論裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點(diǎn)連接技術(shù)

【摘 要】 通過研究裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點(diǎn)的連接技術(shù)，有效地減少現(xiàn)場濕作業(yè)量、加快施工速度、節(jié)約材料。本文主要介紹了現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點(diǎn)加固技術(shù)，綜述了新型裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點(diǎn)連接技術(shù)和施工要求。

【關(guān)鍵詞】 裝配式混凝土；框架結(jié)構(gòu)；現(xiàn)澆鋼筋混凝土；梁柱節(jié)點(diǎn)；連接技術(shù)

【Abstract】 By studying the connection technology of beam-column joints in prefabricated concrete frame structures， we can effectively reduce the amount of on-site wet work， speed up construction， and save materials. This paper mainly introduces the reinforcement technology of beam-column joints of cast-in-situ reinforced concrete frame structures， and summarizes the connection technology and construction requirements of the beam-column joints of the new-type prefabricated concrete frame structures.

【Key words】 Assembled concrete；Frame structure；Cast-in-situ reinforced concrete；Beam-column node；Connection technology

1. 引言

裝配式混凝土結(jié)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)住宅產(chǎn)業(yè)化的一種重要手段， 但由于裝配式混凝土結(jié)構(gòu)形式發(fā)展時(shí)間短，國內(nèi)外在裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的梁柱節(jié)點(diǎn)連接方式方面研究仍處于起步階段，大多數(shù)節(jié)點(diǎn)的連接方式僅是常用的整體式后澆式或干連接的方式，對新型連接方式較少。所以，對于裝配式混凝土結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點(diǎn)的研究非常有必要。

2. 現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點(diǎn)加固技術(shù)

2014年，Rahmani Kadarningsih等人分析并提出了現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點(diǎn)加固的最新建議：

大梁柱試件的破壞發(fā)生在節(jié)點(diǎn)而不是在相鄰的構(gòu)件或橫梁，目前研究節(jié)點(diǎn)抗剪強(qiáng)度的方法已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠了。

（1）在地震活動設(shè)計(jì)梁、柱節(jié)點(diǎn)水平配箍率存在上限值。附加額外的橫向加固抗剪鋼筋對節(jié)點(diǎn)強(qiáng)度的影響較小。

（2）T型機(jī)械錨固連接設(shè)計(jì)提供了一個(gè)更好的承載能力，從而提高節(jié)點(diǎn)的抗震性能。目前的研究中主要采用錨定法。

（3）以往的試驗(yàn)證明了斜十字交叉支撐的節(jié)點(diǎn)的抗剪加固存在不同的結(jié)果。與沒有附加斜向支撐鋼筋的試驗(yàn)樣本相比，附加了斜向支撐鋼筋的試驗(yàn)樣品的強(qiáng)度較低。

（4）相對于鋼筋混凝土梁柱試件的荷載位移角和滯回曲線，SRC的試驗(yàn)樣本具有更飽和的曲線以及耗散更多的能量。

（5）基于梁柱節(jié)點(diǎn)的性能的試驗(yàn)研究，提出了在節(jié)點(diǎn)核心使用一個(gè)King十字型鋼，并證明了這種配置與傳統(tǒng)的抗剪加固節(jié)點(diǎn)相比，在強(qiáng)度和塑性上有明顯

的增強(qiáng)。因此，King十字型鋼的應(yīng)用可以作為進(jìn)一步研究梁柱設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)的方向。

3. 新型預(yù)制裝配式混凝土梁柱節(jié)點(diǎn)連接技術(shù)

“框架節(jié)點(diǎn)”主要是指承重框架中的梁柱節(jié)點(diǎn)。具體地說，主要是指框架梁與框架柱相交的節(jié)點(diǎn)核心區(qū)與臨近核心區(qū)的梁端和柱端。為了研究方便并考慮預(yù)制裝配式框架的特點(diǎn)，本文將梁柱相交的區(qū)域稱為節(jié)點(diǎn)，包含了節(jié)點(diǎn)核心以及連接部件的梁端和柱端。對于預(yù)制裝配式框架而言其框架節(jié)點(diǎn)的主要內(nèi)容為梁柱的連接構(gòu)造，為了與結(jié)構(gòu)工程中傳統(tǒng)的稱謂法一致，本文仍將稱預(yù)制裝配式框架的梁柱連接為框架節(jié)點(diǎn)。

