裝配式建筑施工結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)優(yōu)化及處理技術(shù)研究

孫曉蒙

(黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院 河南 開封 475000)

目前,預(yù)制混凝土建筑的推廣存在許多困難。首先是安全效率無法實(shí)現(xiàn),其次是建筑安裝成本高。為了降低成本,必須實(shí)現(xiàn)施工標(biāo)準(zhǔn)化。工業(yè)化材料高強(qiáng)預(yù)制混凝土框架的結(jié)構(gòu)要點(diǎn)是預(yù)制混凝土梁的連接技術(shù)。柱鋼結(jié)構(gòu)連接的施工方法可以是一柱多層,減少柱連接的接頭。結(jié)構(gòu)之間采用干式連接,實(shí)現(xiàn)施工設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化。工廠試驗(yàn)表明,連接節(jié)點(diǎn)中的縱筋、箍筋和螺柱完好無損,無明顯變形。節(jié)點(diǎn)可以有效地傳遞構(gòu)件之間的應(yīng)力。

1 預(yù)制建筑分析

當(dāng)前,我國(guó)多用于傳統(tǒng)的施工方式,對(duì)于當(dāng)前形勢(shì)來說,這種生產(chǎn)模式不是很科學(xué),工程化效率低,操作過程不細(xì)致,建筑的結(jié)果產(chǎn)品質(zhì)量也不是很好,操作結(jié)果也不是很穩(wěn)定,而且時(shí)間多、效率低,勞動(dòng)力要求比較大,損耗的材料也很大,且不環(huán)保。所以造成資源和能源的浪費(fèi),它并不能滿足我國(guó)當(dāng)代政治要求,可持續(xù)發(fā)展以及節(jié)能減排這些國(guó)家建設(shè)的必備要求。

為了響應(yīng)國(guó)家政策,做到節(jié)能節(jié)約和可持續(xù)發(fā)展,為中國(guó)工業(yè)盡一份綿薄之力,就要從源頭去改變節(jié)能的需求,規(guī)范行為,改變?cè)O(shè)計(jì)模式理念。改變施工模式,提高建筑質(zhì)量,讓性能和勞動(dòng)力成正比,才能解決當(dāng)前市場(chǎng)所面對(duì)的問題。傳移力路徑結(jié)構(gòu)清晰、裝配施工效率很高、現(xiàn)澆濕作業(yè)量少的結(jié)構(gòu)形式是一種最普遍適合于預(yù)制與裝配使用的結(jié)構(gòu)形式。

主要性能可以廣泛用于大型生產(chǎn)廠房、倉庫、商場(chǎng)、停車場(chǎng)、辦公樓、教學(xué)樓、醫(yī)院醫(yī)療樓、商務(wù)樓等需要開放空間的建筑。近年來,它同時(shí)也正逐漸地應(yīng)用于多層住宅建筑中和城市其它大型民用商業(yè)建筑。預(yù)制商品混凝土框架結(jié)構(gòu)按構(gòu)件連接結(jié)構(gòu)方式大致可再分為兩種主要類型:等效現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)和不等現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)。一維構(gòu)件制作是先將材料梁、模板柱分別預(yù)制加工成各種一維預(yù)制構(gòu)件,通過用一定比例的螺栓方法來進(jìn)行結(jié)構(gòu)連接。預(yù)制時(shí)構(gòu)件端部采用伸出兩端的預(yù)留孔鋼筋進(jìn)行焊接或再用鋼套筒螺栓連接,然后由現(xiàn)場(chǎng)鋼筋澆筑焊接在預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)上。其技術(shù)優(yōu)點(diǎn):構(gòu)件的制作及施工極為方便,結(jié)構(gòu)整體性比較好,可同時(shí)等效安裝于現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)。缺點(diǎn):接頭必須位于構(gòu)件受力最關(guān)鍵的部位,連接性能要求極高。

