探究預(yù)制裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點(diǎn)技術(shù)

陳燕友

（廣東理工學(xué)院，廣東 肇慶 526100）

預(yù)制裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)，出現(xiàn)在20世紀(jì)50年代，可以解決勞動力成本高、工人作業(yè)不熟練等問題，從而保證工期和質(zhì)量目標(biāo)。經(jīng)相關(guān)研究和驗(yàn)證，該技術(shù)方案已經(jīng)發(fā)展成為一個(gè)重要的建筑結(jié)構(gòu)體系。在國內(nèi)，預(yù)制裝配整體式混凝土技術(shù)發(fā)展時(shí)間短，一方面節(jié)點(diǎn)技術(shù)不完善，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的抗震性不佳；另一方面構(gòu)件跨度小、承載力低，也阻礙了該技術(shù)的發(fā)展[1]。以下結(jié)合實(shí)踐，探討了梁柱節(jié)點(diǎn)施工技術(shù)的應(yīng)用。

1 預(yù)制裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)的技術(shù)特點(diǎn)

1.1 技術(shù)原理

預(yù)制裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)，是先在工廠內(nèi)預(yù)制生產(chǎn)出主體構(gòu)配件，例如梁、板、柱、墻體等； 然后運(yùn)輸至現(xiàn)場，使用起重設(shè)備將構(gòu)件吊裝至預(yù)設(shè)位置； 最后采用注漿、鍵槽、后澆混凝土等措施，促使各個(gè)構(gòu)件和節(jié)點(diǎn)形成一個(gè)整體。在實(shí)際施工中，該技術(shù)的優(yōu)勢主要包括[2]： （1） 施工效率高； （2） 節(jié)省材料資源； （3） 工程造價(jià)低； （4） 低碳環(huán)保； （5） 耐久性好； （6） 容易控制外觀和質(zhì)量。以預(yù)應(yīng)力疊合梁、預(yù)應(yīng)力疊合板構(gòu)成的樓蓋結(jié)構(gòu)為例，不僅承載力高、抗裂度強(qiáng)，而且構(gòu)件截面小，能減輕結(jié)構(gòu)自重，滿足綠色施工標(biāo)準(zhǔn)。結(jié)合工程實(shí)踐，常見的預(yù)制裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)有：框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、框-剪結(jié)構(gòu)、疊合梁/板/樓蓋結(jié)構(gòu)等。

1.2 適用范圍

預(yù)制裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)施工，主要依據(jù)《預(yù)制裝配整體式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》 《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》 《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》等。適用范圍如下：框架結(jié)構(gòu)適用于抗震設(shè)防烈度不高于7度的工民建中；疊合板結(jié)構(gòu)適用于抗震設(shè)防烈度不高于8度的工民建樓蓋、屋蓋中。

2 預(yù)制裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)和構(gòu)造

2.1 設(shè)計(jì)思路

在預(yù)制裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)中，節(jié)點(diǎn)一般設(shè)置在梁柱節(jié)點(diǎn)的核心區(qū)，這是抗震薄弱部位，破壞形式主要是鋼筋屈曲、混凝土碎裂?？紤]到節(jié)點(diǎn)區(qū)的鋼筋布設(shè)比較密集，澆筑混凝土?xí)r，因振搗不密實(shí)會降低施工質(zhì)量。以新型梁柱節(jié)點(diǎn)為例，設(shè)計(jì)依據(jù)主要是：第一，依據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》，重要構(gòu)件或傳力部位，縱向受力鋼筋不能設(shè)置接頭。第二，遵循強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件的原則，對梁柱連接的核心區(qū)域進(jìn)行整體澆筑；第三，將節(jié)點(diǎn)連接部位，設(shè)置在梁段1/3處，柱段1/2處[3]。其中，梁體和梁體的連接，采用企口形式，要求預(yù)埋角鋼，和搭接梁焊接在一起；柱體和柱體的連接，采用植筋方案。

2.2 構(gòu)造方法

第一，現(xiàn)澆連接。將梁、柱等構(gòu)件運(yùn)輸至現(xiàn)場，裝配時(shí)對節(jié)點(diǎn)進(jìn)行現(xiàn)澆，包括傳統(tǒng)現(xiàn)澆、預(yù)應(yīng)力整澆兩種形式。其中，預(yù)應(yīng)力整澆能提高結(jié)構(gòu)的受力性能，因此應(yīng)用更加廣泛。在預(yù)應(yīng)力整澆節(jié)點(diǎn)中，主要分為三種：一是全預(yù)應(yīng)力節(jié)點(diǎn)，二是部分預(yù)應(yīng)力節(jié)點(diǎn)，三是緩黏結(jié)預(yù)應(yīng)力節(jié)點(diǎn)。以緩黏結(jié)預(yù)應(yīng)力節(jié)點(diǎn)為例，它是由混凝土柱、左混凝土梁、右混凝土梁組成。其中，混凝土柱的節(jié)點(diǎn)處只有主筋；左混凝土梁布設(shè)了預(yù)應(yīng)力筋，左端和張拉錨具連接，右端形成連接部；右混凝土梁也布設(shè)了預(yù)應(yīng)力筋，左端形成連接部，右端和張拉錨具連接。左、右混凝土梁中的預(yù)應(yīng)力筋，利用連接器進(jìn)行連接，并和混凝土柱現(xiàn)澆后成為一個(gè)整體。如此，不僅能提高抗震性能，而且施工作業(yè)簡單。

