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目前,沈阳市作为全国首个现代建筑产业化试点城市,沈阳万科春河里和沈阳地铁·
丽水新城一期示范项目已经进入实施阶段,这将全面加快沈阳现代建筑产业化示范项目建设进程,进一步完善技术标准规程,大力推进全市示范项目建设,拓展现代建筑应用领域,促进建筑产业升级。
长期以来我国混凝土建筑建造主要采用现浇生产方式,这种生产方式工业化程度很低、设计建造比较粗放、建筑产品质量不稳定、建设效率低、劳动力需求量大、材料损耗和建筑垃圾量大、资源和能源消耗较大,不能满足节能、环保的可持续发展建设要求。
为了提高工程建设效率、减少资源能源消耗和环境污染,推动新型预制装配式建筑体系在我国的推广应用,促进我国建筑产业化发展。
因此,装配式结构已成为未来建筑的一种发展趋势。
以下从两个方面介绍装配式混凝土的优点:
1推进住宅产业化发展,提高开发效率。
从现场预制部件、构件,发展到在工厂进行工业化、规模化生产部件、构件,提高工程质量和建造效率,降低开发成本。
2
3可持续化发展。
由于装配式住宅建筑具有施工周期短、工业化程度高、环保效果好、便于实施复杂的保温节能措施等特点,符合我国国民经济可持续发展的要求,符合我国大力提倡的走循环经济之路的要求。
因此.研究开发装配式住宅体系,其更重要的含义还在于如何将房屋由低水平的传统建造方式改为现代化、工业化的制造方式.提升传统产业建筑业的整体发展水平,促进住宅产业化的不断发展,促进建筑业的循环经济的良性循环。
4
预制外墙挂板是装配式混凝土建筑的重要组成部分。
国家“十一五”科技支撑计划课题《乡村建筑用经济型建筑墙板的研发与应用》[1]中将“外墙挂板的研发与应用”作为其中的一项研究内容。
本课题针对沈阳地铁·
丽水新城一期A地块18层住宅楼的实际工程中出现的问题进行研究,主要对外墙挂板与剪力墙连接的工艺设计,安装施工的安全防护存在的一系列问题进行分析,提出相应的解决方案。
工程概况:
本工程为沈阳市公租房项目。
本工程位于地铁二号线浑南停车场内,停车场占地面积25万平方米,本地块东临苏抚灌渠,南临沈丹东辅路,西临规划安顺路,北临304国道。
园区由两大建筑组团组成,拟建房屋5000套,共35栋住宅楼,并配套建设幼儿园、业主会所、车库等公共设施,地块总面积约13万平方米,总建筑面积共约30.5万平方米(其中,B组团位于停车场场地西侧地铁停车库上盖,拟建房屋1300套,地块面积约6.1万平方米,由14栋住宅楼组成,建筑面积约8.6万平方米);
A组团位于停车场场地东侧,拟建房屋3700套,由21栋住宅楼组成,地块面积约6.9万平方米,建筑面积约25.9万平方米。
项目拟采用装配式建筑工法,外墙采用预制墙板,下图1为墙板布置图。
图1墙板布置图
对本工程的外墙挂板的设计与施工,中国建筑研究所提出以下6个问题:
1.预制外墙挂板上部竖向连接问题;
2.预制外墙挂板下部竖向连接问题;
3.预制外墙挂板下部面外连接问题;
4.预制外墙挂板与剪力墙的连接问题;
5.保温板设计的问题;
6.装配式混凝土结构预制外墙挂板施工安全防护问题。
本课题主要从这6个问题中选择4项进行分析研究。
二、课题研究的目的和意义
(一)课题研究的目的
由于预制装配式混凝土结构在工程中的不断应用,相应的设计、施工技术也需要不断完善。
所以对沈阳地铁·
丽水新城施工过程中出现预制外墙挂板的相关问题进行深入的分析与研究,解决工程实际应用上的技术难题,进而为进一步推广预制装配式混凝土结构提供有价值的参考。
(二)课题研究的意义
对预制外墙挂板在实际工程中出现的问题进行研究,目的是对装配式混凝土结构设计、施工的完善,进而为推广装配式建筑提供有效参考。
众所周知,我国建筑施工主要采用现场施工为主的传统生产方式,装配式混凝土的应用避免了这种生产方式工业化程度不高、设计建造比较粗放、建筑产品质量不稳定、建设效率低、劳动力需求量大、材料损耗和建筑垃圾量大、资源和能源消耗较大,不能满足节能、环保的可持续发展建设要求。
