淺談裝配式建筑結(jié)構(gòu)節(jié)點連接方式

錢 坤 董沛雨

1長春建筑學(xué)院（130604） 2吉林建筑大學(xué)（130118）

0 引言

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，建筑工業(yè)化日趨成熟，裝配式建筑以施工工期短、質(zhì)量高、低耗能等優(yōu)點從中脫穎而出，其順應(yīng)綠色建筑的發(fā)展潮流，是未來建筑行業(yè)發(fā)展的方向。由于我國裝配式建筑起步較晚，相關(guān)技術(shù)還不夠成熟，因而裝配式建筑在現(xiàn)有建筑形式中的占比較低,與現(xiàn)澆建筑結(jié)構(gòu)相比，節(jié)點連節(jié)技術(shù)是裝配式建筑的關(guān)鍵、核心技術(shù)[1]，節(jié)點的可靠連接關(guān)乎建筑的整體安全，節(jié)點區(qū)的薄弱將導(dǎo)致建筑抗震性能和整體性較差。因此節(jié)點連接技術(shù)的完善和正確選擇將對實際工程的保質(zhì)保量具有深刻意義。

1 裝配式建筑

裝配式建筑是由工廠生產(chǎn)的預(yù)制構(gòu)件在施工現(xiàn)場通過可靠的連接方式裝配而成的建筑[2]。目前，常見的裝配式結(jié)構(gòu)體系主要有：裝配式框架結(jié)構(gòu)、裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)、裝配式框架-現(xiàn)澆核心筒結(jié)構(gòu)、裝配式部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)等。

2 節(jié)點連接概述

實際工程中，裝配式建筑連接位置主要在框架內(nèi)梁-柱、柱-柱、疊合梁及結(jié)構(gòu)上墻、板[3]等構(gòu)件的連接部位，我們需綜合考慮材料屬性、造價、技術(shù)、連接部位結(jié)構(gòu)特征等多方面因素來選取合理的連接方式。

裝配式建筑結(jié)構(gòu)節(jié)點連接主要分為干連接和濕連接，在施工工藝上稱之為干法和濕法，應(yīng)用于預(yù)制構(gòu)件之間的豎向（水平接縫）和橫向（豎向接縫）連接。干連接是利用預(yù)制構(gòu)件中的鋼筋進行機械連接，主要有螺栓連接、焊接連接、牛腿連接、鋼筋機械連接、剛吊架式連接等；濕連接是指將工廠預(yù)制的構(gòu)件在現(xiàn)場進行拼接裝配，在節(jié)點區(qū)進行混凝土后澆，主要有灌漿套筒連接、漿錨搭接連接、注膠套筒連接等。裝配式建筑如果采用合理的節(jié)點連接方式，其結(jié)構(gòu)整體性能會優(yōu)于普通框架混凝土結(jié)構(gòu)[4]。

2.1 干連接

2.1.1 螺栓連接

螺栓連接分為普通螺栓連接和高強度螺栓連接兩種方式。Technical council of Fip報告中提出螺栓連接是傳遞軸力、彎矩與剪力的連接形式，可用于連接梁柱。螺栓連接的優(yōu)勢在于實際施工中操作簡便，但對預(yù)制構(gòu)件的精度、作業(yè)人員的技術(shù)能力要求更高，以避免裝配時產(chǎn)生連接誤差從而影響建筑整體受力性能。其最大的缺點就是后期的維護、維修成本較高而且較為困難。

2.1.2 焊接連接

焊接連接是采用焊接工藝將預(yù)制構(gòu)件連接在一起的方式，其優(yōu)勢在于施工方便、快捷、節(jié)約成本，在鋼結(jié)構(gòu)中應(yīng)用普遍。PILLAI SU[5]等對足尺預(yù)制的焊接和現(xiàn)澆混凝土的梁-柱節(jié)點進行了對比試驗，結(jié)果表明，預(yù)制試件的焊接位置是薄弱部位，易發(fā)生脆性破壞，抗震性能不理想，故提高焊接部位強度是使用焊接技術(shù)連接預(yù)制構(gòu)件的前提。增加鋼筋焊接長度、在節(jié)點區(qū)進行塑性鉸設(shè)置[6]，有利于提高節(jié)點抗剪性能，但同時也對作業(yè)人員有更高的焊接技術(shù)要求。

2.1.3 牛腿連接

牛腿連接是一種利用連接點的高承載力，通過牛腿腹板、上下翼緣向周圍連接構(gòu)件傳力，從而保證裝配式結(jié)構(gòu)整體良好受力性能的連接形式，一般分為三種連接方式。1）明牛腿連接：實際工程中將連接點暴露在建筑物外部進行連接，操作簡單方便，承載力較好，但影響整體美觀；2）暗牛腿連接：連接部分占據(jù)空間小，承載力良好，不影響整體美觀，但對施工工藝要求較高；3）型鋼暗牛腿連接：連接處采用混凝土包裹，僅使小面積牛腿暴露在外，一定程度上提高了承載力，最宜采用[7]。

2.1.4 鋼筋機械連接

鋼筋機械連接是一種借助鋼筋端面良好的承壓作用，使其與套筒等連接構(gòu)件進行機械咬合從而實現(xiàn)鋼筋連接的方式，可通過連接件傳遞軸向拉、壓力，具有接頭強度高、剛度大、無需濕作業(yè)、簡便快捷的優(yōu)點。

