裝配式節(jié)點的案例
基于型鋼-鋼絞線的新型預制裝配式梁柱節(jié)點抗震性能研究
基于型鋼-鋼絞線的新型預制裝配式梁柱節(jié)點抗震性能研究
1 引言
近年來，預制裝配式建筑隨著新建筑技術和材料的不斷發(fā)展與進步，預制裝配式建筑得到了廣泛的應用。在許多建筑工業(yè)化發(fā)達的國家，預制裝配式建筑經歷了長期的實驗和應用，現(xiàn)代化的預制裝配式建筑產品已經可以高度集成建筑的各種功能，而且建筑的形式和構件非常精致。
我國建設需求量大、建設速度快，很有必要發(fā)展預制裝配式建筑，那么對預制裝配式結構節(jié)點構造要求及吊裝工藝也越來越高。傳統(tǒng)預制裝配式結構吊裝成本較高，吊裝速度與精度低，這給建筑施工帶來了很大的困難，預制裝配式建筑吊裝要想實現(xiàn)產業(yè)現(xiàn)代化，對吊裝方法及連接節(jié)點等細部構造設計還需進一步創(chuàng)新研究，為此本發(fā)明在此問題的基礎上根據(jù)實際施工的創(chuàng)新作出了相關創(chuàng)造。
結合現(xiàn)有技術而言，目前的裝配建筑預制型鋼混凝土中間柱梁節(jié)點預應力筋交錯張拉錨固構造主要存在的問題是：未開發(fā)及采用疊合預應力技術，無法有效改善梁柱節(jié)點受力特性，無法保證梁柱節(jié)點整體性受力要求，且節(jié)點抗負彎矩效果較差；目前的裝配建筑預制型鋼混凝土中間柱梁節(jié)點預應力筋交錯張拉錨固構造的施工方法存在的問題是：吊裝成本較高，吊裝速度與精度低，這給建筑施工帶來了很大的困難。
在許多實際工程中，比如固體力學中的位移場分析、流體力學中流體的場分析等等都可以看作是在一定邊界條件下求解微分方程的問題。但是由于控制微分方程的復雜程度或者邊界條件和初始條件確定的復雜性，我們一般不易求得精確的解析解。解析解是一種精確的行為，但是數(shù)值解是在節(jié)點的離散點上近似于解析解。為了解決這類問題，我們通常都是保留這種問題的復雜性，然后借助于各種有效的數(shù)值計算的方法來獲得符合工程實際的數(shù)值解，此類方法稱為數(shù)值模擬技術。目前實際工程應用中，運用最廣泛的數(shù)值求解方法可以劃分為：有限單元法、有限差分法。
展開 基于型鋼-鋼絞線的新型預制裝配式梁柱節(jié)點抗震性能研究
基于型鋼-鋼絞線的新型預制裝配式梁柱節(jié)點抗震性能研究
1 引言
近年來，預制裝配式建筑隨著新建筑技術和材料的不斷發(fā)展與進步，預制裝配式建筑得到了廣泛的應用。在許多建筑工業(yè)化發(fā)達的國家，預制裝配式建筑經歷了長期的實驗和應用，現(xiàn)代化的預制裝配式建筑產品已經可以高度集成建筑的各種功能，而且建筑的形式和構件非常精致。
我國建設需求量大、建設速度快，很有必要發(fā)展預制裝配式建筑，那么對預制裝配式結構節(jié)點構造要求及吊裝工藝也越來越高。傳統(tǒng)預制裝配式結構吊裝成本較高，吊裝速度與精度低，這給建筑施工帶來了很大的困難，預制裝配式建筑吊裝要想實現(xiàn)產業(yè)現(xiàn)代化，對吊裝方法及連接節(jié)點等細部構造設計還需進一步創(chuàng)新研究，為此本發(fā)明在此問題的基礎上根據(jù)實際施工的創(chuàng)新作出了相關創(chuàng)造。
結合現(xiàn)有技術而言，目前的裝配建筑預制型鋼混凝土中間柱梁節(jié)點預應力筋交錯張拉錨固構造主要存在的問題是：未開發(fā)及采用疊合預應力技術，無法有效改善梁柱節(jié)點受力特性，無法保證梁柱節(jié)點整體性受力要求，且節(jié)點抗負彎矩效果較差；目前的裝配建筑預制型鋼混凝土中間柱梁節(jié)點預應力筋交錯張拉錨固構造的施工方法存在的問題是：吊裝成本較高，吊裝速度與精度低，這給建筑施工帶來了很大的困難。
