朱東烽，顏新星，張偉生，解金輝，張綺瓏

（廣東精宏建設(shè)有限公司 廣東云浮527400）

0 引言

裝配式建筑是我國建筑業(yè)轉(zhuǎn)型和發(fā)展的重要方向，其中裝配式混凝土結(jié)構(gòu)由于其具有生產(chǎn)效率高、施工質(zhì)量好、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點，得到了越來越多工程項目的推廣和應(yīng)用。

對于裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)，梁柱節(jié)點作為裝配式體系重要的受力部位，是保證裝配式建筑實施的關(guān)鍵。當(dāng)前，國內(nèi)外裝配式混凝土梁柱連接節(jié)點主要分為干式節(jié)點連接和濕式節(jié)點連接［1］。其中濕式節(jié)點中，混凝土整體節(jié)點應(yīng)用較為廣泛，包括套筒式灌漿連接［2］、套筒擠壓連接［3］等。但其連接節(jié)點強(qiáng)度受施工水平影響較大。

鋼-混凝土組合節(jié)點連接具備混凝土和鋼結(jié)構(gòu)的共同優(yōu)勢，能有效地保證節(jié)點連接強(qiáng)度以及施工質(zhì)量，得到了越來越廣泛的研究和應(yīng)用。Yang 等人［4］對一種改進(jìn)的H 型鋼-預(yù)制混凝土梁連接節(jié)點進(jìn)行試驗研究，節(jié)點滿足梁柱節(jié)點剛性連接要求。宋玉普等人［5］對鋼-混凝土組合節(jié)點與鋼筋混凝土框架節(jié)點進(jìn)行對比力學(xué)性能研究，得出組合節(jié)點具備較高的承載力、良好的延性、較強(qiáng)的耗能能力和較好的剛度保持性能。龍秀海等人［6］提出一種新型裝配式鋼-混凝土框架剪力墻結(jié)構(gòu)體系，相比常規(guī)體系在施工上具備施工速度快、工期短、經(jīng)濟(jì)效益明顯等特點。

廣東精宏建設(shè)有限公司與廣東省建筑設(shè)計研究院進(jìn)行產(chǎn)學(xué)研合作，聯(lián)合研發(fā)了一種新型鋼-混凝土組合裝配式連接節(jié)點［7］。經(jīng)過理論與實驗研究后，將其成功應(yīng)用于實際工程項目。該節(jié)點連接體系受力明確，強(qiáng)度剛度大，同時安裝時能節(jié)省部分支撐體系，施工方便，安裝效率高，綠色環(huán)保，獲得了良好的實踐效果。

1 工程概況

新興縣惠能小學(xué)項目位于廣東省云浮市，項目總建筑面積20 651 m2，其中裝配式建筑面積為12 100 m2，總體裝配率為62.4%，是粵西地區(qū)首個裝配率達(dá)到A 級的裝配式混凝土建筑項目。其中項目午休樓部分采用該鋼節(jié)點體系，裝配式樓層為2～5 層共4 個標(biāo)準(zhǔn)層，包含7 種預(yù)制構(gòu)件：預(yù)制柱、預(yù)制外墻板、預(yù)制隔墻板、預(yù)制疊合梁、預(yù)制疊合板、預(yù)制沉箱和預(yù)制樓梯。

2 節(jié)點設(shè)計

項目鋼連接節(jié)點體系采用了一種新型鋼-混凝土組合式裝配式連接節(jié)點，節(jié)點主要用于預(yù)制柱豎向連接、梁柱連接及主次梁連接等結(jié)構(gòu)受力構(gòu)件節(jié)點連接位置。通過在預(yù)制構(gòu)件端部設(shè)置鋼結(jié)構(gòu)連接件，并與節(jié)點區(qū)現(xiàn)澆混凝土組合，保證裝配式混凝土結(jié)構(gòu)連接節(jié)點的受力要求。

2.1 豎向構(gòu)件連接

豎向構(gòu)件連接節(jié)點主要指上下預(yù)制柱的對接連接。節(jié)點通過在預(yù)制柱上下端設(shè)置型鋼，采用對接焊縫連接，同時節(jié)點區(qū)域澆筑混凝土形成組合結(jié)構(gòu)，保證節(jié)點的整體性，如圖1 所示。

