馬立群

（上海松江雅居樂房地產(chǎn)開發(fā)有限公司，上海市 201611）

0 引言

隨著近年我國(guó)各級(jí)政府不斷推出鼓勵(lì)或強(qiáng)制性的引導(dǎo)政策，在相關(guān)企業(yè)的推動(dòng)下，裝配式建筑應(yīng)用迎來了新一輪快速增長(zhǎng)。裝配式建筑體系可分為預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)體系、鋼結(jié)構(gòu)體系和木結(jié)構(gòu)體系，其中預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)體系在目前應(yīng)用最為廣泛，而預(yù)制混凝土框架結(jié)構(gòu)又為其中一種常見結(jié)構(gòu)形式[1-3]。對(duì)于預(yù)制混凝土框架結(jié)構(gòu)來說，柱梁節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的連接方式選擇非常關(guān)鍵，不同的連接方式對(duì)于施工質(zhì)量及框架結(jié)構(gòu)整體力學(xué)性能影響較大，可靠的節(jié)點(diǎn)連接至關(guān)重要，是結(jié)構(gòu)安全的最基本保障[4-5]。在當(dāng)下設(shè)計(jì)人員技術(shù)水平良莠不齊、預(yù)制構(gòu)件加工相對(duì)粗放、現(xiàn)場(chǎng)施工管理不夠規(guī)范的前提下，很容易造成節(jié)點(diǎn)核心區(qū)鋼筋無法連接或相互碰撞現(xiàn)象，進(jìn)而影響工程安全、進(jìn)度及質(zhì)量[6-9]。因此針對(duì)預(yù)制混凝土框架結(jié)構(gòu)中柱梁節(jié)點(diǎn)核心區(qū)連接方式的研究及應(yīng)用尤為重要。本文分析總結(jié)目前框架結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)常用連接方式的優(yōu)缺點(diǎn)，提出節(jié)點(diǎn)連接方式的選擇和優(yōu)化思路，并結(jié)合工程項(xiàng)目進(jìn)行應(yīng)用示范。

1 框架結(jié)構(gòu)柱梁節(jié)點(diǎn)常用連接方式

框架結(jié)構(gòu)柱梁節(jié)點(diǎn)連接按照是否先行整體澆筑分為兩種：第一種柱梁節(jié)點(diǎn)先行澆筑，通過將鋼筋連接轉(zhuǎn)移至節(jié)點(diǎn)核心區(qū)之外的方式實(shí)現(xiàn)（圖1）；第二種柱梁節(jié)點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)澆筑，通過解決節(jié)點(diǎn)核心區(qū)內(nèi)的鋼筋連接實(shí)現(xiàn)。本文僅針對(duì)第二種情況展開分析及研究。

圖1節(jié)點(diǎn)整體先行澆筑而鋼筋核心區(qū)外連接

目前，裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)中柱梁現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn)處柱-柱連接多采用套筒灌漿連接（圖2）；梁-梁連接按照施工工藝分類可分為濕法連接、干法連接兩種方式，濕法連接主要采用套筒灌漿連接（圖3），干法連接包括端錨連接（圖 4）、彎錨連接（圖5）、牛腿連接（圖6）、新型可調(diào)組合鋼筋接頭連接（圖7）及其他方式。

1.1 套筒灌漿連接

鋼筋套筒灌漿連接技術(shù)是指帶肋鋼筋插入內(nèi)腔為凹凸表面的灌漿套筒，通過向鋼筋與套筒的間隙灌注專用高強(qiáng)水泥基灌漿料，待灌漿料凝固后將鋼筋錨固在套筒內(nèi)實(shí)現(xiàn)針對(duì)預(yù)制構(gòu)件的一種鋼筋連接技術(shù)。

圖2柱-柱套筒灌漿連接

圖3梁-梁套筒灌漿連接

圖4端錨連接

圖5彎錨連接

圖6牛腿連接

圖7新型可調(diào)組合鋼筋接頭連接

套筒灌漿連接有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）鋼筋連接安全可靠。灌漿料強(qiáng)度等級(jí)達(dá)到C85，能夠保障結(jié)構(gòu)連接安全可靠，且行業(yè)內(nèi)配套標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范已相對(duì)齊全。

