全預(yù)制裝配式車站節(jié)點(diǎn)的連接方式研究*

鐘春玲　李　雷

(吉林建筑大學(xué)土木工程學(xué)院，長春　130118)

全預(yù)制裝配式車站節(jié)點(diǎn)的連接方式研究*

鐘春玲李雷

(吉林建筑大學(xué)土木工程學(xué)院，長春130118)

摘要：以長春某裝配式地鐵車站的建造為工程背景，對裝配式地鐵車站節(jié)點(diǎn)進(jìn)行探索。通過對比和分析全預(yù)制裝配式地鐵車站新型節(jié)點(diǎn)與國內(nèi)已有的裝配式節(jié)點(diǎn)的連接，研究這種新型節(jié)點(diǎn)的現(xiàn)實(shí)實(shí)用性，為探索出能夠適合地下裝配式車站節(jié)點(diǎn)連接的方法和對其抗震性能提供了新的方法和思路。

關(guān)鍵詞：裝配式；地鐵；節(jié)點(diǎn)選擇；抗震

隨著綠色施工和文明施工的大力發(fā)展和推廣，裝配式結(jié)構(gòu)也在快速地發(fā)展和運(yùn)用中，裝配式結(jié)構(gòu)施工方便、建筑速度快、對周邊工作生活影響小、預(yù)制結(jié)構(gòu)工期短、投資回收快，在設(shè)計(jì)和生產(chǎn)時(shí)可以充分利用建筑廢棄物，可以實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化生產(chǎn)和現(xiàn)代化控制等諸多優(yōu)點(diǎn)。裝配式結(jié)構(gòu)能夠很好地解決建筑中的速度、質(zhì)量、效益、工期等方面的問題，所以許多國家都把預(yù)制化作為技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要的標(biāo)志[1]。地下裝配式結(jié)構(gòu)的應(yīng)用也取得了一定的成就，地下裝配式結(jié)構(gòu)大多被運(yùn)用到地鐵的建設(shè)過程中。尤其在一些發(fā)達(dá)的國家地下裝配式結(jié)構(gòu)運(yùn)用達(dá)到了一定的成就，并且還形成了一定的理論體系，所以地下裝配式結(jié)構(gòu)在未來的發(fā)展過程中將得到很大的運(yùn)用和發(fā)展。但是由于地下裝配式結(jié)構(gòu)的運(yùn)用時(shí)間短，還有很多方面的知識(shí)不能形成理論，需要不斷進(jìn)行探索和研究。其中，地下裝配式結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)選擇和其抗震性能是探索和研究的重點(diǎn)。

1裝配式結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)連接與分析

1.1　常用地上結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)連接方式

1.1.1榫式連接

榫式連接做法是把上節(jié)柱的下端混凝土做成承受施工荷載的榫頭，見圖1。上柱和下柱在安裝時(shí)確保外露的受力鋼筋對準(zhǔn)，并剖口焊接，然后配置一定量的箍筋，見圖2。用高標(biāo)號水泥或膨脹水泥拌制并且比柱子混凝土設(shè)計(jì)標(biāo)號高的細(xì)石混凝土進(jìn)行接頭灌溉形成整體，見圖3。其優(yōu)點(diǎn)是接頭性能良好，安裝校正方便，耗鋼量少，施工質(zhì)量有保證，特別對于豎向荷載有很好的傳遞作用。其缺點(diǎn)是由于采用剖口焊接，工作量大，鋼筋易錯(cuò)位，可能對混凝土強(qiáng)度有損害，同時(shí)二次澆灌工作量大，且施工不方便。榫式連接方式主要被運(yùn)用到房屋框架結(jié)構(gòu)中[1-2]。

