裝配式建筑新型梁柱節(jié)點(diǎn)錨固構(gòu)造探析

錢 野，劉榮春，邱林鋒

（南通市建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)督站，江蘇 南通 226000）

0 引言

近年來，隨著新建筑技術(shù)和材料的不斷發(fā)展與進(jìn)步，預(yù)制裝配式建筑得到了廣泛的應(yīng)用，對預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)構(gòu)造要求及吊裝工藝也越來越高。傳統(tǒng)預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)中節(jié)點(diǎn)連接質(zhì)量受很多因素限制，在復(fù)雜環(huán)境下的連接可靠度及耐久能力有限，而且吊裝成本較高，吊裝速度與精度低，這給建筑施工帶來了很大的困難。預(yù)制裝配式建筑要在行業(yè)中進(jìn)一步應(yīng)用推廣，對連接節(jié)點(diǎn)構(gòu)造及施工工藝及等細(xì)部問題還需進(jìn)一步創(chuàng)新研究。

1 預(yù)制構(gòu)件連接構(gòu)造方式

預(yù)制裝配式混凝土構(gòu)件的連接方式可分為濕式連接和干式連接兩種，濕式連接主要通過鋼筋搭接錨固和現(xiàn)澆混凝土來連接構(gòu)件，干式連接則不使用現(xiàn)澆混凝土，而是利用焊接、機(jī)械螺栓等方式進(jìn)行連接。從施工便利程度和效率來看，干式連接更具優(yōu)勢，濕式連接要在裝配結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)澆筑量小而分散的混凝土，澆筑施工組織及養(yǎng)護(hù)較為困難。在裝配連接節(jié)點(diǎn)強(qiáng)度和可靠度方面，兩種連接方式理論上都能滿足強(qiáng)度要求，但從混凝土構(gòu)件受力的整體協(xié)作和抗震性能來說，濕式連接技術(shù)具備一定優(yōu)勢［1—3］。

從框架或框剪結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)看，梁柱構(gòu)件連接錨固更為重要，強(qiáng)度、變形和抗震性能都要滿足結(jié)構(gòu)安全和使用功能要求，尤其是梁柱節(jié)點(diǎn)作為傳遞受力的關(guān)鍵部位，既要承受豎向、水平荷載和節(jié)點(diǎn)負(fù)彎矩作用，高層建筑還要承受較大的風(fēng)荷載和較高的抗震要求，對梁柱節(jié)點(diǎn)的性能要求更高［4］。單純的套筒灌漿連接在強(qiáng)度上與傳統(tǒng)的現(xiàn)澆方式都能滿足受力核算，但在連接界面受剪和抗震性能方面要采取加強(qiáng)措施。

2 裝配式建筑施工難點(diǎn)問題探析

預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢在于預(yù)制過程工廠化和建造方式效率化，節(jié)點(diǎn)構(gòu)造要求及吊裝工藝也越來越高。傳統(tǒng)預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)構(gòu)件連接方式單一，對柱、支撐、承重墻等豎向構(gòu)件應(yīng)用較少，常用疊合板、預(yù)制樓梯、預(yù)制墻等構(gòu)件形式，裝配式建筑發(fā)展有待于提升豎向構(gòu)件連接可靠性能。構(gòu)件吊裝成本較高，吊裝速度與精度低，這給建筑施工帶來了很大的困難，制約了裝配式建筑體系更高質(zhì)量的發(fā)展。結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)，目前的裝配建筑預(yù)制構(gòu)件連接主要存在的問題是連接處強(qiáng)度安全冗余度有限，節(jié)點(diǎn)抗負(fù)彎矩效果不足。裝配式建筑正在向超高層建筑發(fā)展，目前的裝配建筑梁柱純剛性節(jié)點(diǎn)在動(dòng)荷載作用下受力不利，難以滿足超高層裝配建筑抗風(fēng)抗震要求［5］。

此外，梁柱節(jié)點(diǎn)強(qiáng)度取決于鋼筋套筒連接質(zhì)量，套筒灌漿連接工藝受限于較多因素，在工人資源短缺的背景下大批工人未經(jīng)專業(yè)培訓(xùn)、不具備相當(dāng)技能就進(jìn)入施工作業(yè)，容易發(fā)生灌漿不密實(shí)現(xiàn)象，給裝配式建筑結(jié)構(gòu)安全都帶來較大質(zhì)量安全隱患。