3.1 干連接。

干連接則是通過在連接的構(gòu)件內(nèi)植入鋼板或其它鋼部件， 通過螺栓連接或焊接， 從而達(dá)到連接的目的， 干連接使結(jié)構(gòu)整體性能顯得更為松散。從抗彎及抗剪能力考慮， 正確構(gòu)造的干連接相比于整體式連接， 具有相近的延性并可能有更高的能量耗散能力。

3.1.1 牛腿連接。

由于牛腿的承載力很高，豎向力能較可靠地傳遞，牛腿連接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，但是對牛腿的承載力要求較高，因此單層或多層廠房中多用承載力較高的明牛腿。在住宅或商業(yè)用房中，牛腿應(yīng)盡量滿足建筑的要求，此時(shí)常把牛腿做成不影響美觀的暗牛腿。對于暗牛腿，可以有很多種做法，如型鋼暗牛腿，混凝土暗牛腿等。下面將對各種樣式的牛腿及其受力性能進(jìn)行簡要的分析。

（1） 明牛腿連接。

預(yù)制裝配式鋼筋混凝土多層廠房中，廣泛采用明牛腿節(jié)點(diǎn)。這種節(jié)點(diǎn)承載力大，受力可靠，節(jié)點(diǎn)剛性好，施工安裝方便。裝配式施工方法的早期，梁的支座連接常常應(yīng)用由柱子伸出的明牛腿（圖1）。這種應(yīng)用明牛腿的作法不僅允許鉸接，也可以剛接，構(gòu)造細(xì)節(jié)是不同的。但是，明牛腿的作法由于建筑上影響美觀和占用空間，應(yīng)用不是很普遍，它只是應(yīng)用于對美觀要求不高的房屋建筑和用于吊車梁支座（明牛腿連接見圖1）。

（2） 暗牛腿連接。

為了避免影響空間和利于建筑美觀，則把柱子的牛腿做成的暗牛腿（圖2），同時(shí)使得連接處的外形構(gòu)造和設(shè)備使用等創(chuàng)造了良好的條件。但這用暗牛腿的作法給結(jié)構(gòu)性能帶來了缺點(diǎn)，特別是不利于靜力和動力性能的設(shè)計(jì)，所以不是所有的這樣設(shè)計(jì)的節(jié)點(diǎn)連接都是適用的。倘使梁的一半高度能夠承受剪力，則另一半梁高能夠用于做出柱子的牛腿，而要使牛腿的輪廓不突出梁邊，則梁端和牛腿的配筋是比較復(fù)雜的（暗牛腿連接見圖2）。

（3）型鋼暗牛腿連接。

當(dāng)剪力較大時(shí)，則一半的梁高不足以承擔(dān)全梁的剪力，這時(shí)可以用型鋼作成的牛腿。這樣還可以減小暗牛腿的高度，相應(yīng)地增加梁端缺口梁的高度，以增加缺口梁梁端的抗剪能力。在制作中若將型鋼用混凝土包裹起來，則這種牛腿看起來與現(xiàn)澆的普通配筋的牛腿相似。若直接把型鋼伸出來而不用混凝土包裹起來的暗牛腿，也可以伸到梁端的內(nèi)部，這樣的話連接處的側(cè)面沒有可見的接縫。但是為了防腐蝕和防火，必須仔細(xì)地進(jìn)行安裝后的灌縫（圖3）。

3.1.2 焊接連接。

美國的干式連接方法之一如圖4所示。該焊接連接的抗震性能較不理想，主要原因是該連接方法中無明顯的塑性鉸設(shè)置，在反復(fù)地震荷載作用下焊縫處容易發(fā)生脆性破壞，所以其能量耗散性能較差。但是焊接連接的施工方法避免了現(xiàn)場現(xiàn)澆混凝土，也不必進(jìn)行必要的養(yǎng)護(hù)，可以節(jié)省工期。塑性鉸設(shè)置良好的焊接接頭的優(yōu)越性還是相當(dāng)明顯的，開發(fā)變形性能較好的焊接連接構(gòu)造也是當(dāng)前干式連接構(gòu)造的發(fā)展方向。在施工中為了使焊接有效和減小焊接的殘余應(yīng)力，應(yīng)該充分安排好相應(yīng)構(gòu)件的焊接工序（焊接連接（剛接）見圖4）。