第二，干連接。梁柱構(gòu)件的連接在工廠內(nèi)完成，運(yùn)輸至現(xiàn)場只需裝配即可。具體操作上，主要是使用牛腿、剪力件等，促使梁、柱成為一個(gè)整體。其中，連接件負(fù)責(zé)節(jié)點(diǎn)的受力，主要有企口連接、牛腿連接、BCC連接、BSF連接等[4]。采用牛腿連接方案時(shí)，需要的施工空間大，且外觀美觀性差，因此多用在廠房建設(shè)。而暗牛腿是在短懸臂梁上伸出的，連接部位轉(zhuǎn)移到離開柱邊的位置上，可以提高節(jié)點(diǎn)的受力性能，方便預(yù)埋鋼板焊接。

以植筋技術(shù)為例，首先在基材混凝土中預(yù)埋帶肋鋼筋、螺紋鋼筋，然后使用專業(yè)膠黏劑進(jìn)行錨固，常用在構(gòu)件改造工程。相比于其他節(jié)點(diǎn)技術(shù)，膠黏劑具有較強(qiáng)的黏結(jié)性，而且能縮短凝固時(shí)間，實(shí)現(xiàn)快捷施工目標(biāo)。具體操作上，在柱體下半段預(yù)留植筋孔，在柱體上半段搭接筋區(qū)、植筋范圍內(nèi)加密箍筋。其中，預(yù)留孔的大小、箍筋加密情況，均要滿足《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求；安裝前清理植筋孔洞，注入植筋膠，要求超過孔高的80%。插入預(yù)埋鋼筋后，應(yīng)該減少二次擾動，保證連接質(zhì)量。如果在搭接處預(yù)埋角鋼，將受力鋼筋和角鋼焊接在一起，在角鋼長度方向上，間隔200 mm引出拉錨筋，避免節(jié)點(diǎn)承載力不足引起的破壞。吊裝中間搭接梁，就位后和預(yù)埋角鋼焊接，并對焊縫進(jìn)行打磨處理，利用同等級的鋼板在角鋼四周焊接。對焊縫的處理上，要滿足《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求，拉錨筋、箍筋的直徑和強(qiáng)度等級保持一致[5]。

3 預(yù)制裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點(diǎn)的受力分析

3.1 受力特點(diǎn)

依據(jù)相關(guān)研究結(jié)果，預(yù)制裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)和現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)，兩者在受力上的最大區(qū)別，在于構(gòu)件節(jié)點(diǎn)的連接。震害調(diào)查顯示，遭受地震災(zāi)害后，預(yù)制混凝土墻體的破壞程度輕，大空間預(yù)制混凝土框架結(jié)構(gòu)的破壞重。究其原因，是構(gòu)件連接破壞，繼而引起結(jié)構(gòu)整體離散。

相比之下，現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn)的整體性更好，其延性、耗能性和現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)相似。結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，預(yù)制裝配整體框架結(jié)構(gòu)的梁柱節(jié)點(diǎn)，在反復(fù)荷載作用下，梁端滯回環(huán)飽滿，隨著加載位移增大，滯回環(huán)包圍的面積增大，因此抗震耗能良好，能滿足延性設(shè)計(jì)要求。節(jié)點(diǎn)干連接的整體性低于現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn)，實(shí)際施工中需要配合牛腿、灌漿、預(yù)埋件焊接等作業(yè)。節(jié)點(diǎn)干連接的豎向承載力強(qiáng)，但在地震荷載反復(fù)作用下，焊縫容易發(fā)生脆性破壞，影響結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。

3.2 案例分析

以某廠房為例，屬于預(yù)制鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，共計(jì)4層，層高為3.3 m，總高為13.2 m。該工程抗震等級為7級，其中梁尺寸是400 mm×600 mm，柱尺寸是600 mm×600 mm，跨度為7 200 mm，受力鋼筋為HRB400，混凝土強(qiáng)度等級為C30。先利用PKPM軟件建立工程模型，改變搭接梁的剛度，建立裝配式結(jié)構(gòu)體系，分別是現(xiàn)澆體系Ex、0.8Ex、0.6Ex、0.4Ex。然后通過有限元分析，計(jì)算得到結(jié)構(gòu)體系的自振周期、最大層間位移角，見表1。分析可知， （1） 4種結(jié)構(gòu)體系的自振周期差異不大，說明預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)和現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)相似； （2） 隨著節(jié)點(diǎn)區(qū)的剛度減小，結(jié)構(gòu)層間位移角度變大，滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求。

表1 結(jié)構(gòu)體系的自振周期和最大層間位移角

續(xù)表1 結(jié)構(gòu)體系的自振周期和最大層間位移角

4 結(jié)語

綜上所述，預(yù)制裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)，在建筑工程中比較常見，相比于現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)具有諸多技術(shù)優(yōu)勢。但是，節(jié)點(diǎn)連接是一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)，主要采用現(xiàn)澆連接、干連接兩種方案。文中結(jié)合工程案例，分析了梁柱節(jié)點(diǎn)的受力特點(diǎn)，希望為實(shí)際施工提供經(jīng)驗(yàn)借鑒，選擇科學(xué)合理的節(jié)點(diǎn)連接方式，滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求，提高結(jié)構(gòu)的整體性和穩(wěn)定性。