其拼装建造方法，特别涉及预制平面框架子结构的类型、样式、拼装方式等。
背景技术：
传统钢筋混凝土框架结构房屋建筑的梁柱构件往往是在建筑现场支模后浇筑混凝土，其构件连接可靠、整体性和抗震性能良好，但施工周期较长，管理复杂。而框架结构房屋建筑采用预制装配方式代表了 一种先进发展方向。目前我国的预制装配式框架建筑往往采用中小型构件工厂预制，比如预制梁柱构件等，其优势显而易见，但也存在一些问题，相比现浇工艺，过多的拼装连接部位导致存在多个薄弱环节，存在一定质量控制难度。随着现代大型吊车和运输工具的发展，采用中大型预制部件更能提高生产、管理效率。目前预制部件的拼装位置往往是在梁柱接点等结构受力复杂且薄弱的部位，对地震频发区而言这点是不利的，国内外研究者已经提出了将拼装部位外移的策略，实现预制梁柱构件的连接，但对于大型预制部件而言，尤其是对于柱柱拼装而言，并没有可操作性强且性能可靠的办法。由于诸多方面的原因，目前预制装配式建筑结构的性能并不如预期，如在历次地震中有不佳的安全性表现、现场拼装节点过多和过于集中等问题。因此，亟需充分利用现有的大型吊装设备，研发有必要开发一种能够实现中大型部件预制、预制结构样式灵活合理、连接可靠的新型装配结构，以减少现场拼装节点，提高结构的整体性能和抗震性能，以满足住宅产业现代化的需求。
发明内容
本发明专利旨在针对上述现有技术的不足，提出一种新型子结构模块式预制拼装框架结构拼装方法，利用子结构的思想和大型吊装设备，提出一种新型子结构模块式预制拼装框架结构，其装配部件包括多种类型的预制平面框架子结构和预制梁子结构，连接部位可实现错层错跨布置，减小现场拼装节点数量，提高结构的抗震性能，以克服现有技术存在的一些缺陷。平立面布置规则的房屋建筑采用本发明专利的平面框架子结构和梁的预制装配，可实现工厂的标准化生产和有效质量控制。预制装配式建筑是根据设计要求在工厂预制构件，然后运送到工地直接拼接，其克服了现浇混凝土的诸多问题，具有施工迅速、工业化和标准化程度较高等优点。因此，在建筑工业化日益发展和强调节能减排的今天，我国预制装配式建筑得以迅速发展并代表了一种发展方向。本发明提出了典型框架结构房屋的新型拼装方式，简化了设计和生产流程，提高了施工速度。相比现有技术，依据本发明建造房屋具有抗震性能良好的特点。本发明专利还可进一步解决的技术问题是通过梁梁、柱柱连接部位的合理选取(本专利选取反弯点附近和弯矩较小处)，可避免连接部位复杂受力以保证连接的有效可靠，解决预制装配建筑一直为人所诟病的抗震性能差问题。为实现上述目的，本发明专利采用的技术方案为一种新型子结构模块式预制拼装框架结构拼装方法，其特征在于(I)采用子结构模块思想，将整个建筑结构划分成建筑物基础子结构、多个预制平面框架子结构和预制梁子结构，预制平面框架子结构为单层、双层或多层多跨的预制平面框架子结构；(2)依据吊装设备吊装能力的大小及建筑布置，将每个建筑物基础子结构、预制平面框架子结构或者预制梁子结构作为一个单独拼装单元，以减少现场拼装节点的数量提高建筑物整体性为目的，确定子结构拼装单元的结构形式；