圖1 鋼連接節(jié)點示意圖Fig.1 Schematic Diagram of Steel Joint

預(yù)制柱下端部型鋼柱底連接件設(shè)置在反彎范圍內(nèi)，型鋼提前預(yù)埋于預(yù)制柱中（見圖2a）。預(yù)制混凝土柱鋼筋在內(nèi)側(cè)與型鋼壁進(jìn)行焊接，保證端部組合結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)受力。柱縱向鋼筋彎折后伸出連接型鋼，錨入節(jié)點區(qū)域，避免與下部柱鋼筋碰撞，并實現(xiàn)與下部柱鋼筋部分搭接。柱下端設(shè)置灌漿孔，進(jìn)行節(jié)點區(qū)域混凝土澆筑與振搗。

柱上端部型鋼連接件與混凝土柱的組合形式與下端部基本相同，上端部型鋼連接件內(nèi)側(cè)設(shè)置鋼墊板，有利于實現(xiàn)柱定位，保證上下柱連接焊縫質(zhì)量，如圖2b 所示。同時上端部型鋼考慮與預(yù)制梁構(gòu)件相連接，設(shè)置鋼牛腿以及對應(yīng)的開孔構(gòu)造，詳細(xì)介紹見本章2.2 梁柱節(jié)點連接。

柱上下端型鋼連接件采用全熔透對接焊接連接，焊縫質(zhì)量等級要求二級以上［8］。焊接完成后，通過預(yù)留的澆筑孔，對節(jié)點區(qū)域澆筑混凝土，同時通過掛網(wǎng)形成型鋼混凝土保護(hù)層。在預(yù)制柱節(jié)點處，上下預(yù)制柱的鋼筋在矩形鋼套內(nèi)搭接連接，作為一種附加豎向連接保障措施，不參與結(jié)構(gòu)受力計算，使得節(jié)點的強(qiáng)度比計算所得更高，節(jié)點也更加安全可靠。

2.2 梁柱節(jié)點連接

圖2 預(yù)制柱節(jié)點示意圖Fig.2 Prefabricated Column Node Schematic

梁柱連接節(jié)點主要通過在柱上端型鋼連接件上設(shè)置鋼牛腿，采用摩擦型高強(qiáng)螺栓與梁端相連，如圖3所示。梁端設(shè)置型鋼，型鋼與螺栓桿內(nèi)側(cè)焊接，并預(yù)埋于預(yù)制梁端部。在安裝時，將梁端放入至U 型牛腿中，就位后通過高強(qiáng)螺栓固定。梁下部鋼筋伸入柱端型鋼內(nèi)部，與鋼牛腿協(xié)調(diào)受力。梁上部鋼筋在疊合層拉通，梁疊合層混凝土與柱節(jié)點區(qū)域一同澆筑，以保證節(jié)點剛度及強(qiáng)度要求。

圖3 梁柱節(jié)點示意圖Fig.3 Schematic Diagram of Beam-column Joints

2.3 主次梁節(jié)點連接

主次梁節(jié)點與梁柱節(jié)點類似，如圖4 所示，節(jié)點主要通過在主梁上設(shè)置組合U 型鋼牛腿，次梁端部與牛腿通過螺栓連接。次梁下部鋼筋伸入至主梁邊，主梁相應(yīng)設(shè)置附加鋼筋，同時次梁鋼筋通過上部疊合層拉通或錨固，保證節(jié)點安全性。

圖4 主次梁節(jié)點示意圖Fig.4 Joint of Primary and Secondary Beam

3 構(gòu)件深化設(shè)計及生產(chǎn)

由于梁柱節(jié)點區(qū)域鋼筋交叉較多，梁柱鋼筋容易互相沖突，預(yù)埋件及澆筑孔預(yù)留也均須避開構(gòu)件內(nèi)部鋼筋，此外該節(jié)點體系的安裝對構(gòu)件精度要求較高，故為保證項目的實施，必須進(jìn)行構(gòu)件精細(xì)化設(shè)計和生產(chǎn)管理。

