許劍峰，李 立

(山東科技大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院，山東 青島 266590)

0 前 言

《中國(guó)建筑能耗研究報(bào)告(2017)》[1]中指出：“房屋建筑在全壽命周期中消費(fèi)了大量資源和能源，對(duì)生態(tài)文明建設(shè)產(chǎn)生巨大影響”。據(jù)統(tǒng)計(jì)，建筑能耗約占總能耗的30%，已成為我國(guó)三大能耗之一。而建筑領(lǐng)域綠色低碳發(fā)展是實(shí)現(xiàn)“美麗中國(guó)”目標(biāo)的重要路徑，傳統(tǒng)建筑已無(wú)法適應(yīng)“綠色中國(guó)”的發(fā)展要求。裝配式建筑作為綠色建造技術(shù)，具有降成本、控污染、保節(jié)能的優(yōu)勢(shì)。顯然，裝配式建筑順應(yīng)時(shí)代發(fā)展要求，有助于提高城市建設(shè)質(zhì)量，推動(dòng)生態(tài)建設(shè)的工作進(jìn)程。

1 裝配式鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展

自“十三五”以來(lái)，鋼結(jié)構(gòu)在我國(guó)的建筑工程中占比增大。鋼結(jié)構(gòu)“輕質(zhì)高強(qiáng)”的特點(diǎn)與裝配式建筑的發(fā)展理念完美契合。首先，鋼結(jié)構(gòu)可以將2/3以上的工作放進(jìn)工廠，將露天作業(yè)移至室內(nèi)，大大改善了施工環(huán)境；其次，構(gòu)件的工廠化生產(chǎn)，降低了施工誤差，使得工程質(zhì)量得到更大的保證；最后，鋼結(jié)構(gòu)各部件可以現(xiàn)場(chǎng)機(jī)械化吊裝與拼接，便于施工，提高安裝和施工效率。裝配式鋼結(jié)構(gòu)充分體現(xiàn)了自重輕、抗震好、工期短、效益高的優(yōu)勢(shì)，具有集成化、工業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化的特點(diǎn)，通過(guò)工廠精細(xì)化制造，現(xiàn)場(chǎng)高質(zhì)量安裝，施工信息化管理可實(shí)現(xiàn)建筑高品質(zhì)、低污染的目標(biāo)，符合可持續(xù)發(fā)展理念，因而裝配式鋼結(jié)構(gòu)是一種適應(yīng)建筑發(fā)展趨勢(shì)的綠色建筑體系[2]。裝配式鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)使其在未來(lái)建筑市場(chǎng)中具備很大的潛力。

2 裝配式鋼結(jié)構(gòu)新型節(jié)點(diǎn)研究

2.1 設(shè)計(jì)理念

裝配式鋼結(jié)構(gòu)的突破式發(fā)展是我國(guó)建筑業(yè)創(chuàng)新發(fā)展路徑的標(biāo)志，然而傳統(tǒng)的鋼筋混凝土建筑模式仍占據(jù)主導(dǎo)地位。因此，在國(guó)家推進(jìn)裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅的大環(huán)境下，合理地將混凝土結(jié)構(gòu)融入，持續(xù)發(fā)展“裝配式鋼結(jié)構(gòu)+混凝土板”的設(shè)計(jì)理念，整合鋼結(jié)構(gòu)與混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)，充分汲取各部分的最大價(jià)值，使效果達(dá)到整體最優(yōu)化，這對(duì)于我國(guó)建筑業(yè)的發(fā)展具有重要意義。目前，這種組合結(jié)構(gòu)在歐美國(guó)家應(yīng)用廣泛，我國(guó)對(duì)此的研究起步較晚，但近些年也取得了很大的進(jìn)展。

