專利名稱：：大跨度預應力混凝土板“擬框架”結構專用技術的制作方法
技術領域：
：大跨度預應力混凝土板"擬框架"結構屬建筑工程結構
技術領域：
。兆旦仕士冃足忟不大跨度預應力混凝土板[其中雙T板、槽型板和單T板等(以下簡稱T型板)及空心板(以下簡稱SP板)]國外應用較早。特別是雙T板和SP板應用最為廣泛。如美國預制和預應力混凝土協(xié)會(PCI)早在1992年出版的預制和預應力混凝土手冊[1就已包括了這方面的內容，我國在對其引進、消化、吸收并結合我國國情進行試驗研究的基礎上，已于1999年先后編制出一些地方標準圖和國家標準圖[2~7]。以下主要針對雙T板和SP板作為代表進行報告(包括附件)。預應力雙T板和SP板屬于高強混凝土薄壁構件(尤指前者)，其最大的優(yōu)勢為跨度大(雙T板可達30m、SP板可達18m,我國預制板在8m以內)，可建造大柱距大跨度結構；矢高低(0.45~1.085m，約為屋架結構高度<屋架高加屋面板高>的1/3~1/4)，可顯著降低建筑物高度，達到節(jié)材節(jié)能；穩(wěn)定性好，不需附加橫向支撐(雙T板如板凳四角落地，而屋架兩端支撐，其穩(wěn)定性必須靠兩側的支撐系統(tǒng))；構件覆蓋面大(雙T板按板寬2.4m計，從9m到30m其單板覆蓋面積達21.6m2721！12)，安裝效率高，板安裝后則完成了整個樓屋蓋的結構工程量，據(jù)工程測算，釆用24m雙T板屋蓋比傳統(tǒng)預應力混凝土屋架、大型屋面板的安裝時間可減少3/4。目前大的雙T板制造廠家兼有運輸安裝的專業(yè)隊伍，形成了一條龍服務，更提高了安裝效率)。正因此雙T板、SP板一旦出現(xiàn)就獲得了工程界的廣泛關注和歡迎，并逐漸成為取代傳統(tǒng)屋蓋體系最具優(yōu)勢的樓屋蓋結構形式之一。另外雙T板和SP板除自重比鋼結構大，難以達到更大的跨度外，其耐久性、耐火性能和高荷載等級卻是鋼結構難以比擬的。但是必須指出的是，目前的雙T板和SP板絕大多數(shù)用于屋面板和非框架結構的樓面板結構構件，而對于量大面廣的現(xiàn)代工業(yè)建筑、公共建筑、商業(yè)建筑中框架結構的應用受阻，從而在很大程度上限制了這種大跨度板材的大量推廣應用。其在框架結構中應用受阻的原因主要有二一是尚未發(fā)現(xiàn)與之相匹配的結構計算模型和相應的設計構造方法。據(jù)査在美國預制和預應力混凝土手冊〖1和我國地方標通圖[2~7]均未提及這方面的內容，而在我國的《混凝土結構設計規(guī)范》[8和《建筑抗震設計規(guī)范》[9]也無此相關內容。但文獻[9有一項條文規(guī)定在地震設防地區(qū)不允許采用鉸接框架結構。二是如按傳統(tǒng)框架結構的原則設計這種大跨度構件的框架結構橫梁(這是唯一可按規(guī)范要求的設計規(guī)定來滿足工程圖紙審査所必須的一種選擇)，然而其后果不僅框架橫梁截面大、笨重，不但影響建筑美觀、使用空間、用工用料大幅度增加，而且施工難度大。因為該橫梁必須現(xiàn)場施工，這正與雙T板、SP板的施工順序難以合理匹配，從而拖長施工工期。這就從根本上抵消了這種大跨度構件安裝高效的特點。已有的幾個工程實例已經(jīng)得到證明。正如此采用這種方法設計成框架結構者幾乎沒有，只是一種理論上的假設而已。作為國內最早參與這類大跨度板材應用推廣研究、研編單位主創(chuàng)專家們，深知這項課題的難度和價值所在，但又必須找到更好的解決該難題的方案。因此在編研地方標準、行業(yè)標準、乃至國家標準的過程中就一直在思考著這個課題，始終未能提出了解決這種新體系的專門應用技術。