新型裝配式輕鋼-EPS 輕質(zhì)混凝土板墻體系節(jié)點(diǎn)性能試驗(yàn)研究分析

劉殿忠 劉 寒

吉林建筑大學(xué)土木工程學(xué)院（130118）

0 引言

傳統(tǒng)的現(xiàn)澆式建筑以現(xiàn)場濕作業(yè)為主，工序多、用工量大、工期長，資源重復(fù)利用率低。因此，裝配式建筑應(yīng)用而生。裝配式建筑采用工業(yè)化的方式進(jìn)行，部分或全部構(gòu)件在工廠預(yù)制，運(yùn)到施工現(xiàn)場后再通過可靠的連接方式拼裝成一體。與傳統(tǒng)的現(xiàn)澆式建筑相比，預(yù)制裝配式建筑具有成品質(zhì)量高、現(xiàn)場施工環(huán)境好、節(jié)省人工、工期較短等優(yōu)點(diǎn)，更符合低碳環(huán)保的時代發(fā)展主題。

隨著高層、超高層建筑的不斷發(fā)展，建筑的重量越來越大，不但增加了建筑地基的處理難度，同時也帶來了很多結(jié)構(gòu)問題，因此，如何減輕建筑結(jié)構(gòu)的自重是亟待解決的問題。當(dāng)前廣泛應(yīng)用的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)存在自重大、抗震性能差等不足，與之相比，鋼結(jié)構(gòu)自重較輕，但純鋼結(jié)構(gòu)又存在防火性能差等不足，為此發(fā)展出了將鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)與鋼結(jié)構(gòu)合二為一的結(jié)構(gòu)體系——組合結(jié)構(gòu)。組合結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度高，單位強(qiáng)度的重量低于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，而抗火、抗腐蝕性能又優(yōu)于鋼結(jié)構(gòu)，因而兼具鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)與鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)。作為組合結(jié)構(gòu)的一種，輕鋼-泡沫混凝土組合結(jié)構(gòu)同樣兼具這兩種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)。輕鋼和泡沫混凝土均為輕質(zhì)材料，沒有自重大的缺點(diǎn)；同時二者均能較好地降低耗能及減震，從而具有良好的抗震性能。泡沫混凝土中含有大量氣泡，保溫隔熱效果好。用泡沫混凝土包裹輕鋼，避免了鋼結(jié)構(gòu)防火性能差的缺陷。因此，發(fā)展輕鋼-泡沫混凝土組合結(jié)構(gòu)具有十分重要的意義。

1 目前常見的裝配式組合結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)形式

1.1 鋼筋漿錨搭接

鋼筋套筒灌漿連接是將鋼筋插入連接套筒中，然后由套筒上的灌漿孔注入高強(qiáng)度無收縮灌漿料，灌漿料硬化后鋼筋便與套筒緊密連接在一起，如圖1 所示。灌漿料的高強(qiáng)性、無收縮性可充分保證其與套筒內(nèi)壁及鋼筋表面的黏結(jié)、摩擦及咬合強(qiáng)度，套筒對灌漿料的約束進(jìn)一步提高了其黏結(jié)性能，從而使鋼筋間應(yīng)力得以有效傳遞[1,2]。該連接技術(shù)在20世紀(jì)80 年代就被日本、新西蘭等國運(yùn)用于工程實(shí)踐當(dāng)中[3~5]。國內(nèi)錢稼茹等學(xué)者的研究表明，這種連接方式的強(qiáng)度等力學(xué)性能較好，可以有效傳力[6~10]。在保證灌漿質(zhì)量的情況下，采用該連接方式的裝配式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)幾乎可以等同于現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)。該連接方式在國內(nèi)也經(jīng)過了部分實(shí)際工程的檢驗(yàn)，隨后被納入了《裝配式混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》并成為主流技術(shù)。然而在實(shí)際工程應(yīng)用中，由于監(jiān)督檢查不到位，存在不按規(guī)范操作和偷工減料等問題，使得灌漿質(zhì)量難以保證從而存在很大安全隱患，影響到了該連接方式的推廣應(yīng)用[11]。

