新型裝配式輕鋼-EPS 輕質混凝土板墻體系節點性能試驗研究分析

劉殿忠 劉 寒

吉林建筑大學土木工程學院（130118）

0 引言

傳統的現澆式建筑以現場濕作業為主，工序多、用工量大、工期長，資源重復利用率低。因此，裝配式建筑應用而生。裝配式建筑采用工業化的方式進行，部分或全部構件在工廠預制，運到施工現場后再通過可靠的連接方式拼裝成一體。與傳統的現澆式建筑相比，預制裝配式建筑具有成品質量高、現場施工環境好、節省人工、工期較短等優點，更符合低碳環保的時代發展主題。

隨著高層、超高層建筑的不斷發展，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構問題，因此，如何減輕建筑結構的自重是亟待解決的問題。當前廣泛應用的鋼筋混凝土結構存在自重大、抗震性能差等不足，與之相比，鋼結構自重較輕，但純鋼結構又存在防火性能差等不足，為此發展出了將鋼筋混凝土結構與鋼結構合二為一的結構體系——組合結構。組合結構的強度高，單位強度的重量低于鋼筋混凝土結構，而抗火、抗腐蝕性能又優于鋼結構，因而兼具鋼筋混凝土結構與鋼結構的優點。作為組合結構的一種，輕鋼-泡沫混凝土組合結構同樣兼具這兩種結構的優點。輕鋼和泡沫混凝土均為輕質材料，沒有自重大的缺點；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，避免了鋼結構防火性能差的缺陷。因此，發展輕鋼-泡沫混凝土組合結構具有十分重要的意義。

1 目前常見的裝配式組合結構節點形式

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。灌漿料的高強性、無收縮性可充分保證其與套筒內壁及鋼筋表面的黏結、摩擦及咬合強度，套筒對灌漿料的約束進一步提高了其黏結性能，從而使鋼筋間應力得以有效傳遞[1,2]。該連接技術在20世紀80 年代就被日本、新西蘭等國運用于工程實踐當中[3~5]。國內錢稼茹等學者的研究表明，這種連接方式的強度等力學性能較好，可以有效傳力[6~10]。在保證灌漿質量的情況下，采用該連接方式的裝配式鋼筋混凝土結構幾乎可以等同于現澆結構。該連接方式在國內也經過了部分實際工程的檢驗，隨后被納入了《裝配式混凝土結構技術規程》并成為主流技術。然而在實際工程應用中，由于監督檢查不到位，存在不按規范操作和偷工減料等問題，使得灌漿質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制構件的插筋插入到所連接預制構件對應位置的預留孔道內，再在孔道內填充高強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預埋螺旋箍筋，有效加強了對搭接段混凝土的約束；通過抽芯形成帶肋孔道，并預留好灌漿孔與排氣孔。金屬波紋管漿錨連接通過預埋金屬波紋管成孔，在預制構件支模時即與構件內鋼筋緊貼并綁扎固定在一起，波紋管頂端向構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實現傳力。姜洪斌等人的研究實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留大量插孔，施工難度大；且孔邊緣混凝土厚度很小，在構件運輸過程中容易損壞，從而影響到構件的連接。考慮到鋼筋搭接接頭的偏心傳力性質，通常對其連接長度也有所限制。此外還有一點與套筒灌漿連接類似，由于也涉及到灌漿作業，故一定程度上也存在灌漿質量不易保證的問題。

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，待各構件的鋼筋連接或錨固好后，再在連接區段后澆混凝土形成整體。圖2 所示的預制柱疊合梁框架節點是疊合式連接的一種典型應用方式。其中梁縱筋應伸入后澆節點區內錨固或連接，連接時可采用機械連接或焊接，梁上部受力縱筋應貫穿后澆節點區。

陳適才、張季超等人對此種連接方式進行了大量研究，表明采用此種連接方式的裝配式節點的抗震性能與現澆混凝土節點基本接近[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規范中。但其最大缺點是濕作業太多，嚴重降低了裝配式建筑的預制率，使其不能稱為真正意義上的裝配式建筑。

1.4 螺栓連接

螺栓連接是機械連接的一種，所用螺栓可以是螺紋桿，也可以是常規的螺栓，其連接如圖3 所示。具體來說，就是在上層剪力墻下端預埋帶有孔洞的鋼板，在下層剪力墻中設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 新型裝配式組合結構板墻體系節點

螺栓連接構造簡單、操作方便、施工工期短，但也有缺點: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生螺栓松動問題。國外的James F 等[20-22]，國內的范力、王嘯霆等[23]研究了螺栓連接節點的力學性能。研究結果顯示，螺栓連接可以有效傳遞軸力和剪力，保證預制剪力墻的整體性，但其節點耗能和延性略差。

2 新型裝配式組合結構板墻體系節點試驗

與當前國內應用較多的鋼筋套筒灌漿連接、鋼筋漿錨搭接、疊合式連接等節點形式相比，文章提出的節點連接形式在縮短工期方面具有明顯優勢。傳統的節點連接都必須等混凝土或灌漿料澆筑及養護完成之后，才能將預制構件連成一個整體，因而在養護完成前不能進行下一層的施工；上述節點雖然也有后澆混凝土，但在其澆筑之前各預制構件就已經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

對組合結構的研究還有待深入，組合結構的節點連接還需要特定的剪力連接件、專門焊接設備和專業焊接技術人員。裝配式建筑目前只注重研究裝配式主體結構技術研究，忽視了結構系統與建筑圍護、建筑設備、內裝系統的相互配套，建筑產品的整體性、系統性研究不夠深入。裝配式建筑設計仍停留在傳統建筑設計思維階段，設計與其他環節脫節，設計的構件、部品部件不便于加工、不方便安裝，導致工廠生產和現場裝配的工序復雜、效率低下、成本增加。目前，裝配式結構體系平均成本普遍比傳統現澆體系高，無競爭優勢，在一定程度上阻滯了裝配式建筑的推廣和發展。當前社會對裝配式建筑的結構安全性認識不足，普遍認為裝配式結構抗震能力不足、灌漿套筒安全性較差。目前裝配式鋼-混組合結構研究還處于初級階段，研究理論并不成熟，在裝配式鋼-混組合結構的墻板連接研究相對較少，仍需要深入研究探討。

4 結語

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、預應力壓接、螺栓連接、出發，依據國內、國外兩個研究方向及發展現狀，對各個節點連接方式的優點與缺點進行分析對比。最后簡單描述新型裝配式板墻節點的連接方式和其節點的各項性能。