差别化使用高性能材料的预制混凝土框架体系

摘要

本发明公开了一种差别化使用高性能材料的预制混凝土框架体系，所述预制框架体系主要包括预制混凝土梁、预制混凝土柱、预制梁底中强预应力筋和梁顶普通钢筋、柱内纵向钢筋、箍筋、套筒和连接钢筋等。梁底部仅配有中强预应力筋，所述预应力筋伸出梁端，通过套筒与满足抗震要求的普通钢筋相连。叠合梁上部现浇区域采用普通混凝土浇筑，而预制梁两端的后浇段采用高极限应变的混凝土浇筑。本发明差别化使用了预应力钢筋、混凝土等高性能材料，充分发挥了不同材料的固有特点与优势，降低了生产和施工难度，减轻了预制混凝土梁的截面高度或用钢量，并保证了预制混凝土框架体系的整体性和抗震性能。

说明书

技术领域

本发明涉及预制混凝土框架体系的连接和构造方法，属于土木工程预制混凝土结 构技术领域。

背景技术

框架结构主要由梁、柱以及梁柱节点构建而成，属于建筑工程中应用最广的一种 结构形式。预制预应力混凝土装配整体式框架结构符合“建筑工业化、住宅产业化” 和绿色建筑的要求。该类结构体系具有施工速度快、环境污染小、质量有保证以及耐 久性好等优点，还具有便于采用先张预应力技术、构件截面减小、节点施工较为简便、 用钢量较低等突出特点。

预制预应力混凝土装配整体式框架结构的核心技术是预制混凝土梁与预制混凝 土柱的连接构造形式，其构造方式及质量直接影响到该类结构的极限承载力和抗震性 能等。目前已有的预制框架结构体系中构造连接技术将梁端设有键槽或U形凹槽，同 时配有预应力筋及普通钢筋，有时辅以U型钢筋，相互搭接、锚固于节点核心区内， 并在节点区的后浇段采用混凝土现浇将预制混凝土梁、柱形成一个整体，但存在造价 较大、施工操作空间不足、节点延性性能有所欠缺等不足。以上预制框架梁柱节点连 接技术多具有适用性不足、施工建造不便等问题，这使得预制预应力混凝土装配整体 式框架结构的应用优势并不明显。

如何构建受力性能良好、构造措施合理、施工便捷、节材高效的预制混凝土框架 结构体系连接构造，一直是预制预应力混凝土装配整体式框架结构的技术难点。

发明内容

技术问题：本发明提供了一种节材高效、施工便捷、连接形式简单的差别化使用高 性能材料的预制混凝土框架体系。

技术方案：本发明的差别化使用高性能材料的预制混凝土框架体系，由预制混凝 土梁、预制混凝土柱和节点区域后浇段构成，所述预制混凝土梁位于节点区域后浇段 水平两侧，所述预制混凝土柱位于节点区域后浇段上下两侧，所述预制混凝土梁和节 点区域后浇段上方设置有叠合梁上部现浇区域，所述预制混凝土柱中配有柱内纵向钢 筋，所述叠合梁上部现浇区域中配有普通受力钢筋、所述节点区域后浇段中配有水平 的连接钢筋，所述连接钢筋超过节点区域后浇段的中线后向上弯起形成弯钩，并锚固 于梁端后浇段内，所述预制混凝土梁的底部仅配有中强预应力筋，所述预应力筋伸出 梁端，通过套筒与连接钢筋相连，所述的后浇段内浇注有极限压应变大于或等于普通 混凝土极限压应变1.2倍的高性能混凝土材料。

进一步的，本发明系统中，所述中强预应力筋的抗拉强度为700MPa～1300MPa， 所述中强预应力筋的最大力下的总伸长率不低于3.5％，所述中强预应力筋的直径采 用6mm～30mm。

进一步的，本发明系统中，节点区域后浇段中，连接钢筋的截面面积A_s为 0.2A′_s～0.8A′_s，其中A′_s为叠合梁上部现浇区域中普通受力钢筋的总截面面积。