圖1 鋼筋套筒灌漿連接

1.2 鋼筋套筒灌漿連接

鋼筋漿錨搭接連接是將預(yù)制構(gòu)件的插筋插入到所連接預(yù)制構(gòu)件對應(yīng)位置的預(yù)留孔道內(nèi)，再在孔道內(nèi)填充高強(qiáng)無收縮灌漿料形成的連接，主要包括約束漿錨連接和金屬波紋管漿錨連接。約束漿錨連接在接頭范圍內(nèi)預(yù)埋螺旋箍筋，有效加強(qiáng)了對搭接段混凝土的約束；通過抽芯形成帶肋孔道，并預(yù)留好灌漿孔與排氣孔。金屬波紋管漿錨連接通過預(yù)埋金屬波紋管成孔，在預(yù)制構(gòu)件支模時即與構(gòu)件內(nèi)鋼筋緊貼并綁扎固定在一起，波紋管頂端向構(gòu)件表面彎折至模板外作為后期的灌漿口。無論是約束漿錨連接還是金屬波紋管漿錨連接，均是通過鋼筋與灌漿料間的黏結(jié)實(shí)現(xiàn)傳力。姜洪斌等人的研究實(shí)踐證明了漿錨搭接連接的可行性[12~15]。

但此種連接方式需要在不太厚的墻體中預(yù)留大量插孔，施工難度大；且孔邊緣混凝土厚度很小，在構(gòu)件運(yùn)輸過程中容易損壞，從而影響到構(gòu)件的連接?？紤]到鋼筋搭接接頭的偏心傳力性質(zhì)，通常對其連接長度也有所限制。此外還有一點(diǎn)與套筒灌漿連接類似，由于也涉及到灌漿作業(yè)，故一定程度上也存在灌漿質(zhì)量不易保證的問題。

圖2 金屬波紋管漿錨連接

1.3 疊合式連接

疊合式連接常用于疊合梁或疊合板中，通常在預(yù)制時只做好梁或板的中下部等，在工地上就位之后再配置上部鋼筋，待各構(gòu)件的鋼筋連接或錨固好后，再在連接區(qū)段后澆混凝土形成整體。圖2 所示的預(yù)制柱疊合梁框架節(jié)點(diǎn)是疊合式連接的一種典型應(yīng)用方式。其中梁縱筋應(yīng)伸入后澆節(jié)點(diǎn)區(qū)內(nèi)錨固或連接，連接時可采用機(jī)械連接或焊接，梁上部受力縱筋應(yīng)貫穿后澆節(jié)點(diǎn)區(qū)。

陳適才、張季超等人對此種連接方式進(jìn)行了大量研究，表明采用此種連接方式的裝配式節(jié)點(diǎn)的抗震性能與現(xiàn)澆混凝土節(jié)點(diǎn)基本接近[16~19]。此種連接方式受力較好相對可靠，被納入了裝配式建筑的相關(guān)規(guī)范中。但其最大缺點(diǎn)是濕作業(yè)太多，嚴(yán)重降低了裝配式建筑的預(yù)制率，使其不能稱為真正意義上的裝配式建筑。

1.4 螺栓連接

螺栓連接是機(jī)械連接的一種，所用螺栓可以是螺紋桿，也可以是常規(guī)的螺栓，其連接如圖3 所示。具體來說，就是在上層剪力墻下端預(yù)埋帶有孔洞的鋼板，在下層剪力墻中設(shè)置上端帶螺紋的插入鋼筋作為螺桿，連接時將插入鋼筋穿過鋼板后擰上螺帽，然后在連接部位澆筑混凝土即可。

圖3 新型裝配式組合結(jié)構(gòu)板墻體系節(jié)點(diǎn)