其次,剛性連接法是直接基于平面二維構(gòu)件,采用平面T 形結(jié)構(gòu)和平面十字形構(gòu)件或平面I形構(gòu)件并通過一定強(qiáng)度的焊接方法直接進(jìn)行的連接。其方法優(yōu)點(diǎn):接頭性能要良好,接頭宜位于構(gòu)件應(yīng)力損失較小敏感的受力部位。缺點(diǎn):生產(chǎn)、運(yùn)輸、堆放、安裝很不方便。此外,剛性構(gòu)件連接是以三維構(gòu)件連接為設(shè)計(jì)基礎(chǔ),通過將三維雙T 形構(gòu)件和和二維雙十字構(gòu)件之間通過某種一定形式的連接方式的連接,鋼筋通過焊接或鋼套筒、簡(jiǎn)易等機(jī)械方式連接。預(yù)制雙T 形構(gòu)件優(yōu)于預(yù)制雙十字構(gòu)件,可減少施工和現(xiàn)場(chǎng)的鋼筋的分布情況和鋼筋混凝土的澆筑,且鋼筋接頭的數(shù)量比較少;缺點(diǎn)主要是組件大多為三維組件,重量較大,不很便于規(guī)?；a(chǎn)、運(yùn)輸、存儲(chǔ)堆放和安裝。這種框架體系很少使用。

2 工藝原理

預(yù)制柱的縱向鋼筋均采用半剛性灌漿鋼筋套筒進(jìn)行連接。通過定位模具定位錨筋,控制模孔尺寸應(yīng)比預(yù)制柱筋徑大約2～3 mm,在柱邊緣位置彈出控制線,調(diào)整好定位模具,焊接或固定好定位模具,確保預(yù)制柱的縱筋位置的準(zhǔn)確位置;然后再進(jìn)行一次吊裝和校正。達(dá)到鋼筋凝結(jié)的強(qiáng)度等級(jí)后,應(yīng)重新使用高強(qiáng)度混凝土灌漿封堵材料再進(jìn)行混凝土封堵。

灌漿用材料的實(shí)際數(shù)量通常應(yīng)主要通過計(jì)算灌漿空腔體積數(shù)來確定計(jì)算。應(yīng)盡可能將灌漿實(shí)際材料量數(shù)值與其理論值之間進(jìn)行定量比較,確保其實(shí)際使用量明顯大于灌漿理論量,以有利于控制其灌漿施工質(zhì)量。利用建筑BIM 三維技術(shù)模擬腳手架吊裝過程,分析層板、預(yù)制鋼筋柱、框架梁等節(jié)點(diǎn)鋼筋柱的安裝位置、數(shù)量、規(guī)格尺寸等信息數(shù)據(jù),分析層板鋼筋與預(yù)制框架中梁轉(zhuǎn)角節(jié)點(diǎn)鋼筋柱是否容易發(fā)生橫向碰撞,通過三維空間模型來計(jì)算預(yù)制鋼筋柱上的縱向鋼筋柱和框架梁中的橫向主筋。如果轉(zhuǎn)角層板鋼筋與框架梁鋼筋之間發(fā)生鋼筋碰撞,可先在轉(zhuǎn)角層板上安裝調(diào)整筋后進(jìn)行穿透處理并再綁扎轉(zhuǎn)角鋼筋;但對(duì)于預(yù)制柱梁與梁鋼筋發(fā)生的鋼筋碰撞,采用避免框架梁鋼筋水平方向偏轉(zhuǎn)的施工方法可來快速解決這種鋼筋交叉碰撞的問題。

在現(xiàn)場(chǎng)預(yù)制連接樓梯位置的詳細(xì)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)方案中,應(yīng)注意結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)預(yù)制樓梯連接的各種實(shí)際幾何尺寸形狀和實(shí)際位置,進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證圖計(jì)算試驗(yàn)和圖紙驗(yàn)證,以進(jìn)一步確保每個(gè)預(yù)制連接樓梯節(jié)點(diǎn)位置數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性度和安全性。預(yù)制樓梯段的預(yù)制模板也應(yīng)盡可能嚴(yán)格并按照安裝詳圖設(shè)計(jì)制作。各層預(yù)制的樓梯段在安裝并就位使用后,及時(shí)用C40 和CGM 等灌漿加固材料進(jìn)行封堵并預(yù)留孔洞接口,樓梯縫隙要用聚苯乙烯填充。

預(yù)制ALC內(nèi)隔板采用管卡安裝固定。為防止墻體開裂,保證安裝質(zhì)量,安裝后用鍍鋅扁鋼對(duì)孔洞進(jìn)行加固。上部水平板用4個(gè)M10對(duì)拉螺栓加固,防止后期裝修和電氣導(dǎo)管敷設(shè)引起板水平位移。

