裝配式建筑構(gòu)件的節(jié)點(diǎn)連接技術(shù)研究

秦成龍

（中國(guó)建筑第二工程局有限公司）

1 引言

裝配式建筑具備節(jié)材、節(jié)能、建造效率高、社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益突出等優(yōu)勢(shì)。該類(lèi)型建筑首先在工廠預(yù)制若干建筑構(gòu)件，其后將預(yù)制構(gòu)件運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)并予以拼裝。對(duì)比傳統(tǒng)現(xiàn)澆鋼筋混凝土建筑施工技術(shù)，裝配式建筑施工技術(shù)操作簡(jiǎn)單且省去了大量的現(xiàn)場(chǎng)施工工作，進(jìn)而有效縮短了施工周期、減少了施工耗材。在裝配式建筑施工過(guò)程中，其預(yù)制構(gòu)件的節(jié)點(diǎn)連接是一大難點(diǎn)，因而節(jié)點(diǎn)連接技術(shù)已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究重點(diǎn)。依據(jù)施工工藝以及構(gòu)造形式的不同，裝配式建筑構(gòu)件的節(jié)點(diǎn)連接技術(shù)可以劃分為濕式連接技術(shù)以及干式連接技術(shù)。分析不同類(lèi)型的裝配式建筑構(gòu)件的節(jié)點(diǎn)連接技術(shù)并予以對(duì)比，能提高裝配式建筑構(gòu)件節(jié)點(diǎn)連接的質(zhì)量。

2 裝配式建筑構(gòu)件的節(jié)點(diǎn)連接技術(shù)

2.1 濕式連接技術(shù)

濕式連接技術(shù)是指在工廠生產(chǎn)建筑構(gòu)件運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)安裝，并在建筑構(gòu)件的節(jié)點(diǎn)部位現(xiàn)澆混凝土以完成構(gòu)件之間的拼接，也將濕式連接技術(shù)劃分為灌漿連接技術(shù)以及漿錨搭接技術(shù)等。

2.1.1 套筒灌漿連接技術(shù)

將預(yù)制構(gòu)件的受力鋼筋置于預(yù)埋套筒中，其后在套筒中灌注高強(qiáng)度灌漿料，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)構(gòu)件間力的傳遞。在裝配式建筑施工過(guò)程中，應(yīng)將構(gòu)件的操作空間、施工質(zhì)量、施工效率等因素考慮在內(nèi)。當(dāng)使用機(jī)械連接和焊接連接等連接方式較為不便時(shí)，可以使用套筒灌漿連接技術(shù)，該技術(shù)一方面可以約束縱向受力鋼筋，另一方面可以傳遞鋼筋應(yīng)力，在減少現(xiàn)場(chǎng)焊接工作量的同時(shí)，增加了預(yù)制構(gòu)件重疊區(qū)域的總體剛度，也提高了預(yù)制構(gòu)件連接部位的承載性能。

該技術(shù)可以運(yùn)用于不同高度以及結(jié)構(gòu)形式的裝配式建筑構(gòu)件，對(duì)比其他連接方式，套筒灌漿連接技術(shù)由于錨固長(zhǎng)度較短，因此可以減少耗材?？陀^來(lái)看，套筒灌漿連接技術(shù)存在如下缺點(diǎn)：①該技術(shù)節(jié)點(diǎn)構(gòu)造復(fù)雜，對(duì)精度要求較高，當(dāng)鋼筋存在錯(cuò)位現(xiàn)象時(shí)，極有可能導(dǎo)致整批構(gòu)件的報(bào)廢；②該技術(shù)節(jié)點(diǎn)的連接質(zhì)量難以檢驗(yàn)，且安裝效率較低；③套筒的成本較高，致使造價(jià)高昂。

2.1.2 漿錨搭接技術(shù)

漿錨搭接技術(shù)即為在生產(chǎn)過(guò)程中，在預(yù)制構(gòu)件中留設(shè)孔道，在拼裝過(guò)程中將所需搭接的鋼筋插入孔道中，進(jìn)一步在孔道中灌注灌漿料以實(shí)現(xiàn)構(gòu)件之間的連接。

1）基于螺旋箍筋約束的漿錨搭接技術(shù)

基于螺旋箍筋約束的漿錨搭接技術(shù)為國(guó)內(nèi)自主研發(fā)型技術(shù)，在預(yù)制構(gòu)件下部留設(shè)孔洞以及預(yù)埋鋼筋，將孔洞內(nèi)側(cè)面加工為粗糙面，并利用螺旋箍筋將預(yù)埋鋼筋以及孔洞綁扎以強(qiáng)化接頭連接性能。在拼裝過(guò)程中，將下部預(yù)制構(gòu)件的預(yù)留鋼筋插入孔洞，其后在孔洞中灌注灌漿料使得構(gòu)件相互連接。