螺栓連接構(gòu)造簡單、操作方便、施工工期短，但也有缺點(diǎn):一是安裝時很難確定螺栓是否擰緊，二是在長期受力時可能會產(chǎn)生螺栓松動問題。國外的James F 等[20-22]，國內(nèi)的范力、王嘯霆等[23]研究了螺栓連接節(jié)點(diǎn)的力學(xué)性能。研究結(jié)果顯示，螺栓連接可以有效傳遞軸力和剪力，保證預(yù)制剪力墻的整體性，但其節(jié)點(diǎn)耗能和延性略差。

2 新型裝配式組合結(jié)構(gòu)板墻體系節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)

與當(dāng)前國內(nèi)應(yīng)用較多的鋼筋套筒灌漿連接、鋼筋漿錨搭接、疊合式連接等節(jié)點(diǎn)形式相比，文章提出的節(jié)點(diǎn)連接形式在縮短工期方面具有明顯優(yōu)勢。傳統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)連接都必須等混凝土或灌漿料澆筑及養(yǎng)護(hù)完成之后，才能將預(yù)制構(gòu)件連成一個整體，因而在養(yǎng)護(hù)完成前不能進(jìn)行下一層的施工；上述節(jié)點(diǎn)雖然也有后澆混凝土，但在其澆筑之前各預(yù)制構(gòu)件就已經(jīng)通過自攻釘連成了一體，型鋼骨架已擁有足夠的承載能力，因而可以繼續(xù)施工下一層，有利于縮短工期。

與螺栓連接等相比，該連接形式不需要預(yù)先打孔，施工時可以直接用電鉆將自攻釘打入薄壁型鋼中，省去了打孔的麻煩。更重要的是施工時無需精確對位，不會出現(xiàn)因孔位對不上而難以連接的問題，從而極大地提高了施工效率。

3 不足與展望

對組合結(jié)構(gòu)的研究還有待深入，組合結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)連接還需要特定的剪力連接件、專門焊接設(shè)備和專業(yè)焊接技術(shù)人員。裝配式建筑目前只注重研究裝配式主體結(jié)構(gòu)技術(shù)研究，忽視了結(jié)構(gòu)系統(tǒng)與建筑圍護(hù)、建筑設(shè)備、內(nèi)裝系統(tǒng)的相互配套，建筑產(chǎn)品的整體性、系統(tǒng)性研究不夠深入。裝配式建筑設(shè)計(jì)仍停留在傳統(tǒng)建筑設(shè)計(jì)思維階段，設(shè)計(jì)與其他環(huán)節(jié)脫節(jié)，設(shè)計(jì)的構(gòu)件、部品部件不便于加工、不方便安裝，導(dǎo)致工廠生產(chǎn)和現(xiàn)場裝配的工序復(fù)雜、效率低下、成本增加。目前，裝配式結(jié)構(gòu)體系平均成本普遍比傳統(tǒng)現(xiàn)澆體系高，無競爭優(yōu)勢，在一定程度上阻滯了裝配式建筑的推廣和發(fā)展。當(dāng)前社會對裝配式建筑的結(jié)構(gòu)安全性認(rèn)識不足，普遍認(rèn)為裝配式結(jié)構(gòu)抗震能力不足、灌漿套筒安全性較差。目前裝配式鋼-混組合結(jié)構(gòu)研究還處于初級階段，研究理論并不成熟，在裝配式鋼-混組合結(jié)構(gòu)的墻板連接研究相對較少，仍需要深入研究探討。

4 結(jié)語

文章先從鋼筋套筒灌漿連接、鋼筋漿錨搭接連接、疊合式連接、預(yù)應(yīng)力壓接、螺栓連接、出發(fā)，依據(jù)國內(nèi)、國外兩個研究方向及發(fā)展現(xiàn)狀，對各個節(jié)點(diǎn)連接方式的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)進(jìn)行分析對比。最后簡單描述新型裝配式板墻節(jié)點(diǎn)的連接方式和其節(jié)點(diǎn)的各項(xiàng)性能。