專利名稱：一種新型子結構模塊式預制拼裝節點式框架結構拼裝方法
技術領域：
本發明專利涉及土木工程預制裝配式混凝土房屋建造技術領域，具體是一種利用預制節點式框架子結構拼裝而成的框架結構鋼筋混凝土房屋及其拼裝建造方法，特別涉及預制框架節點子結構的類型、樣式、拼裝方式等。
背景技術：
傳統鋼筋混凝土框架結構房屋建筑的梁柱構件往往是在建筑現場支模后澆筑混凝土，其構件連接可靠、整體性和抗震性能良好，但施工周期較長，管理復雜。而框架結構房屋建筑采用預制裝配方式代表了一種先進發展方向。目前我國的預制裝配式框架建筑往往采用中小型構件工廠預制，比如預制梁柱構件等，其優勢顯而易見，但也存在一些問題，相比現澆工藝，過多的拼裝連接部位導致存在多個薄弱環節，存在一定質量控制難度。隨著現代大型吊車和運輸工具的發展，采用中大型預制部件更能提高生產、管理效率。目前預制部件的拼裝位置往往是在梁柱節點等結構受力復雜且薄弱的部位，對地震頻發區而言這點是不利的，國內外研究者已經提出了將拼裝部位外移的策略，實現預制梁柱構件的連接，但對于大型預制部件而言，尤其是對于柱柱拼裝而言，并沒有可操作性強且性能可靠的辦法。由于諸多方面的原因，目前預制裝配式建筑結構的性能并不如預期，如在歷次地震中有不佳的安全性表現、現場拼裝節點過多和過于集中等問題。因此，亟需充分利用現有的大型吊裝設備，研發有必要開發一種能夠實現中大型部件預制、預制結構樣式靈活合理、連接可靠的新型裝配結構，以減少現場拼裝節點，提高結構的整體性能和抗震性能，以滿足住宅產業現代化的需求。

發明內容
本發明專利旨在針對上述現有技術的不足，提出一種新型子結構模塊式預制拼裝節點式框架結構拼裝方法，利用子結構的思想和大型吊裝設備，提出一種新型子結構模塊式預制拼裝節點式框架結構，其裝配部件包括多種類型的預制框架節點子結構和預制梁子結構，柱柱連接部位可實現錯層錯跨布置，提高結構的抗震性能，拼裝接點設置在內力簡單、明確的位置，以克服現有技術存在的一些缺陷。平立面布置規則的房屋建筑采用本發明專利的平面框架節點子結構和梁的預制裝配，可實現工廠的標準化生產和有效質量控制。預制裝配式建筑是根據設計要求在工廠預制構件，然后運送到工地直接拼接，其克服了現澆混凝土的諸多問題，具有施工迅速、工業化和標準化程度較高等優點。因此，在建筑工業化日益發展和強調節能減排的今天，我國預制裝配式建筑得以迅速發展并代表了一種發展方向。本發明提出了典型框架結構房屋的新型拼裝方式，簡化了設計和生產流程，提高了施工速度。相比現有技術，依據本發明建造房屋具有抗震性能良好的特點。本發明專利還可進一步解決的技術問 題是通過梁梁、柱柱連接部位的合理選取(本專利選取反彎點附近和內力簡單、明確的位置)，可避免連接部位復雜受力以保證連接的有效可靠，解決預制裝配建筑一直為人所詬病的抗震性能差問題。為實現上述目的，本發明專利采用的技術方案為一種新型子結構模塊式預制拼裝節點式框架結構拼裝方法，其特征在于(I)預制拼裝節點式框架結構包含框架節點子結構、預制梁子結構、樓板及保溫隔熱外墻掛板，預制框架節點子結構為立柱與橫梁組成的單節點結構，依據吊裝設備吊裝能力的大小及建筑布置，將每個建筑物基礎子結構、單層或多層預制框架節點子結構、預制梁子結構作為一個單獨拼裝單元，以減少現場拼裝接點的數量提高建筑物整體性為目的，確定子結構拼裝單元的結構形式；(2)預制框架節點子結構分為底層結構、中間多層結構和頂層結構，