2）NPC 漿錨搭接技術(shù)

NPC 漿錨搭接技術(shù)（New Precast Concrete）來(lái)源于澳大利亞。在構(gòu)件中留設(shè)金屬波紋管孔道，在安裝過(guò)程中，將下部構(gòu)件的預(yù)留鋼筋插入上部構(gòu)件的留設(shè)孔道中并灌注灌漿料。

3）基于套筒約束的漿錨搭接技術(shù)

基于套筒約束的漿錨搭接技術(shù)是指在構(gòu)件的鋼筋搭接部位設(shè)置套筒，利用套筒加強(qiáng)連接部位強(qiáng)度，較少構(gòu)件發(fā)生開(kāi)裂的概率，該技術(shù)操作簡(jiǎn)便且經(jīng)濟(jì)合理。

4）基于墩頭鋼筋預(yù)留孔的漿錨搭接技術(shù)

基于墩頭鋼筋預(yù)留孔的漿錨搭接技術(shù)是在上部構(gòu)件底部留設(shè)孔道，在下部構(gòu)件頂部留設(shè)鋼筋并將鋼筋墩頭。在拼裝過(guò)程中將墩頭鋼筋插沒(méi)進(jìn)孔道中并灌注灌漿料。

由上述分析可以得知，漿錨搭接技術(shù)種類(lèi)繁多，其中應(yīng)用范圍較廣的技術(shù)為基于螺旋箍筋約束的漿錨搭接技術(shù)以及NPC 漿錨搭接技術(shù)，這兩種技術(shù)廣泛運(yùn)用于低層以及多層結(jié)構(gòu)建筑中，在高層結(jié)構(gòu)中的運(yùn)用有待論證。在技術(shù)優(yōu)點(diǎn)方面，漿錨搭接技術(shù)操作簡(jiǎn)便，施工中僅需將鋼筋插入孔道并予以灌漿，安裝時(shí)工人的操作效率高。但是，生產(chǎn)時(shí)預(yù)制構(gòu)件的預(yù)留鋼筋與預(yù)留孔道需要對(duì)位，因此對(duì)于構(gòu)件加工精度提出了較高的要求，同時(shí)由于搭接長(zhǎng)度較長(zhǎng)，造成了較大的鋼筋消耗量?？傮w來(lái)看，在低層以及多層結(jié)構(gòu)建筑中，漿錨搭接技術(shù)是一種可靠的連接技術(shù)，但是該技術(shù)在高層結(jié)構(gòu)建筑中的運(yùn)用有待開(kāi)發(fā)和完善。

2.2 干式連接技術(shù)

干式連接技術(shù)是指在預(yù)制構(gòu)件連接過(guò)程中不需要澆筑混凝土，直接將構(gòu)件進(jìn)行焊接或者螺栓連接，干式連接技術(shù)可以劃分為螺栓連接技術(shù)、焊接連接技術(shù)以及牛腿連接技術(shù)等，該類(lèi)技術(shù)原理簡(jiǎn)單、操作便捷、濕作業(yè)量小。

1）螺栓連接技術(shù)

在生產(chǎn)過(guò)程中，在預(yù)制構(gòu)件邊沿位置留設(shè)螺栓孔以及安裝孔，在安裝過(guò)程中將螺桿穿束進(jìn)入相鄰構(gòu)件的螺栓孔中、安裝墊片并用螺帽擰緊。值得注意的是，在加工過(guò)程中螺栓需要精準(zhǔn)預(yù)制，在運(yùn)輸時(shí)，應(yīng)妥善保管螺栓，確保其螺紋完好、表面潔凈，以提高安裝過(guò)程中的一次成型率。

從螺栓連接技術(shù)的優(yōu)化層面來(lái)看，可以通過(guò)使用橡膠螺栓墊片、使用高強(qiáng)螺栓、運(yùn)用預(yù)埋剛性構(gòu)件等方式來(lái)強(qiáng)化螺栓連接節(jié)點(diǎn)的剛度、強(qiáng)度和穩(wěn)定性，例如當(dāng)使用高強(qiáng)螺栓連接預(yù)制構(gòu)件時(shí)，可以使得預(yù)制構(gòu)件連接節(jié)點(diǎn)的抗震性能大幅度提升，其功效近似于現(xiàn)澆連接節(jié)點(diǎn)。

2）焊接連接技術(shù)

焊接連接技術(shù)即為將相鄰預(yù)制構(gòu)件中的預(yù)埋件予以焊接。該技術(shù)在施工過(guò)程基本避免了濕作業(yè)，無(wú)需養(yǎng)護(hù)即可完成連接，施工時(shí)間較短、成本較低。但是，由于焊接連接的節(jié)點(diǎn)無(wú)明顯的塑性鉸區(qū)，因此在后續(xù)使用中，連接部位由于應(yīng)力反復(fù)作用而發(fā)生脆性破壞，因此，焊接連接技術(shù)在抗震性能方面存在較大不足。

