预制装配整体式电梯井结构研究

预制装配整体式电梯井结构抗震性能研究及工程应用张军董年才南通建筑工程总承包有限公司[摘要]将电梯井竖向分割成2个U型结构构件，U型构件内纵向受力钢筋采用浆锚连接，构件间水平连接设置300宽竖向后浇带，竖向后浇带采用混凝土现浇后与U型预制构件形成整体结构体系。该结构体系低周反复荷载试验证明其承载能力及刚度高于规范要求，屈服荷载高于设计地震剪力。并以南通市海门中南世纪城33#楼为试点工程，介绍其施工技术。[关键词]预制电梯井模型试验施工技术1结构原理预制装配整体式电梯井结构将电梯井竖向分割成2个U型结构构件，2个U型构件间设置300宽竖向后浇带；U型构件内纵向受力钢筋采用预埋金属波纹管浆锚连接，上部暗梁纵向受力钢筋在U型构件竖向现浇带处预留钢筋搭接焊接，暗梁及竖向后浇带采用混凝土现浇后与U型预制构件形成整体结构体系。2结构试验通过试验了解该结构在地震作用下的结构整体性，并通过试验进一步掌握其在地震作用下的承载能力、刚度、延性及耗能能力等，对其抗震性能做出评价。2.1试件设计选取一带有标准开间和进深的18层住宅结构的底部四层的横向抗震结构单元进行1/2比例缩尺的空间模型试验，见图1。图1构件加工图试验原形为一18层住宅结构的电梯井，层高2.9m，开间8×4.5m=36m，进深2×5.5m=11m，长宽比为36/11=3.27，高宽比为2.9×18/11=4.75。结构安全等级为二级，抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度为0.15g，场地类别为Ⅰ类，抗震等级二级，根据我国现行规范按现浇结构并采用PKPM软件进行设计。2.2试验加载试验采用力控制加载，每级循环1次，试验直至试件破坏或加载设备最大工作能力结束，试验加载过程见图2。图2加载制度示意图400kN荷载级别时，试件一层剪力墙根部出现弯曲裂缝；600kN荷载级别时，试件一层纵向洞口角部出现主拉应力斜裂缝；800kN荷载级别时，试件二层剪力墙拼缝处出现水平裂缝；1500kN荷载级别时，试件二层剪力墙根部出现弯曲裂缝，且洞口间连梁剪切斜裂缝贯通，试件三层剪力墙根部也出现轻微裂缝；1700kN荷载级别时，试件中间剪力墙及填充墙出现贯通斜裂缝；1800kN荷载级别时，试件裂缝继续扩展，试验设备已至最大工作能力，试验停止。试件在试验过程中整体性表现良好，剪力墙弯剪斜裂缝跨过现浇连接带连续发展，表明现浇连接带可保证结构的整体性。2.3试验结果试件实测滞回曲线、骨架曲线、刚度变化曲线及耗能系数变化曲线见图3。试件滞回曲线呈反“S”型，试件承载能力持续稳定上升；试件开裂后刚度有所下降，后又趋于稳定并有一定程度上升，到1300kN荷载级别时，刚度变化曲线出现一拐点，刚度继续下降，此时试件刚度为初始弹性刚度的72.57%，试验结束时的试件刚度为初始弹性刚度的58.17%，试件刚度退化速度整体较慢；整体骨架曲线未见明显拐点，即试件未屈服；耗能系数的变化也有明显规律，试件开裂和屈服均使耗能系数显著增加，试件屈服后，耗能系数呈近线性增长。-2000-1500-1000-5000500100015002000-25-20-15-10-50510152025Horizontaldeformation(mm)Horizontalload(kN)-2000-1500-1000-5000500100015002000-25-20-15-10-50510152025Horizontaldeformation(mm)Horizontalload(kN)(a)滞回曲线(b)骨架曲线0204060801001201401600500100015002000Horizontalload(kN)Stiffness(kN/mm)00.010.020.030.040.050500100015002000Horizontalload(kN)Energydissipationcoefficient(c)刚度变化曲线(d)耗能系数图3试验结果通过试验结果及相关数据分析得到，即使试件在带有初始裂缝及轴压卸载的情况下，其承载能力及刚度仍然能很好地满足我国现行设计规范。3施工工艺流程及操作要点3.1工艺流程施工准备→定位放线→预留插筋校正→电梯井U型构件吊装→临时支撑安装及构件校正→浆锚节点灌浆→U型构件间竖向后浇带钢筋绑扎→暗梁钢筋绑扎→节点模板安装→节点混凝土浇筑3.2操作要点3.2.1预留插筋校正下层叠合板混凝土浇筑前，采用钢筋限位框对电梯井下层预留插筋进行限位，以保证钢筋位置准确。混凝土浇筑后，对预留插筋进行位置复核，对中心位置偏差超过10mm的插筋应根据图纸进行校正，钢筋校正时应采用1：6冷弯校正，不得烘烤；对个别偏差较大的插筋，应将插筋根部混凝土剔凿至有效高度后再进行冷弯校正。