裝配式建筑構(gòu)件節(jié)點連接技術(shù)探析

李 惠

湖南軟件職業(yè)學(xué)院 湖南 湘潭 411100

在建筑技術(shù)高速發(fā)展的背景下，裝配式建筑逐漸普及，其應(yīng)用取得了良好的效果。裝配式建筑首先需要在工廠進行構(gòu)件預(yù)制，然后將其運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場進行安裝。相較于鋼筋混凝土建筑施工技術(shù)，裝配式建筑施工技術(shù)較為簡單，可以使現(xiàn)場施工工作大幅度減少，能夠在提高施工效率的同時，保障工程的質(zhì)量。在裝配式建筑施工階段，預(yù)制構(gòu)件節(jié)點連接屬于重難點技術(shù)，因此，對此項課題進行研究，具有十分重要的意義。

一、裝配式建筑構(gòu)件節(jié)點連接技術(shù)分析

（一）濕式連接

所謂的濕式連接是指在工廠中提前生產(chǎn)全部的建筑構(gòu)件，將其運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場進行統(tǒng)一拼裝，然后以建筑構(gòu)件節(jié)點為基準(zhǔn)進行混凝土澆筑作業(yè)，最后完成建筑結(jié)構(gòu)的拼裝。目前，常用的濕式連接方式主要包括兩種，分別是錨漿連接和灌漿連接。

1.錨漿搭接。錨漿搭接的原理是將位于搭接區(qū)的鋼筋分開，使鋼筋之間產(chǎn)生一定的距離，然后與混凝土錨固，最后以混凝土為媒介，傳遞鋼筋應(yīng)力。其連接形式被分為兩種，分別是拆入式預(yù)留孔灌漿鋼筋連接和金屬波紋管錨漿搭接連接。其中，前者需要提前在構(gòu)件上預(yù)留注漿孔洞，然后放置預(yù)制構(gòu)件表面所延伸的鋼筋，最后將無收縮高強漿液填到孔洞空隙中。后者需要將金屬波紋管預(yù)埋到預(yù)制構(gòu)件之中，然后將鋼筋插入波紋管之中，最后灌漿即可。相較于其他節(jié)點連接技術(shù)，錨漿連接技術(shù)具有以下方面的優(yōu)點：第一，鋼材的使用量較少。第二，減輕焊接作業(yè)人員的作業(yè)量。第三，鋼筋銹蝕少。第四，可以使連接節(jié)點的強度和剛度增強；第五，機械性能優(yōu)越。因此，錨漿連接技術(shù)在裝配式建筑施工中的應(yīng)用范圍十分廣泛，且取得了良好的效果。在具備諸多優(yōu)點的同時，這項技術(shù)還存在搭接長度過長和承載力偏低的缺點，使其發(fā)展受限，如果受拉構(gòu)件或鋼筋直徑超過20mm，這種節(jié)點連接技術(shù)不宜使用。

2.灌漿套筒連接。灌漿套筒連接屬于濕式連接方式，其原理如下所述：將成品套筒預(yù)埋到混凝土構(gòu)件之中，然后以套筒兩端為切入點插入鋼筋，最后灌入漿料，實現(xiàn)對力的有效傳遞。本文為驗證灌漿套筒連接技術(shù)在裝配式建筑節(jié)點連接中的應(yīng)用效果，通過試驗的方式，對這項技術(shù)在連接預(yù)制混凝土梁柱節(jié)點中的應(yīng)用進行模擬，試件參數(shù)如下所述：

編號PBCJ1：

預(yù)制混凝土：抗壓強度為20.75Fcu/MPa；抗拉強度為1.49ft/MPa；彈性模量29780Ec/MPa；軸壓比0.3；套筒尺寸為160×28×4mm；

后澆混凝土：抗壓強度為27.55Fcu/MPa；抗拉強度為1.72ft/MPa；彈性模量32590Ec/MPa；軸壓比0.3；套筒尺寸為160×28×4mm；

灌漿料：抗壓強度為62.85Fcu/MPa；抗拉強度為2.60ft/MPa；彈性模量37100Ec/MPa；軸壓比0.3；套筒尺寸為160×28×4mm。

編號PBCJ2：

預(yù)制混凝土：抗壓強度為20.75Fcu/MPa；抗拉強度為1.49ft/MPa；彈性模量29780Ec/MPa；軸壓比0.4；套筒尺寸為160×28×4mm；

