廣東裝配式建筑分會 2018-10-31 3121
裝配式建筑非新興工藝,老祖宗的裝配式木結(jié)構(gòu)早已使用在諸多廟宇建筑,20世紀初裝配式混凝土建筑被開發(fā)出來,1960年流行于法、英、北歐、蘇聯(lián)等國家,早期結(jié)構(gòu)系統(tǒng)以鉸接居多,結(jié)構(gòu)剛接系統(tǒng)自余占疏博士(Dr. Alfred A.Yee)于1960年后期發(fā)明套筒續(xù)接器(Splicesleeve)方得以使用,并首次應(yīng)用于38層樓高之裝配式建筑(阿拉莫阿納酒店,檀香山,夏威夷)的預制柱續(xù)接,此后即開創(chuàng)了豎向結(jié)構(gòu)套筒續(xù)接之篇章。
接下來的半個世紀中,套筒續(xù)接器技術(shù)一直持續(xù)在美國、日本和臺灣等地區(qū)進行改良、研發(fā)、試驗研究及應(yīng)用,采用此技術(shù)的裝配式建筑結(jié)構(gòu)物在全球各地已經(jīng)歷了無數(shù)大小地震的考驗,而近年對套筒研究最積極與提出最多研究報告的是國內(nèi),有不少令人驚艷的成果產(chǎn)出。
套筒續(xù)接技術(shù)原理是將欲連接之兩段鋼筋插入套筒中,然后注入由水泥、細骨料與外加劑等組成的無收縮高強度砂漿,待灌漿料硬化后將套筒內(nèi)壁與鋼筋表面緊密的結(jié)合再一起,使應(yīng)力可以有效地傳遞。
裝配式建筑豎向結(jié)構(gòu)的連接方式,常用有『機械連接接頭』、『鋼筋倒插入套筒』、『金屬波紋管』與『鋼筋正插入套筒』等,機械連接接頭由于是干式連接,其可靠度可輕易由實驗室印證,鋼筋倒插入套筒連接型式如下圖:
此型式之施工流程說明如下,先將底座上安裝好墊片并封模后,再把套筒內(nèi)注滿高強度砂漿,接下來吊裝底端留有出筋的預制柱插入接合,使多余的砂漿溢出,此種工法可確保套筒內(nèi)的高強度砂漿填充確實,當預制柱起吊時要注意防止鋼筋碰撞彎折與弄臟,在高樓層時,其柱、梁節(jié)點需采機械連接或3D節(jié)點,工藝較為復雜,故一般工藝常用于獨立基腳的基礎(chǔ)上,其結(jié)構(gòu)連接是可靠的,唯一需管控的是高強度砂漿的攪拌,需符合砂漿廠家攪拌的規(guī)定及檢驗,此質(zhì)量管控需由工程人員直接管理,監(jiān)理人員在旁監(jiān)管。
金屬波紋管連接,鋼筋藉由砂漿填充具備韌性的金屬波紋管的續(xù)接方式,早已被證明可以有效的傳遞拉力、壓力和剪力,且便于柱與柱、柱與基礎(chǔ)及剪力墻等節(jié)點的連接。
國內(nèi)外也皆有相關(guān)的規(guī)范或是標準,例如:國內(nèi)機械行業(yè)標準JB-T6169-2006金屬波紋管中,對于金屬波紋管的結(jié)構(gòu)、波紋形狀、接口形式、制造材料及檢驗規(guī)則等都有完整的說明。美國PCI Design Handbook 8TH中對于金屬波紋管的連接提出以下幾項建議,提供參考:
1.抗拉鋼筋之錨固長度不得小于12倍鋼筋直徑。 2.鋼筋韌性的要求須滿足耐震需求。 3.若在結(jié)冰的氣候下,波紋套管灌漿前須避免水進入。 4.波紋套管壁厚不得小于0.6mm,內(nèi)徑與鋼筋間隙應(yīng)大于12.7mm。 5.波紋套管強度不得小于連接部位之混凝土強度以及5000psi。 6.特殊砂漿不可含金屬成分且不可收縮。 7.波紋套管必須被鋼筋、砂漿和混凝土充分填實,以免發(fā)生脆性破壞。
鋼筋正插入套筒連接:
此連接方式的關(guān)鍵質(zhì)量計有:1.鋼筋出筋精度的質(zhì)量2.套筒與鋼筋連接的質(zhì)量3.柱底與樓版面底部空氣的徹底排除4.連接成框架后結(jié)構(gòu)的質(zhì)量,現(xiàn)逐一說明各關(guān)鍵質(zhì)量該如何達成與管控:
1 鋼筋出筋精度的質(zhì)量管理:
鋼筋出筋精度不精確時,是無法進入套筒的,故在樓版灌漿前,鋼筋精度的管控是非常重要,工程人員需管理每個步驟與最終的精度,并記錄每個步驟的數(shù)值,無法推責給工人,在此愿將潤泰發(fā)展出來的裝配式建筑基礎(chǔ)柱筋精準定位工具及定位方法向大家說明(注1):