(3)建筑物基础子结构、多个预制平面框架子结构和预制梁子结构分别作为一个单独的拼装单元进行工厂或工地分单元工预制，提高施工质量；(4)预制平面框架子结构通过连系梁连接组合，各层之间搭接楼板，外侧框架式子结构的外部设置有外墙挂板；(5)在框架平面内主要抗侧力方向的拼装节点设置在柱上或梁上，分层拼装后，形成一整榀多层或高层框架；(6)在框架平面内次要抗侧力方向的拼装节点设置在梁上，分开间分层拼装后，形成建筑物整体；(7)在完成框架主体结构搭建之后，进一步安装预制大型保温隔热墙板，实现框架结构房屋的预制装配建造。预制平面框架子结构拼装而成的房屋建筑包括建筑物基础、多种单层、双层、多跨预制框平面架子结构和预制梁子结构。预制平面框架子结构自下而上层层搭建，实现预制平面框架子结构拼装而成的房屋建筑的竖向布置，同时通过底层单双层梅花状交错布置，之上采用标准预制平面框架子结构，达到每层连接接点的错层布置，以保障竖向整体性。类似的，通过预制梁实现预制平面框架子结构在水平方向的连续布置。在完成框架主体结构搭建之后，可进一步安装预制墙体，实现框架结构房屋的拼装建造。本发明在于预制平面框架子结构按照在房屋建筑中所处位置分为顶层、标准层、内部、侧边或角部多种形式的预制子结构，不同位置的预制平面框架子结构在框架梁、框架柱或者悬挑短梁布置方面有所不同，主要体现在①顶层预制平面框架子结构无上部框架柱，下部框架柱高度选取弯矩较小处，一般可取1/2层高；②底层预制平面框架子结构下部框架柱高度为1/3和2/3层高，并通过柱高的不同以错开连接接点的高度，上部立柱高度为1/2层高；③中间层预制平面框架子结构上下部框架柱高度均为1/2层高侧边框架子结构外侧单边无悬挑短梁角部预制平面框架子结构两个外侧边无悬挑短梁；⑥内部预制平面框架子结构上下部框架柱、框架梁和悬挑短梁均存在。此外，双层和双跨预制平面框架子结构结构形式与单层预制平面框架子结构类似，只是高度和跨度分别超过一层和一跨，结构规模更大，并与单层单跨结合实现连接接点错层错跨布置。本发明在于预制梁子结构与预制平面框架子结构通过其上的悬挑短梁相连接形成房屋一个跨度，预制梁子结构占实际跨度的1/2-3/4。本发明在于多个预制平面框架子结构通过自下而上干法或湿法连接实现建筑的竖向布置，预制平面框架子结构悬挑短梁和预制梁子结构干法或湿法连接实现建筑的水平布置。本发明在于建筑基础可为天然基础、柱下独立基础或桩基础，建筑基础是现场现浇或预制，并在部分基础上安装预制单柱，单柱高度为2/3底层层高，便于框架子结构柱连接接点高度错开，以提高拼装结构的整体性。本发明在于拼装的预制框架结构外挂填充墙体，填充墙体为保温填充墙体，拼装的预制结构结合预制保温填充墙体，建成节能环保的建筑结构。本发明专利采用另外一个技术方案一种根据权利要求1所述的预制平面框架子结构拼装而成的房屋建造方法，其主要包括以下步骤a.确定预制平面框架子结构的类型、样式和数目、预制梁子结构的类型和数目；b.完成建筑基础建造，并在建筑基础上安装预制单柱，与框架子结构柱连接接点高度错开；c.底层错开布置单层或双层预制平面框架子结构，继而竖向逐个搭建预制平面框架子结构，根据拼装高度差异需要选择布置在顶层的预制平面框架子结构样式，完成拼装搭建。水平方向通过预制梁子结构实现多个预制平面框架子结构的水平方向布置，并在水平搭建的过程中安装预制楼板。拼装节点采用湿法连接或者干法连接；d.在完成框架主体结构搭建之后，可进一步安装预制大型保温隔热墙板，实现框架结构房屋的预制装配建造。与现有技术相比，本发明专利具有以下优势(I)采用预制平面框架子结构的中大型装配件和预制梁小型装配件相契合实现钢筋混凝土房屋建造，采用此类子结构装配件可减少预制装配的连接接点数目，提高施工速度。(2)预制平面框架子结构立柱高度和预制梁的长度基本弯矩较小位置，可参考反弯点，此种措施可保证连接部位处于受力较为单纯的区域，即弯矩较小，主要承担剪力和轴力，这可以通过预埋钢板干法或者后浇混凝土的湿法工艺来满足。