装配式框架结构设计方法及实例应用

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北京构力科技有限公司,上海中森建筑与工程设计顾问有限公司 著
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出版社: 中国建筑工业出版社
ISBN:9787112217410
版次:1
商品编码:12352846
包装:平装
开本:16
出版时间:2018-04-01
用纸:胶版纸

具体描述

内容简介

本丛书基于十三五国家重点研发计划项目《基于BIM的预制装配建筑体系应用技术》成果,重点介绍基于BIM技术的预制装配式建筑设计、生产和施工全产业链的集成应用体系,对推广装配式建筑的正确设计流程具有重要意义。本册主要介绍通过BIM技术如何完成装配式框架结构全专业协同设计,并结合国标规范和项目实例使读者快速掌握设计要点和技巧,深入理解装配式建筑的设计特点和难点。本书适合设计单位、EPC企业、构件生产厂、建筑类高等院校相关专业人员阅读。



装配式框架结构设计方法及实例应用 引言:绿色建筑浪潮下的结构革新 在全球日益关注可持续发展与环境保护的大背景下,建筑行业正经历着一场深刻的变革。传统现浇混凝土结构因其施工周期长、环境污染重、资源浪费大等弊端,正逐步被更为高效、环保的建筑方式所取代。装配式建筑,作为绿色建筑的重要组成部分,以其预制化生产、现场装配的特点,成为推动建筑行业转型升级的关键力量。其中,装配式框架结构以其结构性能优越、适用范围广、设计理念先进等优势,逐渐成为住宅、公共建筑等领域的主流选择。 本书旨在系统梳理和深入探讨装配式框架结构的设计理念、关键技术、计算方法以及实际工程应用。我们将从宏观的设计原则出发,逐步深入到微观的构件连接、节点设计,并结合丰富的实例,为从事建筑设计、工程施工、科研教学等领域的专业人士提供一套全面、实用的指导。本书内容力求严谨、准确,理论与实践相结合,希望能为我国装配式建筑事业的发展贡献一份力量。 第一章:装配式框架结构的理论基础与发展现状 1.1 装配式建筑的定义、优势与发展历程 本章将首先对装配式建筑进行清晰的定义,阐述其核心特征——构件的工厂化预制和现场的标准化安装。随后,我们将深入剖析装配式建筑相对于传统现浇结构的突出优势,包括: 提高施工效率与缩短工期: 工厂化生产可以不受天气等外部因素影响,流水线作业大大提升生产效率,现场安装则更为快捷。 保证工程质量与精度: 工厂内的专业化生产设备和严格的质量控制体系,能够保证构件尺寸精度和内在质量,现场安装则基于标准化连接,减少人为误差。 降低环境污染与资源消耗: 现场湿作业大幅减少,噪音、粉尘等污染降低;精确的材料计算与预制,有效减少材料浪费;可回收利用的材料比例增加。 改善施工环境与工人劳动条件: 减少现场高强度、重复性劳动,提高工作安全性与舒适度。 促进建筑产业现代化: 推动设计、生产、施工一体化,实现建筑业的工业化转型。 接着,我们将回顾装配式建筑在国内外的发展历程,从早期简单的砌块建筑,到现代化的钢结构、混凝土结构预制技术,分析不同阶段的技术特点与发展瓶颈,以及推动装配式建筑发展的关键政策和市场因素。 1.2 装配式框架结构的特点与分类 装配式框架结构是指由预制好的梁、柱、墙板等构件,通过特定的连接节点在现场组装而成的框架体系。本节将详细介绍装配式框架结构的独特构成要素,包括: 预制梁: 梁的类型、截面形式、配筋方式等预制设计要点。 预制柱: 柱的截面形式、连接节点、底部支撑方式等关键考虑。 预制墙板: 作为围护或承重构件的墙板,其连接方式、刚度贡献等。 连接节点: 这是装配式结构设计的灵魂所在。我们将重点阐述梁柱节点、柱墙节点、梁墙节点等各种典型连接节点的类型、构造要求、传力机制与设计要点。 根据构件的材质、连接方式以及承重体系的不同,装配式框架结构可以分为多种类型。本章将对这些分类进行梳理,例如: 预制混凝土框架结构: 强调构件的整体性和连接的可靠性。 