圖1 榫式榫頭　　　　　　　　　　　　圖2 榫式剖口　　　　　　　　　　　圖3 灌注形成整體

1.1.2插入式連接

插入式連接構(gòu)造特點(diǎn)是將上面的柱子做成榫頭，見圖4，而下面的柱子做成杯口，見圖5，榫頭與杯口間的接縫用高標(biāo)號水泥砂漿填實(shí)形成整體[2]，見圖6。其優(yōu)點(diǎn)是剛性連接插入式接頭在冬季施工方便，不受氣候影響，施工簡便，安裝速度快。缺點(diǎn)是榫頭處理和杯口處用鋼量大，上下柱體鋼筋在水平的交接處受外力易斷開，所以在外力的作用下只靠榫頭內(nèi)的鋼筋搭接傳遞從而造成水平接縫過早破壞，影響整體的穩(wěn)定性。插入式連接構(gòu)造適用于民用建筑和一般多層工業(yè)建筑，但對于有抗震要求的一些結(jié)構(gòu)則不宜作用。

圖4 插入式榫頭　　　　　　　　　　　圖5 插入式杯口　　　　　　　　　圖6 水泥砂漿填實(shí)形成整體

1.1.3明牛腿連接

在使用預(yù)制裝配式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的多層廠房中，大多采用明牛腿節(jié)點(diǎn)[2]，見圖7。明牛腿的承載力很高，豎向力能夠可靠的傳遞，節(jié)點(diǎn)的剛性好。優(yōu)點(diǎn)是明牛腿適用于樓面承受荷載較大的工業(yè)建筑，且此種連接接受力明確可靠，焊接量小，安裝方便，能承受較多的節(jié)點(diǎn)剪力。缺點(diǎn)是占用空間大，影響美觀。牛腿接連的方式在干式連接中相當(dāng)普遍，廠房的空間很大對牛腿的建筑要求不高。明牛腿式節(jié)點(diǎn)適用于那些對美觀要求不高的房屋建筑和吊車梁支庫。

圖7 明牛腿　　　　　　　　圖8 暗牛腿

1.1.4暗牛腿連接

為了避免影響設(shè)備使用空間和利于建筑的美觀，則把柱子的牛腿做成暗牛腿[2]，見圖8。優(yōu)點(diǎn)是牛腿不需要外露，外型美觀，同時(shí)為連接處的外形構(gòu)造和設(shè)備安裝等創(chuàng)造了良好的條件。缺點(diǎn)是二次澆灌混凝土不宜密實(shí)，能承載的節(jié)點(diǎn)豎向荷載能力較小，不利于靜力和動(dòng)力的設(shè)計(jì)。暗牛腿式節(jié)點(diǎn)適用于預(yù)制長柱體系施工的民用建筑和多層輕工業(yè)廠房。

1.1.5螺栓連接

螺栓連接的接頭能夠安裝迅速利落，拆裝方便，缺點(diǎn)是螺栓位置的預(yù)制必須制作得特別精確，運(yùn)輸和安裝時(shí)要盡量避免受彎、避免螺紋損傷和污染，同時(shí)當(dāng)有螺栓孔或者螺栓的螺紋受到破壞，其維修或更換的施工操作就比較復(fù)雜。使用螺栓連接的連接構(gòu)造普遍復(fù)雜、連接構(gòu)件也相對較多。圖9所示的為明牛腿和預(yù)制梁用螺栓連接的情況，圖10為暗牛腿和預(yù)制梁用螺栓連接的情況。上述兩種螺栓連接可以抵抗較小的梁端彎矩和扭矩。螺栓連接節(jié)點(diǎn)多應(yīng)用在多層輕工業(yè)廠房。

圖9 明牛腿和預(yù)制梁用螺栓連接

圖10 暗牛腿和預(yù)制梁用螺栓連接

1.2　常用地下結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的連接方式

1.2.1現(xiàn)場直接灌注混凝土節(jié)點(diǎn)

灌注混凝土節(jié)點(diǎn)是最原始也是最簡單、經(jīng)濟(jì)、可靠的接頭方式，縱向和橫向均可采用，節(jié)點(diǎn)是完全剛性的。這種節(jié)點(diǎn)外型簡單、制作和安裝方便、節(jié)點(diǎn)整體性能良好等優(yōu)點(diǎn)，多適用于民用建筑、公共建筑和多層輕工業(yè)建筑。

