新型裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)節(jié)點設(shè)計探索研究

余小燕 蔣華

摘 要：裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)梁柱連接的方式制約了裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)的發(fā)展。本文研究的新型裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)節(jié)點借鑒了鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點連接方式，給混凝土的梁縱向受力鋼筋設(shè)“翼緣板”，然后用螺栓連接“翼緣板”從而大大簡化了梁受力鋼筋的連接問題。

關(guān)鍵詞：裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)；螺栓連接；連接板

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.07.103

0 前言

裝配式建筑通過工廠標(biāo)準(zhǔn)化批量生產(chǎn)部件，工地拼裝的模式創(chuàng)造建筑，顯著地減少工地濕作業(yè)，在減少城市噪音和污染，提高生產(chǎn)效率方面有著顯著的前景優(yōu)勢。近幾年我國裝配式建筑的發(fā)展得到政府的大力支持。然而從實施裝配式的工地施工情況來看，傳統(tǒng)的施工方式粗放，混凝土預(yù)制構(gòu)件笨重，對準(zhǔn)安裝精度難以滿足裝配式建筑施工要求，從而施工效率不高。

1 當(dāng)前裝配式鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的發(fā)展?fàn)顩r

自2013年國務(wù)院辦公廳2013[1]號文件《綠色建筑行動方案》，明確將“推廣建筑工業(yè)化，發(fā)展綠色建筑”列為重要任務(wù)以來我國裝配式建筑得到快速發(fā)展，尤其是裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)已經(jīng)在高層建筑中有一定的發(fā)展，然而在普通多層建筑中發(fā)展卻不盡如人意。

普通多層建筑物傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方案以框架為主。而框架結(jié)構(gòu)做裝配式存在以下難點：（1）做鋼結(jié)構(gòu)可以很好的實現(xiàn)裝配式，但造價高；（2）做混凝土框架標(biāo)準(zhǔn)件數(shù)量不多，批量生產(chǎn)的產(chǎn)量不大，廠家難以盈利；（3）施工要求精度高，節(jié)點體積大，重量大，吊裝就位難。雖然早在1992年我國就出版了《鋼筋混凝土裝配整體式框架節(jié)點與連接設(shè)計規(guī)程》，但在為數(shù)不多的裝配式框架結(jié)構(gòu)項目中構(gòu)件受力鋼筋的連接對準(zhǔn)依然困難，嚴(yán)重影響了施工進(jìn)度。在這樣的情況下，培養(yǎng)專業(yè)的施工班組，對框架結(jié)構(gòu)中鋼筋連接方式做改進(jìn)，以提升容錯率，提高裝配效率，有助于加速裝配式鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的發(fā)展。

2 提出新型裝配式框架節(jié)點的方案，并探討可行性

裝配式混凝土框架的做法分為節(jié)點預(yù)制和節(jié)點現(xiàn)澆兩種。節(jié)點預(yù)制法是將受力復(fù)雜鋼筋密集的節(jié)點預(yù)制，保障了節(jié)點的質(zhì)量，但要兼顧各個方向梁柱鋼筋同時對準(zhǔn)，施工難度大；除此之外，一根框梁就需要有兩個后澆連接處，一根柱子也要兩個后澆連接處。后澆節(jié)點多對現(xiàn)場的施工也造成較大的影響。節(jié)點現(xiàn)澆是將梁柱構(gòu)件預(yù)制，留出節(jié)點區(qū)域在工地現(xiàn)場后澆，優(yōu)點是后澆節(jié)點減少，但在核心區(qū)受力鋼筋密集，難以有效對準(zhǔn)連接。本文探討的是在節(jié)點現(xiàn)澆時，提升梁縱向受力鋼筋容錯率的新型連接方法。

顯然鋼結(jié)構(gòu)建筑物在裝配式生產(chǎn)和施工方面有著得天獨厚的優(yōu)勢。結(jié)構(gòu)輕且連接簡便可靠，缺點是易失穩(wěn)。而混凝土框架節(jié)點連接的難點就在鋼筋對準(zhǔn)和傳力上。本次縱向受力筋連接設(shè)計就是將鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點連接的方式引入到混凝土結(jié)構(gòu)中，并做試驗驗證可行性。

