预制装配整体式电梯井结构研究.doc

.- 预制装配整体式电梯井结构 抗震性能研究及工程应用 张军 董年才 南通建筑工程总承包有限公司 [摘 要] 将电梯井竖向分割成2个U型结构构件，U型构件内纵向受力钢筋采用浆锚连接，构件间水平连接设置300宽竖向后浇带，竖向后浇带采用混凝土现浇后与U型预制构件形成整体结构体系。该结构体系低周反复荷载试验证明其承载能力及刚度高于规范要求，屈服荷载高于设计地震剪力。并以南通市海门中南世纪城33#楼为试点工程，介绍其施工技术。 [关键词] 预制电梯井 模型试验 施工技术 1 结构原理 预制装配整体式电梯井结构将电梯井竖向分割成2个U型结构构件，2个U型构件间设置300宽竖向后浇带；U型构件内纵向受力钢筋采用预埋金属波纹管浆锚连接，上部暗梁纵向受力钢筋在U型构件竖向现浇带处预留钢筋搭接焊接，暗梁及竖向后浇带采用混凝土现浇后与U型预制构件形成整体结构体系。 2 结构试验 通过试验了解该结构在地震作用下的结构整体性，并通过试验进一步掌握其在地震作用下的承载能力、刚度、延性及耗能能力等，对其抗震性能做出评价。 2.1 试件设计 选取一带有标准开间和进深的18层住宅结构的底部四层的横向抗震结构单元进行1/2比例缩尺的空间模型试验，见图1。 图1 构件加工图 试验原形为一18层住宅结构的电梯井，层高2.9m，开间84.5m=36m，进深25.5m=11m，长宽比为36/11=3.27，高宽比为2.918/11=4.75。结构安全等级为二级，抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度为0.15g，场地类别为Ⅰ类，抗震等级二级，根据我国现行规范按现浇结构并采用PKPM软件进行设计。 2.2 试验加载 试验采用力控制加载，每级循环1次，试验直至试件破坏或加载设备最大工作能力结束，试验加载过程见图2。 图2 加载制度示意图 400kN荷载级别时，试件一层剪力墙根部出现弯曲裂缝；600kN荷载级别时，试件一层纵向洞口角部出现主拉应力斜裂缝；800kN荷载级别时，试件二层剪力墙拼缝处出现水平裂缝；1500kN荷载级别时，试件二层剪力墙根部出现弯曲裂缝，且洞口间连梁剪切斜裂缝贯通，试件三层剪力墙根部也出现轻微裂缝；1700kN荷载级别时，试件中间剪力墙及填充墙出现贯通斜裂缝；1800kN荷载级别时，试件裂缝继续扩展，试验设备已至最大工作能力，试验停止。试件在试验过程中整体性表现良好，剪力墙弯剪斜裂缝跨过现浇连接带连续发展，表明现浇连接带可保证结构的整体性。 2.3 试验结果 试件实测滞回曲线、骨架曲线、刚度变化曲线及耗能系数变化曲线见图3。试件滞回曲线呈反“S”型，试件承载能力持续稳定上升；试件开裂后刚度有所下降，后又趋于稳定并有一定程度上升，到1300kN荷载级别时，刚度变化曲线出现一拐点，刚度继续下降，此时试件刚度为初始弹性刚度的72.57%，试验结束时的试件刚度为初始弹性刚度的58.17%，试件刚度退化速度整体较慢；整体骨架曲线未见明显拐点，即试件未屈服；耗能系数的变化也有明显规律，试件开裂和屈服均使耗能系数显著增加，试件屈服后，耗能系数呈近线性增长。 (a) 滞回曲线 (b) 骨架曲线 (c) 刚度变化曲线 (d) 耗能系数 图3 试验结果 通过试验结果及相关数据分析得到，即使试件在带有初始裂缝及轴压卸载的情况下，其承载能力及刚度仍然能很好地满足我国现行设计规范。 3 施工工艺流程及操作要点 3.1 工艺流程 施工准备→定位放线→预留插筋校正→电梯井U型构件吊装→临时支撑安装及构件校正→浆锚节点灌浆→U型构件间竖向后浇带钢筋绑扎→暗梁钢筋绑扎→节点模板安装→节点混凝土浇筑 3.2 操作要点 3.2.1 预留插筋校正 下层叠合板混凝土浇筑前，采用钢筋限位框对电梯井下层预留插筋进行限位，以保证钢筋位置准确。混凝土浇筑后，对预留插筋进行位置复核，对中心位置偏差超过10mm的插筋应根据图纸进行校正，钢筋校正时应采用1：6冷弯校正，不得烘烤；对个别偏差较大的插筋，应将插筋根部混凝土剔凿至有效高度后再进行冷弯校正。以确保电梯井竖向钢筋的浆锚连接质量 3.2.2 电梯井U型构件吊装 1 应采用两根等长吊索绑扎起吊，吊索吊钩直接钩在构件的预埋吊环内，吊钩与吊环间不得歪扭或卡死，吊索与水平线的夹角不宜小于45 2 电梯井U型构件吊至预留插筋上部100mm时，将预留插筋与构件内预埋注浆管一一对应后，再将构件缓慢下放就位 3 电梯井U型构件就位前根据标高控制线在楼面标高误差处设置1～5mm不同厚度的垫铁，使构件安装满足标高要求。构件就位时，根据轴线、构件边线、200mm测量控制线将构件基本就位后，利用可调式钢管斜支撑（简称：斜支撑）将构件与楼面临时固定，确保构件稳定后摘除吊钩（图3.2.2）。 