底層結構包括底層邊跨框架節點子結構、底層邊跨內框架節點子結構、底層中部邊跨框架節點子結構和底層中部內跨框架節點子結構；中間多層結構包括中間多層邊跨框架節點子結構、中間多層邊跨內框架節點子結構、中間多層中部邊跨框架節點子結構或中間多層中部內跨框架節點子結構；頂層結構包括頂層邊跨框架節點子結構、頂層邊跨內框架節點子結構、頂層中部邊跨框架節點子結構或頂層中部內跨框架節點子結構；(3)預制框架節點子結構和預制梁子結構分別進行工廠或工地分單元工預制，提高施工質量和現場施工速度；(4)預制框架節點子結構通過預制梁子結構連接組合，實現建筑物的整體拼裝，在結構外側設置有保溫隔熱外墻掛板，在樓層之間鋪設樓板，形成子結構模塊式預制拼裝節點式框架結構整體。本發明還在于，預制框架節點子結構按照在房屋建筑中所處的頂層位置、中間層位置或者底層位置分為內部、側邊或角部多種形式的預制類型，不同位置的預制框架節點子結構在框架梁、框架柱或者懸挑短梁布置方面有所不同，主要體現在①頂層的預制框架節點子結構無上部框架柱，下部框架柱高度選取彎矩較小處，一般可取1/2層高底層的預制框架節點子結構下部框架柱高度為1/3和2/3層高，并通過柱高的不同以錯開連接接點的高度，上部立柱高度為1/2層高中間層的預制框架節點子結構上下部框架柱高度均為1/2層高側邊的預制框架節點子結構外側單邊無懸挑短梁；⑤角部的預制框架節點子結構兩個外側邊無懸挑短梁內部的預制框架節點子結構上下部框架柱、框架梁和懸挑短梁均存在。本發明還在于，預制梁子結構與預制框架節點子結構通過其上的懸挑短梁相連接形成整體框架結構，預制梁子結構占實際跨度的1/2-3/4，即接點位置接近彎矩反彎點的位置。本發明還在于，底層節點子結構、頂層節點子結構可以為多層結構，同樣底層、中間層和頂層結合，形成與建筑同高的框架節點子結構。本發明還在于，視實際工程情況和要求，通過單層、多層的預制框架節點子結構的組合，實現設置在同一樓層的框架柱拼裝接點互相錯開，柱柱拼裝接點設置在內力簡單、明確的位置。本發明還在于，梁、柱的拼裝接節點采用干接點連接或濕接點連接形式。本發明還在于,建筑基礎子結構為天然基礎、柱下獨立基礎或樁基礎，建筑基礎子結構為現場現澆或預制。本發明還在于，拼裝的預制框架結構的樓板采用預制樓板。本發明還在于，拼裝的預制框架結構外掛填充墻體，填充墻體為保溫填充墻體，拼裝的預制結構結合預制保溫填充墻體，建成節能環保的建筑結構。
本發明還在于，包括以下步驟a.確定預制框架節點子結構的類型、樣式和數目、預制梁子結構的類型和數目；b.完成建筑基礎建造，并在建筑基礎上安裝底層預制框架節點子結構，通過單層、多層的底層預制框架節點子結構的組合，實現設置在同一樓層的框架柱拼裝接點互相錯開；c.繼而豎向逐個搭建預制框架節點子結構，根據拼裝高度差異需要選擇布置在頂層的預制框架子結構樣式，完成拼裝搭建，水平方向通過預制梁子結構實現多個預制框架節點子結構的水平方向布置，并在水平搭建的過程中安裝預制樓板，拼裝接點采用濕法連接或者干法連接；d.在完成框架主體結構搭建之后，進一步安裝預制大型保溫隔熱墻板，實現框架結構房屋的預制裝配建造。本發明還在于，步驟a中所述預制框架節點子結構和預制梁子結構的形狀和數目由業主決定、由設計單位完成設計，由工廠完成標準化生產。與現有技術相比，本發明專利具有以下優勢(I)采用預制框架節點子結構的中大型裝配件和預制梁小型裝配件相契合實現鋼筋混凝土房屋建造，采用此類子結構裝配件可減少預制裝配的連接接點數目，提高施工速度。