进一步的，本发明系统中，节点区域后浇段的预留长度，即预制混凝土柱边缘与 预制混凝土梁端部的水平间距为0.5h～2h，其中h为叠合混凝土梁的高度，即预制混 凝土梁和叠合梁上部现浇区域的高度之和。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)常规预制混凝土梁内配置普通受力钢筋，梁的跨越能力较差，为了提高跨 越能力，预制预应力混凝土梁内配有预应力筋及普通受力钢筋，以满足混凝土梁的裂 缝、拉应力等控制要求，造成构件代价较高，在有效的现浇施工空间内，节点区域的 连接和施工作业难度很大。而本发明中预制梁底部配置中强预应力筋，不需额外配置 普通钢筋，仍然达到与现浇混凝土框架结构同等的承载能力和抗震性能，降低了预制 梁的梁截面或用钢量，从而构件的造价、施工难度显著降低，达到了节材高效的目的。

(2)预制梁底部的中强预应力筋通过套筒与满足抗震要求的普通钢筋相连，梁 底不需要额外配置普通受力钢筋，一方面降低了预制混凝土梁柱节点核心区域的复杂 性，有利于梁底部受力钢筋之间的搭接连接，另一方面也显著降低了预制混凝土梁构 件的制作、生产难度，提高了现场施工的便捷性和高效性。

(3)通常预制混凝土框架节点区域容易出现塑性铰，浇注普通混凝土时，节点 的耗能能力较为不足。本发明在预制混凝土梁的两端分别预留了一定的后浇区域，并 在其中浇注具有较高极限应变的混凝土，相比普通混凝土梁柱节点，其梁端塑性铰区 的延性得到较好的提高。

(4)本发明考虑到不同材料的特性以及预制框架体系中不同构件、不同部位的 受力特点及使用要求，有针对性地采用了高性能钢筋、混凝土材料，并进行了差别化 使用，例如在预制梁底配置中强预应力筋，在两端连接满足抗震要求的普通钢筋，并 在后浇段内采用高极限应变的混凝土浇筑，确保预制框架体系整体性及抗震性能的同 时，达到了节材高效的目的。

附图说明

图1为本发明的预制混凝土框架体系中一般性的预制梁和预制柱及其连接示意 图。

图2为图1中预制混凝土梁及叠合梁上部现浇区域的剖面图。

其中：1为预制混凝土梁，2为叠合梁的上部现浇区域，3为预制混凝土梁底部配 有的中强预应力筋，4为预制混凝土柱，5为预制梁柱节点区域的后浇段，6为梁顶部 的普通受力钢筋，7为预制混凝土柱内配有的纵向钢筋，8为用于连接梁底中强预应 力筋的套筒，9为与套筒相连并满足抗震要求的普通钢筋，预制混凝土梁两端预留的 后浇区域，10为箍筋。

具体实施方式

下面结合具体的实施例，并参照附图，对本发明做进一步的说明：

图1为本发明的预制混凝土框架体系中一般性的预制梁和预制柱及其连接示意， 而图2对应着图1中预制混凝土梁及叠合梁上部现浇区域的剖面图。如图1、图2所 示，本发明的差别化使用高性能材料的预制混凝土框架体系，主要包括预制混凝土梁 1、位于所述预制混凝土梁1上部的叠合梁上部现浇区域2、中强预应力筋3、预制混 凝土柱4、预制梁两端预留的后浇段5、梁顶部普通受力钢筋6、柱内纵向钢筋7、连 接套筒8和满足抗震要求的连接钢筋9。所述预制混凝土梁1的底部仅配有中强预应 力筋3，所述预应力筋3伸出梁端，并采用连接套筒8与所述的受力钢筋9在梁端后 浇段5内相连，此外，所述的连接钢筋9通过预制混凝土柱4的中线后向上弯起形成 弯钩，并锚固于梁端后浇段5内。预制混凝土梁1、预制混凝土柱4、梁底中强预应 力筋3和柱内受力钢筋7通过后浇注的高性能混凝土材料实现预制混凝土梁和预制混 凝土柱的可靠连接，并形成差别化使用高性能材料的预制混凝土框架体系。

