淺談裝配式結構抗震節(jié)點連接方式

趙曉宇 李孟 程崗 陳國棟 周鵬達

摘 要：隨著我國綜合實力的不斷提升，越來越多的地區(qū)開始推廣裝配式建筑，裝配式已經(jīng)成為建筑業(yè)主要生產(chǎn)方式之一。制約裝配式結構最主要因素是節(jié)點的連接，合理的連接方式可以有效的提高建筑結構的抗震性能，更好的達到抗震設防要求。本文簡要闡述了裝配式建筑的研究現(xiàn)狀，并通過理論分析針對具體的梁柱節(jié)點連接方式進行敘述，總結出每種連接方式的優(yōu)缺點和工作原理。最后提出裝配式建筑節(jié)點連接技術的發(fā)展方向和展望。

關鍵詞：裝配式建筑；梁柱節(jié)點；抗震性能；連接方式

自2016年國務院辦公廳印發(fā)《關于大力發(fā)展裝配式建筑的指導意見》，裝配式建筑便在我國迅速發(fā)展了起來。在2019年全國兩會期間，出現(xiàn)了較多與裝配式建筑相關的提案，進一步反映出裝配式建筑在現(xiàn)階段的適時性和重要性。傳統(tǒng)建筑業(yè)存在多種弊端，已不再適合現(xiàn)代化的社會發(fā)展需求，裝配式建筑具有工業(yè)化和綠色化兩大主要特點，故大力發(fā)展裝配式建筑是當前的最佳選擇。而節(jié)點的連接設計又是該結構的關鍵所在，因此需要重點研究裝配式構件節(jié)點的形式和性能。

1.裝配式結構節(jié)點研究現(xiàn)狀

第二次世界大戰(zhàn)之后，歐洲首先對裝配式結構投入研究，隨后美國日本等一些發(fā)達國家政府也逐漸引導國家進行裝配式建筑。發(fā)展至今，均已形成完善的技術體系和規(guī)范標準，裝配式建筑在這些地區(qū)應用廣泛。我國早在上個世紀六七十年代已開展對裝配式建筑的研究，但后期出現(xiàn)中斷，在此期間對于該類建筑并無較大突破。近幾年，我國綜合實力顯著增強，但人口老化，勞動力增值，環(huán)境污染等問題也隨之出現(xiàn)，因此發(fā)展裝配式建筑又重新列入計劃之中。我國現(xiàn)階段裝配式技術相對于世界上發(fā)達國家存在很大差距，主要表現(xiàn)在節(jié)點的設計方面，裝配式建筑節(jié)點是結構中的薄弱環(huán)節(jié)。因此，我國針對節(jié)點的連接方式和受力特點進行了大量的研究以完善理論體系，應加快裝配式建筑發(fā)展進程，早日躋身世界前列。

2.裝配式結構節(jié)點連接種類

裝配式建筑結構較傳統(tǒng)建筑相比擁有環(huán)保節(jié)約，施工效率高，可工業(yè)化生產(chǎn)等顯著優(yōu)點。同時近年來隨著人們對震后已損壞的建筑物分析研究的深入，越來越清楚結構的破壞形式及部位，地震中損壞較為嚴重的位置通常在結構的節(jié)點連接處，而梁、柱與之相比則破壞較輕。

在該類建筑結構中連接方式較多，從連接部位方面可分為三種連接方式，即梁與柱之間的連接，柱與柱之間的連接，墻與柱之間的連接。從受力體系方面可分為框架結構連接方式和剪力墻結構連接方式。從施工工法的角度出發(fā)，框架結構的梁柱節(jié)點連接方式分為整體裝配式和等同現(xiàn)澆，整體裝配式又可細分干連接和濕連接，從施工工藝的角度又可以將干連接和濕連接分為干連接包括牛腿連接、焊接連接、螺栓連接、鋼板連接、企口連接、套筒連接等；濕連接包括現(xiàn)澆連接、漿錨連接、灌漿拼裝、樺式連接、預應力后澆連接等。本文將主要通過理論分析介紹幾種具有一定抗震性能的梁柱節(jié)點連接方式。