(2)預制框架節點子結構立柱高度和預制梁的長度基本彎矩較小位置，可參考反彎點，此種措施可保證連接部位處于受力較為單純的區域，即彎矩較小，主要承擔剪力和軸力，這可以通過預埋鋼板干法或者后澆混凝土的濕法工藝來滿足。本發明的這種處理可有效保證連接處的安全可靠，避免了梁柱接點等受力復雜部位安全和質量。(3)本發明的連接可為干法連接，也可為濕法連接。(4)本發明提出的預制框架節點子結構裝配工藝，通過單層和多層子結構組合使用可實現連接接點的錯層布置，從而使得每層和每跨干法或濕法連接少于50%，本發明提出的組合方式可有效提升裝配結構的整體性和抗震性能。(5)本發明以預制框架節點子結構裝配部件和干法或濕法連接為典型特征，鋼筋混凝土房屋的整個建造過程可實現標準化生產，業主在確定預制框架節點子結構類型、數目、樣式和尺寸的同時，也選定了設計方案，簡化了整個設計過程。從而可見，本發明所提出的建造方法具有標準化生產過程、簡化設計過程、加速施工過程等顯著優勢，可避免了業主、設計方、施工方等多方反復溝通，適用于框架結構房屋建筑的建造。下面結合附圖對本發明專利的具體實施方案作進一步說明。


圖1為通過預制框架節點子結構裝配而成的鋼筋混凝土房屋建筑示意圖。圖2為預制裝配鋼筋混凝土房屋基礎和預制單柱三維示意圖。圖3為預制框架節點子結構拼裝而成房屋建筑的單層預制框架節點子結構。圖4為大型預制子結構拼裝而成房屋建筑的多層預制框架節點子結構。
具體實施例方式本發明專利提出了一種基于大型預制框架節點子結構的房屋拼裝建造方法，其具體實施流程和方式將結合附圖進一步加以說明。一種新型子結構模塊式預制拼裝節點式框架結構拼裝方法，其特征在于(1)預制拼裝節點式框架結構包含框架節點子結構、預制梁子結構、樓板及保溫隔熱外墻掛板，預制框架節點子結構為立柱與橫梁組成的單節點結構，依據吊裝設備吊裝能力的大小及建筑布置，將每個建筑物基礎子結構、單層或多層預制框架節點子結構、預制梁子結構作為一個單獨拼裝單元，以減少現場拼裝接點的數量提高建筑物整體性為目的，確定子結構拼裝單元的結構形式；(2)預制框架節點子結構分為底層結構、中間多層結構和頂層結構，底層結構包括底層邊跨框架節點子結構、底層邊跨內框架節點子結構、底層中部邊跨框架節點子結構和底層中部內跨框架節點子結構；中間多層結構包括中間多層邊跨框架節點子結構、中間多層邊跨內框架節點子結構、中間多層中部邊跨框架節點子結構或中間多層中部內跨框架節點子結構；頂層結構包括頂層邊跨框架節點子結構、頂層邊跨內框架節點子結構、頂層中部邊跨框架節點子結構或頂層中部內跨框架節點子結構；(3)預制框架節點子結構和預制梁子結構分別進行工廠或工地分單元工預制，提高施工質量和現場施工速度；
(4)預制框架節點子結構通過預制梁子結構連接組合，實現建筑物的整體拼裝，在結構外側設置有保溫隔熱外墻掛板，在樓層之間鋪設樓板，形成子結構模塊式預制拼裝節點式框架結構整體。其還在于，預制框架節點子結構按照在房屋建筑中所處位置(頂層、中間層和底層)分為內部、側邊或角部多種形式的預制類型，不同位置的預制框架節點子結構在框架梁、框架柱或者懸挑短梁布置方面有所不同，主要體現在①頂層的預制框架節點子結構無上部框架柱，下部框架柱高度選取彎矩較小處，一般可取1/2層高底層的預制框架節點子結構下部框架柱高度為1/3和2/3層高，并通過柱高的不同以錯開連接接點的高度，上部立柱高度為1/2層高；③中間層的預制框架節點子結構上下部框架柱高度均為1/2層高；④側邊的預制框架節點子結構外側單邊無懸挑短梁角部的預制框架節點子結構兩個外側邊無懸挑短梁；⑥內部的預制框架節點子結構上下部框架柱、框架梁和懸挑短梁均存在。