預(yù)制裝配式小部品異形柱結(jié)構(gòu)建造技術(shù)研究

徐朝輝　馬曉麗

【摘 要】本文對預(yù)制裝配式異形柱的概念、適用范圍、設(shè)計(jì)方法、連接節(jié)點(diǎn)連接方法進(jìn)行了簡要的概括，并在以往研究的基礎(chǔ)上將原有的墻承重體系，改為柱承重體系，減輕了異形柱結(jié)構(gòu)體系的自重，擴(kuò)大了該體系的使用范圍，由此提高了預(yù)制裝配式異形柱的經(jīng)濟(jì)性。

【關(guān)鍵詞】預(yù)制裝配式；異形柱；設(shè)計(jì)方法；結(jié)構(gòu)

0 概述

異形柱結(jié)構(gòu)體系介紹：異形柱結(jié)構(gòu)相較于普通框架結(jié)構(gòu)是一種新型的結(jié)構(gòu)體系，異形柱結(jié)構(gòu)是一種由L型，T型柱組成的異形結(jié)構(gòu)，與矩形框架柱支撐的處置構(gòu)件結(jié)構(gòu)是不同的。實(shí)際工程中的異形柱結(jié)構(gòu)多采用的為T型、L型、十字型，屬于框架結(jié)構(gòu)或框剪結(jié)構(gòu)體系。[1]

異形柱結(jié)構(gòu)具有諸多優(yōu)于同類框架結(jié)構(gòu)構(gòu)件的優(yōu)點(diǎn)：

1）L形，T形異形柱可以在建筑交叉口使用代替?zhèn)鹘y(tǒng)矩形柱，由于柱厚和墻壁厚度相同，在室內(nèi)可見范圍內(nèi)不會出現(xiàn)棱角影響空間平整性，因此在居民底層建筑物建造時(shí)使用L形、T形柱具有美觀實(shí)用，布局靈活，便于管線的室內(nèi)布置和室內(nèi)裝潢的開展。

2）在改進(jìn)的異形柱機(jī)構(gòu)體系中，將由墻體承重改為異形柱體承受主要重量，因此異形柱結(jié)構(gòu)的墻壁厚度很大程度上減薄，大大增加了室內(nèi)使用面積，同時(shí)由于具有平整的工作面，對于墻體保溫填充材料要求較少，填充材料的就地取材降低能源消耗，具有較好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。

3）異形柱結(jié)構(gòu)體系同樣的柱截面面積較矩形柱具有更大的結(jié)構(gòu)剛度，因此采用異形柱結(jié)構(gòu)體系具有更小的柱體截面面積，同時(shí)填充材料可以采用輕質(zhì)材料，因此，異形柱結(jié)構(gòu)的整體重量，與普通砌塊結(jié)構(gòu)相比減少了約60%，可以提高結(jié)構(gòu)的抗震能力。

4）有研究證明，異形柱結(jié)構(gòu)體系采用工業(yè)廢棄物作為粗骨料，可以配置出自重較小，而強(qiáng)度等級高于C20的輕質(zhì)混凝土，異形柱結(jié)構(gòu)采用此種輕質(zhì)混凝土，可以在滿足強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性的情況下減輕結(jié)構(gòu)自重，由此實(shí)現(xiàn)工程設(shè)計(jì)中提高結(jié)構(gòu)承載和節(jié)約工程成本的目的。[2]

1 研究思路

多個(gè)不同形式的受力構(gòu)件組成了一個(gè)完整的建筑體系，而不同的構(gòu)件之間只有通過有效的連接，才能彼此支撐共同受力形成一個(gè)有機(jī)的統(tǒng)一整體。建筑結(jié)構(gòu)中不同構(gòu)件匯集的節(jié)點(diǎn)部位是一個(gè)力的轉(zhuǎn)換體。它可以將結(jié)構(gòu)中某一重要集中力分散為多個(gè)方向的作用力也可將多個(gè)方向的作用力匯集起來形成一個(gè)集中力。