1.1在墊層上放樣柱邊線和中心線,精準定位柱位置。
1.2根據(jù)柱邊線和柱中心線定位并固定定位底座,此底座控制鋼筋籠的底部位置。
1.3基礎(chǔ)下層板筋綁扎。
1.4將下格網(wǎng)箍固定在定位底座上,下格網(wǎng)箍的網(wǎng)格對應(yīng)插入柱筋,且柱筋頂部需多留10cm的長度吸收誤差。
1.4基礎(chǔ)柱箍筋綁扎。
1.5基礎(chǔ)上層板筋綁扎。
1.6上格網(wǎng)箍按網(wǎng)格穿入對應(yīng)柱筋進行安裝,上格網(wǎng)箍低于樓板完成面以下至少5mm。
1.7取四只可調(diào)式定位套筒,分別安裝于四個角落的柱筋上,通過螺桿先調(diào)節(jié)好可調(diào)節(jié)套筒與柱筋的相對位置以確定好灌漿面高度,保證安裝面高度,然后再安裝定位板,最后再安裝其它的防灌漿污染套筒。
其中可調(diào)節(jié)套筒的止擋凸起位于定位板下方,防灌漿污染套筒的止擋凸起位于定位板上方;調(diào)整柱鋼筋籠,以定位板比對檢核柱中心線,進入容許誤差范圍內(nèi)時,則將上格網(wǎng)箍與附近之鋼筋焊牢,以防灌漿時移位,工程人員需留下灌漿前的精度記錄,隨時提供備查。
1.8完成基礎(chǔ)柱筋調(diào)整與定位故結(jié),澆筑混凝土。
1.9基礎(chǔ)混凝土凝固后,柱筋出筋與上部預制柱套筒連接。樓板板面灌漿時,出筋的保護是非常重要,如果不保護,出筋外表沾滿混凝土又未敲除,直接進入套筒續(xù)接,此時高強度續(xù)接砂漿抓到的不是鋼筋,而是鋼筋表面的 混凝土,如此續(xù)接鐵定失敗。
小結(jié),續(xù)接出筋的精度與表面潔凈是鋼筋套筒續(xù)接的必檢工作,也是關(guān)鍵質(zhì)量的查核點。
1.10 預留出筋精度不準的探討:
1.10.1 產(chǎn)生原因為未依前述正確程序施做,未在每個步驟檢核精度。
1.10.2 套筒許容誤差過小,美、日續(xù)接套筒的容許誤差為+-10mm,而國內(nèi)套筒一般的容許誤差只有+-5mm~+-7mm,約為國外的1/2,故施工精度需較國外提高兩倍,另一解為改采用容許誤差為+-10mm套筒。
1.10.3當發(fā)現(xiàn)工地出筋不準,切鋼筋絕對是錯誤的,正確的矯正程序為在鋼筋根部的混凝土去除打深2~3cm(混凝土強度需達可打石之強度),再將鋼筋以小于1:6之斜率彎至可進入套筒的位置內(nèi),此程序繁復,故最好還是將鋼筋出筋精度做準,一次做對。
2套筒與鋼筋連接的質(zhì)量
為確保續(xù)接套筒與砂漿質(zhì)量是合格,使用的套筒與砂漿必須通過《鋼筋套筒灌漿連接應(yīng)用技術(shù)規(guī)程JGJ355-2015》與《鋼筋連接用灌漿套筒JGT398-2012》的檢驗試驗,取得合格證明,方得使用。
每批套筒進貨時,需立即依JGT398規(guī)定抽樣套筒并進行試驗,以確保無不合格品。
套筒與鋼筋連接的質(zhì)量,除套筒外尚須現(xiàn)場正確的灌注工序,方能確保質(zhì)量;
在此將正確的砂漿施工工序,向大家說明:
2.1 續(xù)接砂漿灌漿之施工工序套筒續(xù)接砂漿施工依其特性說明如下:
2.1.1 先檢查套筒續(xù)接砂漿是否仍在有效期間內(nèi),超過6個月上禁止使用;3~6個月需過#8號篩去除硬塊后使用。
2.1.2 續(xù)接套筒內(nèi)部以小手電筒檢查,必須以高壓空氣清潔干凈。
2.1.3 柱底四周封模,可采用砂漿或木材為之,必須確實避免漏漿。
2.1.4 徹底檢查灌漿機具是否干凈,尤其輸送軟管不應(yīng)有殘余水泥硬塊。
2.1.5 攪拌水須做氯離子檢測,不能含有氯離子。
2.1.6 量測并記錄當日天氣、氣溫、水溫、續(xù)接砂漿溫度與濕度。各家材料對溫度的敏感程度不一,但都有共同點,就是溫度低時,續(xù)接砂漿強度發(fā)揮慢且弱,故在15度C以下執(zhí)行套筒續(xù)接砂漿灌注時,要特別留意其強度之發(fā)揮,當需求接強度未達標時,嚴禁繼續(xù)加載于預制豎向構(gòu)件上,例如版面的灌漿。