其還在于，預制梁子結構與預制框架節點子結構通過其上的懸挑短梁相連接形成整體框架結構，預制梁子結構占實際跨度的1/2-3/4，即接點位置接近彎矩反彎點的位置。其還在于，底層節點子結構、頂層節點子結構可以為多層結構，同樣底層、中間層和頂層結合，形成與建筑同高的框架節點子結構。其還在于，視實際工程情況和要求，通過單層、多層的預制框架節點子結構的組合，實現設置在同一樓層的框架柱拼裝接點互相錯開，柱柱拼裝接點設置在內力簡單、明確的位置。其還在于，梁、柱的拼裝接節點采用干接點連接或濕接點連接形式。其還在于,建筑基礎子結構為天然基礎、柱下獨立基礎或樁基礎，建筑基礎子結構為現場現澆或預制。其還在于，拼裝的預制框架結構的樓板采用預制樓板。其還在于，拼裝的預制框架結構外掛填充墻體，填充墻體為保溫填充墻體，拼裝的預制結構結合預制保溫填充墻體，建成節能環保的建筑結構。其還在于，包括以下步驟a.確定預制框架節點子結構的類型、樣式和數目、預制梁子結構的類型和數目；b.完成建筑基礎建造，并在建筑基礎上安裝底層預制框架節點子結構，通過單層、多層的底層預制框架節點子結構的組合，實現設置在同一樓層的框架柱拼裝接點互相錯開；c.繼而豎向逐個搭建預制框架節點子結構，根據拼裝高度差異需要選擇布置在頂層的預制框架子結構樣式，完成拼裝搭建，水平方向通過預制梁子結構實現多個預制框架節點子結構的水平方向布置，并在水平搭建的過程中安裝預制樓板，拼裝接點采用濕法連接或者干法連接；d.在完成框架主體結構搭建之后，進一步安裝預制大型保溫隔熱墻板，實現框架結構房屋的預制裝配建造。其還在于，步驟a中所述預制框架節點子結構和預制梁子結構的形狀和數目由業主決定、由設計單位完成設計評估或者由工廠完成標準化生產。圖1為通過預制框架節點子結構裝配而成的鋼筋混凝土房屋建筑三維示意圖，其適用于框架結構建筑。圖2為預制裝配式鋼筋混凝土房屋現澆基礎和現澆立柱三維示意圖，采用本發明專利裝配而成的房屋，其基礎是現場現澆或預制，并在部分基礎上安裝預制單柱，單柱高度為2/3底層層高，并且單柱子錯開布置，之上再采用多層預制框架節點子結構搭建，而頂層則根據實際情況采用單層和多層裝配框架節點子結構。圖3為預制框架子節點結構拼裝而成房屋建筑的典型單層節點子結構，圖4為典型多層預制框架節點子結構。圖3-圖4給出了預制框架節點子結構的多種類型和預制梁子結構，正是利用此兩種典型預制子結構拼裝而成房屋建筑，單層、多層均為了實現連接接點錯層錯跨布置而實施。不管是單層、多層，預制框架節點子結構均在豎向通過柱柱連接實現層層搭建，預制框架節點子結構立柱斷開處均參考彎矩較小處，故底層預制柱取層高的2/3和1/3，而中間層和頂層預制柱取層高的1/2，此種設置方法立意在于取受力單純的位置，反彎點附近彎矩較小，柱子主要承擔軸力和剪力，減小拼裝接點受力。相比圖3的單層預制框架子結構，圖4的多層預制框架節點子結構在結構上更為復雜且體積更大，這對運輸和吊裝提出了更高的要求，但其一體化預制使得拼裝時優勢明顯。