劉世祎 劉 銳 林昀暉 陳幸妤

Cement and concrete production 水泥與混凝土生產(chǎn)

裝配式混凝土結(jié)構(gòu)節(jié)點連接技術(shù)研究

劉世祎 劉 銳 林昀暉 陳幸妤

（福建江夏學(xué)院，福建 福州 350108）

本文總結(jié)了預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)梁、柱節(jié)點連接的主要形式。研究了干式連接和濕式連接的應(yīng)用范圍。對裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的連接薄弱點的提升和造價有重要意義，為裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的施工提供參考。

裝配式建筑；關(guān)鍵節(jié)點；干連接；濕連接；BIM技術(shù)

0 引言

裝配式建筑是指將傳統(tǒng)施工方法中大量的現(xiàn)場工作轉(zhuǎn)移到工廠，在工廠內(nèi)加工制造建筑構(gòu)件和配件（如地板，墻板，樓梯，陽臺等），運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場，并通過可靠連接在現(xiàn)場組裝安裝的建筑。裝配式建筑最早出現(xiàn)于19世紀(jì)末的歐洲[1]。20世紀(jì)初，預(yù)制混凝土技術(shù)傳入美國。由于預(yù)制混凝土采用了工業(yè)化生產(chǎn)模式，順應(yīng)了美國等國家工業(yè)化批量生產(chǎn)的要求，預(yù)制混凝土在這些國家得到了推廣應(yīng)用。

從2015年開始，為推動裝配式建筑發(fā)展，國家出臺了多部裝配式建筑的規(guī)劃?！豆I(yè)建筑評價標(biāo)準(zhǔn)》于2015年年底正式發(fā)布，并決定在2016年將裝配式建筑向全國全面推廣。住建部在2015年11月14日發(fā)布的《建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化建設(shè)綱要》中規(guī)劃，截止2020年，要實現(xiàn)新建建筑中建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化建設(shè)的占比要達(dá)到20%以上；到2025年，要實現(xiàn)新建建筑中建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化建設(shè)的占比達(dá)到30%以上，使裝配式建筑建設(shè)取得突破性進(jìn)展。

《國務(wù)院關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)城市規(guī)劃建設(shè)管理工作的若干意見》于2016年2月發(fā)布，其中提到要因地制宜地發(fā)展裝配式混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)和現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)等裝配式建筑，力爭在十年間，實現(xiàn)裝配式建筑在新建建筑的面積占比達(dá)到30%。同年3月的政府工作報告中也指出，積極推廣綠色建筑和建材，要求大力發(fā)展裝配式建筑和鋼結(jié)構(gòu)的同時有效提高建設(shè)工程質(zhì)量。2016年7月5日，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布并公布了2016年度科技項目裝配式建筑科技示范項目名單。2016年9月14日，國務(wù)院召開國務(wù)院常務(wù)會議，提出大力發(fā)展裝配式建筑，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整升級。2016年9月27日，國務(wù)院發(fā)布《國務(wù)院辦公廳關(guān)于大力發(fā)展裝配式建筑的指導(dǎo)意見》，點明裝配式建筑和鋼結(jié)構(gòu)的要大力發(fā)展的重點領(lǐng)域，以及未來裝配式建筑與新建建筑的占比目標(biāo)和重點發(fā)展城市。到2020年，全國裝配式建筑占新建建筑比重達(dá)到15%以上，并將全國劃分為“重點推廣，積極推廣，鼓勵推廣”三類地區(qū)，自上而下逐步推廣。

圖1 2015-2025年裝配式建筑面積及裝配式建筑占新建建筑面積比例測算

1 裝配式結(jié)構(gòu)節(jié)點

1.1 干式連接

干式連接是指在建筑拼裝過程中，無需現(xiàn)澆混凝土，而采用螺栓連接，焊接連接，牛腿連接等方式進(jìn)行連接。干連接在實際工程中具有施工簡便快捷，穩(wěn)定性好和承載力高等優(yōu)點。[2]。

（1）螺栓連接；螺栓連接是通過螺栓緊固與預(yù)制構(gòu)件的連接形式，常見的類型包括普通螺栓、高強(qiáng)度螺栓。優(yōu)點是施工方便，缺點是螺栓的強(qiáng)度不宜過大，否則易造成結(jié)構(gòu)中螺栓的過早疲勞破壞。

（2）焊接連接；即通過在混凝土構(gòu)件中焊接埋設(shè)不同鋼板連接件來實現(xiàn)連接。焊接連接的優(yōu)點是焊接接頭牢固、耐用、緊密。焊縫強(qiáng)度一般可達(dá)到母材強(qiáng)度的85%以上，甚至超過母材強(qiáng)度。組件之間的直接焊接不需要接頭配件。結(jié)構(gòu)簡單，造價低，整潔美觀，施工進(jìn)度快，勞動強(qiáng)度小。

（3）牛腿連接；牛腿連接分為明牛腿和暗牛腿，明牛腿又可細(xì)分為明牛腿剛性連接和明牛腿鉸接。明牛腿連接（圖2）是采用預(yù)制圓柱形外露牛腿支撐橫梁的連接方式。一般將梁下緣的預(yù)埋件與柱牛腿面上的預(yù)埋件或螺栓連接，根據(jù)梁柱節(jié)點的剛度和完整性形成鉸接或剛性連接。施工安裝更加方便，適用于橫梁跨度較大的結(jié)構(gòu)。暗牛腿是指牛腿在橫梁高度范圍內(nèi)。安裝橫梁并在接縫處澆注混凝土后，牛腿在外觀上已不復(fù)存在。室內(nèi)視野干凈整潔，特別適用于生產(chǎn)中要求清潔的多層廠房。