后澆混凝土：抗壓強度為27.55Fcu/MPa；抗拉強度為1.72ft/MPa；彈性模量32590Ec/MPa；軸壓比0.4；套筒尺寸為160×28×4mm；

灌漿料：抗壓強度為62.85Fcu/MPa；抗拉強度為2.60ft/MPa；彈性模量37100Ec/MPa；軸壓比0.4；套筒尺寸為160×28×4mm。

本次試驗對構(gòu)件在真實工程項目中的約束和受力情況進行了模擬，并在此基礎(chǔ)上進行建模。荷載施加分為兩步進行，首先在柱子上端施加一個向下的軸壓力；然后繼續(xù)向梁的兩端施加壓力，最后重復(fù)進行位移荷載。就結(jié)構(gòu)構(gòu)件力學(xué)性能而言，其關(guān)鍵指標(biāo)參數(shù)為配筋率和軸壓比。上述荷載施加方式的運用，可以獲得灌漿套筒連接預(yù)制混凝土柱的彎矩。在研究后發(fā)現(xiàn)，在荷載施加初期，各骨架曲線呈重合狀態(tài)，剛度變化并不明顯，這表明在軸壓比和配筋率的作用下，基于灌漿套筒連接的預(yù)制混凝土柱處于彈性階段。但隨著施加荷載的不斷加大，構(gòu)件質(zhì)量逐漸下滑，此時，預(yù)制混凝土柱處于彈塑性階段。在這個階段，各預(yù)制混凝土柱的剛度變化接近一致。在進入破壞階段，到達極限荷載后，彎矩和轉(zhuǎn)角曲線的下降幅度也非常小，在轉(zhuǎn)角持續(xù)增加后，荷載作用依然不變。這表明預(yù)制混凝土柱進入了延性破壞階段。由此可得出結(jié)論：灌漿套筒連接技術(shù)能夠使結(jié)構(gòu)受力要求得到滿足[1]。

（二）干式連接技術(shù)

在預(yù)制構(gòu)件連接過程中無需進行混凝土澆筑的施工技術(shù)，就是所謂的干式連接技術(shù)。目前，常用的干式連接技術(shù)包括焊接技術(shù)、牛腿連接技術(shù)和螺栓連接技術(shù)。干式連接技術(shù)與濕式連接技術(shù)相比，其優(yōu)點為操作簡單、作業(yè)量小和效率高。

1.焊接連接技術(shù)。通過焊接的方式，使梁柱節(jié)點相連接，就是所謂的焊接連接技術(shù)。這種連接方式無需養(yǎng)護，故施工效率較高，同時還能減少施工成本。但采用這種連接技術(shù)連接的節(jié)點，其塑性鉸區(qū)并不明顯，在后續(xù)使用階段，連接部位可能會在應(yīng)用的作用下而受損，主要以脆性破壞為主。因此，焊接連接技術(shù)的使用，無法滿足建筑結(jié)構(gòu)抗震性能的要求。

2.牛腿連接技術(shù)。牛腿連接技術(shù)具有非常簡單的技術(shù)原理，便于操作。將結(jié)構(gòu)形式作為依據(jù)，可以將其分為兩種，一種是暗牛腿技術(shù)，另一種是明牛腿技術(shù)。其中，前者雖然可以使建筑內(nèi)部空間使用性和觀感得到保證，但其高度會受到梁的限制，導(dǎo)致節(jié)點抗剪強度不高，其使用范圍也因此而受限。而后者的優(yōu)勢為受力合理，但會使空間使用和觀感受到影響，因此，在裝配式建筑施工階段很少被使用。隨著建筑技術(shù)的不斷發(fā)展，牛腿連接技術(shù)的不足已經(jīng)被彌補，其原理為將相互鉗固缺口槽布置到矩形暗牛腿與梁和柱的連接端。然后利用螺栓板對預(yù)制梁和柱進行連接，使其成為一個整體，從而彌補牛腿連接技術(shù)存在的不足，不僅有利于節(jié)點強度的提升和傳力方式優(yōu)化，同時，還能使結(jié)構(gòu)美觀和建筑內(nèi)部空間使用性得到保證。

3.螺栓連接技術(shù)。工廠在加工預(yù)制構(gòu)件的過程中，需要將螺栓孔和安裝孔設(shè)置到螺栓邊沿位置上，在后期安裝時，作業(yè)人員需要在相鄰構(gòu)件中插入螺桿，在安裝墊片后擰緊螺帽即可，從而使預(yù)制構(gòu)件相互連接。需要強調(diào)的是，在預(yù)制件加工階段，螺栓預(yù)制必須精確，在運輸階段，應(yīng)加強對螺栓的保管，避免螺紋受損，以此來提高安裝階段的一次成型率。站在技術(shù)優(yōu)化的角度而言，可以將普通墊片替換成橡膠螺栓墊片，同時使用強度高的螺栓，通過這些措施的使用，使螺栓連接節(jié)點的性能得到強化。試驗結(jié)果表明，利用高強度螺栓替換普通螺栓，有利于提高裝配式建筑節(jié)點的抗震性能，其作用與現(xiàn)澆連接節(jié)點大致相同[2]。