在許多實際工程中，比如固體力學中的位移場分析、流體力學中流體的場分析等等都可以看作是在一定邊界條件下求解微分方程的問題。但是由于控制微分方程的復雜程度或者邊界條件和初始條件確定的復雜性，我們一般不易求得精確的解析解。解析解是一種精確的行為，但是數(shù)值解是在節(jié)點的離散點上近似于解析解。為了解決這類問題，我們通常都是保留這種問題的復雜性，然后借助于各種有效的數(shù)值計算的方法來獲得符合工程實際的數(shù)值解，此類方法稱為數(shù)值模擬技術。目前實際工程應用中，運用最廣泛的數(shù)值求解方法可以劃分為：有限單元法、有限差分法。
展開 裝配式鋼框架梁柱節(jié)點有限元模型仿真(abaqus) ￥280
C3D8R單元有8個節(jié)點，每個節(jié)點有三個位移自由度，因此，它能夠模擬三維空間中的變形。C3D8R單元使用降階積分策略，具體來說是一點積分，這可以減少計算的成本。然而，它可能導致某些數(shù)值問題，如體積鎖定。對于幾乎不可壓縮的材料，C3D8R單元可能會遇到體積鎖定問題。這是由于單元不能適當表達材料的不可壓縮性質，導致過分硬的響應。為了解決這一問題，通常會使用特殊的算法或混合積分規(guī)則。有限元網格劃分如圖所示。
有限元模型的網格劃分
1.3 螺栓預緊
在有限元分析中模擬螺栓預緊力的施加是一個關鍵步驟，特別是對于螺栓連接的結構組件。正確地施加預緊力不僅能夠確保模型的接觸狀態(tài)和實際情況相符，還能夠模擬在實際加載過程中螺栓預緊力可能發(fā)生的變化。
螺栓有限元模型
1.4 接觸設置
在低多層裝配式鋼結構梁柱節(jié)點的有限元分析中，接觸設置是模擬結構實際行為的關鍵。由于這種結構類型涉及多種部件，如梁、柱、柱底板、連接件、夾板和高強螺栓等，因此確保這些部件之間的接觸關系準確模擬是至關重要的。接觸設置主要分為焊接和摩擦接觸兩種方式。
1.5 邊界條件
有限元模型的邊界設置
2 仿真結果
梁翼緣處微小裂縫的有限元云圖
梁翼緣處屈曲有限元位移云圖
梁翼緣處螺栓孔開裂有限元云圖
荷載-位移曲線
荷載-位移骨架曲線
剛度退化曲線
耗能能力
展開 梁柱節(jié)點滯回分析（OpenSees、ABAQUS）
</p><p><strong>OpenSees梁柱節(jié)點視頻教程，可以在如下鏈接觀看：</strong></p><p><strong>http://www.yqgqt.org.cn/college/video/c16557</strong></p><p><br></p><p><br></p><p><strong>1.2 裝配式節(jié)點建模方法：</strong></p><p><strong>1、濕式連接裝配式節(jié)點（灌漿套筒）</strong></p><p>可以等同現(xiàn)澆的話，采用1.1節(jié)建模方法，改變套筒的剛度。</p><p><strong>2、 干式連接裝配式節(jié)點</strong></p><p>節(jié)點采用預應力筋、角鋼、阻尼器等，此類節(jié)點，建模方法有所不同。</p><p><br></p><p><strong>二、Abaqus中節(jié)點滯回分析</strong></p><p><strong>2.1 普通節(jié)點4種建模方法：</strong></p><p>1、Abaqus梁單元+子程序（ PQFiber）；</p><p>2、Abaqus超自由度單元（Inp文件建模）；原理同OpenSees中的BeamColumnJoint+Pinching4材料。</p><p>3、Abaqus二維MCFT模型（Inp文件建模）；</p><p>4、Abaqus實體單元。
展開 
裝配式結構的節(jié)點到底是啥樣的？