1.2.2采用普通螺栓連接的節(jié)點(diǎn)

普通螺栓連接的節(jié)點(diǎn)構(gòu)造簡單[3-4]，見圖11。較多地用于裝配式管片的接頭連接，施工工藝也相對簡單，由于預(yù)留的螺栓孔直徑較螺栓直徑大一些。所以能夠適應(yīng)一定量的誤差，在構(gòu)件上也可以預(yù)留螺栓手孔，方便安裝。現(xiàn)在國內(nèi)地鐵盾構(gòu)隧道襯砌管片的接頭連接多采用這種節(jié)點(diǎn)連接。

圖11 普通螺栓連接

圖12 預(yù)應(yīng)力緊固的螺栓連接[3]

1.2.3采用預(yù)應(yīng)力緊固的螺栓節(jié)點(diǎn)

預(yù)應(yīng)力緊固的螺栓節(jié)點(diǎn)方式[3-4]，見圖12。與鋼筋混凝土管片的接頭形式有點(diǎn)相同，用預(yù)應(yīng)力代替盾構(gòu)千斤頂?shù)耐屏?，屬于柔性的，在?gòu)件間設(shè)置止水條止水。為了使構(gòu)件能夠起到較好的防水效果，安裝時(shí)需要施加一定的預(yù)應(yīng)力。這種接頭構(gòu)造上比較復(fù)雜，必須采用特殊的螺栓連接構(gòu)件，連接完成后要用無收縮水泥進(jìn)行填充螺栓周圍的空隙。預(yù)應(yīng)力緊固的螺栓節(jié)點(diǎn)在深圳某地鐵車站建設(shè)中得到運(yùn)用。

此外，還有一些其他形式的地鐵裝配式車站節(jié)點(diǎn)連接方式，在這里不再一一介紹，如能夠自行緊固的榫頭接頭、預(yù)埋鋼板焊接接頭、槽板雙螺栓連接、曲桿螺栓連接接頭等，這些接頭方式在地鐵明挖區(qū)間的裝配式襯砌中得到應(yīng)用。

2新型地鐵裝配式車站節(jié)點(diǎn)

長春甘地鐵車站裝配式結(jié)構(gòu)[5]是采用7塊管片拼裝而成，見圖13。每一塊管片都是在預(yù)制廠進(jìn)行加工，然后再運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場進(jìn)行拼裝，這是一般裝配式結(jié)構(gòu)所采用的施工途徑。但是在拼裝的過程中，管片采用了錯(cuò)縫[6]和通縫的拼裝施工手法，即A與B，D與E均采用錯(cuò)縫拼裝，其余的均采用通縫。而管片間的節(jié)點(diǎn)連接采用的是榫接的形式，同時(shí)環(huán)與環(huán)之間采用精軋螺紋鋼進(jìn)行張拉鎖定，牛腿位置除D，E塊采用精軋螺紋鋼連接其余均采用高強(qiáng)度螺栓連接，把榫式連接同螺紋鋼進(jìn)行張拉相結(jié)合的施工方法不僅能夠更好的把榫式結(jié)構(gòu)的不足和螺紋鋼連接的不足進(jìn)行彌補(bǔ)，同時(shí)還能把他們的優(yōu)點(diǎn)很好地利用。這種施工方法的優(yōu)點(diǎn)是施工進(jìn)度快，不用焊接，節(jié)省材料。采用張拉法克服了裝配式結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)受力可靠性差的缺點(diǎn)，冬季施工不受影響；缺點(diǎn)是管片的強(qiáng)度要求很高，拼裝的精確度不好控制。現(xiàn)在主要運(yùn)用在長春某地鐵車站的裝配式結(jié)構(gòu)中。

圖13 長春某地鐵車站裝配式結(jié)構(gòu)

