裝配式結(jié)構(gòu)及新型節(jié)點(diǎn)介紹

王明 武樂 舒宇 許浪 江東

【摘 要】裝配式結(jié)構(gòu)憑借其建造工期短、產(chǎn)品質(zhì)量高、能源消耗低、環(huán)境污染小等優(yōu)勢，在建筑行業(yè)快速發(fā)展的今天，占據(jù)著越來越重要的地位。工業(yè)化裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅產(chǎn)業(yè)化是發(fā)展我國全壽命綠色建筑、促進(jìn)住宅產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)型升級(jí)、化解當(dāng)前鋼鐵產(chǎn)能過剩的重大戰(zhàn)略需求。在裝配式結(jié)構(gòu)中，節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)尤為重要，直接影響整體結(jié)構(gòu)的性能。本文介紹了國內(nèi)外裝配式結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀，以及節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)實(shí)例。

【Abstract】Due to its advantages of short construction period， high product quality， low energy consumption and small environmental pollution， the assembly structure occupies an increasingly important position in the present that the construction industry is developing rapidly. The industrialization of industrial prefabricated steel structure housing is a major strategic demand for developing green buildings in our country， it promotes the transformation and upgrades the housing industrialization， defuses the over capacity of steel. In the assembly structure， the node design is particularly important， which directly affects the overall structure of the performance. This paper introduces the current situation of assembly structure at home and abroad， as well as node design methods and design examples.

【關(guān)鍵詞】工業(yè)化； 受力性能； 裝配式鋼結(jié)構(gòu)；新型裝配式節(jié)點(diǎn)

【Keywords】industrialization； force performance； prefabricated steel structure； new prefabricated node

【中圖分類號(hào)】TU375. 4 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-1069（2018）04-0179-02

1 研究背景和意義

傳統(tǒng)粗放型建筑業(yè)存在的主要問題是手鋪混凝土結(jié)構(gòu)和人工操作。一是，建筑業(yè)消耗大量的能源和資源。二是建筑業(yè)勞動(dòng)生產(chǎn)率低，建筑工業(yè)化水平低；三是中國的短壽命的建筑，房屋抗震性能差。

工業(yè)化住宅與傳統(tǒng)的磚混結(jié)構(gòu)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：房屋自重輕；抗震性能好；精度高、質(zhì)量好；施工安裝簡單，周期短；建筑造型美觀；現(xiàn)場施工文明，基礎(chǔ)以上全是干式工法，沒有濕作業(yè)，建筑垃圾少，屬環(huán)保型建筑；適用于山區(qū)、邊遠(yuǎn)地區(qū)以及地方建筑材料缺乏的地區(qū)；不需二次裝修，用戶可及時(shí)入住。

2011年8月18日，住房城鄉(xiāng)建設(shè)部正式公布了“建筑業(yè)”“第十二個(gè)五年”發(fā)展規(guī)劃，表明建筑鋼結(jié)構(gòu)迎來新的發(fā)展機(jī)遇。

2013年1月1日，國務(wù)院辦公廳轉(zhuǎn)發(fā)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部、發(fā)改委2013 1號(hào)文件《綠色建筑行動(dòng)計(jì)劃》，提出了促進(jìn)公路建設(shè)產(chǎn)業(yè)化[2]的發(fā)展，促進(jìn)了鋼結(jié)構(gòu)大廈的發(fā)展和預(yù)制鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)體系。

在黨的十八大報(bào)告中，提出了“新型工業(yè)化道路”，推進(jìn)了新建筑產(chǎn)業(yè)化。

二十一世紀(jì)，我國正不斷推進(jìn)住宅產(chǎn)業(yè)化和建設(shè)產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展道路。建筑技術(shù)創(chuàng)新裝配結(jié)構(gòu)將成為世界建筑業(yè)技術(shù)發(fā)展的主流。

為實(shí)現(xiàn)建筑業(yè)的現(xiàn)代化，建立了全生命過程綠色建筑理念。鋼結(jié)構(gòu)具有良好的機(jī)械性能，容易組裝，重量輕，強(qiáng)度高。這是最合適的建筑模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化、工廠、裝配和現(xiàn)代化的，也是最容易實(shí)現(xiàn)的建筑工地的防火、無水、無塵，綠色建筑的概念[2]。目前，中國的粗鋼產(chǎn)量嚴(yán)重過剩的情況下，大力推廣鋼結(jié)構(gòu)住宅可謂是一箭雙雕。

2 國內(nèi)外裝配式住宅產(chǎn)業(yè)介紹

建筑領(lǐng)域會(huì)隨著裝配式建筑的發(fā)展產(chǎn)生巨大變革，現(xiàn)如今，隨著建筑工業(yè)化的加快，建筑施工中各部件的裝配和工廠化已成為各發(fā)達(dá)國家建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志。

住房城鄉(xiāng)建設(shè)部明確提出要在經(jīng)濟(jì)適用房推廣使用鋼結(jié)構(gòu)住房。但是，目前，99%的現(xiàn)有建筑物和95%的新建筑物屬于高能建筑。建筑能耗、建材生產(chǎn)和運(yùn)輸能耗占社會(huì)總能耗的46.7%左右。造成這些問題的主要原因是工程質(zhì)量不均勻、施工效率低、傳統(tǒng)建筑施工的因素較多。我國需要跟隨當(dāng)前形勢進(jìn)行一系列的改革[3]。