為滿足現(xiàn)今社會對大空間及復(fù)雜功能的使用要求，本文擬將原有的墻承重體系，改為柱承重體系，對現(xiàn)有構(gòu)件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，研究新型三維構(gòu)件的結(jié)合部連接設(shè)計(jì)。本文將從預(yù)制裝配式異形柱結(jié)構(gòu)的連接方式進(jìn)行簡要介紹，然后從柱—基礎(chǔ)連接節(jié)點(diǎn)的連接形式、柱—柱連接節(jié)點(diǎn)的連接形式、柱—梁連接節(jié)點(diǎn)的連接形式進(jìn)行詳細(xì)的方法總結(jié)[2-3]。

2 部品連接部連接構(gòu)件的研究

2.1 預(yù)制裝配式異形柱結(jié)構(gòu)構(gòu)件連接方式

預(yù)制裝配式異形柱結(jié)構(gòu)構(gòu)件的連接方式具有多種分類方式，本部分內(nèi)容將從結(jié)合方法、施工方法兩個(gè)方面對其進(jìn)行分類。

按照結(jié)合方法分類常用的有以下幾種[5]：

1）在構(gòu)件端部填充混凝土連接；

2）將構(gòu)件混凝土中錨固的鋼板或鋼筋焊接在一起進(jìn)行連接；

3）在構(gòu)件混凝土中預(yù)埋孔洞或鋼制套管，插入鋼筋后填充灌裝材料進(jìn)行連接。

按施工方法可分為三種接頭方式，第一種是濕接頭：預(yù)制構(gòu)件是靠預(yù)埋鋼板和現(xiàn)澆混凝土連接為整體的。第二種為干接頭：這類接頭的特點(diǎn)是不需要澆筑混凝土，避免了濕作業(yè)，一般采用焊接。第三種為預(yù)應(yīng)力接頭：用于梁柱接頭。梁與梁、梁與柱之間是靠梁端設(shè)置負(fù)彎矩筋產(chǎn)生預(yù)加應(yīng)力，使接頭連接為整體[4]。

2.2 柱—基礎(chǔ)連接節(jié)點(diǎn)的連接形式

對于矩形柱和基礎(chǔ)的連接方式有多種方式，經(jīng)常采用的有以下幾種：

1）杯型基礎(chǔ)：在基礎(chǔ)中提前預(yù)留杯口，在柱子下端提前做成階梯或錐形的杯形基礎(chǔ)。利用基礎(chǔ)的預(yù)留杯口，插入預(yù)制柱。

2）漿錨基礎(chǔ)：對于軸心受壓柱和小偏心受壓柱，可采用漿錨基礎(chǔ)。漿錨基礎(chǔ)是在基礎(chǔ)頂面預(yù)留漿錨孔，漿錨孔的直徑應(yīng)大于2.5倍的柱內(nèi)受力鋼筋的直徑，并且大于50mm。

3）短柱基礎(chǔ)：短柱式基礎(chǔ)是把基礎(chǔ)與柱同時(shí)澆筑，柱的長度應(yīng)高出地面800～1000mm。

同矩形柱相比，異形柱的形心難以確定，假如將異形柱連接到基礎(chǔ)，勢必會造成設(shè)計(jì)和施工不便，另一方面，由于基礎(chǔ)的多樣化，各類建筑基礎(chǔ)埋深往往不同，所以在梁與基礎(chǔ)形成一短異形柱，就抵抗力來說是極力不利的。因此，基礎(chǔ)梁頂面到基礎(chǔ)頂面設(shè)計(jì)為短柱，尺寸以各異形柱外包尺寸為依據(jù)設(shè)計(jì)。

當(dāng)水平力較大的時(shí)候，對基礎(chǔ)梁下那部分有時(shí)不可避免出現(xiàn)的短柱，為提高其抗剪切的能力，需要在柱的側(cè)面各配置兩根剪刀形的鋼筋。[5]

2.3 柱—柱連接節(jié)點(diǎn)的連接形式

預(yù)制構(gòu)件之間的接合部是傳遞彎矩、軸向力和剪切等應(yīng)力的重要組成部分，這些部位的連接技術(shù)也是建成預(yù)制建筑物所必不可少的。預(yù)制裝配式異形柱連接節(jié)點(diǎn)的連接區(qū)域應(yīng)保證強(qiáng)度和變形的連續(xù)性。接合部的結(jié)合要素是為結(jié)合面、連接鋼筋和連接金屬件。在參考現(xiàn)有濕作業(yè)連接方法和國外干式連接方法的基礎(chǔ)上，本文提出類似于鋼結(jié)構(gòu)的連接方案的干式連接方法。在柱子的水平接合部，設(shè)計(jì)豎向荷載使用極限時(shí)剪力很小，對于接合部的彎曲軸向力，所以可保持與結(jié)合面附近截面相同的強(qiáng)度。接合部的柱主筋通過機(jī)械式接頭將上下柱構(gòu)件的鋼筋連在一起，所以不會發(fā)生粘結(jié)鋼筋拔出。