钢-混凝土混合框架结构: 结合钢结构的轻质高强与混凝土结构的防火性。 钢框架结构(部分预制): 侧重钢构件的工厂制造与现场连接。 每种类型都将分析其各自的适用范围、技术优势和潜在挑战。 1.3 装配式框架结构的设计原则与发展趋势 本书的设计理念将紧密围绕“标准化、模数化、集成化”展开。我们将深入探讨: 标准化与模数化设计: 如何通过统一构件尺寸、连接方式,实现构件的通用性和互换性,降低生产和施工成本。 集成化设计: 将结构、围护、设备管线等进行一体化设计,提高空间利用率和施工效率。 全寿命周期设计: 考虑建筑从设计、建造、使用到拆除的整个过程,优化材料选择和结构耐久性。 参数化设计与BIM技术应用: 介绍如何利用先进的设计工具,实现设计的自动化、精细化和可视化,提高设计效率和质量。 最后,本章将展望装配式框架结构未来的发展趋势,如智能化设计、高性能材料应用、与新能源技术融合等,为读者描绘行业未来的发展蓝图。 第二章:装配式框架结构的关键设计技术 2.1 构件设计与制作要求 本章将聚焦于装配式框架结构的核心——预制构件的设计与制作。 预制梁的设计: 详细介绍预制梁的截面形式选择(如T型梁、箱型梁等)、配筋构造(如预留锚固筋、架立筋等)、抗裂、抗剪、抗弯等设计验算要求。重点关注预制梁端部与节点连接处的构造要求,以保证力的有效传递。 预制柱的设计: 阐述预制柱的截面形式(如方形、圆形、H型钢等)、配筋构造(如纵筋、箍筋、锚固筋等)、与基础、梁、墙的连接构造。特别强调柱底与基础的连接设计,以保证整体结构的稳定性。 预制墙板的设计: 讨论预制墙板的类型(如内墙板、外墙板、剪力墙板等)、结构形式、配筋要求、洞口处理等。强调墙板边缘的连接构造,以及其在抵抗水平力中的作用。 构件制作的精度要求: 明确构件尺寸、外观、表面质量、钢筋位置等方面的制作精度标准,以及这些精度对后续安装和结构整体性能的影响。 构件耐久性设计: 考虑构件在制作、运输、安装和使用过程中的耐久性,例如混凝土的抗冻融、抗腐蚀性能,钢材的防锈处理等。 2.2 连接节点的设计与构造 连接节点是装配式框架结构设计的重中之重,直接关系到结构的整体性、承载能力和延性。本节将对各类典型节点进行深入剖析: 梁柱连接节点: 预制混凝土梁柱节点: 介绍湿法连接(后浇混凝土)、半干法连接(部分后浇)和干法连接(金属连接件)的构造形式,如套筒灌浆连接、榫卯连接、螺栓连接等。详细阐述节点域的构造、配筋要求、受力分析与设计验算。 钢-混凝土混合梁柱节点: 探讨钢梁与混凝土柱、钢柱与混凝土梁等的连接方式,如锚栓连接、焊接连接、螺栓连接等,并关注其在传力机制和延性方面的特点。 柱墙连接节点: 分析预制柱与预制墙板、预制柱与剪力墙板的连接构造,如插接、搭接、螺栓连接、焊接连接等,并讨论其在抵抗水平荷载中的作用。 梁墙连接节点: 介绍预制梁与预制墙板、预制梁与剪力墙板的连接构造,以确保楼板荷载的有效传递。 基础与柱的连接: 强调预制柱底部与基础连接的重要性,介绍灌浆套筒连接、预埋螺栓连接等方式,并说明其对结构稳定性的影响。 节点构造细节: 重点讲解构件伸出长度、锚固方式、连接件的选用与布置、灌浆材料的选择与施工工艺等细节,确保连接的可靠性与耐久性。 节点延性设计: 强调在地震等动力作用下,连接节点的延性性能对结构整体抗震能力的关键作用,介绍提高节点延性的设计方法。 2.3 整体结构分析与抗震设计 装配式框架结构的整体结构分析与传统现浇结构有所不同,需要充分考虑构件之间的连接特性。 计算模型的建立: 探讨如何根据不同的连接方式,建立合适的计算模型,例如采用集中质量法、广义坐标法等。重点关注连接节点的刚度模拟,以及其对结构动力特性的影响。 荷载计算: 详细介绍恒荷载、活荷载、风荷载、地震作用等各类荷载的计算方法,并考虑装配式结构特有的构件自重、连接件自重等。 结构整体分析方法: 介绍采用有限元分析软件进行结构整体分析的流程,包括模型的建立、荷载施加、求解与结果后处理。 