框架結構由梁和柱以剛接或鉸接的形式相連而成，梁、柱單元相對于墻單元，更加易于模數(shù)化、標準化和定型化，有利于采用統(tǒng)一性的模具在工廠進行流水化制造；同時裝配式混凝土框架結構空間布置更加靈活，構件連接形式多樣，有利于在現(xiàn)場進行機械化高效率的吊裝。可以說，裝配式混凝土框架結構在建筑工業(yè)化進程中，具有得天獨厚的推廣應用優(yōu)勢，廣泛應用于學校、醫(yī)院、辦公寫字樓等公共建筑和民用住宅建筑中。
由于我國結構設計和施工的特點和習慣，目前大范圍推廣建造的裝配式混凝土框架結構主要是采用疊合現(xiàn)澆方式進行連接的裝配式整體式混凝土框架，主要構件有預制梁、預制柱、預制外掛墻板、預制內墻隔板、預制樓板、預制陽臺板、預制空調板、預制樓梯等。裝配整體式混凝土框架結構樓板與裝配式整體式混凝土剪力墻結構一樣采用預制混凝土疊合板，預制陽臺板、預制空調板、預制樓梯等非結構構件也與裝配整體式混凝土剪力墻結構中相應的構件相似。
相對于裝配式混凝土剪力墻結構，裝配式混凝土框架結構構件形式更加規(guī)則，連接形式卻更加多樣化。
l 結構性節(jié)點
裝配式混凝土框架結構中的結構性節(jié)點主要有柱-柱連接、梁-柱連接、主-次梁連接節(jié)點。
（1）柱-柱連接
裝配式混凝土框架結構中，預制柱之間的連接往往關系到整體結構的抗震性能和結構抗倒塌能力，是框架結構在地震荷載作用下的最后一道防線，及其重要。預制柱之間的連接常采用灌漿套筒連接的方式實現(xiàn)，灌漿套筒預埋與上部預制柱的底部（見圖1（a）），下部預制柱的鋼筋伸出樓板現(xiàn)澆層之上，預留長度保證鋼筋在灌漿套筒內的錨固長度加上預制柱下拼縫的寬度。現(xiàn)場安裝時，通過“定位鋼板”等裝置固定下部伸出鋼筋，使得下部伸出鋼筋與上部預制柱的套筒位置一一對應，如圖1（b）所示。待樓層現(xiàn)澆混凝土澆筑、養(yǎng)護完畢后，吊裝上部預制柱，下部鋼筋伸入上部預制柱的灌漿套筒內，預制柱經過臨時調整和固定后，進行灌漿作業(yè)。
展開 新型裝配式外掛墻板節(jié)點構造技術研究
Keywords: prefabricated, precast panels, installation node.
0 引言
近年來，隨著國務院的大力推進、地方政府政策的相繼出臺，裝配式建筑逐漸進入人們的視野。越來越多的建設單位、施工企業(yè)、設計院開始投身裝配式建筑的事業(yè)。裝配式建筑相較于傳統(tǒng)現(xiàn)澆建筑有以下好處：一是有助于減少生產過程中的水、抹灰砂漿、模板木材等資源耗費；二是有助于減少在建造進程中所造成破壞環(huán)境的影響、減少建筑產生的垃圾。三是有助于大幅度提升工程品質和安全。以在工廠預制的方式代替在項目現(xiàn)場現(xiàn)澆的方式，既可以確保各個裝配部件質量，提升安裝精度，又提高施工的安全性。四是有助于提升施工工作效率及生產率，節(jié)省時間成本。五是有助于推動新興產業(yè)，增進建筑業(yè)與工業(yè)制造業(yè)、物流產業(yè)、服務業(yè)等各專業(yè)進行融合，實現(xiàn)以造汽車的方式造房子的美好愿景。同時，實現(xiàn)建筑裝配化也有利于完成國家在第七十五屆聯(lián)合國大會一般性辯論上提出在2030年實現(xiàn)碳達峰、在2060年實現(xiàn)碳中和的承諾。
