試論裝配式混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)關(guān)鍵連接技術(shù)

侯斌

（山西八建集團(tuán)有限公司，山西 太原 030024）

在20 世紀(jì)80 年代，裝配式混凝土建筑結(jié)構(gòu)開(kāi)始盛行，但是到90 年代末進(jìn)入發(fā)展瓶頸，這主要是因?yàn)椋孩僭絹?lái)越成熟的混凝土澆筑技術(shù)使施工成本不斷減少，裝配式混凝土建筑結(jié)構(gòu)不再具備優(yōu)越的經(jīng)濟(jì)效益；②混凝土結(jié)構(gòu)的連接部位缺乏先進(jìn)的連接技術(shù)，接縫滲水情況時(shí)有發(fā)生；③無(wú)法進(jìn)一步提高裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的抗震性。隨著施工技術(shù)的不斷進(jìn)步，相關(guān)學(xué)者投入大量精力對(duì)裝配式混凝土結(jié)構(gòu)關(guān)鍵連接技術(shù)進(jìn)行深入研究，使連接技術(shù)更加成熟與完善，促使裝配式混凝土結(jié)構(gòu)重新在建筑舞臺(tái)上大放異彩。

1 鋼筋連接技術(shù)

裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵連接技術(shù)之一就是鋼筋連接技術(shù)。在鋼筋連接技術(shù)的支持下，不僅連接部位所承受的內(nèi)力可以被順利的傳遞，同時(shí)還能保證連接部位具有更好的恢復(fù)力與剛力。如今鋼筋連接技術(shù)已經(jīng)更加多元化，主要包括錨漿搭接、灌漿套筒連接、現(xiàn)澆帶連接、角鋼焊接、后張預(yù)應(yīng)力連接以及疊合板式墻連接等。

1.1 灌漿套筒連接技術(shù)

灌漿套筒連接技術(shù)又分為全灌漿套筒和半灌漿套筒兩種。全灌漿套筒就是將鋼筋從套筒的兩端穿入套筒內(nèi)部，然后利用套筒內(nèi)填充的高強(qiáng)度膨脹砂漿進(jìn)行連接，全灌漿套筒在世界各地的建筑行業(yè)都有著廣泛的應(yīng)用；半灌漿套筒就是將上層鋼筋以直螺紋的方式與套筒進(jìn)行連接，然后將下層鋼筋穿入套筒內(nèi)，通過(guò)灌漿與上層鋼筋相連接。灌漿套筒是套筒、鋼筋和灌漿料的結(jié)合體，為了最大程度的保證連接效果，那么灌漿套筒的抗拉強(qiáng)度必須要滿(mǎn)足連接技術(shù)對(duì)接頭的規(guī)范要求，而且由于不同廠(chǎng)家灌漿料和套筒的實(shí)際參數(shù)不同，所以二者必須配套使用。

1.2 漿錨搭接技術(shù)

漿錨搭接技術(shù)主要包括約束漿錨搭接技術(shù)和漿錨間接搭接技術(shù)兩種，在施工過(guò)程中需要將被連接的鋼筋插入到相應(yīng)的預(yù)留洞中，然后利用高壓注漿的方法將鋼筋搭接在一起。

1.2.1 約束錨漿搭接技術(shù)

約束錨漿搭接技術(shù)從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)屬于縱筋連接技術(shù)的一種，由于需要搭接的鋼筋普遍較短，因此作用于中小直徑鋼筋連接時(shí)，可起到十分顯著的搭接效果。

1.2.2 錨漿間接搭接技術(shù)

錨漿間接搭接技術(shù)也屬于綜筋連接技術(shù)的一種，但是在實(shí)際施工過(guò)程中需要預(yù)留較長(zhǎng)的鋼筋插入孔道，因此具有很大的施工難度。如果在裝配式混凝土結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中規(guī)定采用錨漿搭接技術(shù)，那么技術(shù)人員必須對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的適應(yīng)性及力學(xué)性能進(jìn)行科學(xué)的計(jì)算和驗(yàn)證。雖然如今在我國(guó)的建筑行業(yè)尚沒(méi)有形成錨漿搭接技術(shù)的統(tǒng)一施工標(biāo)準(zhǔn)，因此在我國(guó)裝配式混凝土結(jié)構(gòu)施工中應(yīng)用尚不廣泛，在施工之前必須經(jīng)過(guò)專(zhuān)家評(píng)估并取得配套的檢驗(yàn)報(bào)告。

2 結(jié)合部位連接技術(shù)

裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)理念與結(jié)構(gòu)與現(xiàn)澆柱混凝土結(jié)構(gòu)大致相同，設(shè)計(jì)人員一定要最大限度地保證現(xiàn)澆混凝土接合部位與預(yù)制構(gòu)件能夠可靠連接，最大限度保證結(jié)構(gòu)安全。因此設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)連接節(jié)點(diǎn)時(shí)，必須保證結(jié)合部位的應(yīng)力能夠有效傳遞。

2.1 力學(xué)原理分析

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)裝配式混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的高效連接，施工人員就一定要保證結(jié)合部位所受到的應(yīng)力能夠有效進(jìn)行傳遞，主要包括剪應(yīng)力傳遞或者是壓應(yīng)力和剪應(yīng)力的組合傳遞，如今通常使用的應(yīng)力傳遞方式主要有設(shè)置抗剪鍵、銷(xiāo)筋、依靠接觸面進(jìn)行壓力傳遞以及剪切摩擦等四種。

在剪切應(yīng)力與壓應(yīng)力的作用下，會(huì)對(duì)裝配式混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件產(chǎn)生破壞曲面，在極限范圍內(nèi)，結(jié)合面處的混凝土與現(xiàn)澆筑混凝土具有相同的性能，也就是能夠通過(guò)接觸面進(jìn)行壓力傳遞，極限公式為：τ=μσ。其中：μ-摩擦系數(shù)，依據(jù)結(jié)合面的粗糙度進(jìn)行具體取值；τ-剪應(yīng)力，σ 為壓應(yīng)力。在裝配式混凝土結(jié)構(gòu)工程中，裝配式混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件與現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)的結(jié)合面應(yīng)具有一定粗糙度，施工人員可以采用拉毛與化學(xué)處理等方法手工完成粗糙面的制作?；瘜W(xué)處理法就是在將化學(xué)藥劑涂抹在模具表面，在除模作業(yè)后用水沖洗，即可形成粗糙的結(jié)合面。

如果有正交鋼筋位于結(jié)合部位處，那么結(jié)合面的應(yīng)力傳遞就需要利用剪切摩擦，剪應(yīng)力傳遞公式為：τ=μefyAs。其中：μe-摩擦系數(shù)；fy-鋼筋的屈服強(qiáng)度；As-鋼筋面積。

抗剪鍵主要是利用結(jié)合面的凹凸處進(jìn)行剪力傳遞，此時(shí)技術(shù)人員一定要保證抗剪件的傾角小于30°，如果角度大于30°，那么很容易導(dǎo)致傾斜面滑坡，抗剪鍵的剪切強(qiáng)度計(jì)算公式如下：Qsk=min（Q1，Q2）。其中：Q1-左側(cè)抗剪鍵的承載力；Q2-右側(cè)抗剪鍵的承載力。

如果邊界鋼筋不具備足夠的粘結(jié)力，那么此時(shí)就不能夠依靠剪切摩擦來(lái)傳遞剪應(yīng)力，需要利用銷(xiāo)筋來(lái)傳遞，而且為了最大限度地保護(hù)混凝土防護(hù)層的使用性能，避免其出現(xiàn)劈裂或剝離，在邊界面附近箍筋一定要加密，并將縱筋用135°彎鉤箍住。

2.2 結(jié)合部位分析

現(xiàn)澆混凝土與裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的接合部位主要包括柱底水平接縫、梁端豎向接縫與疊合板水平接縫三種。

梁端豎向接縫處受剪承載力Vbu≤Vb1+Vb2+Vb3。其中：Vb1-銷(xiāo)筋和剪切摩擦；Vb2-現(xiàn)澆筑混凝土抗剪力；Vb3-鍵槽的抗剪力。

柱底水平接縫處受剪承載力Vuc≤Vcl+μN(yùn)。其中：Vcl-銷(xiāo)筋和剪切摩擦；μN(yùn)-傳遞的壓力；N-連接面的軸力；μ-摩擦系數(shù)，取決于結(jié)合面的粗糙度。

疊合板水平接縫處受剪承載力Vfu≤Vf1+μN(yùn)。其中：Vf1-桁架鋼筋的抗剪作用。

3 預(yù)制墻板連接技術(shù)

在裝配式混凝土結(jié)構(gòu)中，通常會(huì)使用預(yù)制夾心保溫外墻板對(duì)建筑進(jìn)行防水保溫。預(yù)制夾心保溫外墻板又分為組合式和非組合式兩種，但是在實(shí)際工程施工過(guò)程中，由于組合式墻板更容易導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生，因此大多采用非組合式墻板。

若想確保預(yù)制夾心保溫外墻板能夠與建筑結(jié)構(gòu)緊密相連，就必須從受力角度具體分析外墻板的受力情況，并充分依托連接件的連接作用。連接件又分為柔性連接和剛性連接兩類(lèi)，剛性連接件通常作用于組合式墻板，有板狀與筒狀等類(lèi)型；柔性連接件大多應(yīng)用于非組合式墻板，有針式和棒式等類(lèi)型。

