裝配式建筑的連接方法

陳 雪，曾桂香

(華北水利水電大學(xué),河南 鄭州 450045)

0 引 言

我國(guó)現(xiàn)行建筑大部分采用的是現(xiàn)澆方式施工，但是隨著國(guó)家的發(fā)展進(jìn)程，現(xiàn)澆方式已經(jīng)不能完全適應(yīng)發(fā)展的需要。綠色環(huán)保，高效率和節(jié)約、循環(huán)利用的理念是現(xiàn)澆方式無法達(dá)到的。“像搭模型一樣蓋房子”是人們一直以來的夢(mèng)想，裝配式構(gòu)件的出現(xiàn)使這個(gè)想法有望變成現(xiàn)實(shí)。裝配式構(gòu)件的建造速度相對(duì)現(xiàn)澆較快、質(zhì)量更容易控制、節(jié)約材料、構(gòu)件外觀觀感好、耐久性強(qiáng)以及現(xiàn)場(chǎng)濕作業(yè)少、利于環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。裝配式建筑的概念始于20世紀(jì)50年代，德國(guó)在全球范圍內(nèi)率先建立了建筑工業(yè)化生產(chǎn)(建造)體系，經(jīng)過七八十年的發(fā)展，德國(guó)成為世界上裝配式建筑能耗最低的國(guó)家。在德國(guó)開始發(fā)展裝配式建筑的同時(shí)，我國(guó)也開始在全國(guó)大范圍內(nèi)推廣裝配式建筑的建造方式建造房屋。20世紀(jì)70年代，裝配式混凝土建筑因不夠靈活，不能適應(yīng)當(dāng)前建筑業(yè)的需求，以及連接抗震和接縫防水沒有解決，而被后來的現(xiàn)澆混凝土建筑超過。21世紀(jì)初，裝配式建筑的發(fā)展重新進(jìn)入我們的發(fā)展規(guī)劃之內(nèi)，裝配式建筑的推廣需要全行業(yè)各個(gè)工序的緊密配合，我國(guó)要建立完善的裝配式建筑體系還有很長(zhǎng)的路要走，不可避免地會(huì)碰到很多問題，但這都是我們要發(fā)展裝配式建筑的必經(jīng)之路。

為給國(guó)家大力推廣裝配式建筑提供理論支持，證明裝配式建筑可以滿足建筑的建造及使用要求，即可以達(dá)到“等同現(xiàn)澆”，并且如果在只考慮受力性能的情況下有超過現(xiàn)澆的可能性，即裝配式本身存在部分代替現(xiàn)澆的能力。

1 裝配式建筑

裝配式建筑是指建筑的部分或全部構(gòu)件在工廠或現(xiàn)場(chǎng)預(yù)制完成，然后運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)，將構(gòu)件通過可靠的連接方式裝配而成的建筑[1]。

2016年開始，全國(guó)部分城市紛紛出臺(tái)了推廣裝配式建筑的政策，主要是對(duì)裝配式建筑進(jìn)行補(bǔ)貼，但是收效甚微。這不是我國(guó)第一次在推行裝配式建筑時(shí)碰壁，20世紀(jì)70年代，在面對(duì)裝配式與現(xiàn)澆時(shí)，由于裝配式建筑在某些方面的優(yōu)勢(shì)不如現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)突出，比如，裝配式混凝土建筑靈活性較低，不適應(yīng)建造的需求，以及連接抗震和接縫防水沒有解決，而被后來的現(xiàn)澆混凝土建筑超過。但是，裝配和現(xiàn)澆各有優(yōu)勢(shì)。現(xiàn)如今，發(fā)展裝配式建筑刻不容緩，我們需要對(duì)裝配和現(xiàn)澆存在的問題開展研究，發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)。

我們需要有信心地發(fā)展裝配式建筑，因?yàn)槲覈?guó)發(fā)展裝配式建筑也有過輝煌，20世紀(jì)50年代，建國(guó)以后不久，裝配和現(xiàn)澆混凝土建筑同期降生。裝配式混凝土建筑[2]主要用于單層工業(yè)廠房、居住建筑、飯店和辦公建筑。北京市發(fā)展最快，1958年就有3個(gè)預(yù)制構(gòu)件廠，生產(chǎn)大板的是亞洲最大，先后建成12～16層裝配式混凝土框架、框架-剪力墻和大板建筑。早期我國(guó)發(fā)展裝配式建筑的輝煌已經(jīng)成為了過去，當(dāng)前面臨的裝配式建筑推廣困難是亟待解決的問題。20世紀(jì)20年代，北京市為了回應(yīng)“現(xiàn)澆不是工業(yè)化，裝配才是工業(yè)化”的爭(zhēng)論，提出混凝土預(yù)制裝配和現(xiàn)澆機(jī)械化施工并舉，后來對(duì)應(yīng)用較多的4種裝配和現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)開展競(jìng)賽，結(jié)果是“裝配式”敗給“現(xiàn)澆”。1988年以后，預(yù)制構(gòu)件廠紛紛下馬，市場(chǎng)萎縮，30年無人問津?！把b配式”失利以后，“現(xiàn)澆”又在北京市乃至全國(guó)大面積推開。