其中，外圍護系統(tǒng)由屋面、外墻、門、窗等組成，屋面、外墻圍護成內部空間，能夠裝飾、美化建筑外立面，遮蔽外界惡劣氣候的侵襲，同時也起到隔聲的作用，從而保證使用人群的安全性和私密性。維護系統(tǒng)設計應考慮到的因素有：外觀、防水性能、結構性能、熱工性能、冷凝水的控制、聲學性能、防雷措施、自清潔、耐久性等。而維護系統(tǒng)使用到的最多的裝配式構件就是預制外掛墻板，在裝配式建筑中起到保證工程質量、降低安全隱患；提高生產效率，降低人力成本；節(jié)能環(huán)保、減少污染；模數(shù)化設計，延長建筑使用壽命等重要作用。工人在工廠將預制混凝土外掛墻板大批量用機械澆筑成墻板，再將預制好的墻板通過卡車等方式運送到施工現(xiàn)場吊掛、拼接、安裝，像搭積木一樣將整個建筑拼裝起來，這就是推行裝配式建筑的初衷。
展開 ABAQUS—RCS節(jié)點（混凝土柱-鋼梁）滯回分析
</p><p><br></p><p><strong>模擬結果</strong></p><p><strong>（1）滯回曲線對比</strong></p><p class="ql-align-center"><img src="https://img.jishulink.com/202111/imgs/b7493bd21d7e4654b46b26085e10e784"></p><p><br></p><p><strong>（2）應力結果圖</strong></p><p class="ql-align-center"><img src="https://img.jishulink.com/202111/imgs/9ed2e0cbe65040f9ac72a3efd7a11e31"></p><p><br></p><p><strong style="color: red;">要點分析：</strong></p><p>1、此種節(jié)點可以有2種建模方法，第一，鋼梁嵌入混凝土柱里，第二，混凝土柱與鋼梁定義接觸。</p><p>2、快速建立Part，可采用CAD。</p><p>3、網格劃分要規(guī)則，不易過大。</p><p>4、鋼梁也可采用殼單元建模分析。</p><p>5、此類節(jié)點（鋼混組合節(jié)點、螺栓節(jié)點、裝配式節(jié)點），建模難點在于本構選取、Part組裝、相互作用定義及網格劃分，易造成模型不收斂。</p><p> </p><p><strong>如需此類節(jié)點（預應力、裝配式節(jié)點、灌漿套筒節(jié)點、螺栓連接節(jié)點、鋼混組合節(jié)點）的詳細建模及后處理視頻教程，可加我微信 YClarie</strong></p><p><br></p><p><strong>公眾號：結構工程師</strong></p>
展開 知道為什么大力推廣裝配式建筑嗎？看完日本的50層裝配式住宅工地你會明白！
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這是日本五洋建設的一個50層裝配式住宅的工地，作為日本裝配式建筑發(fā)展的一個縮影，看完有諸多感受，這樣的工業(yè)化制作真的令人感嘆！更讓我們明白了我國大力推廣裝配式建筑的意義！
干凈整潔的工地：剛到工地會議室，看到主人為參觀者準備的安全帽，帽子是嶄新的，內部還配置了一次性的衛(wèi)生護圈，很是衛(wèi)生和貼心啊! 不像國內建筑工地常看到的那種黑糊糊、汗膩膩、沾滿灰塵的安全帽。主人還為參觀者準備了手套和一次性襪套。
▲ 運至工地內的預制構件
▲ 梁的上排鋼筋隨預制構件在工廠綁扎好，在現(xiàn)場樓板安裝完成后會有一層樓板鋼筋錨入后澆砼板。
▲ 正式的樓梯是裝配式鋼結構的，施工安裝比樓層結構快兩層，以便于施工人員上下通行，既節(jié)省了臨時通道費用，又很安全。
▲ 預制柱安裝，現(xiàn)場安裝支撐的預埋件提前已在工廠留置好。
▲外墻面磚已隨預制構件在工廠完成，與中國通常外墻外保溫的習慣做法不同，外墻面磚是直接粘貼在預制砼構件上。
▲ 日本是個多地震的國家，抗震技術非常先進，本工程是一座50層的裝配式超高層住宅，這是柱抗震節(jié)點，神奇不?