3）牛腿連接技術(shù)

牛腿連接技術(shù)原理簡(jiǎn)單、操作便捷，根據(jù)結(jié)構(gòu)形式的不同，其可以劃分為明牛腿連接技術(shù)和暗牛腿連接技術(shù)。對(duì)比來(lái)看，明牛腿連接技術(shù)雖然受力合理，但由于會(huì)影響建筑內(nèi)部空間的使用和觀感，因此在裝配式建筑施工中運(yùn)用較少；暗牛腿連接技術(shù)雖然保證了建筑內(nèi)部空間的使用和觀感，但由于牛腿的高度有限，在節(jié)點(diǎn)的抗剪強(qiáng)度欠佳，因此其使用也受到了限制。牛腿連接技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是可以通過(guò)在矩形暗牛腿與梁和柱連接端布置相互嵌固的缺口槽，再通過(guò)螺栓板將預(yù)制梁和柱連接成整體的連接方式來(lái)攻克上述兩種技術(shù)存在的不足，在提高節(jié)點(diǎn)強(qiáng)度、優(yōu)化傳力方式的同時(shí)，保證了結(jié)構(gòu)的美觀與建筑內(nèi)部空間的完整。

3 裝配式建筑構(gòu)件節(jié)點(diǎn)連接技術(shù)的對(duì)比

在結(jié)構(gòu)受力的角度來(lái)看，濕式連接技術(shù)諸如套筒灌漿和漿錨搭接技術(shù)可以確保預(yù)制構(gòu)件連接節(jié)點(diǎn)具備一定的受力和變形能力，使得裝配式建筑在延展性能和抗震性能方面較具優(yōu)勢(shì)。而干式連接技術(shù)則會(huì)導(dǎo)致連接節(jié)點(diǎn)的延展性能和抗震性能欠佳。從現(xiàn)場(chǎng)安裝工藝的角度來(lái)看，套筒灌漿和漿錨搭接技術(shù)操作復(fù)雜且需要耗費(fèi)較長(zhǎng)的養(yǎng)護(hù)時(shí)間，螺栓和焊接等干式連接技術(shù)無(wú)需濕作業(yè)，且操作便捷，耗費(fèi)的工時(shí)較短。從震后修復(fù)的角度來(lái)看，濕式連接節(jié)點(diǎn)在震后通常需進(jìn)行二次澆筑實(shí)現(xiàn)恢復(fù)，修復(fù)工藝較為繁瑣，干式連接節(jié)點(diǎn)在地震時(shí)，其塑性變形一般發(fā)生于梁柱連接部位，因此震后恢復(fù)較為簡(jiǎn)單，耗費(fèi)的人力和工時(shí)較少。

4 裝配式建筑構(gòu)件節(jié)點(diǎn)連接的質(zhì)量控制措施

4.1 設(shè)計(jì)階段的質(zhì)量控制措施

為保證裝配式建筑構(gòu)件節(jié)點(diǎn)連接質(zhì)量，在設(shè)計(jì)階段，應(yīng)注意如下質(zhì)量控制措施：

①設(shè)計(jì)師應(yīng)充分考慮設(shè)計(jì)、預(yù)制、施工等各個(gè)環(huán)節(jié)的具體情況，并協(xié)同水暖、電氣等技術(shù)人員共同設(shè)計(jì)，以確保預(yù)制構(gòu)件孔道、預(yù)埋鋼筋以及預(yù)埋件設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性；

②考慮到預(yù)制構(gòu)件在預(yù)制以及運(yùn)輸過(guò)程中極易損壞，因此在設(shè)計(jì)過(guò)程中因盡可能減少構(gòu)件跨度，并盡量使得構(gòu)件構(gòu)造簡(jiǎn)單化，以簡(jiǎn)化后續(xù)的節(jié)點(diǎn)連接工藝；

③為了有效提高裝配式建筑的抗?jié)B性能，在設(shè)計(jì)過(guò)程中設(shè)計(jì)師可以將預(yù)制構(gòu)件的連接部位設(shè)計(jì)為相互咬合的企口型，并適當(dāng)在構(gòu)件中留設(shè)減壓空腔，還可以在預(yù)制構(gòu)件的連接部位增設(shè)柔性墊片，進(jìn)而使得在安裝過(guò)程中，相鄰預(yù)制構(gòu)件可以緊密連接，最大化縮減構(gòu)件接觸面縫隙。

4.2 預(yù)制階段的質(zhì)量控制措施

在預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)階段，應(yīng)注意如下質(zhì)量控制措施：

