張民主

(廈門(mén)合立道工程設(shè)計(jì)集團(tuán)股份有限公司 福建廈門(mén) 361000)

0 引言

20世紀(jì)50年代，為了解決第二次世界大戰(zhàn)后住房緊張和勞動(dòng)力嚴(yán)重不足的問(wèn)題，歐洲的一些發(fā)達(dá)國(guó)家大力發(fā)展預(yù)制裝配式建筑，掀起了建筑工業(yè)化的浪潮。20世紀(jì)60年代左右，建筑工業(yè)化的浪潮擴(kuò)展到美國(guó)、加拿大以及亞洲的日本等發(fā)達(dá)國(guó)家[2]。

當(dāng)下國(guó)內(nèi)主流的裝配式建筑連接技術(shù)為濕式連接，也就是等同現(xiàn)澆的連接方式[1]，該方式能保證在高烈度區(qū)高層建筑的結(jié)構(gòu)安全和整體性。但是，該連接方式比如套筒灌漿連接存在安全檢測(cè)難度；預(yù)制梁與預(yù)制墻柱連接存在鋼筋互相干涉，造成現(xiàn)場(chǎng)施工效率不高的問(wèn)題。但是，對(duì)于多層建筑而言，其地震作用下的反應(yīng)較小，干式連接方式也可以滿足抗震要求，同時(shí)干式連接方式不需后澆混凝土，具有施工方便、連接質(zhì)量好、容易檢測(cè)、減少環(huán)境污染等優(yōu)點(diǎn)。所以，干式連接技術(shù)對(duì)于裝配式發(fā)展也有重要意義。

1 裝配式連接技術(shù)概述

裝配式連接技術(shù)，按施工工藝可以分為濕式連接和干式連接。

濕式連接就是預(yù)制構(gòu)件之間的連接區(qū)域鋼筋相互連接，然后澆混凝土或灌漿材料將預(yù)制構(gòu)件連為整體，以此達(dá)到等同現(xiàn)澆，比如預(yù)制墻、預(yù)制柱的鋼筋采用套筒灌漿連接，預(yù)制梁與預(yù)制墻柱采用后澆混凝土，預(yù)制梁板采用后澆疊合等。

干式連接即是現(xiàn)場(chǎng)干作業(yè)的連接方式，預(yù)制構(gòu)件之間采用螺栓、牛腿、型鋼、預(yù)應(yīng)力等一種或多種方式直接連接，無(wú)需再進(jìn)行現(xiàn)澆或灌漿作業(yè)，該方式可實(shí)現(xiàn)承載力及剛度與現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)類似，但其延性及恢復(fù)力性能與現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn)不同，設(shè)計(jì)方法與現(xiàn)澆有所區(qū)別。干式連接為美國(guó)、歐洲、日本等規(guī)范常見(jiàn)的連接方式。

2 常見(jiàn)預(yù)制構(gòu)件的干式連接方式

預(yù)制裝配式混凝土構(gòu)件之間的連接主要有墻(柱)-墻(柱)連接、柱腳連接、柱-梁連接、主梁-次梁連接、梁-板連接，當(dāng)采用干式連接的施工方式的時(shí)候，其連接一般通過(guò)螺栓、焊接、企口、牛腿、預(yù)應(yīng)力等方式。裝配式連接要求構(gòu)件在正常使用荷載作用下保持彈性，在中、大地震作用下有一定的延性，下文主要介紹幾種國(guó)內(nèi)外典型的干式連接方式的特點(diǎn)和性能[3](由于梁-板連接方式簡(jiǎn)單，本文不再介紹)。

2.1 墻(柱)-墻(柱)連接

(1)墻(柱)-墻(柱)螺栓連接

上下預(yù)制剪力墻(柱)內(nèi)均設(shè)置預(yù)埋件，預(yù)制剪力墻(柱)縱筋與預(yù)埋件焊接，上預(yù)制剪力墻(柱)在連接處開(kāi)凹口便于螺栓連接，其連接方式施工簡(jiǎn)單，依靠螺栓及摩擦提供承載力，抗剪性能弱，結(jié)構(gòu)整體性差，在承受較大荷載作用下時(shí)，會(huì)出現(xiàn)較大變形，容易開(kāi)裂，適用于較低層的建筑，且連接位置可能會(huì)滲水，不適用于外墻，連接方式如圖1所示。