本课题针对预制装配式混凝土结构的实际工程进行研究,对新型建筑工业化发展起到促进的作用,同时对传统建造方式的改变、建筑行业的技术进步、材料资源综合利用、减少能耗和环境污染等方面均具有重要意义。
三.本文的国内外研究状况
(二).国内同类课题研究现状及发展趋势
1.我国装配式混凝土的研究现状。
我国从20世纪五六十年代开始研究装配式混凝土建筑的设计施工技术,形成了一系列装配式混凝土建筑体系。
到20世纪80年代全国许多地方都形成了设计、制作和施工安装一体化的装配式混凝土工业化建筑模式。
由于装配式建筑的功能和物理性能存在许多局限和不足,我国的装配式混凝土建筑设计和施工技术研发水平还跟不上社会需求及建筑技术发展的变化,到20世纪90年代中期,装配式混凝土建筑已逐渐被全现浇混凝土建筑体系取代。
预制结构抗震的整体性和设计施工管理的专业化研究不够,造成其技术经济性较差,是导致预制结构长期处于停滞状态的根本原因。
但在近十年来,我国在装配式建筑方面的研究逐渐升温,多家单位开展了部分技术研究,并在万科集团、南通建筑工程总承包有限公司、上海瑞安集团等的开发项目开展了部分工程应用。
但应用中存在关键技术不完备、不系统,缺乏支撑规模化应用的集成技术及技术标准,规模化推广装配式建筑受到很大限制。
急需通过国家科技支撑项目的研究,解决瓶颈技术问题,完成技术集成工作,编制用于规模化应用的技术标准等文件,开展规模化工程示范。
各地方对装配式建筑也在发布本地区标准的先关规程。
2006年河北省制定《CL结构设计规程》DB13(J)43-2006[2].本规程是在做了大量的实验工作和在青岛,邯郸,石家庄,邢台等地完成了近100万平方米住宅与施工的基础上,根据国家新的建筑节能要求制定了此规程,其主要内容是对CL的材料、设计理论、涉及构造措施等分别做出了系统的规定。
2009年深圳制定了《预制装配整体式钢筋混凝土结构技术规范》SJG18-2009[3].该规范经深圳市住房和建设局审批通过。
此规范的实施对于充分发挥预制装配整体式钢筋混凝土结构的优越性,推动建筑业工业化进程和发展,将提供强有力的技术支撑。
2010年上海市发布《装配式混凝土住宅体系设计规程》GD/TJ08-2071-2010[4].为了在装配整体式混凝土住宅体系的设计中做到安全使用、经济美观、功能合理、技术先进、充分发挥装配整体式住宅的优越性,促进住宅工业化的发展,特制此规程。
2010年江苏省工程建设标准发布《预制装配整体式剪力墙结构体系技
术程》[5](征求意见)本规程适用于非抗震设防区及抗震设防烈度为6~7度地区抗震设防类别为乙类及以下,层数不超过18层、局部层高不大于5.0m、抗震等级为三级及以下的预制装配整体式剪力墙住宅结构的设计、施工与质量验收。
(2)我国对预制外墙挂板的研究现状。
关于本课题对制外墙挂板相关问题的专项研究较少,尤其是实际工程中对外挂板出现的问题的研究尤为甚少,多数都是对外墙挂板的材料结构、制作工艺、工作性能等进行研究。
2003年在清华大学结构实验室进行的CL墙板与实体墙板综合对比试验成果,并根据大量的应用经验,建立了一种新型的复合剪力墙结构体系,该结构体系的墙板为两层钢筋混凝土与保温板相结合的复合墙体。
在该结构体系研发成功后,各省市根据试验结果和工程实践相继编制和颁布了CL结构设计规程,如CL结构设计规程(DB13(J)43-2006)。
2007年赵成文,张旭发表《新型复台保温外墙挂板的研究》[6],本文对一种新型EPS复合保温外琦挂板的性能、组成形式、生产工艺及与主体结构连接构造进行介绍。
2008年王海、尹万民发表《外墙保温技术在建筑节能中的应用》[7],阐述了建筑墙体改革与墙体节能技术的发展是建筑节能技术的一个重要环节,外墙保温技术及节能材料的应用则是建筑节能的主要实现形式。