由于非組合式墻板在我國(guó)裝配式混凝土結(jié)構(gòu)中有著十分廣泛的應(yīng)用，所以柔性連接件也有著大范圍的應(yīng)用，柔性連接件的承受剪力需要經(jīng)過(guò)一系列的復(fù)雜計(jì)算。在垂直荷載V 的作用下，垂直荷載主要包括垂直地震、外業(yè)墻自重等，必須保證連接架承受相同的剪力，每個(gè)連接件所承受的剪力公式為Vi=V/N，此時(shí)的彈性位移公式為△=ViL3/（12nEI）。其中：Vi-連接件所受剪力；L-連接件長(zhǎng)度；N-連接件的水平荷載。在建筑工程施工過(guò)程中通常認(rèn)為每個(gè)連接件都承受近似相同的軸力，所以在計(jì)算每個(gè)連接件的軸力公式為Ni=N/n。如果連接件受到拉力作用拔出時(shí)，那么就會(huì)對(duì)混凝土造成一定的沖切破壞，如果假設(shè)破壞角度為45°，那么可計(jì)算出沖切承載力Nu=

其中：ft-混凝土抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；h-連接件的埋入深度。

4 現(xiàn)澆連接技術(shù)

在高層建筑和一些復(fù)雜的建筑結(jié)構(gòu)中，通常會(huì)采用現(xiàn)澆連接技術(shù)對(duì)裝配式混凝土結(jié)構(gòu)與建筑整體進(jìn)行連接。具體的應(yīng)用方法為：需要對(duì)鋼筋進(jìn)行綁扎處理然后澆筑混凝土使其連接，也就是需要在預(yù)制墻板中布設(shè)箍筋，利用箍筋產(chǎn)生的拉力將預(yù)制墻板進(jìn)行連接，并通過(guò)澆鑄科學(xué)配比的混凝土使其牢固連接在一起?，F(xiàn)澆連接技術(shù)能夠有效提高結(jié)構(gòu)的連接穩(wěn)定性，因此經(jīng)常用于預(yù)制梁或預(yù)制柱等重要節(jié)點(diǎn)部位的連接，但是在連接過(guò)程中需要對(duì)連接部位進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的養(yǎng)護(hù)，因此如果施工周期相對(duì)緊張，則不適宜采用現(xiàn)澆連接技術(shù)。

5 接縫防水技術(shù)

裝配式混凝土建筑結(jié)構(gòu)的安裝質(zhì)量在很大程度上取決于接縫的防水處理，預(yù)制外墻板的接縫處防水技術(shù)通常分為構(gòu)造防水和材料防水兩種。

材料防水，顧名思義就是利用材料的防水性能阻斷水路，用來(lái)達(dá)到抗?jié)B漏的目的，建筑工程在施工過(guò)程中通常會(huì)選擇耐侯性密封膠作為密封材料，利用氯丁橡膠或三元乙丙橡膠作為防水密封膠條。

構(gòu)造防水是指用特殊的構(gòu)造形式將水阻斷，用來(lái)達(dá)到防滲漏的目的。雨水能夠侵入外墻板的因素有很多，例如重力作用、壓力差和毛細(xì)管現(xiàn)象、風(fēng)力作用等，針對(duì)這種現(xiàn)象，技術(shù)人員可以通過(guò)設(shè)置坡度、增加企口、加大腔體增設(shè)減壓腔等方式進(jìn)行構(gòu)造防水。

綜上所述，與傳統(tǒng)的建筑工程施工相比，裝配式建筑工程是對(duì)一些建筑工程所需要的構(gòu)件進(jìn)行工廠(chǎng)化的集中生產(chǎn)，然后運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行安裝和拼接，而且在組裝過(guò)程中可有效減少現(xiàn)澆混凝土的施工量，這可極大降低施工強(qiáng)度并且改善施工環(huán)境。如今裝配式混凝土結(jié)構(gòu)在我國(guó)建筑工程施工過(guò)程中有著十分廣泛的應(yīng)用，所以技術(shù)人員一定要對(duì)裝配式混凝土結(jié)構(gòu)關(guān)鍵連接技術(shù)進(jìn)行深入分析，并能夠結(jié)合工程的實(shí)際情況選擇更加科學(xué)的連接手段，能夠?qū)Ω鱾€(gè)連接節(jié)點(diǎn)進(jìn)行精準(zhǔn)的設(shè)計(jì)分析，并詳細(xì)了解關(guān)鍵參數(shù)，科學(xué)計(jì)算節(jié)點(diǎn)承載力，最大限度地確保裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性，促進(jìn)我國(guó)建筑工程的健康發(fā)展。