梁和柱主筋的搭接錨固長度和焊縫必須滿足設(shè)計(jì)圖紙和《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50011-2010要求。頂層邊角柱接頭部位梁的上鐵除去與梁的下鐵搭接焊之外，其余上鐵要與柱頂預(yù)埋錨固筋焊牢。柱頂錨固筋應(yīng)對角設(shè)置并焊牢。

3.1.3 螺栓連接。

螺栓連接的接頭，安裝迅速利落，缺點(diǎn)是螺栓位置在預(yù)制時(shí)必須制作特別準(zhǔn)確，運(yùn)輸以及安裝時(shí)為了避免受彎、避免螺紋損傷及避免污染，必須極為當(dāng)心地予以保護(hù)。萬一某個(gè)螺栓孔或螺栓的螺紋受到了破壞，其維修或更換的施工操作是比較復(fù)雜的。在螺栓連接中連接構(gòu)造普遍復(fù)雜、連接構(gòu)件相對較多[7]。圖5所示的連接為比利時(shí)的連接例子，為牛腿和螺栓連接的組合應(yīng)用，圖5（a）所示的為明牛腿和預(yù)制梁用螺栓連接的情況，圖5（b）為暗牛腿的方式。這兩種連接可以抵抗較小的梁端彎矩和扭矩，仍然屬于鉸接（螺栓連接見圖5）。

3.1.4 螺栓 2.灌漿 3.墊板 4.螺母 5.澆入的螺桿和螺套 6.灌漿 7.可調(diào)支座

另外，在門式剛架中，普遍應(yīng)用的是在預(yù)制構(gòu)件的企口接頭（圖6（a）），該接頭多用螺栓連接。圖6（b）所示的螺栓連接可以傳遞彎矩和剪力，其承載能力多取決于鋼板和螺栓的材性，主要靠鋼板和混凝土表面的摩擦傳力。在承受較大的荷載時(shí)，這種連接容易開裂，并且螺栓與預(yù)留螺栓孔之間的尺寸誤差，容易造成較大的整體撓度。這種連接多為臨時(shí)性的或用于緊急的修補(bǔ)和加固（螺栓連接見圖6）。

3.2 濕連接。

濕連接需要在連接的兩構(gòu)件之間澆筑混凝土或灌注水泥漿。為確保連接的完整性， 澆筑混凝土前， 從連接的兩構(gòu)件伸出鋼筋或螺栓， 焊接或搭接或機(jī)械連接。在通常情況下， 濕連接是預(yù)制結(jié)構(gòu)連接中常用且便利的連接方式， 結(jié)構(gòu)整體性能更接近于現(xiàn)澆混凝土。

3.2.1 現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn)。

現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn)往往被認(rèn)為是剛性連接， 預(yù)制框架結(jié)構(gòu)中整澆節(jié)點(diǎn)可使結(jié)構(gòu)的整體性接近于現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)， 因此現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn)是比較常用的一種預(yù)制結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)施工方法。

（1） 現(xiàn)澆柱端節(jié)點(diǎn)。

在預(yù)制柱中段留有一間隙， 預(yù)制梁端預(yù)留鋼筋插入間隙中， 現(xiàn)場配置箍筋， 澆筑混凝土（見圖7）。

（2） 現(xiàn)澆梁端節(jié)點(diǎn)。

在預(yù)制柱與梁相交的地方， 預(yù)留鋼筋， 預(yù)制梁端也預(yù)留鋼筋， 現(xiàn)場配置箍筋， 澆筑混凝土（見圖8）。

（3） 疊合節(jié)點(diǎn)。

組合式節(jié)點(diǎn)將梁底部鋼筋焊在柱伸出牛腿的內(nèi)埋鋼板上， 保證了底部鋼筋的連續(xù)性， 同時(shí)， 將梁上部鋼筋穿過柱間隙，并澆筑疊合層，這樣保證了節(jié)點(diǎn)的整體性（見圖9）。