就目前国内常用的外墙外保温技术及节能材料进行了对比论述,提出因地制宜地选择适合的外墙保温技术和节能材料。
2009年翁端衡,崔玉忠发表《外墙挂板及其应用技术研究》[8],本文论述了生态外墙挂板的原材料选用与匹配、混合料制备、成型技术、墙板性能、应用技术等方面的研究结果。
2010年上海万科房地产有限公司联同同济大学以及上海建筑科学研究院有限公司等单位通过对一种新型玻璃纤维筋的大量试验研究提出了采用预制混凝土夹芯保温外墙板进行建筑保温,该种预制保温外墙主要采用纤维增强塑料(FRP)连接内外层混凝土板,并对该类墙体相关设计方法和构造均做了大量试验和相关理论研究,其相关成果最终形成了地方规范—装配整体式混凝土住宅体系设计规程(DB/TJ08-2071-2010)。
2011年于敬海,张刚,李久鹏发表《外挂墙板对框架结构内力的影响分析》[9],运用有限元数值分析方法对外挂墙板与主体结构连接方式不同的三个两层两跨框架结构模型进行分析,分析结果表明外挂墙板对框架结构受力性能产生一定影响;
外挂墙板与主体框架连接的刚度越大对框架产生的内力影响越大。
(一)、国外同类课题研究现状及发展趋势
北美地区主要以美国和加拿大为主,由于预制混凝土协会(PCI)长期研究与推广预制建筑,预制混凝土的相关标准规范也很完善,所以其装配式混凝土建筑应用非常普遍。
北美的预制建筑主要包括建筑预制外墙和结构预制构件两大系列,预制构件的共同特点是大型化和预应力相结合,可优化结构配筋和连接构造,减少制作和安装工作量,缩短施工工期,充分体现工业化、标准化和技术经济性特征。
PCI出版《预制混凝土结构抗震设计》[10]一书,从理论和实践角度系统地分析了预制建筑的抗震设计问题,总结了许多预制结构抗震设计的最新科研成果,对指导预制结构设计和工程应用推广具有很强的指导意义。
欧洲是预制建筑的发源地,早在17世纪就开始了建筑工业化之路。
第二次世界大战后,由于劳动力资源短缺,欧洲更进一步研究探索建筑工业化模式。
无论是经济发达的北欧、西欧,还是经济欠发达的东欧,一直都在积极推行预制装配混凝土建筑的设计施工方式,积累了许多预制建筑的设计施工经验,形成了各种专用预制建筑体系和标准化的通用预制产品系列,早期编制了一系列《预制混凝土工程标准和应用手册》,对推动预制混凝土在全世界的应用起到了非常重要的作用。
日本和韩国借鉴了欧美的成功经验,在探索预制建筑的标准化设计施工基础上,结合自身要求,在预制结构体系整体性抗震和隔震设计方面取得了突破性进展。
具有代表性成就的是日本2008年采用预制装配框架结构建成的两栋58层的东京塔。
同时,日本的预制混凝土建筑体系设计、制作和施工的标准规范也很完善,目前使用的预制规范有《预制混凝土工程》(JASS10)和《混凝土幕墙》(JASS14)。
2.国外对预制外墙挂板的研究现状。
EVG三明治夹芯外墙板是一个基于工业化预制3D板的具有高成本效益的结构体系。
这种3D板包括一个厚度从50-100毫米不等的EPS核心,EPS核心被夹在两个成平行面的电焊网片(覆盖网)和斜杆之间,因此,斜杆之间就贯穿着EPS核心,而这些斜杆同时也被焊于电焊网片上。
这样,在EPS核心、电焊网片与斜杆之间就形成了一个轻质的、三维的、具有高稳定性的构架系统。
其工作原理如下图1所示:
图1EVG三明治夹芯外墙板的工作原理
作为重要的建筑节能技术,外墙挂板保温受到了高度重视。
2005年MarceloIzquierdo[11]对三种不同建筑面积(80m、150m、300m)的外墙挂板保温层厚度进行实验研究,发现最优的保温层厚度保温层物理特性、成本及建筑物使用寿命有很大关系。
利用模拟仿真通过统计10年计量结果发现:
当建筑物寿命期为50或70年时,三种不同外墙挂板保温层厚度最优值分别为4cm、10cm、12cm和5cm、10cm、12cm。
三、课题研究方案及进度安排
(一)、课题的研究方案
1.研究内容
以沈阳丽水新城为主要研究对象,为18层的核心筒剪力墙结构,主要内容有以下几个方面:
(1)外墙挂板对整体剪力墙结构的刚度影响进行弹塑性分析。
(2)如何解决装配式混凝土外墙挂板竖向传力的问题。
(3)如何保证外墙挂板在施工过程中在现浇混凝土的侧向压力作用下防止挂板在面外方向涨模的问题。
(4)装配式混凝土结构预制外墙挂板施工安全防护与传统的混凝土结构施工安全防护进行比较,提出合理的装配式混凝土结构预制外墙挂板施工安全防护方法。
2.技术路线
本课题对预制挂板的相关问题进行研究,采用实际工程与理论推导相结合的方式,利用有限元软件进行分析。
具体路线如下:
(1)由中国建筑设计研究院对沈阳丽水新城一期住宅项目在施工中所提出的问题进行系统的分析。
(2)预制外墙挂板作为主要解决的对象进行建立模型进行研究。
对照实际工程的可实施性,提出合理的解决方案。
3.关键技术(难点)
本课题的难点主要有以下两个方面:
(1)预制外墙挂板的竖向传力问题
(2)装配式混凝土结构施工安全防护措施。
4.课题创新点
由于目前国内对装配式混凝土结构的研究较少,本文针对实际工程中所遇到的预制外墙出现的问题进行深入分析,提出的解决方案,为今后类似工程的设计,施工提供有价值的参考。
5.课题预期成果
(1)结合本课题的研究,发表2篇相关论文
(2)通过本课题的研究,为预制外墙挂板的设计构造提出建议
(3)为预制外墙挂板施工安装过程中提供参考
(4)通过本课题的研究,完成学位论文
3.2进度安排
时间
内容
2010.7-2010.10
初步查阅大量资料,上网查阅相关论文,观察装配式混凝土建筑施工工艺,对课题有一个总体的了解。
做好前期的调研和收集资料工作,学习有限元软件,为开题做好准备。
2010.11-2011.2
进一步熟悉课题,查阅最新有关装配式混凝土建筑以及类似研究的资料。
对外墙挂板的四个问题进行理论分析,软件模拟,。
2011.3-2011.6
对本课题的研究内容提出解方案,结合实际工程,进行论证。
2011.7-2011.9
总结分析结果,再次提出合理的设计意见,撰写毕业论文
2011.10-2011.12
结题,完成学位论文。
4主要参考文献
[1]蒋勤俭,国内外装配式混凝土建筑发展综述[J].建筑技术,2010,41(12):
1074-1077
[2]《CL结构设计规程》DB13(J)43-2006.
[3]深圳制定了《预制装配整体式钢筋混凝土结构技术规范》SJG18-2009
[4]《预制装配整体式钢筋混凝土结构技术规范》SJG18-2009.
[5]《预制装配整体式剪力墙结构体系技术程》
[6]赵成文,张旭发表《新型复台保温外墙挂板的研究》2007.
[7]王海、尹万民,外墙保温技术在建筑节能中的应用,建筑节能,2008,36(12):
13-16
[8]翁端衡,崔玉忠发表《外墙挂板及其应用技术研究》2009.
[9]于敬海,张刚,李久鹏发表《外挂墙板对框架结构内力的影响分析》2011.
[10]PCIDesignHandbook[M].6thEdition.Precast/PrestressedCon-creteInstitute.
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[26]DB34/T810-2008,叠合板式混凝土剪力墙结构技术规程[S].
[27]苏JG/T006-2005,预制预应力装配整体式框架(世构体系)技术规程[S]
[28]中建新建筑体系有限公司西安建筑科技大学结构工程所复合墙板试验研究报告
[29]戴航,一种新型带缝钢筋硅高剪力墙的抗震性能分析和设计建筑结构,1997.8
[30]Robertpark.CAPACITYDESIGNANDASSESSMENTOFREIN-FORCEDCONCRETESTRUCTURESFOREARTHQUAKERE-SISTANCE.Proceedingsofthe1stfibCongress,Osaka,2002,DiskA,Primary:
23-42.