（2）技術(shù)成熟穩(wěn)定，國(guó)內(nèi)外項(xiàng)目實(shí)踐案例多。日本作為多地震國(guó)家廣泛采用套筒灌漿連接技術(shù)，目前國(guó)內(nèi)預(yù)制混凝土整體式剪力墻結(jié)構(gòu)、預(yù)制混凝土框架結(jié)構(gòu)中豎向承重構(gòu)件連接也已大量應(yīng)用。

（3）成本優(yōu)勢(shì)不斷顯現(xiàn)。灌漿套筒、灌漿料及配套注漿設(shè)備等產(chǎn)品生產(chǎn)廠家逐漸增多，成本不斷下降。

但是，實(shí)踐證明，某些情況下套筒灌漿連接存在以下不足：

（1）套筒直徑大，影響混凝土的有效保護(hù)層厚度。目前常用的處理方法有兩種，一種是加大構(gòu)件截面尺寸，這樣就造成混凝土用量增加進(jìn)而導(dǎo)致成本增加、影響建筑使用空間等一系列問題；另一種是將鋼筋位置向構(gòu)件內(nèi)移動(dòng)，這種方式會(huì)造成構(gòu)件受力性能減弱。

（2）灌漿連接節(jié)點(diǎn)區(qū)域箍筋易受影響。通常構(gòu)件在節(jié)點(diǎn)核心區(qū)域的箍筋需要加密，由于灌漿套筒長(zhǎng)度較長(zhǎng)且直徑較大，會(huì)影響箍筋的排布及安裝，進(jìn)而造成連接節(jié)點(diǎn)受力性能的發(fā)揮。

（3）需要嚴(yán)格控制灌漿作業(yè)與主體施工之間的相對(duì)間隔。如間隔時(shí)間短，則灌漿作業(yè)容易受到主體拆模影響，如間隔時(shí)間長(zhǎng)則可能影響整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

（4）灌漿質(zhì)量不易控制。灌漿必須要有專業(yè)人員作業(yè)，人為因素影響大，灌漿料生產(chǎn)及存儲(chǔ)出現(xiàn)問題將導(dǎo)致質(zhì)量不穩(wěn)定，工地現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜，比較容易引起某些部位灌漿不密實(shí)，而目前灌漿是否密實(shí)尚無成熟的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)手段。由于灌漿作業(yè)是不可逆的，一旦灌漿作業(yè)出現(xiàn)問題，將可能引起嚴(yán)重的結(jié)構(gòu)安全隱患。

1.2 端錨連接

端錨連接是指鋼筋端頭采用錨固端板并按照結(jié)構(gòu)規(guī)范設(shè)計(jì)達(dá)到連接要求的一種節(jié)點(diǎn)連接方式。端錨連接加工及安裝方便，但主要存在連接力學(xué)性能差的缺點(diǎn)。

1.3 彎錨連接

彎錨連接是指鋼筋端頭采用彎折并按照結(jié)構(gòu)規(guī)范設(shè)計(jì)達(dá)到連接要求的一種節(jié)點(diǎn)連接方式。彎錨連接加工及安裝方便，但主要存在鋼筋避讓設(shè)計(jì)復(fù)雜、現(xiàn)場(chǎng)容易發(fā)生鋼筋碰撞的缺點(diǎn)。

1.4 牛腿連接

牛腿連接是指通過設(shè)置在柱側(cè)或梁側(cè)的牛腿支撐豎向荷載及梁端剪力而形成的一種節(jié)點(diǎn)連接方式，具體又可劃分為焊接、螺栓、疊合等形式。牛腿連接構(gòu)造簡(jiǎn)單，但適用性相對(duì)有限，通常應(yīng)用于工業(yè)廠房柱-梁、主-次梁連接。