2.2 濕連接

2.2.1 灌漿套筒連接

灌漿套筒連接是指將兩根鋼筋從中空型套筒兩端直接插入內(nèi)部，無需搭接，繼而通過從灌漿孔注入的灌漿料將兩根鋼筋有效連接。錨固鋼筋與膨脹的灌漿料產(chǎn)生摩擦力，套筒連接件與外部混凝土也產(chǎn)生較強的粘結(jié)力，因此灌漿套筒連接能夠有效傳遞鋼筋應(yīng)力。灌漿套筒按接頭的形式又可以分為全灌漿套筒和半灌漿套筒，其中全灌漿套筒連接施工方便，允許出現(xiàn)施工偏差，在實際工程中應(yīng)用更為廣泛。

長期以來，研究人員對灌漿套筒技術(shù)做了大量試驗，證明了此技術(shù)的高效性、可靠性，灌漿套筒連接技術(shù)也已經(jīng)相當(dāng)成熟，是裝配式建筑施工現(xiàn)場鋼筋連接的首選方式。

2.2.2 漿錨搭接

漿錨搭接的基本原理是在搭接區(qū)將鋼筋分開并保持一段距離，同時分別與混凝土錨固，最后通過混凝土實現(xiàn)鋼筋應(yīng)力的傳遞，一般有兩種連接形式。1）插入式預(yù)留孔灌漿鋼筋連接：在預(yù)制構(gòu)件上預(yù)留內(nèi)壁粗糙的孔洞（注入灌漿料后增強其與周圍混凝土粘結(jié)強度）并留有灌漿孔和排氣孔，將連接構(gòu)件預(yù)埋鋼筋插入孔洞，注入灌漿料，完成鋼筋連接；2）金屬波紋管漿錨搭接連接：在預(yù)制構(gòu)件中預(yù)埋金屬波紋管，將連接件預(yù)埋鋼筋插入金屬波紋管中，最后注入灌漿料完成連接。

漿錨搭接的連接方式要滿足現(xiàn)行規(guī)范的要求，連接鋼筋搭接長度取錨固長度乘以修正系數(shù)后的值，對于受拉構(gòu)件或者鋼筋直徑大于20 mm且直接受動力荷載構(gòu)件的縱向鋼筋不宜采用此連接方式[8]。

3 應(yīng)用概況及其特點總結(jié)

3.1 干連接

螺栓連接常見于框架結(jié)構(gòu)或組裝墻板結(jié)構(gòu)的低層建筑，對于施工技術(shù)要求較高，需注意后期維護；焊接連接常見于鋼結(jié)構(gòu)體系的高層建筑，施工技術(shù)要求高；牛腿連接主要用于框架結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)廠房，其抗震、承載力一般；機械連接常單純地應(yīng)用于鋼筋連接。

3.2 濕連接

灌漿套筒連接適用于各種結(jié)構(gòu)體系的高層建筑，其抗震、承載力優(yōu)越，對于套筒的鑄造工藝要求較高；漿錨搭接適用于高度小于3層或12 m的框架結(jié)構(gòu)及二、三級抗震的剪力墻結(jié)構(gòu)，其性能與灌漿套筒連接相似，但成本較之更低。

3.3 其他連接

剛吊架式連接、構(gòu)件搭接、注膠套筒連接等應(yīng)用較少，未得到廣泛推廣[9]。

4 結(jié)語

建筑行業(yè)逐漸朝著工業(yè)化、產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)型，在有效提高裝配式建筑裝配率的同時，必須要保證建筑安全，其核心在于節(jié)點安全。實際工程應(yīng)用中，為保證建筑質(zhì)量安全，必須充分了解各種節(jié)點連接方式的優(yōu)劣勢及適用范圍，選擇最為合適的連接方式。當(dāng)然，在充分了解各種連接方式的前提下，可以針對一些特殊體系、特殊情況對其進行改善。在“中建快速裝配體系（PPEFF）”中，對于預(yù)應(yīng)力梁柱節(jié)點采用了“預(yù)應(yīng)力干式壓著連接”[10]；東南大學(xué)的郭正興[11]研究出一種“新型焊接半灌漿套筒連接”，該方式將焊接、套筒連接結(jié)合起來，通過保證焊接接頭的性能將預(yù)制端和裝配端有效焊接為一體，解決了因大直徑鋼筋的套筒需滿足套筒最小錨固長度8 d的要求而導(dǎo)致套筒過長、施工困難的問題。

現(xiàn)階段，各種節(jié)點連接方式都存在一定的局限性，都受到材料、技術(shù)的制約，例如框架節(jié)點處鋼筋稠密，導(dǎo)致施工困難，連接技術(shù)還需要進一步研究。總的來看，我國裝配式建筑技術(shù)較之國外還比較落后，行業(yè)規(guī)范、技術(shù)要求也還不夠完善，國內(nèi)的裝配式建筑節(jié)點連接也多以濕連接為主[12]，但相信隨著研究力度的加大，通過不斷創(chuàng)新，節(jié)點連接方式終會跨過技術(shù)的鴻溝，進一步推動新型建筑方式的發(fā)展。