本发明的这种处理可有效保证连接处的安全可靠，避免了梁柱接点等受力复杂部位安全和质量。(3)本发明的连接可为干法连接，也可为湿法连接。(4)本发明提出的预制平面框架子结构装配工艺，通过单层和多层子结构组合使用可实现连接接点的错层布置，通过单跨和多跨子结构组合使用可实现连接接点的错层布置，从而使得每层和每跨干法或湿法连接少于50%，本发明提出的组合方式可有效提升装配结构的整体性和抗震性能。(5)本发明以预制平面框架子结构装配部件和干法或湿法连接为典型特征，钢筋混凝土房屋的整个建造过程可实现标准化生产，业主在确定预制平面框架子结构类型、数目、样式和尺寸的同时，也选定了设计方案，简化了整个设计过程。从而可见，本发明所提出的建造方法具有标准化生产过程、简化设计过程、加速施工过程等显著优势，可避免了业主、设计方、施工方等多方反复沟通，适用于框架结构房屋建筑的建造。下面结合附图对本发明专利的具体实施方案作进一步说明。
图1为通过预制平面框架子结构装配而成的钢筋混凝土房屋建筑示意图。图2为预制装配钢筋混凝土房屋基础和预制单柱三维示意图。图3为预制平面框架子结构拼装而成房屋建筑的单层预制平面框架子结构。图4为大型预制子结构拼装而成房屋建筑的双层预制平面框架子结构。图5为大型预制子结构拼装而成房屋建筑的单向双跨预制平面框架子结构。
具体实施例方式本发明专利提出了一种基于大型预制平面框架子结构的房屋拼装建造方法，其具体实施流程和方式将结合附图进一步加以说明。一种新型子结构模块式预制拼装框架结构拼装方法，其特征在于(1)采用子结构模块思想，将整个建筑结构划分成建筑物基础子结构、多个预制平面框架子结构和预制梁子结构，预制平面框架子结构为单层、双层或多层多跨的预制平面框架子结构；(2)依据吊装设备吊装能力的大小及建筑布置，将每个建筑物基础子结构、预制平面框架子结构或者预制梁子结构作为一个单独拼装单元，以减少现场拼装节点的数量提高建筑物整体性为目的，确定子结构拼装单元的结构形式；(3)建筑物基础子结构、多个预制平面框架子结构和预制梁子结构分别作为一个单独的拼装单元进行工厂或工地分单元工预制，提高施工质量；(4)预制平面框架子结构通过连系梁连接组合，各层之间搭接楼板，外侧框架式子结构的外部设置有外墙挂板；(5)在框架平面内主要抗侧力方向的拼装节点设置在柱上或梁上，分层拼装后，形成一整榀多层或高层框架；(6)在框架平面内次要抗侧力方向的拼装节点设置在梁上，分开间分层拼装后，形成建筑物整体；(7)在完成框架主体结构搭建之后，进一步安装预制大型保温隔热墙板，实现框架结构房屋的预制装配建造。预制平面框架子结构拼装而成的房屋建筑包括建筑物基础、多个多种类型预制平面框架子结构和预制梁子结构。预制平面框架子结构自下而上层层搭建，实现框架结构房屋建筑的竖向布置，同时综合单层、双层、双跨等形式实现错层和错跨的连接接点布置；通过预制梁实现预制平面框架子结构在水平方向的连续布置，在完成框架主体结构搭建之后，可进一步安装预制墙体，实现框架结构房屋的装配建造。其还在于，预制平面框架子结构按照在房屋建筑中所处位置分为顶层、标准层、内部、侧边或角部多种形式的预制子结构，不同位置框架子结构在横梁、立柱或者悬挑短梁布置方面有所不同，主要体现在①顶层预制平面框架子结构无上部框架柱，下部框架柱高度选取弯矩较小处，一般可取1/2层高底层框架子结构下部框架柱高度为1/3和2/3层高，并通过柱高的不同以错开连接接点的高度，上部立柱高度为1/2层高中间层框架子结构上下部框架柱高度均为1/2层高；④侧边框架子结构外侧单边无悬挑短梁； 角部框架子结构两个外侧边无悬挑短梁；⑥内部框架子结构上下部框架柱、框架梁和悬挑短梁均存在。