3 裝配式建筑結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)優(yōu)化及處理技術(shù)

3.1 梁柱框架節(jié)點(diǎn)連接

框架節(jié)點(diǎn)的加工也非常之重要。穩(wěn)定安全的建筑需要保證“強(qiáng)剪弱彎”、“強(qiáng)柱弱梁”和“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件”,具有良好的耗能水平、完整性和抗震性能?！皬?qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件”強(qiáng)調(diào)節(jié)點(diǎn)連接的關(guān)鍵意義,使梁端出現(xiàn)塑性鉸。這也要求建筑連接部位的承載力大于構(gòu)件的承載力,以增強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)的變形能力和抗震能力。否則,在一系列的影響下,節(jié)點(diǎn)會(huì)發(fā)生失穩(wěn)和失效,節(jié)點(diǎn)的失穩(wěn)和失效與框架的整體失效基本相同。從目前的發(fā)展來看,預(yù)制建筑框架節(jié)點(diǎn)的連接方式有很多種。干連接措施主要包括:榫連接、機(jī)械套管連接、螺栓連接、支架連接和焊接連接;根據(jù)濕連接措施,主要包括:砂漿錨桿連接、灌漿組裝、普通現(xiàn)澆連接、預(yù)應(yīng)力整體澆筑連接和后澆整體連接。

3.2 墻板連接方式

與在現(xiàn)場(chǎng)預(yù)制施工形成的剛性墻體框架相比,預(yù)制的混凝土墻板構(gòu)件具有相對(duì)更好一些的抗剛度性能和空間完整性。然而,對(duì)于混凝土裝配式建筑構(gòu)件與混凝土墻板的連接關(guān)系的進(jìn)一步研究進(jìn)展還尚比較薄淺。與傳統(tǒng)框架節(jié)點(diǎn)式連接設(shè)計(jì)方式等相比,發(fā)展還相對(duì)的緩慢,存在了許多技術(shù)性問題。討論研究了結(jié)構(gòu)主體部分與混凝土墻板部分的連接,結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)與砼墻板之間的連接。主體結(jié)構(gòu)墻與預(yù)制外墻常見的傳統(tǒng)連接施工方式通常有螺栓機(jī)械連接、焊接機(jī)械連接方式和預(yù)制混凝土機(jī)械連接。墻板混凝土與混凝土墻板機(jī)械連接工藝的最關(guān)鍵工序是砌體采用鋼筋網(wǎng)現(xiàn)澆。預(yù)制結(jié)構(gòu)剪力墻可以采用鋼套筒混凝土連接、機(jī)械螺栓連接、鋼筋混凝土和混凝土砂漿互相錨固并在同一剪力墻槽內(nèi)連接等幾種方式來連接。

但外墻板間的連接的方式更應(yīng)盡量滿足工業(yè)建筑本身的各種工業(yè)需要,更安全、更方便、更快。因此,提出了“軌道式鍵槽墻板”的概念。這種復(fù)合墻板安裝的一個(gè)關(guān)鍵方法是要在柱墻、梁模板上放置預(yù)制的軌道,并可以在該軌道兩側(cè)的適當(dāng)空間位置上鋪設(shè)一個(gè)橫向鍵槽,使復(fù)合墻板間連接件更加連接牢固。此外,墻板之間應(yīng)同時(shí)配備一些類似于預(yù)制軌道的軌道及支撐連接設(shè)備。

3.3 層合板與現(xiàn)澆梁的接縫

層板支架結(jié)構(gòu)可全部采用頂升+板條式支撐結(jié)構(gòu)體系。層壓板支架的上下部支撐結(jié)構(gòu)系統(tǒng)可由板條、支架梁和上部獨(dú)立支撐鋼柱部分組成。通過引入BIM 等技術(shù),優(yōu)化了組合板支架與上部現(xiàn)澆梁支架連接處部位的現(xiàn)場(chǎng)鋼筋的布置,減少局部碰撞?，F(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行鋼筋預(yù)制綁扎和施工驗(yàn)收時(shí),預(yù)留梁架上部的鋼筋將暫擱置不作綁扎,待疊加層板架吊裝主體就位、錨桿調(diào)直完成后方可綁扎與固定。層板在吊裝設(shè)備就位運(yùn)輸前,其它部分鋼筋都應(yīng)已經(jīng)基本完成綁扎與成形。

3.4 焊接連接技術(shù)