1.5 新型可調(diào)組合鋼筋連接

新型可調(diào)組合鋼筋連接是指通過一組可調(diào)節(jié)、帶導(dǎo)向功能的簡(jiǎn)單配件實(shí)現(xiàn)預(yù)制梁-梁節(jié)點(diǎn)快速連接的一種方式。

這種連接方式優(yōu)點(diǎn)包括：

（1）不影響保護(hù)層且可實(shí)現(xiàn)鋼筋同一截面連接。外徑較小不影響混凝土的保護(hù)層，同時(shí)不影響箍筋的排布及安裝，可實(shí)現(xiàn)鋼筋同一截面機(jī)械連接。

（2）鋼筋連接強(qiáng)度高。鋼筋絲扣采用擠壓滾絲加工而成，而非采用剝肋車絲工藝，增強(qiáng)了絲扣段的鋼筋強(qiáng)度，經(jīng)過拉拔試驗(yàn)測(cè)試，所有接頭均斷裂在鋼筋原材處。

（3）適用性強(qiáng)。通過特有的接頭導(dǎo)向裝置，能夠容許對(duì)接的兩根鋼筋接頭存在1 cm以內(nèi)的錯(cuò)位誤差，且對(duì)鋼筋長(zhǎng)度可以補(bǔ)償，在現(xiàn)有構(gòu)件廠加工精度相對(duì)粗放的情況下，增加了產(chǎn)品的適用性和生產(chǎn)施工效率。

該連接方式具有以下缺點(diǎn)：

（1）組合接頭為單一企業(yè)發(fā)明專利，可選擇性相對(duì)較差，且鋼筋接頭擠壓滾絲僅能由該企業(yè)加工，影響整體構(gòu)件生產(chǎn)效率。

（2）該連接方式相對(duì)成本較高。

1.6 其他連接方式

內(nèi)置鋼盒式節(jié)點(diǎn)、GOK-W疊合式節(jié)點(diǎn)等方式，因存在構(gòu)造復(fù)雜、操作性較差等特點(diǎn)，應(yīng)用較少。

另外，普通機(jī)械套筒連接在目前建筑工程現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)中最為常見，產(chǎn)品工藝及連接質(zhì)量穩(wěn)定可靠?，F(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)通過轉(zhuǎn)動(dòng)鋼筋予以連接然后綁扎成型，最后澆筑混凝土實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)成型。在裝配式混凝土結(jié)構(gòu)中，針對(duì)梁-梁連接國(guó)內(nèi)曾有技術(shù)人員通過工裝嚴(yán)格控制構(gòu)件中的鋼筋定位來嘗試直螺紋套筒連接（圖8），但因?qū)拥膬筛A(yù)制梁中鋼筋絲扣相對(duì)位置固定，而鋼筋無法轉(zhuǎn)動(dòng)，導(dǎo)致直螺紋套筒無法由一端鋼筋正常接入另一端鋼筋，如強(qiáng)行連接則可能破壞鋼筋端頭絲扣，進(jìn)而導(dǎo)致連接效果大打折扣，無法滿足一級(jí)接頭要求，故此種嘗試不具可行性。

圖8預(yù)制構(gòu)件嘗試普通機(jī)械套筒連接

2 項(xiàng)目概況

某新建廠房項(xiàng)目位于上海市青浦區(qū)，總用地面積6 394.40 m2，總計(jì)容建筑面積10 539.20 m2，地上布置3棟廠房，其中1#、2#廠房為地上5層，地下1層，柱間跨距7.8 m，層高4.5 m，采用裝配式整體框架結(jié)構(gòu)體系，建筑單體預(yù)制裝配率大于40%，構(gòu)件類型包括預(yù)制柱、預(yù)制疊合梁、預(yù)制疊合板、預(yù)制樓梯。由于該項(xiàng)目預(yù)制柱、預(yù)制疊合梁數(shù)量占比分別達(dá)到96%、80%，存在大量“I型”、“一型”、“L 型”、“T 型”、“十型”預(yù)制柱梁連接節(jié)點(diǎn)，故預(yù)制柱梁節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的連接方式選擇與實(shí)施至關(guān)重要。