以确保电梯井竖向钢筋的浆锚连接质量3.2.2电梯井U型构件吊装1应采用两根等长吊索绑扎起吊，吊索吊钩直接钩在构件的预埋吊环内，吊钩与吊环间不得歪扭或卡死，吊索与水平线的夹角不宜小于45°2电梯井U型构件吊至预留插筋上部100mm时，将预留插筋与构件内预埋注浆管一一对应后，再将构件缓慢下放就位3电梯井U型构件就位前根据标高控制线在楼面标高误差处设置1～5mm不同厚度的垫铁，使构件安装满足标高要求。构件就位时，根据轴线、构件边线、200mm测量控制线将构件基本就位后，利用可调式钢管斜支撑（简称：斜支撑）将构件与楼面临时固定，确保构件稳定后摘除吊钩（图3.2.2）。图3.2.2电梯井U型构件吊装3.2.3临时支撑安装及U型构件校正1电梯井U型构件就位后应立即安装斜支撑，每构件用不少于2根斜支撑进行固定，斜支撑安装在构件的同一侧面，斜支撑与楼面的水平夹角不应小于60°（图3.2.3）。图3.2.3电梯井斜支撑安装2检查构件内预埋的M20×70内螺纹套筒，并将紧固螺栓与内螺纹套筒进行连接（斜支撑上部连接点）；根据计算角度在楼面安装斜支撑下部连接固定用M16×150膨胀螺栓。3斜支撑安装时，将斜支撑上、下连接垫板沿开口方向分别卡在构件及楼面上的连接螺栓内，然后用螺丝将斜支撑上、下连接垫板与竖向构件及楼面拧固。4通过调节斜支撑活动杆件调整构件的垂直度，并用2m长靠尺对垂直度进行校正，确保预制电梯井筒垂直度满足质量要求。5根据轴线、构件边线、200mm测量控制线，用2m长靠尺、塞尺对构件轴线及二只U型构件间平整度进行校正，确保预制电梯井筒的轴线、平整度满足质量要求。3.2.4浆锚节点灌浆1灌浆前应全面检查灌浆孔道、泌水孔、排气孔是否通畅。2将构件与楼面连接处清理干净，灌浆前24小时表面充分浇水湿润，灌浆前1小时应吸干积水。3采用1:2水泥砂浆对预制构件与楼面水平拼缝进行嵌填、封堵，封堵材料的抗压强度应大于10MPa。4严格按照产品说明书的要求配置灌浆料，先在搅拌桶内加入定量的水，然后将干料倒入搅拌桶内，用手持电动搅拌器充分搅拌均匀，搅拌时间从开始投料到搅拌结束应不少于3min，搅拌时叶片不得提至浆料液面之上，以免带入空气。搅拌后的灌浆料应在45min内使用完毕。5浆锚节点灌浆采用机械压力灌浆法，压力不小于0.2MPa，确保灌浆料能充分填充密实。6灌浆应连续、缓慢、均匀地进行，单块构件灌浆孔应一次连续灌满，直至排气管排出的浆液稠度与灌浆口处相同，且没有气泡排出后，将灌浆孔封闭。灌浆结束后应及时将灌浆口及构件表面的浆液清理干净，并将灌浆口表面抹压平整（图3.2.4）。图5.2.7浆锚节点注浆管注浆图3.2.4电梯井浆锚节点灌浆完成3.2.5构件间后浇带及暗梁钢筋绑扎1）钢筋绑扎前，应先校正预留锚筋、箍筋位置及箍筋弯钩角度。2）2个U型结构构件间300宽竖向后浇带纵向受力钢筋采用搭接绑扎，搭接长度应满足规范要求；钢筋绑扎时，先绑扎构件内侧钢筋后绑扎外侧钢筋（图3.2.5-1）。3）暗梁纵向受力钢筋采用帮条单面焊接，焊接时应根据钢筋级别、直径和焊接位置，选择焊条、焊接工艺和焊接参数；焊接时引弧应在垫板、帮条或形成焊缝的部位进行，不得烧伤主筋；焊接过程中应及时清渣，焊缝表面应光滑，焊缝余高应平缓过渡，弧坑应填满。因混凝土在高温作用下易受损伤，焊接时可采用间隔流水焊接或分层流水焊接的方法。暗梁钢筋绑扎时，应在箍筋内穿入上排纵向受力钢筋，主、次梁钢筋交叉处，主梁钢筋在下，次梁钢筋在上（图3.2.5-2）。图3.2.5-1后浇带节点钢筋绑扎图3.2.5-2暗梁钢筋绑扎3.2.6节点模板安装1节点模板安装前，在模板与构件面结合处粘贴30mm宽双面胶带。2模板使用M12对拉螺栓紧固，对拉螺栓外套φ20mm塑料管，在塑料管两端与模板接触处分别加设塑料帽，塑料帽外加设海绵止水垫。3对拉螺栓间距不宜大于800mm，上端对拉螺栓距模板上口不宜大于400mm，下端对拉螺栓距模板下口不宜大于200mm。3.2.7节点混凝土浇筑1混凝土浇筑前，应将模板内及叠合面垃圾清理干净，并应剔除叠合面松动的石子、浮浆。2构件表面清理干净后，应在混凝土浇筑前24小时对节点及叠合面充分浇水湿润，浇筑前1小时应吸干积水。3节点应采用无收缩混凝土浇筑，混凝土强度等级较原结构应提高一级。4节点混凝土浇筑应采用ZN35型插入式振动棒振捣，混凝土应振捣密实（图5.2.9）。5叠合板混凝土浇筑后12h内应进行覆盖浇水养护，当日平均气温低于5℃时，宜采用薄膜布养护，养护时间应满足规范要求。图3.2.7预制电梯井施工后效果4结论双U型预制装配整体式电梯井结构技术的关键节点采用现浇处理，既增加了结构的整体性，达到了与现浇结构“同等型”。该技术被列为住房和城乡建设部“2009年科学技术项目计划——研究开发项目（新型建筑结构技术），项目编号：2009-K2-20”。其科研成果通过建设部组织的专家委员会鉴定，专家委员会一致认为：该技术理论依据充分、结构可靠性好、施工工艺先进、经济合理，具有科学性、先进性和可操作性，构件预制化程度高，对推进我国建筑业绿色施工、节能环保具有重要的示范作用，总体达到国内领先水平。