圖2 牛腿連接

（4）鋼筋的機(jī)械連接；鋼筋的機(jī)械連接技術(shù)應(yīng)用廣泛。它采用機(jī)械咬合的方式將連接件有效地連接起來。在連接過程中，鋼筋端面的承載作用保證了力的傳遞。目前，我國鋼筋機(jī)械連接技術(shù)有多種形式，如:大直徑螺紋鋼筋機(jī)械連接（圖3）、錐螺紋連接（圖4）、鐓粗直螺紋鋼筋連接、冷擠壓套筒連接、鋼筋滾壓直螺紋等。鋼筋機(jī)械連接鋼筋機(jī)械連接技術(shù)在施工中具有簡單、方便、高效的優(yōu)點。目前，鋼筋機(jī)械連接技術(shù)已成為建筑工程鋼筋連接技術(shù)的主要發(fā)展趨勢。

圖3 大直徑螺紋鋼筋機(jī)械連接

圖4 錐螺紋鋼筋機(jī)械連接

1.2 濕式連接

濕式連接方式是強(qiáng)連接方式的一種，預(yù)制構(gòu)件被運送到施工現(xiàn)場，在現(xiàn)場通過現(xiàn)澆的連接方式，使得連接部分的強(qiáng)度高。地震通常使梁、柱等結(jié)構(gòu)部件(預(yù)置塑性鉸鏈)發(fā)生彈性變形，梁與梁之間的連接不受破壞。該結(jié)構(gòu)在地震作用下分散了梁、柱結(jié)構(gòu)的彈塑性變形所產(chǎn)生的能量，達(dá)到了與現(xiàn)澆框架相同或相近的抗震能力。梁的節(jié)點面積滿足要求，裝配式框架設(shè)計可參照混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。濕式連接主要包括灌漿連接和整體現(xiàn)澆連接[2]。

（1）灌漿套筒連接（圖5）；該連接是指通過在鋼筋中插入金屬套筒以注入高強(qiáng)度、硬化快、微膨脹的水泥膠凝灌漿材料。通過套筒對灌水材料的約束作用，使鋼筋表面和套筒內(nèi)側(cè)之間產(chǎn)生正作用力，鋼筋與鋼筋之間的應(yīng)力傳遞通過鋼筋粗糙帶肋表面通過該結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的正作用力產(chǎn)生摩擦力而實現(xiàn)。[3]注漿套管連接是一種性能優(yōu)良、成本低廉、施工便捷的新型鋼管結(jié)構(gòu)的連接，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點多方面和領(lǐng)域的不足。但其難度大，如果不能熟練掌握技術(shù)，則會導(dǎo)致灌漿失敗[4]。

圖5 灌漿套筒連接

（2）漿錨連接；漿錨連接是在預(yù)制構(gòu)件中預(yù)留孔洞，鋼筋之間的應(yīng)力傳遞通過孔洞內(nèi)外的間接搭接實現(xiàn)。該技術(shù)的關(guān)鍵在于孔洞的形成方法，注漿的質(zhì)量和對搭接鋼筋的約束。目前主要包括約束漿錨搭接和金屬波紋管搭接兩種方式，主要用于剪力墻中豎向分布鋼筋（非主受力鋼筋）的連接。漿錨連接技術(shù)以其安全可靠，造價低廉等優(yōu)點，在建筑工程中得到了迅速的應(yīng)用和發(fā)展。但該技術(shù)仍存在搭接長度長，承載能力低等缺點，此類原因造成的連接缺陷會影響構(gòu)件的抗震性能，且現(xiàn)有施工人員技術(shù)水平不成熟，也會造成不必要的連接質(zhì)量問題[5]。

2 總結(jié)

裝配式建筑結(jié)構(gòu)的整體性和受力性能很大程度取決于預(yù)制構(gòu)件的連接形式，本文通過對不同連接形式的的適用性和經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行對比（如表1），總結(jié)得出以下結(jié)論：濕式連接通過現(xiàn)場澆筑的方式，可以保障連接節(jié)點有良好的延展性和整體性，但施工工藝較繁瑣，工期較長。干式連接的節(jié)點在延展性和抗震性能方面不如濕式連接，但干式連接安裝方便、工序簡單、濕作業(yè)少，可以有效節(jié)省工作時間。

表1 連接節(jié)點適用性分析表

[1] 王傳林.國內(nèi)外裝配式建筑發(fā)展及連接節(jié)點綜述[J].城市住宅.2019.05.25: 132-135.

[2] 王鳳.預(yù)制裝配式梁柱節(jié)點干濕連接方法研究[J].居業(yè).2020-6(2).84-85.

[3] 陳曉磊.裝配式建筑灌漿套筒連接研究及發(fā)展現(xiàn)狀[J].特種結(jié)構(gòu).2020-8（4）.61-67.

[4] 王紅月.預(yù)制裝配式建筑中的套筒灌漿連接技術(shù)分析[J].四川建材.2020-8（8）.83-86.

[5] 周金福.預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)漿錨連接錨固性能綜述[J].工業(yè)技術(shù)創(chuàng)新.2019-6（3）.103-106.

福建江夏學(xué)院大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目“裝配式混凝土結(jié)構(gòu)關(guān)鍵節(jié)點連接技術(shù)研究”（項目編號：S202013763075）。

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1007-6344（2021）01-0007-02