其还在于，预制梁子结构与预制平面框架子结构通过其上的悬挑短梁相连接形成房屋一个跨度，预制梁子结构占实际跨度的1/2-3/4。其还在于，多个预制平面框架子结构通过自下而上干法或湿法连接实现建筑的竖向布置，预制平面框架子结构上的悬挑短梁与预制梁子结构干法或湿法连接实现建筑的水平布置。其还在于，建筑基础子结构可为天然基础、柱下独立基础或桩基础，建筑基础是现场现浇或预制，并在部分基础上安装预制单柱，单柱高度为2/3底层层高，便于框架子结构柱连接接点高度错开。其还在于，包括以下步骤a.确定预制平面框架子结构的类型、样式和数目、预制梁子结构的类型和数目；b.完成建筑基础建造，并在建筑基础上安装预制单柱，与预制平面框架子结构柱连接接点高度错开；c.底层错开布置单层或双层预制平面框架子结构，继而竖向逐个搭建预制平面框架子结构，根据拼装高度差异需要选择布置在顶层的预制平面框架子结构样式，完成拼装搭建。水平方向通过预制梁子结构实现多个预制平面框架子结构的水平方向布置，并在水平搭建的过程中安装预制楼板。拼装节点采用湿法连接或者干法连接；d.在完成框架主体结构搭建之后，可进一步安装预制大型保温隔热墙板，实现框架结构房屋的预制装配建造。其还在于，步骤a中所述预制平面框架子结构和预制梁子结构的形状和数目由业主决定、由设计单位完成设计评估或者由工厂完成标准化生产。图1为通过预制平面框架子结构装配而成的钢筋混凝土房屋建筑三维示意图，其适用于框架结构建筑。图2为预制装配式钢筋混凝土房屋现浇基础和现浇立柱三维示意图，采用本发明专利装配而成的房屋，其基础是现场现浇或预制，并在部分基础上安装预制单柱，单柱高度为2/3底层层高，并且单柱子错开布置，之上再采用双层预制平面框架子结构搭建，而顶层则根据实际情况采用单层和多层装配框架子结构。图3为预制平面框架子结构拼装而成房屋建筑的典型单层子结构，图4为典型双层预制平面框架子结构，图5为典型单向双跨预制平面框架子结构，图3-图5给出了预制平面框架子结构的多种类型和预制梁子结构，正是利用此两种典型预制子结构拼装而成房屋建筑，单层、双层、双跨均为了实现连接接点错层错跨布置而实施。不管是单层、双层、单向两跨，预制平面框架子结构均在竖向通过柱柱连接实现层层搭建，预制平面框架子结构立柱断开处均参考弯矩较小处，故底层预制柱取层高的2/3和1/3，而中间层和顶层预制柱取层高的1/2，此种设置方法立意在于取受力单纯的位置，反弯点附近弯矩较小，柱子主要承担轴力和剪力，减小拼装节点受力。相比图3的单层预制平面框架子结构，图4-图5的双层、双跨预制平面框架子结构在结构上更为复杂且体积更大，这对运输和吊装提出了更高的要求，但其双层和双跨的一体化预制使得拼装时优势明显。同时，为了满足房屋可实现任意跨，双跨和单跨的组合显得更有必要。结合图3-图5中可见各种预制平面框架子结构的拼装方法，图3中(a)为标准层内框架子结构，预制平面框架子结构设置有一根横梁，横梁节点位置上部和下部均设置有一根立柱，横梁节点位置与横梁或者立柱垂直的方向还设置有三根悬挑短梁；(b)为标准层边框架子结构，预制平面框架子结构设置有一根横梁，横梁节点位置上部和下部均设置有一根立柱，横梁的一端横梁节点位置与横梁或者立柱垂直的方向还设置有三根悬挑短梁，横梁的另一端横梁节点位置与横梁垂直的方向还设置有两根悬挑短梁；(C)为标准层角框架子结构，