注：1-預(yù)埋件;2-上預(yù)制剪力墻;3-下預(yù)制剪力墻;4-螺桿;5-鋼板;6-預(yù)留孔圖1 墻-墻螺栓連接

(2)墻(柱)-墻(柱)焊接連接

該連接方式是通過(guò)型鋼代替剪力墻(柱)縱筋在連接處焊接，該連接方式抗震性能較好，抗剪性能較強(qiáng)，適用于中等高度的建筑，但是該連接方式制作精度要求高，施工現(xiàn)場(chǎng)焊接操作空間小，且連接處可能會(huì)出現(xiàn)脆性破壞，故對(duì)焊接質(zhì)量要求較高，其連接方式如圖2所示。

注:1-上預(yù)制剪力墻;2-邊緣構(gòu)件鋼板;3-預(yù)制板;4-現(xiàn)場(chǎng)連接處;5-連接端板;6-端板加勁肋板;7-下預(yù)制剪力墻圖2 墻-墻焊接連接

2.2 柱腳連接

該連接方式是預(yù)制柱縱筋與預(yù)埋端板在生產(chǎn)時(shí)連接好，施工時(shí)端板再與預(yù)埋地腳螺絲連接，該連接方式類似鋼結(jié)構(gòu)鉸接設(shè)計(jì)，如圖3所示。

注：1-預(yù)制柱;2-現(xiàn)澆柱根;3-地腳錨栓;4-連接鋼板圖3 柱腳連接

2.3 柱-梁連接

(1)柱-梁牛腿連接

預(yù)制柱與預(yù)制梁常用牛腿連接方式，牛腿承載力高，抗剪性能較容易保障。根據(jù)建筑設(shè)計(jì)要求，牛腿可設(shè)計(jì)為明牛腿和暗牛腿方式，該連接方式為鉸接設(shè)計(jì)，如圖4所示。

(a)預(yù)制框架結(jié)構(gòu)明牛腿節(jié)點(diǎn) (b)預(yù)制框架結(jié)構(gòu)暗牛腿節(jié)點(diǎn)圖4 柱-梁牛腿連接

(2)柱-梁焊接連接

該連接方式是通過(guò)預(yù)制柱側(cè)面預(yù)埋鋼板與預(yù)制梁端預(yù)埋鋼板焊接連接，其連接類似半剛接連接，但是地震無(wú)法形成塑性鉸，容易發(fā)生脆性破壞，宜謹(jǐn)慎采用，如圖5所示。

注:1-活動(dòng)蓋板;2-梁端預(yù)埋鋼板;3-兩端上部受力筋;4-承壓鋼板；5-梁端下部受力筋;6-焊縫;7-預(yù)制柱;8-預(yù)制梁;9-型鋼圖5 柱-梁焊接連接

(3)柱-梁預(yù)應(yīng)力連接

該連接方式是在預(yù)制柱上設(shè)置暗牛腿，達(dá)到施工方便且保證抗剪能力，預(yù)制柱、梁中預(yù)留預(yù)應(yīng)力鋼筋穿孔，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)柱梁安裝就位后，將預(yù)應(yīng)力鋼筋從預(yù)留孔中穿過(guò)，對(duì)節(jié)點(diǎn)施加預(yù)應(yīng)力，該預(yù)應(yīng)力既可作為拼裝手段，又可在使用階段承受彎矩，且在地震作用下有一定的耗能作用，在地震后容易修復(fù)等優(yōu)點(diǎn)，如圖6所示。

圖6 柱-梁預(yù)應(yīng)力連接

2.4 主梁-次梁企口連接

主次梁連接采用企口方式連接時(shí)，在次梁端部設(shè)置企口，與主梁側(cè)面挑耳進(jìn)行連接，該方式的優(yōu)勢(shì)為預(yù)制時(shí)主梁無(wú)需在連接處打斷，提高脫模、運(yùn)輸、吊裝等階段的安全性，且該連接方式為純粹鉸接連接，與次梁受力模型最為接近，為較佳的連接方式，如圖7所示。