开题报告考核结果
导师审核意见:
导师(签字):
年月日
教研(研究)室考核评语:
考核成绩:
主任(签字):
年月日
单位审批意见:
主任(签字):
开题报告论证会记录
研究生
指导教师
论文题目
主持人
时间
参加人
(可附页)
我以前写的报告,国内外进展,主要是国内情况。
你可以参考加入到国内情况中。
会议组织:
住宅和城乡建设部住宅产业化促进中心
主要参加单位:
中国建筑科学研究院、中国建筑标准设计研究院、黑龙江宇辉集团、哈尔滨保利地产、北京万科、北京榆构、南通建工、西伟德混凝土构件、南京大地、长沙远大、中山快而居、清华大学、同济大学、大连理工大学等。
会议内容:
1天半专家进行讲演、半天参观黑龙江宇辉集团构件厂和施工现场
1、会议交流内容简介:
①、黑龙江宇辉集团采用自己研发的装配式剪力墙结构技术,钢筋连接方式以搭接为主,采用注浆连接,全预制率达到了95%,综合成本可以比现浇剪力墙结构降低10~15%,并组织编写了黑龙江省规程《装配式剪力墙结构技术规程》已经出版;
②、南通建工采用澳大利亚技术,结构形式为装配式剪力墙结构,预制率达到了90%,综合成本可以比现浇剪力墙结构降低5%,但是私下里交流,实际成本目前是增加的,我得到的数据是目前成本测算比现浇结构增加300~400元;
③、北京万科目前采用的是内浇外挂方式,剪力墙和柱子现浇,梁板版装配式,外墙板装配,万科的观点目前的工业化水平,工程成本可定会增加,至少目前万科不可能降低,万科组织编写了深圳市规范《预制装配整体式钢筋混凝土结构技术规范》;
万科现在已经进行了梁柱装配式试验楼实验,相应的标准也正在编写中,但是目前还没有推广④、西伟德采用德国的叠合板式住宅结构,并组织编写了安徽省技术规程《叠合板式混凝土剪力墙结构技术规程》;
⑤、南京大地引进法国技术,采用的结构形式为预应力混凝土框架结构,称为世构体系,在新型外墙材料方面也进行了开发,并主持编写了国家规程《预制预应力混凝土装配整体式框架技术规程》,主持编写了国家工法《世构体系施工工法》,主持编写江苏省标准图集《预应力混凝土叠合板》,南京新大地也表示目前装配式成本肯定会高于现浇结构。
⑥、长沙远大“远大集成别墅结构体系”,采用预制肋型板技术,并应用于低层住宅;
⑦中山快而居采用的是香港的装配式技术,对设计图纸进行二次构件拆分设计,采用的2层剪力墙结构工程成本1200元/平米。
⑧、清华大学、同济大学分别介绍了了装配式节点实验放科学研究进展情况。
2、会议参观简介:
①、参观黑龙江宇辉集团的构件厂;
②、参观宇辉集团的施工现场。
二、国外的发展概况
日本、欧洲、北美、澳大利亚等发达国家装配式技术已经比较成熟,住宅工业化水平高。
专家们一致认为:
住宅建筑工业化是住宅产业化的重要标志;
是生产力发展的必然结果;
经济效益和社会效益非常显著;
中国的住宅工业化正处在起步和快速发展阶段。
①装配式技术核心就是“等同现浇”概念;
②日本的装配式技术引进到中国是合适的,在装配式技术方面应该学习日本;
③北欧尤其是德国的构件生产自动化程度高。
三、目前中国装配式标准编制情况和装配式技术研究概况
与其他产业不同的是,建筑业必须执行相应的强制性的标准,其发展是被标准和规范所约束的,因此PC化也必须标准先行。
目前,中国的标准编制情况如下:
1.深圳已经制定了深圳市规范《预制装配整体式钢筋混凝土结构技术规范》;
关于框架结构的地方标准也正在申报过程中。
该地方标准是以日本(主要是前田)技术为依托编制的。
2.
3.江苏省颁布了台湾润泰体系的标准《预制混凝土装配整体式框架(润泰体系)技术规程》。
4.
5.南京大地的国家标准《预制预应力混凝土装配整体式框架技术规程》。
6.
7.哈尔滨宇辉集团关于装配式剪力墙结构的黑龙江省地方标准,正在申报过程中。
8.
9.西伟德采用德国的叠合板式住宅结构,并组织编写了安徽省技术规程《叠合板式混凝土剪力墙结构技术规程》
10.
11.中国建筑标准设计院正在组织编写国家《装配式混凝土结构技术规程》,现在已起草完毕,已经开始进入评审阶段。
该规程涵盖了130米以下超高层建筑的梁、柱、板、外墙技术,与日本的现代建筑技术基本一致。
该标准公布后,中国在装配式建筑方面的大多数问题都将得到解决,
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