焊接連接新技術(shù)原理是通過將兩個(gè)預(yù)埋件平行焊接固定在兩端相鄰接的預(yù)制混凝土構(gòu)件連接上。該新型技術(shù)原理基本地避免掉了在施工制造過程中大量的干濕分離作業(yè),無需特殊維護(hù)工具即可直接完成連接。施工操作時(shí)間比較短,成本低。然而,焊接接頭由于沒有留下明顯的塑性鉸區(qū),因此焊接在施工后續(xù)和使用環(huán)境中,由于出現(xiàn)重復(fù)拉應(yīng)力,連接處將會(huì)容易發(fā)生應(yīng)力脆性而破壞。因此,焊接與連接的技術(shù)在改善抗震的性能方面也存在一些很大限度的技術(shù)不足。

4 應(yīng)用前景分析與總結(jié)

如果把裝飾性建筑拿出來和國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家相對(duì)比的話,我國(guó)建筑業(yè)裝飾性建筑的比例會(huì)偏低一點(diǎn)。但是近兩年,都有我國(guó)政策的支持,我國(guó)內(nèi)地不斷的推出裝飾性建筑的改良,并且好多地區(qū)都進(jìn)行裝飾性建筑。好多地方都可得以應(yīng)用,這樣增加了全國(guó)的建筑面積。預(yù)制加工構(gòu)件采用模塊化生產(chǎn)施工新模式使預(yù)制的構(gòu)件材料能夠同時(shí)在各個(gè)生產(chǎn)組裝車間上進(jìn)行連續(xù)大批量連續(xù)預(yù)制及加工,現(xiàn)場(chǎng)操作者只需一次進(jìn)行一次構(gòu)件生產(chǎn)組裝施工。平時(shí)最古老的施工方法,它其實(shí)是不科學(xué)的,存在好多問題,如操作時(shí)間較長(zhǎng),勞動(dòng)率也會(huì)比較大一點(diǎn),而且它施工建材的工具材料也會(huì)造成浪費(fèi),并不是能夠響應(yīng)國(guó)家節(jié)能減排的這個(gè)號(hào)召,造成材料的資源浪費(fèi)。改善這些問題,在源頭上去能夠減少資源的浪費(fèi)以及做到能源的控制,這樣也做到了國(guó)家的要求。隨著裝配式建筑標(biāo)準(zhǔn)的施工改良,為社會(huì)帶來的進(jìn)步以及為工業(yè)帶來的不斷提升,技術(shù)水平不斷標(biāo)準(zhǔn)化,模型化和集成化也做到了國(guó)家要求標(biāo)準(zhǔn),這樣,精準(zhǔn)而有質(zhì)量的改觀,將會(huì)越來越向我國(guó)大面積的使用,裝配式建筑會(huì)有一番新的天地。

5 結(jié)語

結(jié)合全文,裝配式建筑是如何應(yīng)用并且如何能在當(dāng)前社會(huì)國(guó)家的層面響應(yīng)一些良好的政策以及帶來很好的社會(huì)效應(yīng)。

首先,它是符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的,響應(yīng)國(guó)家號(hào)召的,在操作上面也節(jié)省材料,我們不難發(fā)現(xiàn),在裝配式工程應(yīng)用中受到了眾多工程的實(shí)踐,它在節(jié)省材料和勞動(dòng)力上體現(xiàn)的淋漓盡致,因?yàn)槠浔旧砭褪且粋€(gè)非常節(jié)能減排的一個(gè)施工方式,這樣從源頭上解決了建筑浪費(fèi)的這個(gè)問題。

其次,裝配式建筑采用的構(gòu)件是通過工廠流水線工程化制造,所以這樣從源頭上就減少了人工完成作業(yè)時(shí)造成的誤差,從而就提高了施工的質(zhì)量。再者,裝配式建筑在實(shí)操過程中,其作業(yè)工程并不困難,而且是通過機(jī)械完成所以質(zhì)量會(huì)高一點(diǎn),這樣在施工時(shí)候方便管控,并且完成效果要比之前傳統(tǒng)施工要好。

最后,裝配式建筑總工期比傳統(tǒng)施工要短,減少了臨時(shí)搭建設(shè)施和機(jī)械的投資。做到這幾點(diǎn)才能優(yōu)化裝配式建筑的節(jié)點(diǎn)。