此項專利申請所要解決的技術問題針對大跨度預應力混凝土雙T板及SP板用于框架結構缺少與其相匹配或相適應的結構設計構造方法，和假定按傳統(tǒng)框架結構設計存在的技術和經(jīng)濟可行性很差的弊端。此項專利申請的技術方案簡介1、"擬框架"的構件組成及安裝待框架柱①和框架縱梁②安裝后，在緊靠框架柱兩側安裝一側無翼緣的雙T板(或稱異型雙T板)或SP板形成梁側模，沿側模架設懸吊的梁底模，設置梁的鋼筋(非預應力鋼筋)，按規(guī)定澆搗混凝土即構成了擬框架橫梁③。異型雙T板或SP板等在施工過程中起到擬框架梁的模板、懸吊底模板的支承和施工操作平臺的作用。擬框架梁與大跨度預應力板、框架柱、縱梁等一起組成"擬框架結構"。2、傳力及連接構造由于擬框架梁為非預應力構件，其變形比其兩側的預應力雙T板或SP板等大得多，因此擬框架梁的全部重力荷載已通過其間混凝土的粘結(雙T板)或榫鍵粘結(SP板)作用傳遞到其兩側的板上。同時在構造設計上還特別考慮了最可靠的傳力保證措施即使擬框架梁與雙T板或SP板間的混凝土出現(xiàn)裂縫，即混凝土的粘結強度完全失效時(盡管這種機率非常小)，則由與梁內板頂設置的橫向構造鋼筋有可靠連接的箍筋(見插圖)，可將該梁的荷載傳到板上。而且該箍筋所提供的拉力至少為擬框架梁全部荷載的7倍以上。因此該擬框架梁在重力荷載作用下已成為無荷載或零荷載桿件；在水平荷載或地震作用下，它又與其兩側的^^構成強化的框架橫梁，和框架柱共同抵抗結構的橫向作用或變形。綜上所述，擬框架結構的實質及核心技術是擬框架梁在重力荷載作用下為無荷載桿件,在水平荷載或地簾作用下為主要承受拉或壓力的剛性桿件。因此擬框架(梁)已超出了傳統(tǒng)框架結構的受力模式，而成為主要承受拉壓力的桿件，從結構力學角度上講，這是結構最理想的受力狀態(tài)，這也是稱為"擬框架"的原因所在。因此擬框架梁連接構造獨特、簡單，可按最低限度的構造要求配筋(規(guī)范規(guī)定的最小配筋率1^=0.2%)設計，但結構的安全度或可靠度卻比傳統(tǒng)框架梁高得多。此項專利申請與與以往技術相比的有益效果(見附件)擬框架梁與傳統(tǒng)框架梁相比，其性能價格比優(yōu)勢突出，主要反映在兩個方面一是施工簡便，施工效率比傳統(tǒng)框架梁提高3倍以上，而且擬框架梁可實現(xiàn)裝配整體式施工；二是材料(混凝土和鋼筋)用量可大幅度減少。根據(jù)對擬框架和傳統(tǒng)框架(按規(guī)范規(guī)定設計)對比計算表明(計算分析見附件)，以雙T板為例，當板跨度為12m、15m、18m、21m和24m時，以擬框架梁為100%，傳統(tǒng)框架梁混凝土用量分別為148°/。、155%、194%、219%和253%，平均為194%;鋼筋用量(按一側受力鋼筋計)分別為125%、164%、248%、328%和433%，平均為260%;考慮梁的全部鋼筋(包括箍筋、腰筋、架立筋等)用量為別為146%、178%、220%、334%和361%,平均為248%?？梢姴牧嫌昧侩S跨度增大，傳統(tǒng)框架梁增勢更明顯，尤其在板跨大于18m時其增幅更大，突顯其技術經(jīng)濟指標的不可行性。根據(jù)框架梁對柱的影響分析，傳統(tǒng)框架梁截面比擬框架梁大，其引起的對框架柱的材料用量也隨之增加，如柱砼用量至少增大20%，鋼筋用量也會增加，但未計入該增量。并且截面太大很不美觀，也是無法實現(xiàn)的主要原因之一。由此可見采用擬框架結構不僅解決了這類板材的設計構造方法課題，而且比傳統(tǒng)框架施工效率提高3倍以上，材料用量至少減少一半，并且美觀，這就是該專利的價值所在。