3 節(jié)點(diǎn)優(yōu)化設(shè)計(jì)及施工

3.1 節(jié)點(diǎn)連接方式選擇與優(yōu)化

由于柱-柱豎向節(jié)點(diǎn)連接方式可選擇性相對(duì)較少且套筒灌漿工藝相對(duì)成熟，故該項(xiàng)目柱-柱節(jié)點(diǎn)采用套筒灌漿方式。在具體選擇時(shí)又分兩種情況：（1）5層以下柱-柱連接；（2）出屋面柱頂收頭。針對(duì)情況（1），采用常規(guī)的套筒灌漿連接方式（圖9），由于±0及3層頂標(biāo)高處存在鋼筋變截面情況，故該項(xiàng)目共計(jì)采用 ?28～?25、?25～?25、?25～?20、?20～?20共 4種含變截面規(guī)格的灌漿套筒；針對(duì)情況（2），預(yù)制柱鋼筋收頭采用端錨方式（圖10），直接錨入屋面梁中。

圖9 柱-柱套筒灌漿連接

圖10柱頂端錨方式收頭

該項(xiàng)目梁-梁橫向節(jié)點(diǎn)類型包括“十型”、“L型”、“T型”、“一型”，所選擇連接方式按以上類型分情況討論：（1）由于“十型”為主梁之間主要的連接形式，且該節(jié)點(diǎn)鋼筋連接最為復(fù)雜，為保證該項(xiàng)目整體結(jié)構(gòu)力學(xué)性能，同時(shí)降低施工難度，故選擇新型可調(diào)組合鋼筋接頭方式（圖11）；（2）由于“L型”均處于框架結(jié)構(gòu)的角部，相互垂直交叉的兩根預(yù)制梁不存在鋼筋直接連接，故優(yōu)先考慮采用彎錨連接方式（圖 12）；（3）“T 型”又分為兩種情況，第一種為主梁之間的連接，為了最大程度保障受力性能，兩根對(duì)接預(yù)制主梁之間采用了新型可調(diào)組合鋼筋接頭方式，而另一根主梁采用彎錨方式（圖13），第二種為主次梁之間的連接，綜合考慮力學(xué)性能要求及安裝便利性，采用牛腿連接方式（圖14）；（4）由于該項(xiàng)目“一型”節(jié)點(diǎn)每層僅 1 處，且為主梁之間連接，綜合考慮采用了新型可調(diào)組合鋼筋接頭方式。

由于裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)中柱梁節(jié)點(diǎn)核心區(qū)存在眾多豎向柱筋及橫向梁筋，該項(xiàng)目雖采用上述5種節(jié)點(diǎn)連接方式已使得連接簡(jiǎn)化，但設(shè)計(jì)時(shí)仍首要考慮了規(guī)避鋼筋碰撞問題。該項(xiàng)目設(shè)計(jì)時(shí)采取的優(yōu)化思路包括：（1）預(yù)制構(gòu)件采用多組合、少規(guī)格的整體思路，其中預(yù)制柱優(yōu)化至僅600 mm×600 mm、800 mm×600 mm兩種規(guī)格，預(yù)制梁優(yōu)化至僅300 mm×500 mm、400 mm×700 mm兩種規(guī)格；（2）鋼筋采用大直徑、少根數(shù)的整體思路，最終預(yù)制柱截面鋼筋有12根、14根兩種，疊合梁底筋有3 根 ；（3）應(yīng)用 BIM（Building Information Modeling）技術(shù)，針對(duì)相互垂直交叉的梁-梁鋼筋、柱-梁鋼筋進(jìn)行可視化設(shè)計(jì)，通過對(duì)部分疊合梁底筋在端部按照1∶6的比例進(jìn)行相應(yīng)彎折來規(guī)避鋼筋碰撞。