二、裝配式建筑構(gòu)件節(jié)點連接技術(shù)對比和質(zhì)量控制建議

（一）裝配式建筑構(gòu)件節(jié)點連接技術(shù)對比。通過上文分析可知，無論是濕式連接，還是干式連接都具有優(yōu)缺點，相對比而言，濕式連接技術(shù)可以使建筑構(gòu)件節(jié)點受力和變形能力增強，裝配式建筑延展性和抗震性能也會有所提升，這是干式連接技術(shù)所不具備的優(yōu)勢。但干式連接技術(shù)卻具有現(xiàn)場安裝的優(yōu)勢，具體表現(xiàn)為濕式連接技術(shù)在使用后，需要對其進行長時間的養(yǎng)護，且技術(shù)原理較為復(fù)雜。而干式連接技術(shù)操作便捷，施工效率高。比如：在進行震后建筑物的修復(fù)時，采用濕式連接技術(shù)的裝配式建筑，其修復(fù)方式較為繁瑣，需要進行二次澆筑。但采用干式連接技術(shù)的裝配式建筑，在地震時發(fā)生塑性變形的位置主要是梁柱連接部位，因此，后續(xù)維修較為簡單，無需耗費過多的時間和成本。

（二）質(zhì)量控制建議。想要確保裝配式建筑構(gòu)件節(jié)點連接的質(zhì)量，不僅要依據(jù)實際情況選擇合適的節(jié)點連接技術(shù)，還要以設(shè)計階段、預(yù)制階段和施工階段為切入點，實現(xiàn)對節(jié)點連接全過程的有效把控。

1.設(shè)計階段的質(zhì)量控制建議

第一，設(shè)計人員應(yīng)該立足于裝配式建筑工程實際情況，同各專業(yè)技術(shù)人員共同進行設(shè)計，從而使構(gòu)件孔道、預(yù)埋鋼筋和預(yù)埋件設(shè)計的準(zhǔn)確性得到保障。第二，由于預(yù)制構(gòu)件容易在運輸和保管階段受損，因此，在設(shè)計構(gòu)件時，應(yīng)該使跨度縮小，并簡化其結(jié)構(gòu)，為后續(xù)安裝創(chuàng)造有利的條件。第三，為使建筑抗震性能增強，在設(shè)計階段，設(shè)計師需要將構(gòu)件連接部位設(shè)計成企口型，同時預(yù)留減壓空腔，并在連接部位增加柔性墊片，以增強連接質(zhì)量，減少構(gòu)件接觸面的縫隙[3]。

2.預(yù)制階段質(zhì)量控制建議

第一，在預(yù)制前應(yīng)做好準(zhǔn)備工作，確保各項材料的數(shù)量、性能和參數(shù)與要求相符。與此同時，還要檢查模具的尺寸和規(guī)格。第二，應(yīng)按照設(shè)計加工構(gòu)件預(yù)埋件，使其加工數(shù)量、質(zhì)量、精度和位置與要求相符。第三，按照規(guī)定進行構(gòu)件吊裝，在吊裝階段需要對起重高度進行控制。起重高度的確定依據(jù)為建筑高度、安全吊裝高度、預(yù)制構(gòu)件高度和索具高度。第四，在施工現(xiàn)場加強對預(yù)制構(gòu)件的保管，避免其受潮或在外力作用下受損。

3.施工階段質(zhì)量控制建議

第一，在預(yù)制構(gòu)件安裝前，測量構(gòu)件邊緣位置和預(yù)埋件位置，通過這種方式，核實構(gòu)件所處位置是否準(zhǔn)確。第二，在安裝位置放置預(yù)制構(gòu)件后，應(yīng)立即使用調(diào)斜支撐對其進行固定，在此基礎(chǔ)上重新檢測構(gòu)件位置，如果發(fā)現(xiàn)構(gòu)件位置存在誤差，需及時調(diào)整。第三，如果使用濕式連接技術(shù)，在灌漿作業(yè)開始前，應(yīng)對灌漿液各項參數(shù)進行檢測，待其各項參數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)相符后，方可灌漿。

結(jié)論：綜上所述，裝配式建筑作為一種新興的建筑形式，相較于傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)存在諸多方面的優(yōu)點。本文通過對目前常用的構(gòu)件節(jié)點連接技術(shù)進行研究，并提出質(zhì)量控制建議，有助于消除質(zhì)量和安全隱患，對我國裝配式建筑發(fā)展而言，具有十分重要的意義。