预制平面框架子结构设置有一根横梁，横梁节点位置上部和下部均设置有一根立柱，横梁节点在横梁和立柱所形成的平面上有与平面垂直的悬挑短梁，横梁延长线上的一端横梁节点上有悬挑短梁；(d)为顶层内框架子结构，预制平面框架子结构设置有一根横梁，横梁节点位置下部设置有一根立柱，横梁节点位置与立柱垂直的方向还设置有三根悬挑短梁；(e)为顶层边框架子结构，预制平面框架子结构设置有一根横梁，横梁节点位置下部设置有一根立柱，横梁一端的横梁节点位置与立柱垂直的方向还设置有三根悬挑短梁，横梁另一端的横梁节点位置与横梁和立柱均垂直的部位设置有悬挑短梁；(f)为顶层角框架子结构，预制平面框架子结构设置有一根横梁，横梁节点位置下部设置有一根立柱，横梁节点在横梁和立柱所形成的平面上有与平面垂直的悬挑短梁，横梁一端横梁节点上有横梁延长线上悬挑短梁；图4为双层内框架，即单层预制平面框架子结构的单横梁框架变为上下形式的双横梁框架，横梁之间用立柱连接，图4中(a)为标准双层内框架子结构，(b)为标准双层边框架子结构，(C)为标准双层角框架子结构，(d)为顶部双层内框架子结构，(e)顶部双层边框架子结构，(f)为顶部双层角框架子结构；图5为双跨内框架，即单跨预制平面框架子结构的单横梁框架变为同轴线上的双横梁框架，横梁在横梁节点连接，图5中(a)为标准双跨内框架子结构，(b)为标准双跨边框架子结构，(C)为标准双跨角框架子结构，(d)为顶部双跨内框架子结构，(e)顶部双跨边框架子结构，(f)为顶部双跨角框架子结构。
权利要求
1.一种新型子结构模块式预制拼装框架结构拼装方法，其特征在于(1)采用子结构模块思想，将整个建筑结构划分成建筑物基础子结构、多个预制平面框架子结构和预制梁子结构，预制平面框架子结构为单层、双层或多层多跨的预制平面框架子结构；(2)依据吊装设备吊装能力的大小及建筑布置，将每个建筑物基础子结构、预制平面框架子结构或者预制梁子结构作为一个单独拼装单元，以减少现场拼装节点的数量提高建筑物整体性为目的，确定子结构拼装单元的结构形式；(3)建筑物基础子结构、多个预制平面框架子结构和预制梁子结构分别作为一个单独的拼装单元进行工厂或工地分单元预制，提高施工质量；(4)预制平面框架子结构通过连系梁连接组合，各层之间搭接楼板，外侧框架式子结构的外部设置有外墙挂板；(5)在框架平面内主要抗侧力方向的拼装节点设置在柱上或梁上，分层拼装后，形成一整榀多层或高层框架；(6)在框架平面内次要抗侧力方向的拼装节点设置在梁上，分开间分层拼装后，形成建筑物整体；(7)在完成框架主体结构搭建之后，进一步安装预制大型保温隔热墙板，实现框架结构房屋的预制装配建造。
2.根据权利要求1所述的新型子结构模块式预制拼装框架结构拼装方法，其特征在于单层预制平面框架子结构按照在房屋建筑中所处位置分为顶层、标准层、内部、侧边或角部多种形式的预制类型，不同位置的预制平面框架子结构在框架梁、框架柱或者悬挑短梁布置方面有所不同，主要体现在①顶层的预制平面框架子结构无上部框架柱，下部框架柱高度选取弯矩较小处，一般可取1/2层高底层的预制平面框架子结构下部框架柱高度为1/3和2/3层高，并通过柱高的不同以错开连接节点的高度，上部立柱高度为1/2层高；③中间层的预制平面框架子结构上下部框架柱高度均为1/2层高；④侧边的预制平面框架子结构外侧单边无悬挑短梁；⑤角部的预制平面框架子结构两个外侧边无悬挑短梁；⑥内部的预制平面框架子结构上下部框架柱、框架梁和悬挑短梁均存在，双层或/和双跨的预制平面框架子结构结构形式在单层的预制平面框架子结构的基础上高度或/和跨度分别超过一层或/和一跨，结构规模更大，并与单层单跨结合实现连接节点错层错跨布置。