图3.2.2 电梯井U型构件吊装 3.2.3 临时支撑安装及U型构件校正 1 电梯井U型构件就位后应立即安装斜支撑，每构件用不少于2根斜支撑进行固定，斜支撑安装在构件的同一侧面，斜支撑与楼面的水平夹角不应小于60（图3.2.3）。 图3.2.3 电梯井斜支撑安装 2 检查构件内预埋的M2070内螺纹套筒，并将紧固螺栓与内螺纹套筒进行连接（斜支撑上部连接点）；根据计算角度在楼面安装斜支撑下部连接固定用M16150膨胀螺栓。 3 斜支撑安装时，将斜支撑上、下连接垫板沿开口方向分别卡在构件及楼面上的连接螺栓内，然后用螺丝将斜支撑上、下连接垫板与竖向构件及楼面拧固。 4 通过调节斜支撑活动杆件调整构件的垂直度，并用2m长靠尺对垂直度进行校正，确保预制电梯井筒垂直度满足质量要求。 5 根据轴线、构件边线、200mm测量控制线，用2m长靠尺、塞尺对构件轴线及二只U型构件间平整度进行校正，确保预制电梯井筒的轴线、平整度满足质量要求。 3.2.4 浆锚节点灌浆 1 灌浆前应全面检查灌浆孔道、泌水孔、排气孔是否通畅。 2 将构件与楼面连接处清理干净，灌浆前24小时表面充分浇水湿润，灌浆前1小时应吸干积水。 3 采用1:2水泥砂浆对预制构件与楼面水平拼缝进行嵌填、封堵，封堵材料的抗压强度应大于10MPa。 4 严格按照产品说明书的要求配置灌浆料，先在搅拌桶内加入定量的水，然后将干料倒入搅拌桶内，用手持电动搅拌器充分搅拌均匀，搅拌时间从开始投料到搅拌结束应不少于3min，搅拌时叶片不得提至浆料液面之上，以免带入空气。搅拌后的灌浆料应在45min内使用完毕。 5 浆锚节点灌浆采用机械压力灌浆法，压力不小于0.2MPa，确保灌浆料能充分填充密实。 6 灌浆应连续、缓慢、均匀地进行，单块构件灌浆孔应一次连续灌满，直至排气管排出的浆液稠度与灌浆口处相同，且没有气泡排出后，将灌浆孔封闭。灌浆结束后应及时将灌浆口及构件表面的浆液清理干净，并将灌浆口表面抹压平整（图3.2.4）。 图5.2.7 浆锚节点注浆管注浆 图3.2.4 电梯井浆锚节点灌浆完成 3.2.5 构件间后浇带及暗梁钢筋绑扎 1） 钢筋绑扎前，应先校正预留锚筋、箍筋位置及箍筋弯钩角度。 2） 2个U型结构构件间300宽竖向后浇带纵向受力钢筋采用搭接绑扎，搭接长度应满足规范要求；钢筋绑扎时，先绑扎构件内侧钢筋后绑扎外侧钢筋（图3.2.5-1）。 3） 暗梁纵向受力钢筋采用帮条单面焊接，焊接时应根据钢筋级别、直径和焊接位置，选择焊条、焊接工艺和焊接参数；焊接时引弧应在垫板、帮条或形成焊缝的部位进行，不得烧伤主筋；焊接过程中应及时清渣，焊缝表面应光滑，焊缝余高应平缓过渡，弧坑应填满。因混凝土在高温作用下易受损伤，焊接时可采用间隔流水焊接或分层流水焊接的方法。暗梁钢筋绑扎时，应在箍筋内穿入上排纵向受力钢筋，主、次梁钢筋交叉处，主梁钢筋在下，次梁钢筋在上（图3.2.5-2）。 图3.2.5-1 后浇带节点钢筋绑扎 图3.2.5-2 暗梁钢筋绑扎 3.2.6 节点模板安装 1 节点模板安装前，在模板与构件面结合处粘贴30mm宽双面胶带。 2 模板使用M12对拉螺栓紧固，对拉螺栓外套φ20mm塑料管，在塑料管两端与模板接触处分别加设塑料帽，塑料帽外加设海绵止水垫。 3 对拉螺栓间距不宜大于800mm，上端对拉螺栓距模板上口不宜大于400mm，下端对拉螺栓距模板下口不宜大于200mm。 3.2.7 节点混凝土浇筑 1 混凝土浇筑前，应将模板内及叠合面垃圾清理干净，并应剔除叠合面松动的石子、浮浆。 2 构件表面清理干净后，应在混凝土浇筑前24小时对节点及叠合面充分浇水湿润，浇筑前1小时应吸干积水。 3 节点应采用无收缩混凝土浇筑，混凝土强度等级较原结构应提高一级。 4 节点混凝土浇筑应采用ZN35型插入式振动棒振捣，混凝土应振捣密实（图5.2.9）。 5 叠合板混凝土浇筑后12h内应进行覆盖浇水养护，当日平均气温低于5℃时，宜采用薄膜布养护，养护时间应满足规范要求。 图3.2.7 预制电梯井施工后效果 4 结论 双U型预制装配整体式电梯井结构技术的关键节点采用现浇处理，既增加了结构的整体性，达到了与现浇结构“同等型”。该技术被列为住房和城乡建设部“2009年科学技术项目计划——研究开发项目（新型建筑结构技术），项目编号：2009-K2-20”。其科研成果通过建设部组织的专家委员会鉴定，专家委员会一致认为：该技术理论依据充分、结构可靠性好、施工工艺先进、经济合理，具有科学性、先进性和可操作性，构件预制化程度高，对推进我国建筑业绿色施工、节能环保具有重要的示范作用，总体达到国内领先水平。