裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)研究進(jìn)展

李顯輝

(山西建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西晉中030600）

1 裝配式混凝土結(jié)構(gòu)發(fā)展現(xiàn)狀

建筑行業(yè)由于體量大，涉及行業(yè)較多，行業(yè)發(fā)展能夠較快地帶動(dòng)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)。目前，我國(guó)大力推進(jìn)城鎮(zhèn)化建設(shè)，推動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，但也產(chǎn)生一系列的問題，如建筑資源浪費(fèi)、生產(chǎn)效率低、建筑質(zhì)量難以把控、構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化程度低等。為解決上述問題，使我國(guó)經(jīng)濟(jì)健康發(fā)展，需要改變現(xiàn)有建筑的建造方式，走建筑產(chǎn)業(yè)化道路，大力發(fā)展裝配式建筑?；炷量蚣芙Y(jié)構(gòu)成為裝配式研究的基礎(chǔ)，即裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)，指由加工廠預(yù)制混凝土部件或構(gòu)件進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)連接、裝配而成的混凝土框架結(jié)構(gòu)，其主要受力部件和構(gòu)件由加工廠生產(chǎn)，工地進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)裝配。與傳統(tǒng)的現(xiàn)澆混凝土框架結(jié)構(gòu)相比，裝配式結(jié)構(gòu)具有重量輕、工業(yè)化程度高、施工速度快、減少工地?fù)P塵和綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，可以提高生產(chǎn)效率和建筑質(zhì)量，降低成本。目前，裝配式混凝土框架建筑已在美國(guó)、歐洲、日本、新加坡、新西蘭等處于高烈度地震區(qū)的國(guó)家得到了廣泛應(yīng)用，我國(guó)也出臺(tái)多項(xiàng)政策，大力推進(jìn)裝配式建筑的普及。首先倡導(dǎo)在工程建設(shè)中推廣裝配式建筑的應(yīng)用。北京、深圳、上海、合肥、南京、濟(jì)南、長(zhǎng)沙、沈陽等地方政府，通過硬性要求或鼓勵(lì)各房地產(chǎn)開發(fā)商在住宅建設(shè)中采用預(yù)制混凝土裝配式技術(shù)。國(guó)內(nèi)知名房地產(chǎn)企業(yè)，如遠(yuǎn)大、宇輝、萬科、中民筑友、龍信、中南、山東萬斯達(dá)、江蘇元大等，利用國(guó)家政策的支持，開發(fā)建設(shè)多個(gè)試點(diǎn)工程及研究基地，積極探索裝配式技術(shù)，為我國(guó)裝配式結(jié)構(gòu)的推廣應(yīng)用作出了重要貢獻(xiàn)。與此同時(shí)，我國(guó)裝配式建筑相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和圖集陸續(xù)出版，2014年，國(guó)家發(fā)布了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《裝配式混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ1-2014），為裝配式建筑行業(yè)從業(yè)人員提供了具體的技術(shù)依據(jù)，對(duì)我國(guó)裝配式建筑的應(yīng)用及推廣具有里程碑式的意義。

2 國(guó)內(nèi)外裝配式混凝土結(jié)構(gòu)研究現(xiàn)狀

2.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀

從20世紀(jì)70年代起，外國(guó)學(xué)者對(duì)混凝土裝配結(jié)構(gòu)進(jìn)行了系統(tǒng)研究。

（1）Blakeley和Park進(jìn)行了4個(gè)預(yù)制混凝土框架的節(jié)靜力點(diǎn)試驗(yàn)，該試驗(yàn)梁柱間采用灰漿灌縫。研究結(jié)果表明，試件剛度較小，但具有較好的延性；塑性區(qū)向梁內(nèi)進(jìn)行了延伸，其中塑性鉸開展尺寸約為構(gòu)件截面高度的一半。

（2）French等對(duì)預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)的連接節(jié)點(diǎn)抗震性能進(jìn)行了研究分析，節(jié)點(diǎn)包括焊接節(jié)點(diǎn)、螺栓節(jié)點(diǎn)、疊合截面節(jié)點(diǎn)。試驗(yàn)進(jìn)行了7個(gè)節(jié)點(diǎn)試件的加載試驗(yàn)，其中3個(gè)試件塑性鉸設(shè)計(jì)在節(jié)點(diǎn)內(nèi)，4個(gè)試件塑性鉸設(shè)計(jì)在節(jié)點(diǎn)外。研究結(jié)果表明，三種不同類型的節(jié)點(diǎn)都具有較好的抗震性能，疊合連接節(jié)點(diǎn)和螺栓連接節(jié)點(diǎn)的抗震性能更優(yōu)越。

（3）M.Ataur Rahman和 Sri Sritharan對(duì)預(yù)制裝配式混合結(jié)構(gòu)框架的抗震性能進(jìn)行了評(píng)估，對(duì)兩棟五層預(yù)制裝配式混合結(jié)構(gòu)提出了基于性能的抗震評(píng)估方法，之后對(duì)兩個(gè)結(jié)構(gòu)按PRESSS項(xiàng)目進(jìn)行了設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)時(shí)按比例縮小，目的是為了利用PRESSS項(xiàng)目的測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證。研究結(jié)果表明，當(dāng)輸入地震強(qiáng)度相當(dāng)于設(shè)計(jì)地震強(qiáng)度的1.5倍時(shí)，使用基于位移原理設(shè)計(jì)的建筑物不能滿足層間位移限制的要求，而使用基于力原理設(shè)計(jì)的建筑物則可滿足要求。

