論裝配式混凝土框架結構梁柱節點連接技術

【摘 要】 通過研究裝配式混凝土框架結構梁柱節點的連接技術，有效地減少現場濕作業量、加快施工速度、節約材料。本文主要介紹了現澆鋼筋混凝土框架結構梁柱節點加固技術，綜述了新型裝配式混凝土框架結構梁柱節點連接技術和施工要求。

【關鍵詞】 裝配式混凝土；框架結構；現澆鋼筋混凝土；梁柱節點；連接技術

【Abstract】 By studying the connection technology of beam-column joints in prefabricated concrete frame structures， we can effectively reduce the amount of on-site wet work， speed up construction， and save materials. This paper mainly introduces the reinforcement technology of beam-column joints of cast-in-situ reinforced concrete frame structures， and summarizes the connection technology and construction requirements of the beam-column joints of the new-type prefabricated concrete frame structures.

【Key words】 Assembled concrete；Frame structure；Cast-in-situ reinforced concrete；Beam-column node；Connection technology

1. 引言

裝配式混凝土結構是實現住宅產業化的一種重要手段， 但由于裝配式混凝土結構形式發展時間短，國內外在裝配式混凝土結構的梁柱節點連接方式方面研究仍處于起步階段，大多數節點的連接方式僅是常用的整體式后澆式或干連接的方式，對新型連接方式較少。所以，對于裝配式混凝土結構梁柱節點的研究非常有必要。

2. 現澆鋼筋混凝土框架結構梁柱節點加固技術

2014年，Rahmani Kadarningsih等人分析并提出了現澆鋼筋混凝土框架結構梁柱節點加固的最新建議：

大梁柱試件的破壞發生在節點而不是在相鄰的構件或橫梁，目前研究節點抗剪強度的方法已經遠遠不夠了。

（1）在地震活動設計梁、柱節點水平配箍率存在上限值。附加額外的橫向加固抗剪鋼筋對節點強度的影響較小。

（2）T型機械錨固連接設計提供了一個更好的承載能力，從而提高節點的抗震性能。目前的研究中主要采用錨定法。

（3）以往的試驗證明了斜十字交叉支撐的節點的抗剪加固存在不同的結果。與沒有附加斜向支撐鋼筋的試驗樣本相比，附加了斜向支撐鋼筋的試驗樣品的強度較低。

（4）相對于鋼筋混凝土梁柱試件的荷載位移角和滯回曲線，SRC的試驗樣本具有更飽和的曲線以及耗散更多的能量。

（5）基于梁柱節點的性能的試驗研究，提出了在節點核心使用一個King十字型鋼，并證明了這種配置與傳統的抗剪加固節點相比，在強度和塑性上有明顯

的增強。因此，King十字型鋼的應用可以作為進一步研究梁柱設計節點的方向。

3. 新型預制裝配式混凝土梁柱節點連接技術

“框架節點”主要是指承重框架中的梁柱節點。具體地說，主要是指框架梁與框架柱相交的節點核心區與臨近核心區的梁端和柱端。為了研究方便并考慮預制裝配式框架的特點，本文將梁柱相交的區域稱為節點，包含了節點核心以及連接部件的梁端和柱端。對于預制裝配式框架而言其框架節點的主要內容為梁柱的連接構造，為了與結構工程中傳統的稱謂法一致，本文仍將稱預制裝配式框架的梁柱連接為框架節點。

3.1 干連接。

干連接則是通過在連接的構件內植入鋼板或其它鋼部件， 通過螺栓連接或焊接， 從而達到連接的目的， 干連接使結構整體性能顯得更為松散。從抗彎及抗剪能力考慮， 正確構造的干連接相比于整體式連接， 具有相近的延性并可能有更高的能量耗散能力。

3.1.1 牛腿連接。

由于牛腿的承載力很高，豎向力能較可靠地傳遞，牛腿連接的方式在干式連接中相當普遍。廠房的空間很大對牛腿的建筑要求不高，但是對牛腿的承載力要求較高，因此單層或多層廠房中多用承載力較高的明牛腿。在住宅或商業用房中，牛腿應盡量滿足建筑的要求，此時常把牛腿做成不影響美觀的暗牛腿。對于暗牛腿，可以有很多種做法，如型鋼暗牛腿，混凝土暗牛腿等。下面將對各種樣式的牛腿及其受力性能進行簡要的分析。