從普通混凝土構(gòu)件中受力鋼筋的分布不難看出柱的鋼筋圍繞截面周邊布設(shè)，梁的鋼筋主要集中在梁截面的上部和下部。與鋼結(jié)構(gòu)中構(gòu)件受力翼緣的分布位置相同，而鋼柱和鋼梁翼緣都是連續(xù)的。鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件是借助節(jié)點板和螺栓實現(xiàn)節(jié)點連接。如果將混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋受力有效傳遞給“翼緣板”，那么受力“翼緣板”自然可以用螺栓連接。同類建筑相比混凝土構(gòu)件自重較鋼結(jié)構(gòu)建筑大。后澆節(jié)點必需傳遞較大的由自重帶來的荷載效應(yīng)。而鋼構(gòu)件通常比較輕薄易失穩(wěn)。但當(dāng)輕薄鋼節(jié)點被混凝土點包裹起來對節(jié)點板形成一個牢固的約束，必然會大大提高節(jié)點板的承載力。如框架結(jié)構(gòu)中，受力鋼筋的錨板錨固就是鋼筋借助鋼板將荷載傳遞給混凝土的實例。

由此初步擬定將梁受力鋼筋端部焊接在鋼板上，在鋼板上開孔，將鋼筋與鋼筋之間的對準(zhǔn)連接轉(zhuǎn)換成兩塊鋼板之間的螺栓連接。螺栓孔采用長圓孔，將會提高節(jié)點的容錯率。

3 新型框架節(jié)點縱向鋼筋連接的試驗

根據(jù)上述思路方案設(shè)計試驗?zāi)Ｐ汀Ｔ囼災(zāi)Ｐ土⒚鎴D如圖1所示，為平面框架內(nèi)中間柱與梁之間連接的節(jié)點。中間柱為CD，橫梁AB。CD柱截面尺寸400x400，橫梁截面250x450。梁上部配置3根直徑20的二級鋼筋，下部兩根直徑20 的二級鋼筋。箍筋為直徑8的二級鋼筋。柱配置8根直徑22的二級鋼筋。梁縱向鋼筋在梁柱連接處借助連接鋼板，采用8.8級M20高強螺栓摩擦型連接。試驗?zāi)Ｐ图虞d如圖2所示。鋼板和鋼筋及開孔狀況如圖3所示。

應(yīng)變片的分布簡述。在節(jié)點板長邊側(cè)頂和底連接縫處設(shè)置應(yīng)變片，在節(jié)點板短邊側(cè)縫上下設(shè)置應(yīng)變片，梁和柱縱向鋼筋順鋼筋長向設(shè)置應(yīng)變片。

加載方案簡述。通過螺旋式千斤頂手動加載荷重顯示儀顯示荷載，每次加載10kN左右，然后靜置10分鐘，此時應(yīng)變顯示儀應(yīng)變數(shù)據(jù)趨于平穩(wěn)，記載對應(yīng)的應(yīng)變值。

4 試驗結(jié)果及分析

由于試驗條件的限制，試驗未能進(jìn)行到節(jié)點破壞階段。但從記錄的試驗數(shù)據(jù)顯示荷載在38kN逐級變化到66kN時，受拉側(cè)節(jié)點三個關(guān)鍵位置處鋼筋應(yīng)變增量為18με，節(jié)點板短邊側(cè)縫應(yīng)變上182με，下-148με，平均18με，節(jié)點板底上應(yīng)變285με，下應(yīng)變-227με，平均29με。從試驗數(shù)據(jù)來看彎矩作用下節(jié)點位置處，鋼筋的應(yīng)變<節(jié)點板短邊側(cè)（上，下）應(yīng)變<節(jié)點板長邊側(cè)（頂，底）應(yīng)變。節(jié)點板拼縫處應(yīng)變增量大于鋼筋應(yīng)變增量。從試驗過程來看，節(jié)點板長邊頂和底應(yīng)變顯著大于受力鋼筋的原因，可能是兩個連接板之間螺栓沒有實現(xiàn)摩擦型連接造成。由此可以推測，當(dāng)節(jié)點螺栓采用摩擦型連接，減小連接板和螺栓之間的變形，將使傳力更加有效。

當(dāng)只是單側(cè)加載時，對側(cè)鋼筋應(yīng)變和節(jié)點板上的應(yīng)變均有增量，且應(yīng)變增量均小于加載側(cè)鋼筋應(yīng)變增量。

這樣的節(jié)點對鋼筋對準(zhǔn)要求低，容錯率高，能滿足普通的傳力需求，且對螺栓孔對準(zhǔn)精度不高。可以在彎矩不大的的普通截面梁中使用。

本文依托于湖北省教育廳科研計劃項目“裝配式混凝土建筑節(jié)點設(shè)計研究 ”，項目編號：B2017359

作者簡介：余小燕（1977-），女，湖北黃岡人，碩士研究生，工程師，研究方向：裝配式混凝土建筑節(jié)點設(shè)計研究。