抗震设计原则: 阐述装配式框架结构在抗震设计中的基本原则,如“强连接、弱构件”的理念,确保结构在地震作用下的整体安全性。 抗震验算: 详细介绍静力弹塑性分析(Pushover)、动力弹塑性分析(Time History)等抗震验算方法,以及在设计中需要关注的抗震性能指标,如层间位移角、构件屈服顺序等。 考虑构件滑移和转动的效应: 分析预制结构连接节点在受力时可能出现的滑移和转动,以及这些效应对结构整体刚度和承载能力的影响,并提出相应的设计对策。 整体稳定设计: 强调装配式框架结构在风荷载、地震作用下以及不同使用阶段的整体稳定性验算。 第三章:装配式框架结构实例应用 本章将通过一系列具有代表性的工程实例,生动展示装配式框架结构的设计、施工与应用。每个实例都将从项目的背景、设计理念、结构体系选择、关键技术应用、施工难点与解决措施、最终效果等方面进行详细介绍。 3.1 住宅项目实例 高层住宅楼: 介绍采用预制混凝土框架结构或钢-混凝土混合框架结构在高层住宅中的应用。重点展示梁柱节点、楼板与墙板连接等细节,以及其在标准化、工业化生产方面的优势。 多层住宅小区: 针对多层住宅,展示采用不同连接方式的预制框架结构,如干法连接在施工便捷性上的体现。 3.2 公共建筑项目实例 办公楼: 探讨装配式框架结构在办公楼中的设计与应用,包括大跨度梁的设计、灵活的隔墙布置等。 商业综合体: 介绍在大型商业建筑中,如何通过装配式框架结构实现快速建造和空间的可变性。 学校、医院等: 分析在对结构性能、使用功能有特殊要求的公共建筑中,装配式框架结构的适用性与设计要点。 3.3 特殊结构类型实例 带转换层的装配式框架结构: 介绍在结构层数、荷载传递方式发生变化的特殊情况下的设计处理。 大跨度装配式框架结构: 探讨如何通过优化构件截面、采用组合结构等方式,实现大跨度空间的设计。 3.4 施工安装过程中的技术要点与经验分享 在每个实例的介绍中,都将结合实际施工情况,重点突出以下内容: 构件的运输、堆放与吊装: 介绍装配式构件在运输、堆放过程中的注意事项,以及各种吊装设备和方法的选择。 现场连接与灌浆施工: 详细阐述现场连接的工艺流程、质量控制要点,特别是后浇混凝土的配合比、养护等,以及灌浆材料的选用和施工技术。 测量与校正: 强调现场安装过程中的测量精度控制,以及出现偏差时的校正方法。 质量控制与安全管理: 介绍装配式施工过程中,针对连接节点、构件安装等环节的质量控制措施,以及现场安全生产管理要点。 施工技术创新与难点解决: 分享在项目实施过程中遇到的技术难题,以及通过创新方法解决的经验。 第四章:装配式框架结构设计规范与标准解读 本章将对当前我国装配式框架结构设计相关的国家标准、行业标准和地方标准进行系统解读,帮助读者理解和掌握相关法规要求。 国家相关设计规范: 重点解读《装配式混凝土结构技术规范》(GB 50981)、《钢结构设计标准》(GB 50017)等在装配式设计中的应用,以及其他相关规范。 行业标准与图集: 介绍行业内常用的装配式构件、连接节点等相关的技术标准和标准图集,为设计提供参考。 地方性规定与政策导向: 简要介绍各地区在装配式建筑发展方面的政策支持和相关规定。 标准条文解读与应用示例: 对规范中的关键条文进行详细解释,并结合实际工程案例,说明其在设计中的具体应用方法。 未来标准发展趋势: 探讨我国装配式建筑设计标准的未来发展方向,例如与国际标准的接轨、新技术的纳入等。 结论 装配式框架结构代表着建筑行业未来的发展方向。本书通过系统介绍其理论基础、关键设计技术、丰富的实例应用以及相关的设计规范,旨在为广大从业人员提供一套全面、深入的学习资源。我们希望本书能够帮助读者掌握装配式框架结构的设计精髓,提高设计水平,应对实际工程中的挑战,并最终推动我国绿色建筑和建筑产业现代化进程迈上新台阶。 致谢 感谢所有为本书的编写提供支持和帮助的专家、学者和工程师。 参考文献 (此处列出本书引用的相关文献、标准、图集等。)