圖11“十型”節(jié)點(diǎn)連接

圖12“L型”節(jié)點(diǎn)連接

圖13“T型”主梁連接

圖14“T型”主次梁連接

3.2 節(jié)點(diǎn)施工

不同于現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件對(duì)鋼筋進(jìn)行一定程度的調(diào)節(jié)，該項(xiàng)目是由工廠生產(chǎn)的構(gòu)件現(xiàn)場(chǎng)組裝而成，且構(gòu)件預(yù)制裝配率非常高，梁-梁之間的鋼筋連接均達(dá)到毫米級(jí)要求，因而整體測(cè)量工作非常重要。該項(xiàng)目技術(shù)負(fù)責(zé)人、測(cè)量員、施工員全員參與，制定了詳細(xì)的測(cè)量方案和過程控制措施，保障了測(cè)量質(zhì)量。首層預(yù)制柱插筋定位非常重要，如插筋偏位或長(zhǎng)度不足，則會(huì)帶來一系列的麻煩，現(xiàn)場(chǎng)在趕工期的情況下工人可能采取野蠻的處理方式，極易導(dǎo)致嚴(yán)重的結(jié)構(gòu)安全隱患。該項(xiàng)目在定位時(shí)采用了定位鋼板（圖15）控制，且定位鋼板由構(gòu)件廠根據(jù)模具加工而成，解決了定位問題。灌漿作業(yè)一般滯后于主體結(jié)構(gòu)3層，由于灌漿不可逆，且目前尚無成熟的檢測(cè)方式，故灌漿作業(yè)的過程管控尤為重要。該項(xiàng)目在整個(gè)灌漿過程中安排技術(shù)員專人跟蹤（圖16），每個(gè)構(gòu)件拍攝影像資料存檔，整體灌漿作業(yè)工序控制良好。

圖15定位鋼板

圖16專人監(jiān)控灌漿作業(yè)工序

4 實(shí)施效果分析

（1）該項(xiàng)目在選擇柱梁節(jié)點(diǎn)連接方式時(shí)，根據(jù)不同的鋼筋連接部位及特點(diǎn)，靈活選擇了套筒灌漿連接、端錨連接、彎錨連接、牛腿連接、新型可調(diào)組合鋼筋接頭連接等5種方式，方法得當(dāng)，成本更優(yōu)，施工效率顯著提高。

（2）該項(xiàng)目重視源頭設(shè)計(jì)工作，通過預(yù)制構(gòu)件多組合少規(guī)格、采用大直徑少根數(shù)鋼筋設(shè)計(jì)思路、借助BIM技術(shù)等優(yōu)化工作，創(chuàng)造了簡(jiǎn)化柱梁節(jié)點(diǎn)連接的良好前提。

（3）該項(xiàng)目施工過程中，注重測(cè)量、首層預(yù)制柱插筋定位及灌漿作業(yè)等重點(diǎn)工作的過程把控，保障了節(jié)點(diǎn)連接質(zhì)量。

（4）該項(xiàng)目在節(jié)點(diǎn)連接方式優(yōu)化時(shí)，采用了新型可調(diào)組合鋼筋接頭這類新技術(shù)產(chǎn)品，成為上海市首批應(yīng)用在框架結(jié)構(gòu)中的項(xiàng)目之一，并在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐中取得了良好的連接效果。

5 結(jié)語

目前裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)柱梁節(jié)點(diǎn)連接方式種類較多，每一種都具有獨(dú)特的優(yōu)缺點(diǎn)，各項(xiàng)目在選擇時(shí)應(yīng)具體問題具體分析，綜合考慮標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、節(jié)點(diǎn)適用性、施工難易程度、材料供應(yīng)狀況、工期要求、相對(duì)成本等因素靈活選擇，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)連接方式的最優(yōu)組合。另外，由于節(jié)點(diǎn)核心區(qū)鋼筋眾多，應(yīng)優(yōu)先考慮采用BIM技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，源頭上降低施工難度及質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。