2.2 技術(shù)方案

節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造形式對(duì)節(jié)點(diǎn)的強(qiáng)度、剛度以及整體結(jié)構(gòu)的受力和變形均有直接影響，對(duì)施工進(jìn)度和鋼結(jié)構(gòu)建造成本也會(huì)產(chǎn)生直接影響。合理地選擇裝配式鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)形式對(duì)鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計(jì)和施工具有重要意義[3]。然而，在裝配式鋼結(jié)構(gòu)的實(shí)際施工中，如何將鋼梁與外墻板高效率、低成本地連接，這就需要對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以期滿足在精度、難度、強(qiáng)度上的要求。

這種新型節(jié)點(diǎn)由連接板與垂直栓釘組成。連接板是由一對(duì)組合結(jié)構(gòu)構(gòu)成(如圖1所示)，結(jié)構(gòu)外形上均呈現(xiàn)“U”字形，“U”型構(gòu)件開口尺寸與螺桿直徑相同，即僅可供一根螺桿從開口穿入。構(gòu)件體型較小，構(gòu)造簡(jiǎn)單，便于加工生產(chǎn)。外墻板為預(yù)埋入螺桿的預(yù)制混凝土板，其在工廠加工制作即可。

圖1 裝配式鋼結(jié)構(gòu)新型節(jié)點(diǎn)構(gòu)造示意圖

新型節(jié)點(diǎn)的技術(shù)方案是:工廠預(yù)制鋼筋混凝土外墻板，將螺桿預(yù)埋入外墻板；工廠制作鋼梁，在H型鋼上翼緣內(nèi)側(cè)根據(jù)外墻板尺寸每間隔一段距離預(yù)焊1號(hào)構(gòu)件，“U”型開口向外(如圖2所示)；鋼梁與預(yù)制板就位后，將預(yù)制板吊起使外露鋼筋末端的螺桿從1號(hào)構(gòu)件開口穿過(guò)，然后將2號(hào)構(gòu)件開口向內(nèi)緊貼1號(hào)構(gòu)件安裝，使得組合構(gòu)件將螺桿緊緊夾住，最后現(xiàn)場(chǎng)用螺母鎖緊連接板，使鋼梁與預(yù)制外墻板緊密連接(如圖3所示)。

圖3 裝配式鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)連接示意圖

裝配式鋼結(jié)構(gòu)新型節(jié)點(diǎn)連接方式僅僅通過(guò)連接板與螺栓，便能實(shí)現(xiàn)鋼梁與預(yù)制板的連接，此種連接方式精度高、成本低、速度快，充分契合了裝配式建筑的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了鋼梁與外墻板的快速連接。此種節(jié)點(diǎn)構(gòu)造簡(jiǎn)單，安裝與拆卸方便，不僅在安裝施工上可以實(shí)現(xiàn)梁板的快速連接，對(duì)于后期的維修保養(yǎng)也具有很大的意義。

3 新型節(jié)點(diǎn)實(shí)施方案

預(yù)制組裝技術(shù)是當(dāng)今國(guó)際建筑發(fā)展的一種實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的建筑潮流，它是將建筑的各個(gè)構(gòu)件在工廠進(jìn)行設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、養(yǎng)護(hù)，然后運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)[4]，在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行干式工法將各個(gè)預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行組裝的技術(shù)。這種施工技術(shù)可實(shí)現(xiàn)構(gòu)件精細(xì)化、施工簡(jiǎn)便化、建筑產(chǎn)業(yè)化，提升建筑質(zhì)量與施工效率，節(jié)約資源，減少污染，符合當(dāng)今綠色建筑的發(fā)展趨勢(shì)。

3.1 預(yù)制外墻板

預(yù)制墻板作為預(yù)制組裝技術(shù)的組成部分，其對(duì)于整個(gè)建筑具有十分重要的意義。預(yù)制墻板作為建筑的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)，不僅要承擔(dān)自重，也要滿足對(duì)建筑強(qiáng)度、保溫、隔聲等的功能方面的要求。同時(shí)預(yù)制裝配式墻體還可以最大限度地提高室內(nèi)凈使用面積，對(duì)于同等條件下普通建筑形式下的外墻具有十分顯著的優(yōu)勢(shì)。