接合部的構(gòu)造思路如下：

1）借鑒鋼結(jié)構(gòu)的連接方式連接混凝土構(gòu)件；

2）豎向鋼筋插入下部柱子預(yù)留孔洞，保證豎向荷載的傳遞；

3）充分利用鋼材良好的變形性能，保證構(gòu)件良好的的延性；

4）轉(zhuǎn)角鋼板可以抵抗柱子所承受的部分水平荷載。

2.4 柱—梁連接節(jié)點(diǎn)的連接形式

一般的梁柱節(jié)點(diǎn)的連接類型，從建筑技術(shù)的角度，主要是干連接和濕連接兩個(gè)連接。干連接，即干作業(yè)連接模式操作，無需后澆混凝土或砂漿連接，但使用連接組件或者焊接。預(yù)制接頭形式的設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)的受力性能和施工條件，具有結(jié)構(gòu)簡單，傳力直接。設(shè)計(jì)應(yīng)使斷面接頭剛度和相鄰節(jié)點(diǎn)剛度接近。連接裝配整體式結(jié)構(gòu)，應(yīng)能保證結(jié)構(gòu)的完整性。濕連接，即連接使用濕作業(yè)連接，混凝土或砂漿在硬化的接合部和預(yù)制連接部結(jié)合，但剛性連接的濕作業(yè)結(jié)構(gòu)施工復(fù)雜，梁柱節(jié)點(diǎn)是難以保證施工質(zhì)量，在施工現(xiàn)場大量的緩慢的、耗時(shí)的、建設(shè)工作也大大削弱了濕式連接裝配式結(jié)構(gòu)其優(yōu)勢的發(fā)揮[6]。

3 展望

本文對預(yù)制裝配式異形柱的概念、適用范圍、設(shè)計(jì)方法、連接節(jié)點(diǎn)連接方法進(jìn)行了簡要的概括，并在以往研究的基礎(chǔ)上將原有的墻承重體系，改為柱承重體系，減輕了異形柱結(jié)構(gòu)體系的自重，擴(kuò)大了該體系的使用范圍，由此提高了預(yù)制裝配式異形柱的經(jīng)濟(jì)性，在后續(xù)工作中將加強(qiáng)對新型材料應(yīng)用到預(yù)制裝配式異形柱結(jié)構(gòu)中，將從以下兩個(gè)方向開展工作，對于梁—柱節(jié)點(diǎn)、梁—基礎(chǔ)節(jié)點(diǎn)濕式施工與高聚物混凝土相聯(lián)系，對于再生骨料混凝土在預(yù)制裝配式異形柱結(jié)構(gòu)的應(yīng)用的研究也要給與更高的權(quán)重。

【參考文獻(xiàn)】

[1]劉瓊，李向民，許清風(fēng).預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)研究與應(yīng)用現(xiàn)狀[J]. 施工技術(shù)，2014（22）.

[2]黃祥海.新型全預(yù)制裝配式混凝土框架節(jié)點(diǎn)的研究[D].東南大學(xué)， 2006.

[3]孔亞美.鋼筋混凝土裝配式結(jié)構(gòu)梁柱鋼板桶節(jié)點(diǎn)受力性能研究[D]. 武漢理工大學(xué)，2014.

[4]石帥，王海濤，王曉琪.預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用[J].施工技術(shù)，2014（15）.

[5]陳建偉，蘇幼坡.預(yù)制裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)及其連接技術(shù)[J].世界地震工程，2013（1）.

[6]吳函恒.鋼框架—預(yù)制混凝土抗側(cè)力墻裝配式結(jié)構(gòu)體系受力性能研究[D].長安大學(xué)，2014.

[責(zé)任編輯：侯天宇]