（1） 明牛腿連接。

預制裝配式鋼筋混凝土多層廠房中，廣泛采用明牛腿節點。這種節點承載力大，受力可靠，節點剛性好，施工安裝方便。裝配式施工方法的早期，梁的支座連接常常應用由柱子伸出的明牛腿（圖1）。這種應用明牛腿的作法不僅允許鉸接，也可以剛接，構造細節是不同的。但是，明牛腿的作法由于建筑上影響美觀和占用空間，應用不是很普遍，它只是應用于對美觀要求不高的房屋建筑和用于吊車梁支座（明牛腿連接見圖1）。

（2） 暗牛腿連接。

為了避免影響空間和利于建筑美觀，則把柱子的牛腿做成的暗牛腿（圖2），同時使得連接處的外形構造和設備使用等創造了良好的條件。但這用暗牛腿的作法給結構性能帶來了缺點，特別是不利于靜力和動力性能的設計，所以不是所有的這樣設計的節點連接都是適用的。倘使梁的一半高度能夠承受剪力，則另一半梁高能夠用于做出柱子的牛腿，而要使牛腿的輪廓不突出梁邊，則梁端和牛腿的配筋是比較復雜的（暗牛腿連接見圖2）。

（3）型鋼暗牛腿連接。

當剪力較大時，則一半的梁高不足以承擔全梁的剪力，這時可以用型鋼作成的牛腿。這樣還可以減小暗牛腿的高度，相應地增加梁端缺口梁的高度，以增加缺口梁梁端的抗剪能力。在制作中若將型鋼用混凝土包裹起來，則這種牛腿看起來與現澆的普通配筋的牛腿相似。若直接把型鋼伸出來而不用混凝土包裹起來的暗牛腿，也可以伸到梁端的內部，這樣的話連接處的側面沒有可見的接縫。但是為了防腐蝕和防火，必須仔細地進行安裝后的灌縫（圖3）。

3.1.2 焊接連接。

美國的干式連接方法之一如圖4所示。該焊接連接的抗震性能較不理想，主要原因是該連接方法中無明顯的塑性鉸設置，在反復地震荷載作用下焊縫處容易發生脆性破壞，所以其能量耗散性能較差。但是焊接連接的施工方法避免了現場現澆混凝土，也不必進行必要的養護，可以節省工期。塑性鉸設置良好的焊接接頭的優越性還是相當明顯的，開發變形性能較好的焊接連接構造也是當前干式連接構造的發展方向。在施工中為了使焊接有效和減小焊接的殘余應力，應該充分安排好相應構件的焊接工序（焊接連接（剛接）見圖4）。

梁和柱主筋的搭接錨固長度和焊縫必須滿足設計圖紙和《建筑抗震設計規范》GB50011-2010要求。頂層邊角柱接頭部位梁的上鐵除去與梁的下鐵搭接焊之外，其余上鐵要與柱頂預埋錨固筋焊牢。柱頂錨固筋應對角設置并焊牢。

3.1.3 螺栓連接。

螺栓連接的接頭，安裝迅速利落，缺點是螺栓位置在預制時必須制作特別準確，運輸以及安裝時為了避免受彎、避免螺紋損傷及避免污染，必須極為當心地予以保護。萬一某個螺栓孔或螺栓的螺紋受到了破壞，其維修或更換的施工操作是比較復雜的。在螺栓連接中連接構造普遍復雜、連接構件相對較多[7]。圖5所示的連接為比利時的連接例子，為牛腿和螺栓連接的組合應用，圖5（a）所示的為明牛腿和預制梁用螺栓連接的情況，圖5（b）為暗牛腿的方式。這兩種連接可以抵抗較小的梁端彎矩和扭矩，仍然屬于鉸接（螺栓連接見圖5）。