(說明書附圖)圖1、傳統(tǒng)框架雙T板、SP板平面布置圖圖2、擬框架雙T板平面布置圖圖3、擬框架SP板平面布置圖附件框架橫梁按傳統(tǒng)方法和按擬框架方法的對比計算書一、計算條件(一)按傳統(tǒng)方法時(附圖見后)1、按《全國民用建筑工程設計技術措施——結構》[1Q(以下簡稱措施)，框架橫梁梁高可取(1/10-1/18)L，本計算取L/14(L為梁的跨度)；2、框架橫梁寬度，由于該梁系獨立梁，出平面的穩(wěn)定應由梁的出平面變形條件決定。根據(jù)國際標準《配筋砌體結構設計規(guī)范》IS09652-3規(guī)定，梁的寬度b《L/32，本計算取b=L/40;3、為簡化計算(但不失準確性)，特假定如下1)梁撓度取簡支梁的/_=^^，框架梁的彎矩近似取f;2)采用材料C30，/;=14.3M戸'=;3)荷載取值，對撓度取自重乘l.l，對配筋取自重乘L35;4)按"混凝土結構設計規(guī)范"GB50010規(guī)定框架梁的最小配筋率配0.002bh;5)僅對梁跨L為12、15、18、21和24m進行對比計算。其中L=24m雙T板其允許荷載〉5kN/m2，可滿足》4kN/m2可變荷載的要求；6)按GB50010，箍筋布置，在距梁端2h其間距為200，其余為300，按4肢箍，腰筋直徑取4>12沿截面高300設置。計算用量均按跨度(L)標記。4、SP板框架最大跨度為18m，故其在該范圍之內的指標可參照雙T板對應的跨度，二者差異不大。(二)按擬框架時(附圖見專利正文)1、梁截面高同兩側板肋高或矢高。2、梁的寬度等于柱兩側異型雙T板或SP板間的寬度。由于擬框架梁為按構造設計的構件，對較大的梁的截面設計成有空腔的構造以減輕自重。擬框架橫梁與兩側的板形成整體，其橫向穩(wěn)定性非常可靠。3、擬框架梁最小構造含筋率也按GB50010的規(guī)定的拉、壓構件的0.002bh取值。4、材料混凝土、鋼筋包括箍筋均同傳統(tǒng)框架梁的規(guī)定。在材料用量表中已計入板頂橫向架立筋的重量。二、計算結果見表——1~4。200710192847.4說明書第5/6頁表——1按傳統(tǒng)框架計算時的參數(shù)及結果<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>表~~2擬框架梁計算參數(shù)及結果<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>注1、由于擬框架梁為零重力荷載桿件，在水平力或作用下為拉、壓剛性桿件，故只需按構造要求進行配筋，無需對變形進行驗算。2、表中b，系空腔構造梁的換算尺寸，h計入50厚砼面層。表——3兩種框架梁的鋼筋用量明細表(kg)<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>注1、表中A、B分別代表傳統(tǒng)框架和擬框架。2、主筋對傳統(tǒng)框架梁包括受力鋼筋加4根直徑同受力筋的構造鋼筋。對擬框架梁上下各4根鋼筋，即8根鋼筋。3、箍筋直徑對擬框架梁均為06，對傳統(tǒng)框架梁，在跨度12、15m時為06，大于15m時為08。4、腰筋配置，對擬框架梁每側1*12,對傳統(tǒng)框架梁，梁高0.86、1.07、1.29、1.5和1.76時每側分別為2、3、3、4、5根sigma12。表——4傳統(tǒng)框架梁與擬框架梁材料用量比(％)(以擬框架為100%)<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>注主筋欄中橫線以下數(shù)字系按受力鋼筋(一側)之對比數(shù)字，見表-l和表-2。