3 型鋼疊加預(yù)應(yīng)力梁柱節(jié)點(diǎn)構(gòu)造

3.1 新型裝配式梁柱節(jié)點(diǎn)組成

針對常見套筒灌漿連接工藝存在的隱患，設(shè)計(jì)了一種裝配建筑預(yù)制柱梁中間節(jié)點(diǎn)新型錨固構(gòu)造，增強(qiáng)節(jié)點(diǎn)強(qiáng)度和抗震性能，提升節(jié)點(diǎn)抗負(fù)彎矩效果，如圖 1 所示。主要構(gòu)造特征是在常規(guī)中間柱梁節(jié)點(diǎn)連接基礎(chǔ)上疊加了預(yù)應(yīng)力，在框架柱內(nèi)預(yù)設(shè)十字型鋼作為預(yù)應(yīng)力筋一側(cè)的錨固端，在預(yù)制梁體上部區(qū)域疊加預(yù)應(yīng)力筋并采用后張法穿束張拉錨固在梁體邊緣，柱梁節(jié)點(diǎn)四個(gè)方向張拉可采用交錯(cuò)張拉方式增加節(jié)點(diǎn)抗震性能，形成新型節(jié)點(diǎn)錨固構(gòu)造。

圖1 梁柱中間節(jié)點(diǎn)型鋼疊合預(yù)應(yīng)力構(gòu)造

3.2 新型裝配式梁柱節(jié)點(diǎn)技術(shù)要點(diǎn)

十字型鋼柱內(nèi)插于預(yù)制柱的中部，十字型鋼柱上部外伸出預(yù)制柱 250～300 mm，并保證十字型鋼柱頂部位于疊合板后期面層全面澆筑面層以下 40 mm；預(yù)制柱頂部設(shè)計(jì)為雙向槽狀，槽口深度為 200±10 mm。外伸于預(yù)制柱頂部的十字型鋼柱每個(gè)張拉方向至少確保有 2 個(gè)張拉孔，確保四個(gè)張拉面至少有 8 個(gè)張拉孔，每個(gè)張拉孔直徑為預(yù)應(yīng)力筋的 1.05 倍，兩排張拉孔之間的距離不少于預(yù)應(yīng)力筋直徑的 3 倍，上排張拉孔至少距離十字型鋼柱頂部 50 mm，十字型鋼柱腹板上的張拉孔位于腹板中部及以下，距離預(yù)制柱槽底至少 100 mm，十字型鋼柱翼板與腹板厚度不小于 30 mm。

4 新型梁柱節(jié)點(diǎn)施工工藝

4.1 節(jié)點(diǎn)處梁柱連接

采用梁柱節(jié)點(diǎn)中型鋼疊合預(yù)應(yīng)力的技術(shù)方案，新型梁柱節(jié)點(diǎn)錨固中梁柱連接施工方法包括以下步驟：工廠制作預(yù)制柱，預(yù)制柱內(nèi)部十字型鋼柱與預(yù)制柱在 PC 廠一體化成型。預(yù)制柱現(xiàn)場吊裝就位時(shí)預(yù)留后續(xù)疊合梁吊裝時(shí)的 20 mm 坐漿層，同時(shí)調(diào)整預(yù)制柱的垂直度，預(yù)制柱的支撐采用四面斜向支撐固定；預(yù)制柱底部灌漿施工完畢，待灌漿料強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度 95 % 后方可進(jìn)行預(yù)制疊合梁的施工，并且不得拆除斜向支撐。疊合梁吊裝及支撐體系安裝，預(yù)制疊合梁吊裝前，將預(yù)制柱頂部槽口清理干凈，疊合梁及以下支撐體系安裝完畢，對疊合梁底部標(biāo)高進(jìn)行準(zhǔn)確校核，確保梁底標(biāo)高的準(zhǔn)確即可控制好后續(xù)工序的施工。梁柱節(jié)點(diǎn)后澆段處預(yù)制柱邊側(cè)外伸鋼筋套筒灌漿連接，疊合梁吊裝完畢后將梁體頂部鋼筋在現(xiàn)場鋪設(shè)綁扎于預(yù)制柱槽口內(nèi)，疊合梁中頂部鋼筋綁扎時(shí)避開十字型鋼柱，可在十字型鋼柱腹板上開孔，但開孔穿筋的根數(shù)不得超過 4 根；同時(shí)，兩端柱梁節(jié)點(diǎn)處預(yù)制柱邊側(cè)外伸鋼筋與預(yù)制梁整體外伸鋼筋采用套筒灌漿連接。梁柱節(jié)點(diǎn)后澆段處模板及支撐體系安裝，預(yù)制柱中外伸鋼筋與預(yù)制梁外伸鋼筋在后澆段處采用灌漿套筒連接后，進(jìn)行后澆段處模板及支撐體系的安裝。