在進(jìn)行生產(chǎn)前，對構(gòu)件進(jìn)行詳細(xì)工藝深化設(shè)計是精細(xì)化生產(chǎn)的保證措施。項目深化設(shè)計主要采用BIM深化軟件進(jìn)行設(shè)計，相比于傳統(tǒng)CAD 深化設(shè)計，其能保證裝配式建筑過程中圖紙的可用性、設(shè)計變更的聯(lián)動性、施工吊裝順序的可行性、預(yù)留預(yù)埋的合理性、成本管控的支持以及能通過IFC 數(shù)據(jù)接口與其他BIM模型進(jìn)行綜合應(yīng)用［9］。

在預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)時，主要加強(qiáng)過程中的隱蔽驗收控制，特別對鋼節(jié)點的預(yù)埋定位、焊接質(zhì)量等進(jìn)行精細(xì)復(fù)核，保證構(gòu)件生產(chǎn)精度與質(zhì)量。圖5 為預(yù)制柱生產(chǎn)示意圖，通過定制型鋼模具，來保證節(jié)點的精確定位和預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)質(zhì)量。

圖5 預(yù)制柱生產(chǎn)示意圖Fig.5 Prefabricated Column Production

4 節(jié)點體系安裝

4.1 標(biāo)準(zhǔn)施工流程

項目首層柱采用現(xiàn)澆施工，完成后進(jìn)入裝配式構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)層施工，標(biāo)準(zhǔn)層主要施工流程如下：測量放線→吊裝預(yù)制疊合梁→搭設(shè)預(yù)制疊合板支撐→綁扎疊合梁負(fù)筋→吊裝預(yù)制樁（鋼套箍定位）→搭設(shè)柱斜支撐、調(diào)整復(fù)核垂直度和平面位置→柱節(jié)點焊接→封堵疊合板板縫、梁板疊合層支模→預(yù)埋樓面管線、綁扎疊合板鋼筋→澆筑梁板疊合層（含柱節(jié)點樓面標(biāo)高以下部分）→支模澆筑外墻企口、柱節(jié)點樓面標(biāo)高以上部分→吊裝外墻板。本層樓梯吊裝在下一標(biāo)準(zhǔn)層梁板疊合層澆筑后進(jìn)行。

4.2 施工要點

4.2.1 首層柱安裝

首層柱的安裝是一個節(jié)點從傳統(tǒng)建筑到裝配式建筑轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)折點，圖6 為首層柱節(jié)點安裝示意圖。此節(jié)點安裝需要利用腳手架的搭設(shè)將矩形鋼套定位準(zhǔn)確，先將腳手架搭設(shè)至節(jié)點相應(yīng)標(biāo)高，隨后用鋼管穿過鋼套預(yù)留孔洞，將矩形鋼套固定在腳手架上，再進(jìn)行鋼筋綁扎和模板安裝，最后澆筑成型。

圖6 首層柱節(jié)點安裝示意圖Fig.6 First Floor Column Joint Installation

4.2.2 預(yù)制柱安裝控制

預(yù)制柱安裝在下一層疊合梁、板安裝且疊合梁負(fù)筋綁扎完成后進(jìn)行。其安裝流程主要包括：測量定位、預(yù)制柱起吊、預(yù)制柱安裝固定、測量復(fù)核、型鋼連接件焊接、焊縫檢測、節(jié)點區(qū)域及疊合層混凝土澆筑。圖7為標(biāo)準(zhǔn)層預(yù)制柱安裝工程實況，安裝過程須注意以下控制要點：

⑴在吊裝過程中，預(yù)制柱需保持水平起吊，在一定高度后通過吊鉤完成吊點轉(zhuǎn)換，在空中翻轉(zhuǎn)為豎向后，再進(jìn)行安裝。

⑵預(yù)制柱就位完成后，進(jìn)行柱支撐連接，同時應(yīng)測量復(fù)核預(yù)制柱垂直度、位置以及牛腿方位等，并通過可調(diào)支撐進(jìn)行調(diào)節(jié)，保證預(yù)制柱垂直且牛腿對齊后，鎖定支撐。

⑶進(jìn)行焊接時需專業(yè)焊工進(jìn)行，焊縫應(yīng)均勻飽滿，并通過焊縫檢測，保證焊接質(zhì)量。

⑷節(jié)點區(qū)域混凝土澆筑時，應(yīng)隨澆隨振搗，通過預(yù)留的透氣孔確定節(jié)點內(nèi)部混凝土密實情況。

在安裝過程中，預(yù)制柱通過對接節(jié)點的設(shè)置，能迅速并準(zhǔn)確地定位，有效避免了施工誤差，提高了施工效率。同時這也對構(gòu)件的加工精度要求更高，需要控制鋼連接件預(yù)埋精度在有效范圍內(nèi)（±2 mm 以內(nèi)［10］）。