3.2.2 預(yù)應(yīng)力節(jié)點(diǎn)連接技術(shù)。

隨著預(yù)應(yīng)力技術(shù)的廣泛應(yīng)用， 采用預(yù)應(yīng)力筋的節(jié)點(diǎn)研究和實(shí)踐逐漸開展。在PRESSS項(xiàng)目中， 提出了3種預(yù)應(yīng)力技術(shù)的延性節(jié)點(diǎn)， 試驗(yàn)結(jié)果表明， 使用這些延性節(jié)點(diǎn)的框架， 側(cè)向變形可以達(dá)到結(jié)構(gòu)高度的1/25， 而在超越極限風(fēng)壓的水平荷載下， 結(jié)構(gòu)甚至還可以保持彈性狀態(tài)。預(yù)應(yīng)力技術(shù)節(jié)點(diǎn)施工主要有先張法裝配法和后張法裝配法兩種，具體形式見表1 。

4. 連接技術(shù)施工要求

為快速施工， 合理節(jié)省費(fèi)用， 連接的場地安裝應(yīng)盡可能簡單。

（1）預(yù)制構(gòu)件的吊裝通常是安裝過程中最耗時(shí)的。連接的設(shè)計(jì)應(yīng)使構(gòu)件的提升、定位和放置最省時(shí)；在吊車放鉤之前， 預(yù)制構(gòu)件必須定位準(zhǔn)確、穩(wěn)定并確保安全；當(dāng)?shù)踯嚪陪^后， 有時(shí)需要采用臨時(shí)固定件或平衡設(shè)備，這些臨時(shí)部件必須小心使用， 確保連接最終安裝之前， 所有需安裝構(gòu)件都能固定在正確位置。

（2）安裝需要進(jìn)行大量的定位調(diào)整工作。微小的裝配誤差會使現(xiàn)場的安裝達(dá)不到設(shè)計(jì)要求， 可以通過使用溝槽、略大于螺栓和銷釘?shù)目锥础F(xiàn)場施焊、墊片和澆灌水泥漿等方式實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場的定位調(diào)整。

（3）連接應(yīng)該考慮日后的檢修工作。檢修操作空間可以采用已完成的結(jié)構(gòu)上或樓板或檢修平臺。檢修工作包括以下一些：焊接、后張拉、壓力注漿。應(yīng)盡量避免在平臺下過頭頂?shù)牟僮鞴ぷ鳎?特別是這種情況下的焊接操作；安裝螺栓時(shí)需要給扳手足夠的放置空間和轉(zhuǎn)動空間；應(yīng)避免在狹窄的空間進(jìn)行混凝土施工。

5. 小結(jié)

裝配式混凝土結(jié)構(gòu)是一種整體性比現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)差的結(jié)構(gòu)形式， 但由于其具有較快的建造速度、穩(wěn)定的構(gòu)件質(zhì)量保證， 從而在住宅、廠房建設(shè)中占據(jù)一席之地。在裝配式混凝土結(jié)構(gòu)中， 連接的作用至關(guān)重要， 要使裝配式混凝土結(jié)構(gòu)具有更廣的應(yīng)用性能和安全性，必須選用良好的適合結(jié)構(gòu)的連接方式。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉正勇，應(yīng)惠清. 裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)構(gòu)造方法簡介[J]. 施工技術(shù)，2008，S2：26～29.

[2] 唐九如. 鋼筋混凝土框架節(jié)點(diǎn)抗震[M]. 東南大學(xué)出版社. 1989.

[3] 張曉勇，孫曉陽，陳華，韓桂圣，周軍紅. 預(yù)制全裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)施工技術(shù)[J]. 施工技術(shù)，2012，02：77～80.

[4] 楊光奎， 楊軍.框架輕板建筑和裝配式大板建筑的工業(yè)化施工方法[J].貴州工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)， 2007， （6）.30～35.

[5] 潘其健. 預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土框架結(jié)構(gòu)抗震能力的試驗(yàn)研究[D].東南大學(xué)，2006.

[6] 陳國林. 預(yù)壓裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土框架連接區(qū)域受力分析[D].合肥工業(yè)大學(xué)，2005.

[文章編號] 1619-2737（2018）01-21-660

[作者簡介] 周漢良（1965.4-），男，籍貫：浙江嵊州。