近年來，我國(guó)重新大力號(hào)召裝配式建筑的應(yīng)用，國(guó)家發(fā)布推廣裝配式建筑的政策，但是，新建建筑遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到理想的裝配率。從我們最初發(fā)展裝配式建筑的輝煌，到如今裝配式建筑推廣時(shí)遇到的困難，結(jié)合之前的教訓(xùn)，我們可以分析推廣裝配式建筑失敗的原因有：①裝配式造價(jià)高于現(xiàn)澆；②豎向鋼筋連接質(zhì)量難保證，預(yù)制構(gòu)件廠產(chǎn)能過剩；③標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范沿用“等同現(xiàn)澆”，增加拆分設(shè)計(jì)，難以做到靈活和多樣化；④預(yù)制廠建廠投資和成本高；⑤房屋最大高度低于現(xiàn)澆等因素。

我國(guó)存在勞動(dòng)力的精度與建設(shè)飛速發(fā)展之間的矛盾，PC構(gòu)件的發(fā)展目前還不成熟，裝配式混凝土不如現(xiàn)澆混凝土經(jīng)濟(jì)，構(gòu)件的預(yù)制技術(shù)還不完善，社會(huì)各界對(duì)裝配式結(jié)構(gòu)是否可以達(dá)到現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性及各項(xiàng)要求存在顧慮等因素，導(dǎo)致裝配式建筑達(dá)不到理想的裝配率。以上問題得到解決，裝配式建筑會(huì)得到飛速發(fā)展。

2 裝配式構(gòu)件材料

我國(guó)現(xiàn)在推行的裝配式建筑有木、混凝土和鋼建筑三種[2]。鋼材只能在高溫下鑄造成型，木材只能在自然環(huán)境生長(zhǎng)，這兩種材料蓋的房子，都只能是裝配。唯有混凝土建筑，既可現(xiàn)澆，也可裝配，因?yàn)榛炷聊茉诔叵聺仓?/p>

3 裝配式建筑節(jié)點(diǎn)連接

3.1 裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

作為裝配式建筑的核心——節(jié)點(diǎn)連接技術(shù)將決定著裝配式建筑的進(jìn)展程度。預(yù)制構(gòu)件的節(jié)點(diǎn)是裝配式結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)，節(jié)點(diǎn)的破壞會(huì)使整個(gè)框架結(jié)構(gòu)的整體性喪失。因此，預(yù)制節(jié)點(diǎn)連接部位應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度、剛度及延性。裝配式梁柱節(jié)點(diǎn)在現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)體系中占據(jù)舉足輕重的地位，梁柱節(jié)點(diǎn)研究將推動(dòng)著裝配式節(jié)點(diǎn)的進(jìn)程。

3.2 常用連接方式

裝配式結(jié)構(gòu)的連接方式有干連接和濕連接[1]，現(xiàn)場(chǎng)不需要進(jìn)行濕作業(yè)時(shí)稱為干連接，反之為濕連接。干連接具體有牛腿連接、預(yù)應(yīng)力連接、預(yù)埋螺桿(鋼板)螺栓連接、焊接、鋼吊架式連接等；濕連接具體有現(xiàn)澆連接、預(yù)應(yīng)力技術(shù)整澆連接、普通后澆整體式連接、灌漿拼裝、漿錨連接、榫式連接等。

常用的裝配式結(jié)構(gòu)連接方式有套筒灌漿連接、鋼筋漿錨搭接、后澆混凝土連接、螺栓連接、焊接連接等。

1)套筒灌漿連接[3]是裝配式建筑連接的主要連接方式，分為全套筒灌漿連接和半套筒灌漿連接，適用于鋼筋間的連接，鋼筋插入套筒，注入無伸縮、高強(qiáng)度灌漿料，從而達(dá)到連接效果。合適的高強(qiáng)度、無收縮的灌漿料，可以增加鋼筋與筒壁間的摩擦力與粘結(jié)力，連接成的整體可以擁有抗震，滿足建筑日常使用及耐久性和抵抗傾覆等能力。國(guó)內(nèi)外學(xué)者通過對(duì)裝配式混凝土建筑連接方式進(jìn)行研究研究，20世紀(jì)60年代末，余占疏針對(duì)預(yù)制混凝土建筑中鋼筋連接節(jié)點(diǎn)，發(fā)明了套筒灌漿連接技術(shù)，開始在夏威夷的阿拉莫阿納酒店的預(yù)制柱中應(yīng)用。

