新型裝配式鋼-混凝土組合結構梁柱節點在教學樓中的應用

張蠢

摘要：本論述根據金昌市某中學教學樓設計要求，探討了新型裝配式鋼-混凝土組合結構梁柱節點在實際教學樓建筑中的具體應用。首先介紹該組合節點的上部結構與基礎計算內容，以具體的計算結果提出教學樓應用該技術組合節點的應用措施。以工期、技術完善性、后澆帶區域的液態侵蝕、后澆帶區域穩定性設計、混凝土建材形變風險等方面進行詳細闡述。根據筆者研究，可將新型裝配式鋼-混凝土組合結構梁柱節點技術應用在教學樓設計中，為教學樓體設計的穩定性、安全性提供一些技術參考和借鑒。

關鍵詞：新型裝配式;鋼-混凝土組合結構;梁柱節點

中圖分類號：TU398.9文獻標志碼：A

0 引言

在鋼-混凝土組合結構之中，單一的混凝土、鋼結構承重柱成為建筑工程中梁結構的主要支撐側位作用力的構件組織，在工程施工現場以及學術研討中，工程人員及學者高度重視此類構件連接處的基本節點組織，在復雜力學作用下的靜止荷載與反復荷載性能，在實際工程與模型模擬生成了大量的實踐經驗與學術資料 [1]。梁柱節點是鋼-混凝土框架結構發揮抗側位應力的關鍵所在，在工程中目標梁柱節點位置的選取與布局，直接影響到整個工程結構的穩定性性能發揮。

1 工程概況

本工程為金昌市第五中學1#、3#教學樓初步設計，概述如下。

1#教學樓：四層（局部五層）框架結構，一至四層均由教室、辦公室以及衛生間組成。一層從地面到頂棚的高差為 4.20 m，二、三層從地面到頂棚的均為3.90 m，四層從地面到頂棚的高差為4.20 m 。樓梯間出屋面從地面到頂棚的高差為2.70 m，建筑物總長78.40 m，總寬41.75 m，總高16.80 m（室外地坪至主要屋面標高）。

3#教學樓：四層（局部五層）框架結構，一至四層均由教室、辦公室以及衛生間組成。一層從地面到頂棚的高差為4.20 m，二、三層從地面到頂棚的高差均為3.90 m，四層從地面到頂棚的高差為4.20 m 。樓梯間出屋面是樓梯間伸出層面，人可以通過樓梯間上到屋面。一般按寬度0.3 m，高度0.15 m 設計。樓梯間出屋面從地面到頂棚的高差為2.70 m，建筑物總長78.40 m，總寬41.75 m，總高16.80 m（室外地坪至主要屋面標高）。

2 新型裝配式鋼-混凝土組合結構梁柱節點上部結構、基礎計算

2.1 計算模型與主要參數

在對偶然偏心問題進行計算中，依據此教學樓設計情況以及建筑樓層質量，將嵌固端的位置選定為基礎梁。嚴格按照我國混凝土結構設計相關規定設定梁剛度增大系數，因此本教學樓邊梁剛度增大系數設定為1.5，周期折減系數設定為0.85，選擇分層加載的方式進行模擬施工。樓梯采用與主體結構脫開的方案，不考慮樓梯板的斜撐作用，控制樓梯間框架柱軸壓比不大于0.5;樓梯間構件按《建筑抗震規程》DB62/T25-3055-2011要求進行加強。

采取 PKPM-V2.2系列 JCCAD（2014年 9月版）程序作為基礎計算的軟件，該軟件是由中國建筑科學研究院所研究，柱下獨立基礎計算時填充墻自重通過地基梁傳至柱下獨立基礎。持力層為角礫層，地基承載力特征值fak =350 Kpa，變形模量 E0=28 Mpa[2]。

2.2 1#教學樓主要計算結果

1#教學樓主要計算結果見表1 所列。

2.3 3#教學樓主要計算結果

3#教學樓主要計算結果見表2所列。

2.4 主要計算結果分析

對計算結果進行匯總后發現，此結構當中的第一扭轉周期和第一平動周期的比值均保持在0.9以內，所以本次設計在匯總和計算結果中發現并認為其符合相關工程審核的要求，同時結構本身所出現的平扭耦聯效應也相對較小，抗扭的剛度相比來講也較大。另外在進行具體驗證中，在有關人員對本工程進行研究的內容中，其將建筑中5%的樓層質量具有偶然的偏心雙向地震的情況進行分析，表示出該樓層最大的層間位移可以在1.5以下，并且位移角平均計算也在該數值以下，說明上述兩個轉移角設計能夠滿足審檢規范要求。根據 PKPM 的計算結果發現此建筑設計結構的最小剛重比值保持在20以下，由此可以說明此設計在施工中可以不考慮重力二階效應，同時本次設計所保障其穩定性能夠符合各項要求與標準。在計算結構變形程度和承載力程度的最終數值中可以得出，該設計并沒有出現超出限制值和超筋等問題，所以在此方面也可滿足相關標準要求[3]。另外在強震條件下，該結構中彈塑性層間的最大位移角度均要在1/50以下，滿足建筑相關的抗震設計要求內容。