用户评价

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在结构智能化设计与BIM技术融合方面,这本书的阐述是比较初步的。我本以为会看到更多关于如何利用BIM技术进行装配式框架结构的三维建模、碰撞检测、信息集成,以及如何将结构设计与智能化控制系统相结合的内容。书中对BIM技术的提及,更多地停留在概念层面,并没有深入介绍具体的应用流程和技术细节。例如,如何利用BIM模型进行装配式构件的深化设计、预制构件的加工图生成、施工模拟与优化;如何通过BIM技术来实现结构健康监测、智能运维等功能。我希望能够看到更多关于BIM在装配式结构设计、施工、运维全过程的应用案例,以及如何通过智能化设计来提升结构的性能和使用效率。

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这本书在结构整体稳定性分析方面,虽然有提及,但并没有深入探讨。我期望能够看到更多关于装配式框架结构在承受风荷载、地震作用以及其他不利因素时,其整体稳定性的详细分析方法。特别是对于高层或超高层装配式框架结构,如何进行整体倾覆稳定、滑移稳定、以及构件连接处的整体性验算,书中并没有给出足够详尽的指导。我希望书中能够包含更多关于结构动力学分析、风致振动分析、以及地震响应分析的理论和方法,并结合装配式框架结构的特点,给出具体的计算实例和控制要点。例如,对于框架结构中的剪力墙、核心筒等稳定构件,在装配式设计中的作用和构造要求,以及如何通过合理的结构布置来提高整体稳定性,这些都是我非常关注的内容。同时,书中对于结构变形控制,比如侧向位移、层间位移角的控制,以及如何通过设计来减小结构的变形,也应该有更详尽的论述。

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这本书的内容,我从头到尾都仔细研读了一遍,但说实话,它在某些方面并没有完全达到我最初的期待,或者说,它所涵盖的范围比我预设的要窄一些。例如,在关于装配式框架结构连接节点的详细设计方面,我本以为会看到更多针对不同连接类型,比如梁柱连接、梁梁连接、柱柱连接等,在不同荷载工况下的详细计算过程和理论推导。书中虽然给了一些实例,但这些实例在复杂性上显得有些过于简化,未能充分展现真实工程中可能遇到的各种复杂连接节点形式,以及如何通过精细化设计来应对这些挑战。特别是在抗震设计方面,对于延性设计、耗能机制的讨论,以及如何通过节点设计来优化结构的整体抗震性能,我觉得还有很大的提升空间。我希望能够看到更多关于节点域受力分析的深入探讨,以及不同节点构造措施在实际应用中的优缺点对比,而不是仅仅停留在通用性的介绍上。同时,书中对于不同连接节点的构造细节,例如钢筋的锚固、搭接长度的选取,以及节点域混凝土的配筋形式,也缺乏更具体、更详尽的指导。在这一点上,我感觉书中提供的指导性相对较弱,对于初学者来说,可能还需要查阅更多的相关规范和文献才能完全理解。

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对于这本书,我最深的感受是它在材料选择与性能分析这一块,可以做得更加深入和多元。书中虽然提到了几种常用的装配式框架结构构件材料,比如钢筋混凝土、预制混凝土构件等,但对于这些材料在不同环境条件下的长期耐久性、抗腐蚀性、防火性能等方面,缺乏系统性的分析。我尤其期望能看到更多关于高性能混凝土、新型复合材料,或者绿色环保型材料在装配式框架结构中的应用探讨,以及它们在性能、成本、施工便利性等方面的优劣势对比。例如,书中对一些高性能混凝土的抗裂性、抗渗性、高强度的具体表现,以及如何在实际工程中合理应用这些材料来提升结构的整体性能,几乎没有提及。此外,对于预制构件在生产、运输、存储过程中可能遇到的质量控制问题,以及如何通过先进的检测手段来保证预制构件的质量,书中也显得有些泛泛而谈。我希望能够看到更多关于材料性能试验方法、质量评价标准,以及不同材料组合下的结构性能模拟分析的内容,这对于指导实际工程设计和施工具有非常重要的意义。

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这本书在耐久性与维护管理方面,我觉得内容有些欠缺。装配式框架结构作为一种新型的建筑体系,其长期耐久性和维护管理的策略,对于保障建筑物的安全和延长使用寿命至关重要。我期望能够看到更多关于装配式框架结构在不同环境条件下的耐久性评估,比如材料的老化、构件的腐蚀、接缝的渗漏等问题,以及如何通过设计和材料选择来提高其耐久性。同时,对于装配式结构的日常维护、定期检测、以及常见故障的预防和修复,书中也应该有更详细的指导。例如,如何对预制构件的接缝进行检查和维护,如何对钢筋连接件进行防腐处理,以及如何对结构进行健康监测和评估,这些都是实际应用中不可或缺的内容。