結合圖3-圖4中可見各種預制框架節點子結構的拼裝方法，圖3中(a)為標準層內框架節點子結構，預制框架節點子結構的節點位置上部和下部均設置有一根立柱，節點位置還設置有四根懸挑短梁；(b)為標準層邊框架節點子結構，預制框架節點子結構的節點位置上部和下部均設置有一根立柱，節點位置還設置有三根懸挑短梁；(C)為標準層角框架節點子結構，預制框架節點子結構的節點位置上部和下部均設置有一根立柱，節點位置還設置有二根懸挑短梁；(d)為頂層內框架節點子結構，預制框架節點子結構的節點位置下部設置有一根立柱，節點位置還設置有四根懸挑短梁；(e)為頂層邊框架節點子結構，預制框架節點子結構的節點位置下部設置有一根立柱，節點位置還設置有三根懸挑短梁；(f)為頂層角框架節點子結構，預制框架節點子結構的節點位置下部設置有一根立柱，節點位置還設置有二根懸挑短梁；圖4為多層內框架節點，即單層預制框架節點子結構變為上下形式的多層框架節點，圖4中(a)為標準多層內框架節點子結構，(b)為標準多層邊框架節點子結構，(C)為標準多層角框架節點子結構，(d)為頂部多層內框架節點子結構，(e)頂部多層邊框架節點子結構，(f)為頂部多層角框架節點子結構。
權利要求
1.一種新型子結構模塊式預制拼裝節點式框架結構拼裝方法，其特征在于 (1)預制拼裝節點式框架結構包含框架節點子結構、預制梁子結構、樓板及保溫隔熱外墻掛板，預制框架節點子結構為立柱與橫梁組成的單節點結構，依據吊裝設備吊裝能力的大小及建筑布置，將每個建筑物基礎子結構、單層或多層預制框架節點子結構、預制梁子結構作為一個單獨拼裝單元，以減少現場拼裝接點的數量提高建筑物整體性為目的，確定子結構拼裝單元的結構形式； (2)預制框架節點子結構分為底層結構、中間多層結構和頂層結構，底層結構為底層邊跨框架節點子結構、底層邊跨內框架節點子結構、底層中部邊跨框架節點子結構或底層中部內跨框架節點子結構；中間多層結構為中間多層邊跨框架節點子結構、中間多層邊跨內框架節點子結構、中間多層中部邊跨框架節點子結構或中間多層中部內跨框架節點子結構；頂層結構為頂層邊跨框架節點子結構、頂層邊跨內框架節點子結構、頂層中部邊跨框架節點子結構或頂層中部內跨框架節點子結構； (3)預制框架節點子結構和預制梁子結構分別進行工廠或工地分單元工預制，提高施工質量和現場施工速度； (4)預制框架節點子結構通過預制梁子結構連接組合，實現建筑物的整體拼裝，在結構外側設置有保溫隔熱外墻掛板，在樓層之間鋪設樓板，形成子結構模塊式預制拼裝節點式框架結構整體。
2.根據權利要求1所述的新型子結構模塊式預制拼裝節點式框架結構拼裝方法，其特征在于預制框架節點子結構按照在房屋建筑中所處的頂層位置、中間層位置或者底層位置，或者預制框架節點子結構分為內部、側邊或角部多種形式的預制類型，不同位置的預制框架節點子結構在框架梁、框架柱或者懸挑短梁布置方面有所不同，主要體現在①頂層的預制框架節點子結構無上部框架柱，下部框架柱高度選取彎矩較小處，一般可取1/2層高；②底層的預制框架節點子結構下部框架柱高度為1/3和2/3層高，并通過柱高的不同以錯開連接接點的高度，上部立柱高度為1/2層高；③中間層的預制框架節點子結構上下部框架柱高度均為1/2層高側邊的預制框架節點子結構外側單邊無懸挑短梁；⑤角部的預制框架節點子結構兩個外側邊無懸挑短梁；⑥內部的預制框架節點子結構上下部框架柱、框架梁和懸挑短梁均存在。