①在預(yù)制前應(yīng)妥善檢查水泥、鋼筋、砂石、預(yù)埋孔道等原材料的質(zhì)量，保證原材料的各項(xiàng)參數(shù)諸如鋼筋抗拉性能、砂石粒徑、水泥強(qiáng)度等達(dá)標(biāo)。此外，還應(yīng)妥善檢查各類(lèi)生產(chǎn)模具，一方面要確保模具的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性達(dá)標(biāo)，另一方面也要保證模具的尺寸以及規(guī)格符合預(yù)制構(gòu)件的設(shè)計(jì)要求；

②應(yīng)嚴(yán)格依據(jù)設(shè)計(jì)開(kāi)展預(yù)制生產(chǎn)，確保預(yù)制構(gòu)件的預(yù)埋件數(shù)量、尺寸、型號(hào)與位置準(zhǔn)確、強(qiáng)度達(dá)標(biāo)；

③應(yīng)嚴(yán)格依規(guī)開(kāi)展預(yù)制構(gòu)件的吊裝工作，在吊裝過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格控制預(yù)制構(gòu)件的起重高度，一般來(lái)說(shuō)，應(yīng)該將裝配式建筑高度、安全吊裝高度、預(yù)制構(gòu)件最大高度以及索具高度的總和作為其起重高度，同時(shí)要避免吊裝作業(yè)損壞預(yù)制構(gòu)件的預(yù)埋件；

④應(yīng)妥善開(kāi)展預(yù)制構(gòu)件的成品保護(hù)工作，一方面應(yīng)該依據(jù)構(gòu)件特征選取適宜的堆放場(chǎng)，另一方面還應(yīng)做到“下墊上蓋”，避免預(yù)制構(gòu)件受到外部環(huán)境的污染或在外力作用下發(fā)生變形及 損壞。

4.3 施工階段的質(zhì)量控制措施

在裝配式建筑構(gòu)件節(jié)點(diǎn)連接作業(yè)的施工階段，應(yīng)注意如下質(zhì)量控制措施：

①在預(yù)制構(gòu)件安裝之前，應(yīng)妥善開(kāi)展構(gòu)件邊緣位置以及預(yù)埋件的測(cè)量復(fù)核，應(yīng)使用測(cè)垂傳感尺等有關(guān)測(cè)量機(jī)具以保證構(gòu)件的尺寸以及垂直度達(dá)標(biāo)，同時(shí)保證構(gòu)件預(yù)埋件的數(shù)量、尺寸和位置準(zhǔn)確，進(jìn)而防止后續(xù)安裝中出現(xiàn)過(guò)大 誤差；

②在預(yù)制構(gòu)件吊裝過(guò)程中，應(yīng)在構(gòu)件安裝位置的上方預(yù)先調(diào)整構(gòu)件的角度以及方向，待調(diào)整到位后方可慢慢放下預(yù)制構(gòu)件，以避免構(gòu)件對(duì)位錯(cuò)誤而導(dǎo)致構(gòu)件連接部位鋼筋的彎曲或斷折；

③在預(yù)制構(gòu)件放置在安裝位置后應(yīng)利用調(diào)斜支撐予以臨時(shí)固定，再在調(diào)斜支撐的支撐下實(shí)施構(gòu)件安裝位置的復(fù)測(cè)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)構(gòu)件安裝位置存在較大誤差時(shí)，應(yīng)實(shí)施微調(diào)；

④當(dāng)使用濕式連接技術(shù)時(shí)，在灌漿作業(yè)前，應(yīng)妥善檢測(cè)灌注漿液的強(qiáng)度、流動(dòng)性等參數(shù)，待確保其參數(shù)達(dá)標(biāo)后方可實(shí)施灌漿，同時(shí)，在灌漿之后應(yīng)進(jìn)行充分養(yǎng)護(hù)，以確保預(yù)制構(gòu)件連接部位強(qiáng)度達(dá)標(biāo)。

5 結(jié)語(yǔ)

對(duì)比傳統(tǒng)現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)，裝配式建筑可以有效優(yōu)化工作條件、降低勞動(dòng)強(qiáng)度、提高工作效率、提升施工節(jié)能和環(huán)?！，F(xiàn)階段關(guān)于裝配式建筑構(gòu)件節(jié)點(diǎn)連接技術(shù)的研究較少，因此應(yīng)深化研究?jī)?yōu)化連接技術(shù)，攻克現(xiàn)有濕式連接技術(shù)以及干式連接技術(shù)存在的不足，突破裝配式建筑的發(fā)展瓶頸，合理的采取有關(guān)質(zhì)量控制措施，將裝配式建筑構(gòu)件節(jié)點(diǎn)連接作業(yè)中的質(zhì)量隱患及安全隱患扼殺在搖籃中，將國(guó)內(nèi)的裝配式建筑施工水平提升到新高度。