2)鋼筋漿錨搭接是使有一定外伸長(zhǎng)度的鋼筋插入預(yù)留好的孔道內(nèi)，鋼筋與孔道內(nèi)部之間填充無收縮、高強(qiáng)度灌漿料，形成鋼筋漿錨連接。約束漿錨搭接技術(shù)[4]主要包括插入式預(yù)留孔灌漿鋼筋搭接連接技術(shù)和波紋管漿錨搭接連接技術(shù)(NPC技術(shù))。東南大學(xué)與中南控股集團(tuán)[4]于2007年共同開發(fā)了波紋管漿錨連接技術(shù)，并成功將其應(yīng)用在了預(yù)制裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)中，郭正興和陳云剛也進(jìn)行了波紋管漿錨連接技術(shù)的試驗(yàn)研究，在理論和試驗(yàn)中驗(yàn)證了波紋管漿錨連接技術(shù)的可靠性，在考慮了混凝土強(qiáng)度、鋼筋直徑和搭接長(zhǎng)度等因素的情況下，進(jìn)行試驗(yàn)之后確定了采用波紋管漿錨搭接的試件搭接長(zhǎng)度應(yīng)取為0.6 La。2008年姜洪斌首次提出了插入式預(yù)留孔灌漿鋼筋搭接連接技術(shù)，試驗(yàn)結(jié)果表明，該類連接技術(shù)的錨固長(zhǎng)度可取為基本錨固長(zhǎng)度La。

3)后澆混凝土連接，顧名思義，是在梁柱節(jié)點(diǎn)或其他位置連接以后再澆筑混凝土，利用混凝土的粘結(jié)力使構(gòu)件有效連接在一起，實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)連接強(qiáng)度的目的。

4)螺栓連接是在連接部位安裝螺栓，通過螺栓的錨固和摩擦來達(dá)到滿足構(gòu)件承載能力的標(biāo)準(zhǔn)。

5)焊接連接是通過高溫作用，使部件連接形成建造時(shí)需要的結(jié)構(gòu)方式。

這些連接方式有各自適用的材料和條件，建筑施工時(shí)可根據(jù)實(shí)際情況選用一個(gè)連接方式單獨(dú)或多個(gè)連接方式共同配合使用，構(gòu)建合理的裝配式構(gòu)件梁柱節(jié)點(diǎn)連接方式，可以使建筑在受到靜力荷載和地震荷載時(shí)，裝配式結(jié)構(gòu)可以達(dá)到現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性及各項(xiàng)受力性能，能夠滿足結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性耐久性及使用的要求。

裝配式建筑梁柱節(jié)點(diǎn)的連接方式是決定裝配式建筑結(jié)構(gòu)性能的關(guān)鍵性因素之一，其連接的部位主要是梁連接方式起決定性作用。裝配式構(gòu)件間的柱節(jié)點(diǎn)間的連接以及梁柱節(jié)點(diǎn)連接的性能是建筑能夠滿足正常使用要求的保證。

4 結(jié) 論

以上列舉的裝配式建筑的連接方式表明當(dāng)裝配式構(gòu)件采用合適的連接方式時(shí)，裝配式建筑可以達(dá)到“等同現(xiàn)澆”的要求。裝配式建筑的優(yōu)勢(shì)，比如裝配式構(gòu)件可以循環(huán)利用，滿足環(huán)保的需求，裝配式建筑可以節(jié)約勞動(dòng)力，住宅中運(yùn)用裝配式理念，可以提高住宅品質(zhì)、性能，降低建設(shè)成本，還能為未來綠色建筑發(fā)展提供基礎(chǔ)。本文從裝配式構(gòu)件連接的角度論述并列舉了裝配式建筑連接的成功案例，用實(shí)例表明裝配式建筑本身性能是能夠滿足強(qiáng)度剛度穩(wěn)定性的要求。但是，想要裝配式建筑得到發(fā)展，除了需要性能達(dá)到“等同現(xiàn)澆”的標(biāo)準(zhǔn)，還需要滿足成本，建造過程的簡(jiǎn)易方便性。不可否認(rèn)，裝配式建筑難以得到理想的推廣還有其他的原因，比如成本過高問題，裝配式建筑的建造體系不如現(xiàn)澆完善，裝配式構(gòu)件廠預(yù)制的構(gòu)件粗糙，難以滿足建筑的需要等問題。雖然裝配式建筑推行中存在著些許阻力，但這些都是新技術(shù)新方法出現(xiàn)時(shí)不可避免的問題，期待裝配式建筑大力發(fā)展。

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