一三、梁對柱截面尺寸的影響分析1、取擬框架柱截面bh，取3組計算400x600、500x800、700x800。2、傳統(tǒng)框架要求柱寬—寬度+100。3、又由于框架梁增加，柱截面高度h應為擬框架的l.lh，則對應的三組截面分別為400x600x1.1、500x800x1.1、700x800x1.1。折算為擬框架柱時為1.25x1.1=1.375、1.2x1.1=1.32、1.167x1.1=1.28，平均增加32%，至少25%以上。參考文獻(專利正文及本附件)designhandbookforprecastandprestressedconcrete/forthedition/PCI1992-[2]SP預應力砼空心板/97DYG12/東北標準化辦公室[3]SP預應力砼空心板/99ZG408/國標DQ螺旋肋鋼絲預應力砼雙T板/DYG2000-0W東北標準化辦公室[5]金潮大跨度預應力砼雙T板/JC/G03"01/東北標準化辦公室[6]預應力砼雙T板/DBJT05-187/遼標2006G403[7〗預應力砼雙T板/06SG432-1/國標[8〗混凝土結構設計規(guī)范/GB50010-2002[9]建筑抗震設計規(guī)范/GB50011-2001全國民用建筑工程設計措施——結構/2003/建設部質量司/中國建筑標準院權利要求1、該發(fā)明的技術特征待框架柱①和框架縱梁②安裝后，在緊靠框架柱兩側安裝一側無翼緣的雙T板(或稱異型雙T板)或SP板等形成梁側模，沿側模架設懸吊的梁底模，設置梁的鋼筋(非預應力鋼筋)，按規(guī)定澆搗混凝土即構成了擬框架橫梁③。擬框架梁與大跨度預應力板、框架柱、縱梁等一起組成“擬框架結構”。擬框架梁在重力荷載作用下為無荷載桿件，在水平荷載或地震作用下為主要承受拉或壓力的剛性桿件。因此擬框(梁)已超出了傳統(tǒng)框架結構的受力模式，而成為主要承受拉壓力的桿件，從結構力學角度上講，這是結構最理想的受力狀態(tài)，這也是稱為“擬框架”的原因所在。因此擬框架梁連接構造獨特、簡單，可按最低限度的構造要求配筋(規(guī)范規(guī)定的最小配筋率μ＝0.2％)設計，但結構的安全度或可靠度卻比傳統(tǒng)框架梁高得多。這就根本解決了以前大跨度預應力混凝土板[大跨度預應力雙T板、單T板、空心板(包括SP板)等]在建筑框架結構中無法使用的問題。2、凡在車間、車庫、倉庫、教室、鍋爐房、辦公室、住宅樓、賓館等建筑中，采用"擬框架結構"技術，由大跨度預應力混凝土板[大跨度預應力雙T板、單T板、空心板(包括SP板)等]設計建造的框架結構，均屬本發(fā)明專用技術。全文摘要“擬框架”的構件組成待框架柱①(見摘要附圖)和框架縱梁②(見摘要附圖)安裝后，在緊靠框架柱兩側安裝一側無翼緣的雙T板(或稱異型雙T板)或SP板等形成梁側模，沿側模架設懸吊的梁底模，設置梁的鋼筋(非預應力鋼筋)，按規(guī)定澆搗混凝土即構成了擬框架橫梁③(見摘要附圖)。擬框架梁與大跨度預應力板、框架柱、縱梁等一起組成“擬框架結構”，這就根本解決了以前大跨度預應力混凝土板[大跨度預應力雙T板、單T板、空心板(包括SP板)等]在建筑框架結構中無法使用的問題。文檔編號E04B5/43GK101363260SQ20071019284公開日2009年2月11日申請日期2007年11月19日優(yōu)先權日2007年11月19日發(fā)明者柳忠林申請人:青島市金潮特種混凝土制品有限責任公司