（4）Im等對(duì)6個(gè)采用附加鋼筋搭連接節(jié)點(diǎn)進(jìn)行抗震性能測(cè)試，該節(jié)點(diǎn)由端部帶U形槽的預(yù)制梁、預(yù)制柱、后澆混凝土組成。靜力試驗(yàn)結(jié)果表明，該類節(jié)點(diǎn)由于節(jié)點(diǎn)鋼筋存在滑移現(xiàn)象，耗能和剛度上相對(duì)于現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn)略差，通過增加端頭鋼筋可提高其耗能能力，達(dá)到現(xiàn)澆水平。

（5）Yuksel等分別對(duì)應(yīng)用于民用建筑的底筋錨固式整澆連接節(jié)點(diǎn)和應(yīng)用于工業(yè)建筑的擱置疊合現(xiàn)澆連接節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了試驗(yàn)研究，通過反復(fù)循環(huán)加載試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，這兩種節(jié)點(diǎn)滯回曲線均比較穩(wěn)定，加載位移角低于2%時(shí)，耗能較好；位移角達(dá)到3%時(shí)，試件關(guān)鍵截面性能發(fā)生退化，捏縮效應(yīng)明顯。

2.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

唐山大地震后，我國(guó)裝配式建筑發(fā)展放緩，開始審視裝配式遇到的問題，生產(chǎn)工藝固然是原因之一，但裝配式結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)研究也是欠缺的。

（1）最初由北京市建筑設(shè)計(jì)研究院聯(lián)合同濟(jì)大學(xué)、東南大學(xué)等多家高校及科研機(jī)構(gòu)組成了“全國(guó)框架節(jié)點(diǎn)專題研究組”，對(duì)裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了全面系統(tǒng)的試驗(yàn)與研究。其中，東南大學(xué)唐九如教授系統(tǒng)地整理了各類框架節(jié)點(diǎn)的受力機(jī)理及抗震性能，其研究成果編入《鋼筋混凝土框架節(jié)點(diǎn)抗震》中，對(duì)各類框架節(jié)點(diǎn)（裝配式框架節(jié)點(diǎn)、現(xiàn)澆框架節(jié)點(diǎn)、預(yù)應(yīng)力節(jié)點(diǎn)、鋼纖維砼節(jié)點(diǎn)、輕骨料節(jié)點(diǎn)等）的抗震設(shè)計(jì)方法都有講解。

（2）同濟(jì)大學(xué)趙斌教授等在“歐盟第五框架”項(xiàng)目的支持下，通過低周反復(fù)荷載試驗(yàn)對(duì)現(xiàn)澆高強(qiáng)混凝土梁柱節(jié)點(diǎn)、高強(qiáng)預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)裝配式梁柱節(jié)點(diǎn)、預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)高強(qiáng)混凝土后澆整體式梁柱節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了研究。研究結(jié)果表明，高強(qiáng)預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)后澆整體式梁柱節(jié)點(diǎn)與現(xiàn)澆高強(qiáng)混凝土梁柱節(jié)點(diǎn)的抗震性能基本一致，而高強(qiáng)預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)全裝配式梁柱節(jié)點(diǎn)的抗震性能差異明顯。

（3）合肥工業(yè)大學(xué)柳炳康教授等研究了從日本引進(jìn)的預(yù)壓裝配式混凝土框架體系，對(duì)其整體抗震性進(jìn)行了分析和研究。研究結(jié)果表明，預(yù)應(yīng)力鋼筋使預(yù)壓裝配式混凝土框架連接變形恢復(fù)能力增強(qiáng)，并且卸載后具有良好的變形恢復(fù)能力，殘余變形較小，整體結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度隨著節(jié)點(diǎn)的剛性增加得到了提高。

（4）湖南大學(xué)黃遠(yuǎn)教授等利用低周反復(fù)荷載試驗(yàn)對(duì)2榀兩層兩跨現(xiàn)澆柱預(yù)制梁裝配整體式框架子結(jié)構(gòu)的抗震性能進(jìn)行了研究。其中，框架結(jié)構(gòu)的最大層間位移角可達(dá)到1/25。研究結(jié)果表明，在屈服之前結(jié)構(gòu)剛度發(fā)生了明顯退化；現(xiàn)澆柱預(yù)制梁裝配整體式框架結(jié)構(gòu)具有良好的延性和穩(wěn)定的滯回性；梁端鋼筋上預(yù)設(shè)套管能有效提高結(jié)構(gòu)的變形能力。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者均對(duì)傳統(tǒng)裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了系統(tǒng)研究與分析，并對(duì)高性能混凝土以及預(yù)應(yīng)力混凝土的抗震性能進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)高性能混凝土能有效提高整體框架的抗震性能。

3 結(jié)語

（1）節(jié)點(diǎn)是混凝土框架結(jié)構(gòu)受力的重中之重，對(duì)于裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)，節(jié)點(diǎn)的受力性能，尤其是抗震性能是結(jié)構(gòu)安全最核心的問題，做好節(jié)點(diǎn)抗震性能的研究，是保證裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

（2）與傳統(tǒng)的現(xiàn)澆混凝土框架結(jié)構(gòu)比較，裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)具有提高施工速度、優(yōu)化施工質(zhì)量、提高效率、綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，其關(guān)鍵核心技術(shù)在構(gòu)件的預(yù)制精度及節(jié)點(diǎn)連接的可靠性能，應(yīng)增強(qiáng)國(guó)內(nèi)混凝土裝配企業(yè)的加工技術(shù)，確保裝配式建筑健康良好的發(fā)展。

（3）裝配式混凝土框架節(jié)點(diǎn)中，用高性能混凝土代替普通混凝土，或者采用預(yù)應(yīng)力混凝土等方法都可提高節(jié)點(diǎn)的抗震性能，應(yīng)致力于新材料的研究、優(yōu)化裝配式混凝土建筑、綠色環(huán)保的前提下，提高整體建筑的抗震性能。