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在关于装配式框架结构的施工技术方面,这本书给我的感觉是,它更侧重于理论性的介绍,而在实际操作层面的细节和难点探讨上,则显得不够充分。书中描述了一些装配式结构的施工流程,但对于一些关键工序,比如构件的吊装、就位、连接、以及接缝的处理等,并没有详细阐述其技术要点和质量控制措施。我期望能够看到更多关于不同类型预制构件(如预制梁、预制柱、预制墙板)的安装技术,以及在复杂场地条件下的施工难点和解决方案。比如,在狭小空间内如何进行大型预制构件的精准吊装,如何有效控制构件的安装精度,以及如何保证预制构件之间连接的牢固性和密封性,这些都是实际施工中非常关键的问题。此外,书中对于施工过程中可能出现的各种质量问题,例如构件变形、裂缝、错位等,以及如何采取预防和纠正措施,也缺乏深入的讨论。我希望能够看到更多关于施工现场质量检测、安全管理、环境保护等方面的具体指导,这对于保障装配式框架结构的施工质量和工程进度至关重要。

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这本书在结构经济性分析和成本控制方面,我认为还有很大的提升空间。虽然书中在介绍设计方法时,会涉及到一些成本的考量,但并没有专门的章节来深入探讨装配式框架结构在全生命周期内的经济性分析,以及如何通过优化设计来降低工程造价。我期望能够看到更多关于材料成本、生产成本、运输成本、安装成本、以及后期维护成本等方面的详细分析,并给出一些具体的节约成本的策略和方法。例如,如何通过合理的构件尺寸和连接节点设计,来减少钢筋和混凝土的用量;如何通过优化预制构件的生产和运输方案,来降低生产和运输成本;如何通过提高施工效率,来缩短施工周期,减少人工费用。此外,书中对于绿色建材的使用、废弃物处理等环保措施在经济性上的考量,也应该有所涉及。

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关于装配式框架结构在不同工程类型中的应用实例,这本书所提供的范例,在我看来,还是略显单一。虽然书中列举了几个住宅、公共建筑等类型的项目,但对于一些更具挑战性的工程,比如工业厂房、桥梁、或者一些特殊功能性建筑,装配式框架结构的适用性和设计方法,书中并没有深入涉及。我非常希望能看到更多关于装配式框架结构在这些特殊工程领域中的应用案例,以及针对不同工程需求,如何进行结构形式的优化和设计方法的调整。例如,对于需要承受较大荷载的工业厂房,如何采用装配式框架结构来实现大跨度、大空间的布置,以及如何保证结构的承载能力和稳定性;对于桥梁工程,装配式预制梁、预制桥墩的设计和连接技术,以及如何确保桥梁的整体性和耐久性。书中对于这些方面的探讨,显得比较薄弱,未能充分展现装配式框架结构在广泛工程领域的潜力。

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对于书中提供的案例研究,我注意到其在参数选取和场景设定上,似乎过于理想化,未能充分反映真实工程中可能面临的各种复杂性和不确定性。我期望能够看到更多具有代表性的、涵盖不同地区、不同建筑类型、以及不同设计标准下的装配式框架结构案例。例如,一些在复杂地质条件下的应用,或者在极端气候条件下的设计,亦或是与现有建筑体系相结合的改造项目。此外,案例研究中对于荷载的设定、材料性能的取值,以及计算模型的选择,如果能够更贴近实际工程中的变异性和偶然性,并给出不同情景下的分析结果,将更有助于读者理解装配式框架结构设计的鲁棒性和可靠性。我希望书中能够更详尽地说明案例研究背后的设计逻辑和决策过程,以及在实际实施过程中可能遇到的技术难题和解决方案。

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关于装配式框架结构在抗风性能和抗震性能的对比分析,这本书并没有专门展开。我期望能够看到更详细的对比研究,来分析这两种极端荷载作用下,装配式框架结构可能出现的不同反应和失效模式。例如,在强风作用下,框架结构可能出现的风致振动、整体倾覆等问题,以及如何通过结构设计和构件连接来提高其抗风能力;在地震作用下,框架结构可能出现的塑性铰形成、节点破坏、甚至整体倒塌等风险,以及如何通过延性设计、耗能减震等措施来提高其抗震性能。书中对于这两种荷载作用下,装配式框架结构的设计原则、验算方法、以及相关的构造要求,应该有更清晰的界定和对比,这对于工程实践具有重要的指导意义。

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