展開 裝配式建筑研究報告
四、裝配式建筑行業(yè)存在的問題及解決方案
（一）裝配式建筑標準化程度亟待提高
住建部在關于2020年度全國裝配式建筑發(fā)展情況的通報中提出：針對各地普遍反映的標準化程度不高制約了裝配式建筑發(fā)展的突出問題，標準定額司正組織編制《裝配式住宅設計選型標準》,已經發(fā)布了《裝配式混凝土結構住宅主要構件尺寸指南》《住宅裝配化裝修主要部品部件尺寸指南》《鋼結構住宅主要構件尺寸指南》。
這些標準和指南對裝配式建筑企業(yè)的快速發(fā)展給出了方向，逐步降低設計成本、模具成本、生產成本和安裝成本，重點解決無法規(guī)模化生產的問題。同時能夠降低裝配式建筑的復雜程度，減低設計、生產和施工難度。
裝配式建筑需要進行標準化設計。裝配式建筑遵循工業(yè)化生產的設計理念，推行模數(shù)協(xié)調和標準化設計。部品部件設計在標準化的基礎上做到系列化、通用化。標準化與多樣化矛盾矛盾解決的好壞，是評價裝配式建筑的重要因素，也是裝配式建筑技術體系中的重要方面。
預制裝配式建筑存在較多的連接節(jié)點，保證這些節(jié)點的質量是確保預制裝配式建筑質量的關鍵，目前節(jié)點的做法對承載力和剛度的要求可較好地實現(xiàn)，但延性往往達不到要求。
另外我國目前主流采用的裝配式混凝土結構體系以出筋搭接為主。這就造成了在進行邊模設置上需要一事一例，對于整個構件成本居高不下也深有影響。
在歐洲廣泛采用不出筋的雙皮墻體系，這就為裝配式建筑模具的自動化組裝以及邊模的反復利用帶來了便捷。對于墻、板類構件，其邊模的使用壽命可以達到幾千上萬次。機械手靈活抓取和拆裝邊模，降低了成本，提高了工效。但是在中國恰好相反，因為裝配式建筑體系未能實現(xiàn)標準化，對于墻、板類構件，其邊模的使用頻次根據(jù)項目大小不同，也就在10-50次左右。這么一對比，中國裝配式建筑僅僅在模具使用這一項的成本就比國外高上百倍。
展開 案例合集4-預制裝配混凝土節(jié)點
若感興趣，可加我qq2170453510。
【經典案例欣賞29】灌漿套筒預制裝配節(jié)點受彎模擬
項目難點：
1、灌漿套筒連接特殊設置；
2、現(xiàn)澆部件與預制部件截面設置；
3、梁剪力鍵接觸設置；
4、復雜模型通法建模。
若有興趣，可加我QQ2170453510。
BIM跟裝配式施工真是絕配
5.各階段BIM應用
深化設計階段：
設計前需對主體結構構件進行合理的拆分設計（依據(jù)裝配式構件拆分原則），以滿足生產及現(xiàn)場裝配需求的單件。前提：節(jié)點標準化，構件模數(shù)化；原則：戶型標準化，廚衛(wèi)間及樓梯模數(shù)化，受力合理、連接簡單、施工方便、少規(guī)格多組合，配筋種類少，飄窗/陽臺/空調板盡量模數(shù)化。模型細度：結構基本信息，預制構件位置、編碼、標高信息，鋼筋屬性信息，埋件材質、品牌（包括線盒等）。
加工階段：
數(shù)字化加工要求，BIM技術需要與加工廠實際水平相適應，BIM模型能輸出不同深度的數(shù)據(jù)結果（差異化共享信息），目前應用較多軟件：SinoCAM、Allplan等，中間可利用IFC/DWG/XLS文件進行軟件間的轉換。模型細度：在設計模型基礎上，加入生產批次信息（如范圍、數(shù)量、工期、分班、工序）、埋件、模型各批次造價等信息。
運輸階段（流程）：
出廠：條碼/RFID掃描，輸入構件信息及質檢信息-上傳共享模型系統(tǒng)；
運輸：車輛、構件匹配，GPS定位跟蹤；
進場：條碼/RFID掃描、核實車輛信息，掃描構件進場登記系統(tǒng)-上傳共享模型系統(tǒng)。
現(xiàn)場安裝階段：