3.1.4 螺栓 2.灌漿 3.墊板 4.螺母 5.澆入的螺桿和螺套 6.灌漿 7.可調支座

另外，在門式剛架中，普遍應用的是在預制構件的企口接頭（圖6（a）），該接頭多用螺栓連接。圖6（b）所示的螺栓連接可以傳遞彎矩和剪力，其承載能力多取決于鋼板和螺栓的材性，主要靠鋼板和混凝土表面的摩擦傳力。在承受較大的荷載時，這種連接容易開裂，并且螺栓與預留螺栓孔之間的尺寸誤差，容易造成較大的整體撓度。這種連接多為臨時性的或用于緊急的修補和加固（螺栓連接見圖6）。

3.2 濕連接。

濕連接需要在連接的兩構件之間澆筑混凝土或灌注水泥漿。為確保連接的完整性， 澆筑混凝土前， 從連接的兩構件伸出鋼筋或螺栓， 焊接或搭接或機械連接。在通常情況下， 濕連接是預制結構連接中常用且便利的連接方式， 結構整體性能更接近于現澆混凝土。

3.2.1 現澆節點。

現澆節點往往被認為是剛性連接， 預制框架結構中整澆節點可使結構的整體性接近于現澆混凝土結構， 因此現澆節點是比較常用的一種預制結構節點施工方法。

（1） 現澆柱端節點。

在預制柱中段留有一間隙， 預制梁端預留鋼筋插入間隙中， 現場配置箍筋， 澆筑混凝土（見圖7）。

（2） 現澆梁端節點。

在預制柱與梁相交的地方， 預留鋼筋， 預制梁端也預留鋼筋， 現場配置箍筋， 澆筑混凝土（見圖8）。

（3） 疊合節點。

組合式節點將梁底部鋼筋焊在柱伸出牛腿的內埋鋼板上， 保證了底部鋼筋的連續性， 同時， 將梁上部鋼筋穿過柱間隙，并澆筑疊合層，這樣保證了節點的整體性（見圖9）。

3.2.2 預應力節點連接技術。

隨著預應力技術的廣泛應用， 采用預應力筋的節點研究和實踐逐漸開展。在PRESSS項目中， 提出了3種預應力技術的延性節點， 試驗結果表明， 使用這些延性節點的框架， 側向變形可以達到結構高度的1/25， 而在超越極限風壓的水平荷載下， 結構甚至還可以保持彈性狀態。預應力技術節點施工主要有先張法裝配法和后張法裝配法兩種，具體形式見表1 。

4. 連接技術施工要求

為快速施工， 合理節省費用， 連接的場地安裝應盡可能簡單。

（1）預制構件的吊裝通常是安裝過程中最耗時的。連接的設計應使構件的提升、定位和放置最省時；在吊車放鉤之前， 預制構件必須定位準確、穩定并確保安全；當吊車放鉤后， 有時需要采用臨時固定件或平衡設備，這些臨時部件必須小心使用， 確保連接最終安裝之前， 所有需安裝構件都能固定在正確位置。

（2）安裝需要進行大量的定位調整工作。微小的裝配誤差會使現場的安裝達不到設計要求， 可以通過使用溝槽、略大于螺栓和銷釘的孔洞、現場施焊、墊片和澆灌水泥漿等方式實現現場的定位調整。

（3）連接應該考慮日后的檢修工作。檢修操作空間可以采用已完成的結構上或樓板或檢修平臺。檢修工作包括以下一些：焊接、后張拉、壓力注漿。應盡量避免在平臺下過頭頂的操作工作， 特別是這種情況下的焊接操作；安裝螺栓時需要給扳手足夠的放置空間和轉動空間；應避免在狹窄的空間進行混凝土施工。

5. 小結

裝配式混凝土結構是一種整體性比現澆混凝土結構差的結構形式， 但由于其具有較快的建造速度、穩定的構件質量保證， 從而在住宅、廠房建設中占據一席之地。在裝配式混凝土結構中， 連接的作用至關重要， 要使裝配式混凝土結構具有更廣的應用性能和安全性，必須選用良好的適合結構的連接方式。

參考文獻

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[文章編號] 1619-2737（2018）01-21-660

[作者簡介] 周漢良（1965.4-），男，籍貫：浙江嵊州。