參考例:套筒續(xù)接砂漿強度對溫度之曲線。
日本東京鐵鋼 |
2.1.7 套筒續(xù)接砂漿用水量以產(chǎn)品之使用說明為準,不得任意增減用水量。 (例:潤泰-mix每包續(xù)接砂漿用水量為3.4公升 ± 0.2公升)。
2.1.8 續(xù)接砂漿攪拌時間必須攪拌均勻后再攪拌2分鐘,且禁止使用鋁制攪拌器(鋁制攪拌器的鋁粉脫落會造成砂漿產(chǎn)生超額的膨脹率)。
2.1.9 記錄流度值、濕度與溫度檢核流度值是否滿足使用廠牌所要求的數(shù)值范圍。(例:潤泰-mix的流度為20cm~30cm)。
2.1.10 每日均需做一組續(xù)接試體與兩組抗壓試塊,作為日后檢測所用。試體必須與現(xiàn)場預制柱放于相同之養(yǎng)護環(huán)境,并綁扎固定牢靠不受擾動。
2.1.11 灌漿時由底部注入,由頂部流出至圓柱狀,方能以塑料塞塞住。
2.1.12 灌漿作業(yè)之障礙處理遇有爆模必須立即處理,每支套筒內(nèi)必須充滿續(xù)接砂漿,不能有氣泡存在。若有爆模污染外墻面必須立即清洗,隔日則無法處理。如果遇有無法出漿之情形,應(yīng)立即停止灌漿作業(yè),排除無法出漿之障礙。灌漿完成后必須將工作面清潔干凈,所有施工機具也一并清洗干凈。
2.1.13 合格施工人員發(fā)證之建議
套筒續(xù)接砂漿作業(yè)于裝配式建筑的重要性就如電焊作業(yè)于鋼結(jié)構(gòu)工程,我們對電焊均要求要有焊工證照,同樣地套筒續(xù)接砂漿作業(yè)建議可以考慮發(fā)照,以利管理;在發(fā)照制度未施行前,則由工程人員嚴格依施工步驟執(zhí)行。例:日本東京鐵鋼所發(fā)證照。
3柱底與樓版面底部空氣的徹底排除
當套筒與鋼筋續(xù)接無疑后,接著就要確保柱子底部無殘留空氣或氣泡,為確保空氣的徹底排除,潤泰在工藝上于柱底中心處增設(shè)了一支排氣管(注2),排氣管高度需高于套筒的上出漿高度。
4連接成框架后結(jié)構(gòu)的質(zhì)量:
為了確保裝配式豎向結(jié)構(gòu)灌漿套筒續(xù)接之安全,針對采用灌漿套筒之預制梁柱接頭進行側(cè)力和軸力加載試驗,由滯回曲線結(jié)果顯示出預制結(jié)構(gòu)之性能表現(xiàn)不劣于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu),實驗對照照片如下:
另外,日本也對于預制柱構(gòu)造之柱腳接縫和主筋套筒續(xù)接的影響進行側(cè)力和軸力加載試驗,亦同樣得出預制結(jié)構(gòu)不劣于現(xiàn)澆強度之試驗結(jié)果。
國內(nèi)也有不少專家學者針對這種套筒灌漿連接進行研究,例如清華大學錢稼茹教授等人(注3)利用5個剪跨比相同的剪力墻試體試驗證明:套筒灌漿連接能夠有效傳遞豎向鋼筋的應(yīng)力,使用套筒連接的剪力墻破壞機理與現(xiàn)澆構(gòu)件基本一致。
5結(jié)語
裝配式豎向受力構(gòu)件連接系統(tǒng)的可靠度在這五十多年內(nèi),全球各地區(qū)有無數(shù)多個項目可以證明在技術(shù)上及實務(wù)上是絕對可行,亦已經(jīng)無數(shù)的地震考驗,這些高樓有達200多米的超高層,只要有明確清晰的施作流程和工地管理及責任體系,就能將質(zhì)量維持在標準上。建筑工程的現(xiàn)代化在推進與發(fā)展過程中,初期因經(jīng)驗不足必然會遇上些許瓶頸,在了解問題所在后,非常容易突破現(xiàn)有障礙,在技術(shù)與創(chuàng)新全面提升的同時,工程人員更應(yīng)接受新工法、新觀念且同步提升管理系統(tǒng),確保工程質(zhì)量,迎向新時代的來臨。
來源:潤鑄建筑工程
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