探究預(yù)制裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點技術(shù)

王棟磊

摘 要：預(yù)制拼裝整體混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)于20世紀(jì)50年代，可解決勞動力成本高、非技術(shù)工人等問題，確保工期和質(zhì)量目標(biāo)。通過相關(guān)研究和驗證，該技術(shù)方案已發(fā)展成為重要的建筑結(jié)構(gòu)體系。在我國，預(yù)制裝配式整體混凝土技術(shù)的發(fā)展時間較短。一方面，節(jié)點技術(shù)不完善，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)抗震性能差。另一方面，構(gòu)件跨度小、承載力低也阻礙了該項技術(shù)的發(fā)展。結(jié)合工程實踐，探討了梁柱節(jié)點施工技術(shù)的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：預(yù)制裝配;整體式混凝土結(jié)構(gòu);梁柱節(jié)點技術(shù)

一、預(yù)制裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)的技術(shù)特點

（一）技術(shù)原理

預(yù)制裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)，是先在工廠內(nèi)預(yù)制生產(chǎn)出主體構(gòu)配件，然后運輸至現(xiàn)場，用起重設(shè)備將構(gòu)件吊裝至預(yù)設(shè)位置;最后采用注漿、鍵槽、后澆混凝土等措施，使各個構(gòu)件和節(jié)點形成一個整體。在實際施工中，該技術(shù)的優(yōu)勢主要有：（1）施工效率高;（2）節(jié)省材料資源;（3）低碳環(huán)保;（4）耐久性好;（5）容易控制外觀和質(zhì)量。以預(yù)應(yīng)力疊合梁、板構(gòu)成的樓蓋結(jié)構(gòu)為例，不僅承載力高、抗裂度強，且構(gòu)件截面小，結(jié)構(gòu)自重輕，滿足綠色施工標(biāo)準(zhǔn)。結(jié)合工程實踐，常見的預(yù)制裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)有：框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、框-剪結(jié)構(gòu)、疊合梁/板/樓蓋結(jié)構(gòu)等。

（二）適用范圍

預(yù)制裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)施工，主要依據(jù)《預(yù)制裝配整體式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》等。適用范圍如下：框架結(jié)構(gòu)適用于抗震設(shè)防烈度不高于7度的工民建中;疊合板結(jié)構(gòu)適用于抗震設(shè)防烈度不高于8度的工民建樓蓋、屋蓋中。

二、預(yù)制裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點的設(shè)計和構(gòu)造

（一）設(shè)計思路

在預(yù)制裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)中，節(jié)點一般設(shè)置在梁柱節(jié)點的核心區(qū)，這是抗震薄弱部位，破壞形式主要是鋼筋屈曲、混凝土碎裂。以新型梁柱節(jié)點為例，設(shè)計依據(jù)主要是：第一，依據(jù)《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》，重要構(gòu)件或傳力部位，縱向受力鋼筋不能設(shè)置接頭。第二，遵循強柱弱梁、強節(jié)點弱構(gòu)件的原則，對梁柱連接的核心區(qū)域進行整體澆筑;第三，將節(jié)點連接部位，設(shè)置在梁段1/3處，柱段1/2處。其中，梁體和梁體的連接，采用企口形式，要求預(yù)埋角鋼，和搭接梁焊接在一起;柱體和柱體的連接，采用植筋方案。

（二）構(gòu)造方法

第一，現(xiàn)澆連接。構(gòu)件運至現(xiàn)場進行節(jié)點現(xiàn)澆，有傳統(tǒng)現(xiàn)澆、預(yù)應(yīng)力整澆兩種形式。其中預(yù)應(yīng)力整澆能提高結(jié)構(gòu)的受力性能，應(yīng)用更加廣泛。預(yù)應(yīng)力整澆節(jié)點分為三種：一是全預(yù)應(yīng)力節(jié)點，二是部分預(yù)應(yīng)力節(jié)點，三是緩黏結(jié)預(yù)應(yīng)力節(jié)點。