圖7 主梁-次梁企口連接

3 干式連接方式的可靠性研究概述

3.1 國(guó)外研究成果概述

(1)焊接連接方式

1993年， Ersoy在框架梁跨中的連接采用焊接連接[4]，連接方式為在梁四周采用鋼板焊接，對(duì)5個(gè)焊接節(jié)點(diǎn)與2個(gè)現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn)進(jìn)行試驗(yàn)對(duì)比，試驗(yàn)結(jié)果表明：焊接節(jié)點(diǎn)在剛度、強(qiáng)度方面與現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn)基本一致，連接需要四面連接板焊接連接，缺一面不可，缺少連接面時(shí)，承載力會(huì)下降，變形加大。

(2)螺栓連接方式

2009年， Ousalem對(duì)預(yù)制高強(qiáng)度混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行了低周反復(fù)加載試驗(yàn)[5]，框架梁跨中的連接采用螺栓將預(yù)制梁連接起來(lái)。試驗(yàn)結(jié)果表明：螺栓連接拼接處的剛度與強(qiáng)度等性能較好，該預(yù)制梁在梁端能形成塑性鉸，具備一定的抗震能力。

2006年，土耳其的 Ertas進(jìn)行了5個(gè)節(jié)點(diǎn)的低周反復(fù)加載試驗(yàn)研究[6]，具體為1個(gè)螺栓連接節(jié)點(diǎn)、1個(gè)帶牛腿焊接節(jié)點(diǎn)、1個(gè)現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn)以及2個(gè)后澆整體節(jié)點(diǎn)。試驗(yàn)結(jié)果表明：預(yù)制混凝土節(jié)點(diǎn)和現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn)一樣具有較強(qiáng)的抗震能力，其中螺栓連接方式其耗能、延性以及強(qiáng)度等性能更好，對(duì)施工極為有利。

3.2 國(guó)內(nèi)研究成果概述

2004～2005年，趙斌、呂西林[6]等人對(duì)預(yù)制裝配式混凝土后澆整體式梁柱節(jié)點(diǎn)和全裝配式預(yù)制混凝土梁柱節(jié)點(diǎn)的抗震性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究[7]。試驗(yàn)結(jié)果表明：在低周反復(fù)荷載作用下，預(yù)制裝配式節(jié)點(diǎn)與現(xiàn)澆高強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)梁柱組合件相比，高強(qiáng)預(yù)制混凝土后澆整體式梁柱節(jié)點(diǎn)與現(xiàn)澆高強(qiáng)混凝土梁柱節(jié)點(diǎn)的抗震性能基本相同；而全裝配式預(yù)制混凝土梁柱節(jié)點(diǎn)和現(xiàn)澆高強(qiáng)混凝土梁柱節(jié)點(diǎn)的抗震性能則相差較大。

2008年，羅青兒[7]等人對(duì)榫式連接接頭提出了改進(jìn)方法[8]，用鋼管混凝土榫頭取代鋼筋混凝土榫頭，對(duì)采用鋼管混凝土榫頭的預(yù)制柱和現(xiàn)澆柱的抗震能力進(jìn)行試驗(yàn)比較，結(jié)果表明：榫式柱接頭連接方法通過(guò)改進(jìn)以后，抗震性能有提升，同時(shí)便于施工。

4 結(jié)論

干式連接方式在國(guó)內(nèi)規(guī)范除預(yù)制外掛墻板和預(yù)制樓梯之外，尚未有成熟的規(guī)范規(guī)定和應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，本文通過(guò)介紹國(guó)外常見(jiàn)的干式連接方式，希望對(duì)準(zhǔn)備采用干式連接進(jìn)行設(shè)計(jì)的項(xiàng)目有一定的借鑒作用，同時(shí)，當(dāng)采用干式連接時(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

(1)國(guó)外對(duì)于干式連接的研究表明，當(dāng)采用焊接、螺栓等方式連接時(shí)，其剛度和強(qiáng)度可達(dá)到與現(xiàn)澆一致的能力，除螺栓連接外其余干式連接方式延性不如現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)且抗震性能差；當(dāng)采用預(yù)應(yīng)力連接時(shí)，其抗震性能較好。

(2)干式連接有其施工便利的作用，對(duì)于低層建筑，具有很好的適用意義，可根據(jù)建筑特點(diǎn)、當(dāng)?shù)仡A(yù)制構(gòu)件制作能力、施工單位施工能力等綜合考量，選擇合適的連接方式。

(3)螺栓、焊接、企口、牛腿、預(yù)應(yīng)力等方式可以混合采用，達(dá)到施工便利、結(jié)構(gòu)安全、經(jīng)濟(jì)適用等好處。