通過conxtech公司開發(fā)的新型裝配式鋼結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)在美國是一個(gè)純鋼框架結(jié)構(gòu)體系。目前，輕鋼結(jié)構(gòu)裝配系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于醫(yī)療、軍事、商務(wù)辦公、停車場和大型工業(yè)建筑的主體結(jié)構(gòu)中。

作為美國最先進(jìn)的裝配建筑，與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式相比，框架結(jié)構(gòu)體系具有許多優(yōu)點(diǎn)：①成本和進(jìn)度可預(yù)測性。②內(nèi)部結(jié)構(gòu)可有效地抵抗地震荷載、沖擊荷載作用下的連續(xù)倒塌，并滿足ATFP的要求。③框架結(jié)構(gòu)中沒有剪力墻和支撐架，更便于樓板的布置。④可配置程度高。所有部件均為標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，適用于任何結(jié)構(gòu)，可隨時(shí)更換。⑤現(xiàn)場無需焊接，提高了施工效率，降低了人工成本和事故發(fā)生概率。⑥它比傳統(tǒng)建筑更綠。結(jié)構(gòu)質(zhì)量輕，施工效率高，二氧化碳排放量大幅度降低。⑦結(jié)構(gòu)可以拆卸，結(jié)構(gòu)部件可回收重復(fù)利用。

3 梁柱連接形式

美國鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會(huì)（AISC）允許應(yīng)力設(shè)計(jì)規(guī)范（ASD）將梁柱連接分為三種類型：剛性連接、半剛性連接和柔性連接。剛性連接假定連接具有足夠的剛度，可以傳遞剪力和彎矩。

梁柱連接常用形式有：

①完全焊接：梁腹板和柱翼緣用角焊縫連接，柱翼緣和梁翼緣又采用全熔透的破口焊縫。

②栓焊混合連接：梁腹板和柱翼緣采用角鋼和高強(qiáng)螺栓連接，柱翼緣和梁翼緣又采用全熔透的破口焊縫。

③完全連接：梁腹板和柱翼緣采用角鋼和高強(qiáng)螺栓連接，柱翼緣和梁翼緣采用T型鋼和高強(qiáng)螺栓連接。

④螺栓和焊接連接：在柱板上的焊接中具有高強(qiáng)度螺栓連接的法蘭[4]。

在這些連接中，焊接螺栓連接是鋼框架的連接形式，被廣泛應(yīng)用，在螺栓緊固后安裝高強(qiáng)度螺栓。

3.1 梁柱塑性承載能力設(shè)計(jì)規(guī)定

當(dāng)鋼梁破壞后，鋼柱進(jìn)入整體截面塑性時(shí)仍處于彈塑性或彈性狀態(tài)，即強(qiáng)柱弱梁原理。梁柱節(jié)點(diǎn)和上、下兩端左右的全塑承載力滿足下列要求：

對(duì)于等截面梁：∑Wpc（fpc-N/Ac）≥η∑Wpcfyb

其中Wpc：交匯于節(jié)點(diǎn)柱的塑性截面模量；

Wpd：交匯于節(jié)點(diǎn)梁的塑性截面模量；

fyc：柱的鋼材屈曲強(qiáng)度；

fyb：梁的鋼材屈曲強(qiáng)度；

N：地震組合軸力；

Ac：交流截面面積：框架柱；

η：強(qiáng)柱系數(shù)，一級(jí)取1.15，二級(jí)取1.1，三級(jí)取1.05。

4 展望

英國已經(jīng)建造出 3D 打印的工業(yè)化模式房屋，建造機(jī)器人技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)和工業(yè)化技術(shù)正在全球建筑領(lǐng)域刮起風(fēng)暴，智能化設(shè)計(jì)、加工制作、施工與物業(yè)管理技術(shù)正在與智慧城市建設(shè)和管理相融合。在這方面我國還有很大的進(jìn)步空間[5]。

另外，還對(duì)圓筒板厚度、翼板厚度和螺旋模型的類型作了進(jìn)一步的研究。將焊縫缺陷、殘余應(yīng)力對(duì)節(jié)點(diǎn)受力性能的影響也考慮進(jìn)去。為了進(jìn)一步研究新型預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的抗震性能，需要更多的實(shí)驗(yàn)研究人員進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)和理論分析，以提供一個(gè)完整的理論基礎(chǔ)。

【參考文獻(xiàn)】

【1】武春麗. 住房城鄉(xiāng)建設(shè)部調(diào)研建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化——易軍鼓勵(lì)龍頭企業(yè)帶頭轉(zhuǎn)變生產(chǎn)方式[J].建筑設(shè)計(jì)管理，2015（5）：41-41.

【2】張愛林.工業(yè)化裝配式高層鋼結(jié)構(gòu)體系創(chuàng)新、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范編制及產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵問題 [J].工業(yè)建筑，2014（08）：1-6+38.

【3】張愛林.工業(yè)化裝配式高層鋼結(jié)構(gòu)體系創(chuàng)新研究（一）[N].中國建設(shè)報(bào)，2015-01-12008.

【4】 張愛林. 工業(yè)化裝配式高層鋼結(jié)構(gòu)體系創(chuàng)新研究（二）[N].中國建設(shè)報(bào)，2015-01-26008.

【5】弓曉蕓，嚴(yán)虹.國外工業(yè)化鋼結(jié)構(gòu)住宅應(yīng)用探討[J].工業(yè)建筑，2001，31（08）：17-19.