2.1具有延性連接器的梁柱節(jié)點

這種帶延性連接器的預制混凝土梁柱節(jié)點如圖1所示，該節(jié)點能夠利用合金鏈桿的低屈服、高延伸和高耗能等特性改善梁柱的抗震性能。地震荷載作用下鏈桿發(fā)生一定的塑性變形，構件此時相對穩(wěn)定完整，層間已發(fā)生較大位移，節(jié)點仍無明顯破壞，從而達到耗能的效果。該節(jié)點能夠避免其他構件的損壞，提高建筑結構的整體性具有較好的抗震效果。

2.2具有阻尼器的梁柱節(jié)點

2.2.1具有摩擦阻尼器的梁柱節(jié)點

在摩擦阻尼器的梁柱節(jié)點中，采用摩擦阻尼器這種能夠耗能減震的裝置，工作原理為阻尼器中間的鋼板與上下兩個鋼板墊之間的摩擦作用達到耗能效果，通過螺栓的固定松緊度調(diào)節(jié)摩擦力的大小，控制建筑物損壞程度，保持結構穩(wěn)定性，且地震荷載的頻率對該裝置功能的干擾性較小，具有一定的獨立性。這種裝置節(jié)點的抗震性能較高，且摩擦阻尼器的成本低廉，發(fā)展前景廣闊，應用范圍比較廣泛。

2.2.2具有剪切型鋼板阻尼器的梁柱節(jié)點

在梁柱節(jié)點中，剪切型鋼板阻尼器是由剪切鋼板和加筋肋兩部分構成，通過螺栓將鋼板端頭分別與梁和柱固定連接。該節(jié)點結構簡單，充分發(fā)揮剪切鋼板的滯回特性，通過減小層間結構位移和基底剪力，保證主體結構的整體性。耗能抗震效果明顯，提高結構延性以使建筑物在地震荷載作用下免遭損壞。

2.3具有牛腿連接的梁柱節(jié)點

牛腿連接在裝配式建筑中應用十分廣泛，其能夠承受較大的荷載，具有理論計算簡便，截面小承載力高，便于施工等優(yōu)點。根據(jù)連接點位置的不同可以分為明牛腿和暗牛腿兩種具體形式。明牛腿將連接點設置在建筑物外側(cè)，美觀性較差，多應用于工業(yè)廠房；暗牛腿將連接點設置在建筑物中，可減小對空間的使用，多應用在民用房屋和對外形要求較高的建筑中。

2.3.1具有牛腿焊接的梁柱節(jié)點

牛腿焊接的梁柱節(jié)點連接形式本質(zhì)是剛接，該節(jié)點的設計具有牛腿及焊接兩種連接方式的優(yōu)點，剛性性能進一步加強，施工方便可縮短工期。綜合兩者的缺點即抗震性低以及耗能性差，在地震荷載作用下，易發(fā)生脆性破壞導致建筑結構坍塌。

2.3.2具有牛腿螺栓連接的梁柱節(jié)點

牛腿螺栓連接是一種鉸接的連接方式，該節(jié)點相較于上述牛腿焊接的應用范圍更廣，既有牛腿承載力高，剛性較大的優(yōu)點又具有螺栓連接耗能能力強，施工操作簡單等優(yōu)點。將兩者結合設計節(jié)點具有較好的抗震性能，在薄弱處增加螺栓的個數(shù)，可進一步增強該節(jié)點的抗剪性能。但不易于更換受損構件，因此該節(jié)點損壞后維修成本較高。

3.結束語

裝配式建筑在我國現(xiàn)仍處于初級發(fā)展階段，隨著近年來政府不斷引導建筑生產(chǎn)方式向綠色節(jié)能方面改革，裝配式建筑獲得巨大的發(fā)展空間，尤其是針對建筑物穩(wěn)定性和抗震性等方面需要不斷深入探索。節(jié)點的連接方式種類較多，怎樣通過對現(xiàn)有節(jié)點連接方式的改進創(chuàng)新，提高構件的整體性，改善節(jié)點的受力特性，更好的達到抗震設防的要求也會是今后發(fā)展的趨勢和研究的重點?？傊?，我國裝配式建筑即將進入發(fā)展的春天，相信在不久的將來步入標準化和規(guī)?；男码A段。

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作者簡介：

趙曉宇（1997.1-）山東省菏澤市，男，大學本科，就讀西北民族大學。

*項目資助：西北民族大學本科生科研創(chuàng)新項目（立項編號：Y18111）