3 新型裝配式鋼-混凝土組合結構梁柱節點技術措施

（1） 施工工期因素。教學樓施工過程中需要對不同樓層進行同步的獨立化施工，重點關注并明確工程圖紙對各分離施工區域的后澆帶設計，為了保證后續建筑工程竣工驗收的完整性，不同施工區域的后澆帶連接地帶需要采用縱型梁板進行貫穿聯通。在實梁板搭建過程中，梁板與施工區域原始鋼筋可以交錯搭接一個單位為長度，在部分梁板或鋼筋長度不足的區域還可以在技術人員的專業指導下，采用附加鋼筋的方式，并保證附加鋼筋的數量高于原始不足額鋼筋面積的 1/5[4]。

（2） 后澆帶技術在施工過程中存在的問題。教學樓施工過程中需要注意后澆帶區域的接縫處理工作，為避免施工現場雜物與建材垃圾在后澆帶接縫區域的殘留，現場人員在后澆帶施工完畢后的清理工作中，還需要向目標接縫兩側區域內施加鋼筋與金屬網進行接縫封堵與雜物攔截，并在接縫裂口較大的區域及時加設必要豎向支撐結構。

（3）考慮到后澆帶區域內可能會受到的建筑現場液態侵蝕，在實際封閉施工接縫的處理過程中還需要通過人工對表面的建筑垃圾進行細致清理，在保持接縫區域平整后向目標接縫處使用純水泥漿建材進行重復涂抹兩個循環，保證目標結分區域內的防水抗漏等級符合圖紙要求強度。還要對區域于存在補償性收縮風險的混凝土材料進行反復澆筑與翻搗，保證目標混凝土建材的密實結構與高強度。

（4） 考慮到后澆帶結構的最終穩定性與整體性，后澆帶砼區域的拆模時限應當高于該結構竣工后的28d，在后續的養護工作中可以將砼區域浸泡于水中，同時嚴格控制水養護砼區域過程中膨脹率低于0.04%，在后續施工間接中還需要利用振搗施工器材進行養護強化[5]。

（5）考慮到鋼筋混凝土建材在預應力強化過程中的形變風險，案例中的教學樓施工選用了澆筑產熱不明顯的低水熱化水泥建材，同時為了抗擊澆筑過程中的異常升溫，平衡建材結構與露天施工外界環境間的溫差，在混凝土建材中還需以不高于整體水泥建材用量的0.2%的比例加入了無機鹽類抗凝堿性外加劑。

（6）為了保障本結構在案例工程中的作用全面發揮，案例工程將混凝土建材中的水泥占比控制在最小劑量，同時也嚴格限制的施工現場水膠比的數值，在現場使用了剛度級別高且水泥成分較低的骨料進行混凝土建材的現場混合加工[6]。

4 結束語

本論述在撰寫過程中，充分研讀的大量國內建筑施工領域內的學術資料，結合自身實際負責的案例經驗，在前人與本人的研究時間基礎上創新提出了新型裝配式鋼-混凝土組合結構梁柱節點組合式框架設計方案，將傳統預制混凝土承重柱型構件與梁柱節點標準設計布局策略相結合，直接向建材生產工廠安排一體化生產，而后通過建材運輸的方式為施工現場提供一類受力結構科學、加工耗時較短且施工裝配簡便的梁柱節點組件，從設計、生產與裝配三方面創新了裝配式組合框架施工結構的施工體系。

參考文獻：

[1]蘆靜夫，孫占琦，邱勇，等. 新型裝配式鋼-混凝土組合結構梁柱節點在學校教學樓中的應用[J]. 建筑結構，2019，49（S2）：498-503.

[2]張琪. 淺述裝配式鋼管束組合結構體系在工程中的應用[J].磚瓦，2020（1） ：76-79.

[3]蘆靜夫，樊則森，孫占琦，等. 裝配式鋼-混凝土組合框架結構在學校建筑中的研究與應用[J]. 施工技術，2020，49（8）：13-18，35.

[4]趙志紅. 鋼-混凝土組合結構裝配式建筑體系技術研究與應用[J]. 施工技術，2019，48（S1）：1263-1265.

[5]陳浩，程亮，胡郢. 鋼-混凝土組合結構節點抗震性能研究現狀[J]. 建材世界，2021，42（ 4）：50-53.

[6]王海，李杰，陳以一. 部分包覆鋼-混凝土組合柱單向壓彎承載力計算方法比較[J]. 建筑結構，2021，51（7）：7-13.