根據(jù)成品構件清單（BIM掛接）及施工BIM模型（移動端應用），安排場內構件運輸、堆放、吊裝、安裝工序，施工完成經驗收合格后，施工信息實時掛接BIM共享模型，進行資料歸檔，核算更新入竣工驗收模型，特別注意三原則：工期計劃統(tǒng)一指揮原則、工程變更統(tǒng)一管理原則、工序全面質量管理原則。模型細度：在加工階段模型基礎上加入：構件安裝批次信息，構件配件屬性信息及圖紙、清單、安裝時間、順序信息等。
混凝土裝配式施工中積極采用BIM技術，將在未來建筑業(yè)發(fā)揮更大的作用！
展開 裝配式PC施工工藝總結，參考學習！
2、裝配式PC混凝土施工
1
構件單位選擇以及生產范圍
PC預制裝配式構件實行工廠化生產選擇專業(yè)預制構件生產單位；裝配式預制構件在工廠加工后，運送到工地現(xiàn)場由總包單位吊裝安裝。
按構件形式和數(shù)量，劃分為外墻裝配式預制外墻板、預制樓梯、陽臺板、凸窗板和設備平臺等PC構件。
2
PC結構運輸、堆場及成品保護
運輸
1.PC結構應考慮垂直運輸，因為這樣既可以避免不必要的損壞，同時又避免了后期的施工難度，裝車前先安裝吊裝架，將PC結構放置在吊裝架子上，然后將PC結構和架子采用軟隔離固定在一起，保證PC結構在運輸?shù)倪^程中不出現(xiàn)不必要的損壞。
為了PC結構進入施工現(xiàn)場以及能夠在施工現(xiàn)場運輸暢通，設置進入現(xiàn)場主大門道路至少8m寬，施工現(xiàn)場道路設置5m寬，保證PC結構運輸車輛能夠在主大門道路雙向通行，保證在施工現(xiàn)場轉彎、直走等方式的暢通。
2.PC陽臺、PC空調板、PC樓梯、設備平臺采用平放運輸，放置時構件底部設置通長木條，并用緊繩與運輸車固定。陽臺、空調板可疊放運輸，疊放塊數(shù)不得超過6塊，疊放高度不得超過限高要求，陽臺板、樓梯板不得超過3塊。
3.運輸預制構件時，車啟動應慢，車速應勻，轉彎變道時要減速，以防墻板傾覆。
展開 【經典案例欣賞17】節(jié)點域鋼套筒組裝式鋼筋混凝土梁柱節(jié)點滯回模擬
項目難點：
1、鋼套筒與混凝土界面參數(shù)設置；
2、通法建模；
3、組合節(jié)點滯回模擬概要。
若有興趣，可加我QQ2170453510。
裝配式剪力墻有哪幾種？
目前工程中常用的裝配式混凝土剪力墻結構有三種：全部或部分預制剪力墻結構、裝配整體式雙面疊合混凝土剪力墻結構、內澆外掛剪力墻結構。
裝配式剪力墻結構種類
（1）全部或部分預制剪力墻結構
全部或部分預制剪力墻結構通過豎縫節(jié)點區(qū)后澆混凝土和水平縫節(jié)點區(qū)后澆混凝土帶或圈梁實現(xiàn)結構的整體連接（圖2-30）。這種剪力墻結構工業(yè)化程度高，預制內外墻均參與抗震計算，但對外墻板的防水、防火、保溫的構造要求較高，是《裝配式混凝土結構技術規(guī)程》（JGJ 1-2014）中推薦的主要做法。
圖2-30 預制剪力墻
（2）裝配整體式雙面疊合混凝土剪力墻結構
裝配整體式雙面疊合混凝土剪力墻結構將剪力墻從厚度方向劃分為三層，內外兩側預制，通過桁架鋼筋連接，中間現(xiàn)澆混凝土，墻板豎向分布鋼筋和水平部分鋼筋通過附加鋼筋實現(xiàn)間接連接（圖2-31）。
裝配整體式雙面疊合混凝土剪力墻結構的豎向受力鋼筋布置于預制雙面疊合墻內，在樓層接縫處布置上下搭接受力鋼筋，并在預制雙面間隙內澆筑混凝土形成雙面疊合剪力墻。國家標準《裝配式混凝土建筑技術標準》（GB/T51231-2016）中明確該結構適用于抗震設防烈度8度及以下地區(qū)、建筑高度不超過90m的裝配式房屋。
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