3.根據權利要求1所述的新型子結構模塊式預制拼裝節點式框架結構拼裝方法，其特征在于預制梁子結構與預制框架節點子結構通過預制梁子結構和預制框架節點子結構上的懸挑短梁相連接形成整體框架結構，預制梁子結構占實際跨度的1/2-3/4，即接點位置接近彎矩反彎點的位置。
4.根據權利要求1所述的新型子結構模塊式預制拼裝節點式框架結構拼裝方法，其特征在于底層預制框架節點子結構和頂層預制框架節點子結構為多層結構，底層、中間層和頂層結合，形成與建筑同高的框架節點子結構。
5.根據權利要求1所述的新型子結構模塊式預制拼裝節點式框架結構拼裝方法，其特征在于視實際工程情況和要求，通過單層的預制框架節點子結構與多層的預制框架節點子結構的組合，實現設置在同一樓層的預制框架節點子結構的框架柱拼裝接點互相錯開，柱柱拼裝接點設置在內力簡單、明確的位置。
6.根據權利要求1所述的新型子結構模塊式預制拼裝節點式框架結構拼裝方法，其特征在于預制框架節點子結構的梁和柱的拼裝接節點采用干接點連接或濕接點連接形式。
7.根據權利要求1所述的新型子結構模塊式預制拼裝節點式框架結構拼裝方法，其特征在于建筑基礎子結構為天然基礎、柱下獨立基礎或樁基礎，建筑基礎子結構為現場現燒或預制。
8.根據權利要求1所述的新型子結構模塊式預制拼裝節點式框架結構拼裝方法，其特征在于拼裝的預制框架結構的樓板采用預制樓板；或者拼裝的預制框架結構外掛填充墻體，填充墻體為保溫填充墻體，拼裝的預制結構結合預制保溫填充墻體，建成節能環保的建筑結構。
9.根據權利要求1所述的新型子結構模塊式預制拼裝節點式框架結構拼裝方法，其特征在于包括以下步驟a.確定預制框架節點子結構的類型、樣式和數目、預制梁子結構的類型和數目； b.完成建筑基礎建造，并在建筑基礎上安裝底層預制框架節點子結構，通過單層、多層的底層預制框架節點子結構的組合，實現設置在同一樓層的框架柱拼裝接點互相錯開； c.繼而豎向逐個搭建預制框架節點子結構，根據拼裝高度差異需要選擇布置在頂層的預制框架子結構樣式，完成拼裝搭建，水平方向通過預制梁子結構實現多個預制框架節點子結構的水平方向布置，并在水平搭建的過程中安裝預制樓板，拼裝接點采用濕法連接或者干法連接； d.在完成框架主體結構搭建之后，進一步安裝預制大型保溫隔熱墻板，實現框架結構房屋的預制裝配建造。
10.根據權利要求9所述的新型子結構模塊式預制拼裝節點式框架結構拼裝方法，其特征在于步驟a中所述預制框架節點子結構和預制梁子結構的形狀和數目由業主決定、由設計單位完成設計，由工廠完成標準化生產。
全文摘要
一種新型子結構模塊式預制拼裝節點式框架結構拼裝方法，包括了兩類主要的預制裝配子結構多種形式的預制框架子結構節點和實行整體搭建連接的預制梁子結構，兩類子結構可通過干法連接或濕法連接形成整體。平面框架節點子結構拼裝單元依據吊裝設備吊裝能力的大小及建筑布置，在房屋頂層、標準層、底層、內跨、邊跨均有不同的子結構形式。預制節點式框架結構可以水平和豎向擴展，每榀框架節點之間通過預制梁子結構連接形成整體結構。平面節點式框架子結構拼裝單元在工廠或工預制，設置在同一樓層的框架柱拼裝接點互相錯開，拼裝接點設置在內力簡單、明確的位置，以提高建筑物的抗震性能。
文檔編號E04G21/14GK103061517SQ20131001448
公開日2013年4月24日 申請日期2013年1月15日 優先權日2013年1月15日
發明者余志武, 國巍, 龔永智, 伍軍 申請人:中南大學, 高速鐵路建造技術國家工程實驗室, 中鐵四局集團有限公司