3.根据权利要求1所述的新型子结构模块式预制拼装框架结构拼装方法，其特征在于预制梁子结构与预制平面框架子结构通过其上的悬挑短梁相连接形成一榀框架，预制梁子结构占实际跨度的1/2-3/4。
4.根据权利要求1所述的新型子结构模块式预制拼装框架结构拼装方法，其特征在于多个预制平面框架子结构通过自下而上连接实现建筑的竖向布置，预制平面框架子结构上的悬挑短梁与预制梁子结构连接实现建筑的水平布置。
5.根据权利要求4所述的新型子结构模块式预制拼装框架结构拼装方法，其特征在于视实际工程情况和要求，通过单层、双层和双跨的预制平面框架子结构的组合实现连接节点的错位布置，连接工艺采用干法或/和湿法。
6.根据权利要求1所述的新型子结构模块式预制拼装框架结构拼装方法，其特征在于建筑基础子结构为天然基础、柱下独立基础或桩基础，建筑基础子结构为现场现烧或预制，并在部分基础上安装预制单柱，单柱高度为2/3底层层高，便于框架子结构柱连接节点高度错开，以提高拼装结构的整体性。
7.根据权利要求1所述的新型子结构模块式预制拼装框架结构拼装方法，其特征在于拼装的预制框架结构上拼装有预制楼板。
8.根据权利要求1所述的新型子结构模块式预制拼装框架结构拼装方法，其特征在于拼装的预制平面框架结构外挂填充墙体，填充墙体为保温填充墙体，拼装的预制结构结合预制保温填充墙体，建成节能环保的建筑结构。
9.根据权利要求1所述的新型子结构模块式预制拼装框架结构拼装方法，其特征在于包括以下步骤a.确定预制平面框架子结构的类型、样式和数目、预制梁子结构的类型和数目；b.完成建筑基础建造，并在建筑基础上安装预制单柱，与预制平面框架子结构柱连接节点高度错开；c.底层错开布置单层或双层预制平面框架子结构，继而竖向逐个搭建预制平面框架子结构，根据拼装高度差异需要选择布置在顶层的预制平面框架子结构样式，完成拼装搭建，水平方向通过预制梁子结构实现多个预制平面框架子结构的水平方向布置，并在水平搭建的过程中安装预制楼板，拼装节点采用湿法连接或者干法连接；d.在完成框架主体结构搭建之后，进一步安装预制大型保温隔热墙板，实现框架结构房屋的预制装配建造。
10.根据权利要求9所述的新型子结构模块式预制拼装框架结构拼装方法，其特征在于步骤a中所述预制平面框架子结构和预制梁子结构的形状和数目由业主决定、由设计单位完成设计评估或者由工厂完成标准化生产。
全文摘要
本发明公开了一种新型子结构模块式预制拼装框架结构拼装方法，包括了两类主要的预制装配子结构多种形式的预制平面框架子结构和实行整体搭建连接的预制梁子结构，两类子结构可通过干法连接或湿法连接形成整体。平面框架子结构拼装单元依据吊装设备吊装能力的大小及建筑布置，在房屋顶层、标准层、底层、内跨、边跨均有不同的子结构形式。单侧预制平面框架结构可以水平和竖向扩展，每榀框架之间通过预制梁子结构连接形成整体结构。平面框架子结构拼装单元在工厂或工地预制，框架柱拼装节点设置的位置根据不同楼层分别设置在层高的2/3或1/2的位置，且设置在同一楼层的框架柱拼装节点互相错开。
文档编号E02D27/12GK103061516SQ20131001443
公开日2013年4月24日 申请日期2013年1月15日 优先权日2013年1月15日
发明者余志武, 龚永智, 国巍, 伍军 申请人:中南大学, 高速铁路建造技术国家工程实验室, 中铁四局集团有限公司