此裝配式地鐵車站節(jié)點(diǎn)的防水設(shè)計(jì)是結(jié)構(gòu)自防水、接縫防水盒頂板外防水，接縫防水采用的是2道密封條和1道防水嵌縫，對于榫槽注漿所采用的是改性環(huán)氧樹脂漿料。

3地下裝配式結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)抗震性能分析

在地下工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)方面 ，據(jù)國內(nèi)有關(guān)設(shè)計(jì)單位介紹，在進(jìn)行地鐵車站設(shè)計(jì)時(shí)，考慮到土的阻尼和約束作用，一般就不進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)。然而，從1995年1月日本神戶地震的震害調(diào)查表明，神戶的地鐵車站在這次地震中車站結(jié)構(gòu)遭受了嚴(yán)重破壞。由于這是第一起地下結(jié)構(gòu)遭受的嚴(yán)重震害，因而引起人們的關(guān)注。

預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)關(guān)鍵性在于保證結(jié)構(gòu)體系的整體性，為此裝配式結(jié)構(gòu)必須合理地研究設(shè)計(jì)預(yù)制件間的連接方法，提高連接部位整體連續(xù)性能，從而保證結(jié)構(gòu)體系的整體性，并使其具有盡可能多的贅余度，而超靜定結(jié)構(gòu)比靜定結(jié)構(gòu)具有更高的安全性和更好的抗震性能。

對于地下結(jié)構(gòu)抗震理論和設(shè)計(jì)方法進(jìn)行系統(tǒng)而深入的研究是一個(gè)現(xiàn)實(shí)而又迫切的課題。研究地下結(jié)構(gòu)在地震作用下的反應(yīng)情況，無論對研究地下結(jié)構(gòu)的震害，還是對地下結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)都有特殊的意義。同時(shí)，由于裝配式地下工程結(jié)構(gòu)本身所具有的特殊性，對其抗震的研究更有必要性和工程意義。國內(nèi)對于裝配式地下結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)理論研究還處于摸索階段。

4結(jié)語

地上裝配式結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的處理達(dá)到一定的成就，在以后的研究中可以借鑒地上裝配式節(jié)點(diǎn)的理論和方法，并加以創(chuàng)新。地下工程由于本身的復(fù)雜性和受技術(shù)水平的限制，如果節(jié)點(diǎn)處理不善，極易造成漏水，消弱其受力性能，在地震設(shè)防區(qū)產(chǎn)生的影響更大。因此在地下裝配式車站的建設(shè)過程中，要多方面考慮裝配式節(jié)點(diǎn)的受力性、防水性、可操作性、抗震性、經(jīng)濟(jì)性、使用性等，使地下裝配式節(jié)點(diǎn)的選擇更加合理、使用性更加耐久。

參考文獻(xiàn)

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[6] 王如路，宋博，王棋，鄭彬.雙圓盾構(gòu)隧道襯砌錯(cuò)縫拼裝整環(huán)試驗(yàn)及結(jié)構(gòu)分析[J].地下工程與隧道，2001(1)：12-15.

*基金項(xiàng)目：吉林省科技發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目(20120432)；吉林省教育廳項(xiàng)目(吉教科合字2014第220號).

Exploration of Prefabricated Station

ZHONG Chun-ling，LI Lei

(SchoolofCivilEngineering,JilinJianzhuUniversity,Changchun,China130118)

Abstract：A prefabricated joints are discussed in changchun for the construction of the subway station as engineering background.Preliminary discussion on the whole prefabricated subway station with the domestic existing fabricated new node connection comparison and analysis,research the reality of the new node.A new method and thought are provided to explore the joint connection method suitable for prefabricated underground station performance.

Keywords:assembly type；the subway；joint selection；anti-seismic

中圖分類號：TU 248.2

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：2095-8919(2015)06-0001-04

作者簡介：鐘春玲(1973~),女,吉林省長春市人,教授,博士.

收稿日期：2015-04-03.