第二，干連接。梁柱構(gòu)件的連接在工廠內(nèi)完成，運輸至現(xiàn)場只需裝配即可。其中，連接件負責(zé)節(jié)點的受力，主要有企口連接、牛腿連接、BCC連接、BSF連接等。

以植筋技術(shù)為例，首先在基材混凝土中預(yù)埋帶肋鋼筋、螺紋鋼筋，然后使用專業(yè)膠黏劑進行錨固，常用在構(gòu)件改造工程。相比于其他節(jié)點技術(shù)，膠黏劑具有較強的黏結(jié)性，而且能縮短凝固時間，實現(xiàn)快捷施工目標(biāo)。具體操作上，在柱體下半段預(yù)留植筋孔，在柱體上半段搭接筋區(qū)、植筋范圍內(nèi)加密箍筋。其中，預(yù)留孔的大小、箍筋加密情況，均要滿足《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計規(guī)范》的要求;安裝前清理植筋孔洞，注入植筋膠。插入預(yù)埋鋼筋后，應(yīng)該減少二次擾動，保證連接質(zhì)量。吊裝中間搭接梁，就位后和預(yù)埋角鋼焊接，并對焊縫進行打磨處理，利用同等級的鋼板在角鋼四周焊接。

三、預(yù)制裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點的受力分析

（一）受力特點

依據(jù)相關(guān)研究結(jié)果，預(yù)制裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)和現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)，兩者在受力上的最大區(qū)別，在于構(gòu)件節(jié)點的連接。震害調(diào)查顯示，遭受地震災(zāi)害后，預(yù)制混凝土墻體的破壞程度輕，大空間預(yù)制混凝土框架結(jié)構(gòu)的破壞重。究其原因，是構(gòu)件連接破壞，繼而引起結(jié)構(gòu)整體離散。

相比之下，現(xiàn)澆節(jié)點的整體性更好，其延性、耗能性和現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)相似。結(jié)合實驗數(shù)據(jù)，預(yù)制裝配整體框架結(jié)構(gòu)的梁柱節(jié)點，在反復(fù)荷載作用下，梁端滯回環(huán)飽滿，隨著加載位移增大，滯回環(huán)包圍的面積增大，因此抗震耗能良好，能滿足延性設(shè)計要求。節(jié)點干連接的整體性低于現(xiàn)澆節(jié)點，實際施工中需要配合牛腿、灌漿、預(yù)埋件焊接等作業(yè)。節(jié)點干連接的豎向承載力強，但在地震荷載反復(fù)作用下，焊縫容易發(fā)生脆性破壞，影響結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。

（二）案例分析

以某預(yù)制鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)廠房為例，共計4層，層高為3.3m，總高為13.2m。該工程抗震等級為7級，其中梁尺寸是400mm×600mm，柱尺寸是600mm×600mm，跨度為7200mm，受力鋼筋為HRB400，混凝土強度等級為C30。先利用PKPM軟件建立工程模型，改變搭接梁的剛度，建立裝配式結(jié)構(gòu)體系，分別是現(xiàn)澆體系Ex、0.8Ex、0.6Ex、0.4Ex。然后通過有限元分析，計算得到結(jié)構(gòu)體系的自振周期、最大層間位移角，見表1。分析可知，（1）4種結(jié)構(gòu)體系的自振周期差異不大，說明預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)和現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)相似;（2）隨著節(jié)點區(qū)的剛度減小，結(jié)構(gòu)層間位移角度變大，滿足設(shè)計規(guī)范要求。

四、結(jié)語

綜上所述，預(yù)制裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)，在建筑工程中比較常見，相比于現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)具有諸多技術(shù)優(yōu)勢。但是，節(jié)點連接是一個薄弱環(huán)節(jié)，主要采用現(xiàn)澆連接、干連接兩種方案。文中結(jié)合工程案例，分析了梁柱節(jié)點的受力特點，希望為實際施工提供經(jīng)驗借鑒，選擇科學(xué)合理的節(jié)點連接方式，滿足設(shè)計規(guī)范要求，提高結(jié)構(gòu)的整體性和穩(wěn)定性。

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