4.2 節(jié)點(diǎn)處預(yù)應(yīng)力施工部分

后澆段處模板及支撐體系安裝時(shí)，預(yù)制柱兩側(cè)邊柱身的一部分預(yù)應(yīng)力筋用于穿孔的預(yù)留孔道與預(yù)制梁內(nèi)部預(yù)應(yīng)力孔道為同一條孔道。四方位預(yù)應(yīng)力筋穿孔、臨時(shí)固定，梁柱節(jié)點(diǎn)后澆段處模板及支撐體系安裝完畢，先將每根預(yù)應(yīng)力筋從預(yù)制梁內(nèi)部穿孔，待預(yù)制梁內(nèi)部部分的預(yù)應(yīng)力管道穿筋后，再將梁柱節(jié)點(diǎn)處的外露預(yù)應(yīng)力筋從柱側(cè)邊孔洞處穿入，最后預(yù)應(yīng)力筋將從預(yù)制柱槽口內(nèi)穿出，隨即穿入十字型鋼柱預(yù)應(yīng)力筋錨固位置處的孔道內(nèi)，并作臨時(shí)固定，等待預(yù)應(yīng)力筋的張拉工作，在預(yù)應(yīng)力筋下料過程中，要保證最終穿入十字型鋼柱預(yù)應(yīng)力筋錨固位置處外伸部分不得少于 100 mm。梁柱節(jié)點(diǎn)后澆段處混凝土澆筑，四方位預(yù)應(yīng)力筋穿孔、臨時(shí)固定工作完畢，進(jìn)行梁柱節(jié)點(diǎn)后澆段處混凝土的澆筑，后澆段內(nèi)澆筑的混凝土強(qiáng)度應(yīng)比柱梁混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度高一個(gè)等級，并不小于 C 40，梁柱節(jié)點(diǎn)后澆段處混凝土澆筑后，對澆混凝土進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，待后澆段處混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的85%后即可拆除后澆段處的模板與支撐系統(tǒng)。在四方位預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉、錨固到位后，扁暗梁鋼筋網(wǎng)安裝、固定及混凝土澆筑，如圖 2 所示。

圖2 新型梁柱節(jié)點(diǎn)扁暗梁施工后圖示

5 結(jié)語

本文提出的新型梁柱節(jié)點(diǎn)構(gòu)造，通過在裝配式建筑中采用疊合預(yù)應(yīng)力技術(shù)，生產(chǎn)的預(yù)制型鋼混凝土中利用了十字型鋼柱、疊合層、疊合梁、頂部鋼筋、外伸鋼筋、預(yù)留穿孔、預(yù)應(yīng)力筋、預(yù)應(yīng)力筋錨固裝置、扁暗梁鋼筋網(wǎng)等結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了傳統(tǒng)的柱梁節(jié)點(diǎn)預(yù)應(yīng)力筋交錯(cuò)張拉錨固構(gòu)造的強(qiáng)度，能有效改善梁柱節(jié)點(diǎn)受力特性，整個(gè)后澆混凝土面層較好地保證了梁柱節(jié)點(diǎn)整體性受力要求，保證了節(jié)點(diǎn)抗負(fù)彎矩效果。下一步，將針對梁柱節(jié)點(diǎn)型鋼疊加預(yù)應(yīng)力的連接錨固方式進(jìn)行有限元建模分析，探析該技術(shù)方案相對普通連接形式所取得的技術(shù)參數(shù)優(yōu)勢，為新型節(jié)點(diǎn)錨固技術(shù)應(yīng)用提供理論和數(shù)據(jù)支撐。Q