如图1所示，所述中强预应力筋3的抗拉强度为700MPa～1300MPa，所述中强预 应力筋3的最大力下的总伸长率不低于3.5％，所述中强预应力筋3的直径采用 6mm～30mm。预应力筋的强度较高，但延伸率较低(3.5％)，远低于普通受力钢筋， 当仅配置预应力筋时，抗震性能较差，因此通常需辅以普通受力钢筋，改善节点延性。 而本发明充分利用中强预应力筋的优点，避免配置普通受力钢筋的同时，仍然达到与 现浇混凝土框架结构同等的承载能力和抗震性能，降低了预制梁的梁截面或用钢量， 从而构件的造价、施工难度显著降低，达到了节材高效的目的。

需指出，图1中的中强预应力筋3通过套筒8在梁端与满足抗震要求的普通钢筋 9相连，所述的连接钢筋9不但应满足普通钢筋的相关性能指标要求，还需要满足抗 震方面的三个要求，即：钢筋9的实测抗拉强度与实测屈服强度之比不小于1.25，钢 筋9的实测屈服强度与常见的热轧钢筋强度特征值之比不大于1.30，钢筋9的最大力 下的总伸长率不小于9％。所述的满足抗震要求的连接钢筋9的截面面积A_s为 0.2A′_s～0.8A′_s，其中A′_s为梁顶部普通受力钢筋6的总截面面积，其根数宜与中强预应 力筋3相同

如图2所示，每根预制混凝土梁1的底部不需要配置普通受力钢筋。当梁高度较 高时，梁的两侧应设置腰筋，且箍筋10宜采用封闭箍筋。梁底中强预应力筋3的分 布宜分散、对称；其锚固长度及混凝土保护层厚度应满足国家现行行业标准和国家规 范的相关规定要求。

图1中所描述的节点区域后浇段5的预留长度采用0.5h～2h，其中h为叠合混凝 土梁的高度。所述的后浇段5中浇注有高性能混凝土材料，其极限压应变大于等于普 通混凝土极限压应变的1.2倍。由于预制混凝土框架节点区域容易出现塑性铰，浇注 普通混凝土时，节点的耗能能力较为不足。本发明在预制混凝土梁的两端分别预留了 一定的后浇段，并在其中浇注具有较高极限应变的混凝土，相比普通混凝土梁柱节点， 其梁端塑性铰区的延性得到较好的提高。本发明考虑到不同材料的特性以及预制框架 体系中不同构件、不同部位的受力特点及使用要求，有针对性地采用了高性能钢筋、 混凝土材料，并进行了差别化使用，例如在预制梁底配置中强预应力筋，在两端连接 满足抗震要求的普通钢筋，并在后浇段内采用高极限应变的混凝土浇筑，确保预制框 架体系整体性及抗震性能的同时，达到了节材高效的目的。

现场施工时，将预制混凝土梁1和预制混凝土柱4吊装就位后，设置临时支撑、 模板等，将梁底部的中强预应力筋3、顶部普通受力钢筋6、箍筋10和柱内钢筋7安 装完成，并采用混凝土浇筑形成预制混凝土框架结构。

以上示意性地对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图1— —图2中所示只是本发明的实施方式之一。当本发明所公开的高性能材料差别化使用 方法应用于更一般的预制混凝土框架结构或剪力墙结构时，可根据实际预制梁、柱或 预制剪力墙与墙的连接方式，对节点后浇区域的普通钢筋、预应力筋、混凝土作适当 调整。因此，如果其他技术人员在未脱离本发明创造宗旨的情况下，采用与该技术方 案相似的构件连接方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。