圖7 標(biāo)準(zhǔn)層預(yù)制柱安裝實況Fig.7 Installation of PC Columns in Standard Floor

4.2.3 預(yù)制疊合梁安裝控制

預(yù)制疊合梁安裝在下層預(yù)制外墻板吊裝完成后進(jìn)行。其安裝定位主要通過預(yù)制柱上部鋼牛腿保證，安裝過程須注意質(zhì)量控制要點：

⑴吊裝之前應(yīng)做好吊裝方案，明確梁吊裝順序，在梁柱節(jié)點位置，截面較高梁應(yīng)先進(jìn)行吊裝，防止節(jié)點區(qū)域鋼筋碰撞。

⑵預(yù)制梁就位后，通過擰緊高強(qiáng)螺栓與柱鋼牛腿進(jìn)行固定連接。螺栓擰緊時，初擰、復(fù)擰、終擰應(yīng)在同一天完成（見圖8）。

圖8 標(biāo)準(zhǔn)層預(yù)制梁安裝實況Fig.8 Installation of PC Beams of Standard Floor

預(yù)制梁安裝過程中，由于有鋼結(jié)構(gòu)牛腿進(jìn)行定位，在施工時能有效減少誤差，同時就位后可通過連接螺栓進(jìn)行固定，能有效減少安裝時的支撐體系，對提高施工效率有極大的幫助。

預(yù)制梁就位時，由于卡槽受加工精度以及預(yù)制柱安裝精度的影響，會將其誤差放大，因此對構(gòu)件的生產(chǎn)質(zhì)量及吊裝精度要求更高。在控制誤差時，需要預(yù)制構(gòu)件廠按照深化設(shè)計進(jìn)行生產(chǎn)，且將誤差控制在有效范圍內(nèi)（牛腿寬度誤差在+5 mm 以內(nèi)，牛腿卡槽誤差在-3 mm 以內(nèi)［10］）。

5 總結(jié)

本項目于2018 年9 月順利竣工驗收，標(biāo)志著本文所述的鋼-混凝土組合裝配式鋼連接節(jié)點體系的成功落地應(yīng)用。在實施過程中，采用鋼連接節(jié)點的午休樓項目相比同等條件下傳統(tǒng)建筑施工工期提前了40 d。同時其施工過程對周圍環(huán)境影響較小，符合綠色環(huán)保的施工要求，獲得了業(yè)主和相關(guān)部門的一致好評。

通過項目的順利實施，新型預(yù)制鋼連接節(jié)點體系具備以下特點：

⑴鋼連接節(jié)點體系能有效地提高節(jié)點強(qiáng)度和剛度，保證節(jié)點約束牢固可靠。

⑵在構(gòu)件安裝時，預(yù)制梁可直接通過連接牛腿固定，免去安裝時的支撐體系，能有效節(jié)約成本，加快安裝進(jìn)度。

⑶主次梁連接節(jié)點中，次梁鋼筋不需要伸入到主梁，相比混凝土節(jié)點需要二次現(xiàn)澆處理，大幅度降低了施工周期，提高了現(xiàn)場生產(chǎn)效率。

⑷鋼節(jié)點連接安裝時，對預(yù)制構(gòu)件的加工精度要求更高。對于豎向構(gòu)件對接焊接，其精度需在±2 mm以內(nèi)；對于鋼牛腿連接，其加工精度牛腿寬度誤差需在+5 mm 以內(nèi)，牛腿卡槽誤差在-3 mm 以內(nèi)。進(jìn)行精細(xì)化的構(gòu)件工藝深化設(shè)計，是保證上述加工精度的前提，同時預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)需嚴(yán)格按深化設(shè)計進(jìn)行，將誤差控制在有效范圍內(nèi)。

綜上所述，該新型預(yù)制鋼連接節(jié)點通過有效的生產(chǎn)施工管控，能較好地推廣應(yīng)用于裝配式混凝土建筑項目中，尤其是跨度較大、施工工期較緊的公共裝配式建筑項目。