預(yù)制外墻板的加工工藝流程為：利用預(yù)先設(shè)計(jì)好的模板，先粘貼面磚后再將綁扎好的鋼筋吊到模板內(nèi)進(jìn)行安裝，然后將保溫板、門窗框等構(gòu)件安裝固定，再進(jìn)行混凝土的澆筑及蒸汽養(yǎng)護(hù)，最后拆模吊運(yùn)[5]。根據(jù)不同的施工工藝，流程也會(huì)有一些變化。

針對(duì)本文所介紹的鋼梁與外墻板的連接節(jié)點(diǎn)，因其體積小，構(gòu)造簡(jiǎn)單，在預(yù)制外墻板加工制作過(guò)程中，應(yīng)盡可能地減小外墻板的自重，這便需要采用材質(zhì)較輕的建筑材料。外墻板輕質(zhì)澆筑材料的研究，也是當(dāng)前建筑業(yè)比較關(guān)注的話題。

3.2 預(yù)制鋼梁

本文梁板連接節(jié)點(diǎn)所采用的鋼梁為H型鋼。H型鋼是一種截面面積分配更加優(yōu)化、強(qiáng)重比更加合理的經(jīng)濟(jì)斷面高效型材[6]。由于H型鋼的各個(gè)部位均以直角排布，因此，H型鋼在各個(gè)方向上都具有抗彎能力強(qiáng)、施工簡(jiǎn)單、節(jié)約成本和結(jié)構(gòu)重量輕等優(yōu)點(diǎn)[6]。

鋼梁的工廠加工要嚴(yán)格按照?qǐng)D紙要求進(jìn)行操作，鋼梁的規(guī)格尺寸必須滿足《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50017—2017)等規(guī)范要求?！癠”型組合構(gòu)件宜采用市面上強(qiáng)度較高的鋼材進(jìn)行精細(xì)加工，其在鋼梁上的外伸長(zhǎng)度不宜大于外墻板厚度，其口徑應(yīng)只容許一根螺桿恰好穿入。預(yù)埋件的埋設(shè)間距應(yīng)等同于預(yù)埋入外墻板的螺桿間距。在“U”型組合構(gòu)件的生產(chǎn)上，在生產(chǎn)滿足建筑要求的套數(shù)的基礎(chǔ)上加大生產(chǎn)量，以防在現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)產(chǎn)生數(shù)量不匹配與構(gòu)件損壞等問(wèn)題的發(fā)生。

3.3 預(yù)制構(gòu)件的連接

預(yù)制構(gòu)件就位后，將預(yù)制外墻板吊起，使其垂直上升，使預(yù)埋入外墻混凝土板的螺桿穿入預(yù)埋件開口并緊貼凹槽口。2號(hào)構(gòu)件因需要人工安裝，故要確保組合構(gòu)件夾緊螺桿，然后現(xiàn)場(chǎng)用螺母將組合連接板鎖緊，從而便實(shí)現(xiàn)了鋼梁與外墻板的固定連接。

3.4 其他實(shí)施方式

在預(yù)制構(gòu)件工廠生產(chǎn)階段，圖紙的深化設(shè)計(jì)關(guān)乎到預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)的精細(xì)化，甚至關(guān)乎到建筑的穩(wěn)定性。因而加工圖的制作必須充分保證其精細(xì)度。

在預(yù)制構(gòu)件的運(yùn)輸過(guò)程中，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)外露螺桿的保護(hù)，避免豁口、彎曲現(xiàn)象的發(fā)生。

組合構(gòu)件套數(shù)應(yīng)高于建筑施工所需數(shù)量，最大程度減少在運(yùn)輸中構(gòu)件的丟失與損壞對(duì)施工所產(chǎn)生的影響。

在進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)，要著重注意施工安全控制，施工前要對(duì)構(gòu)件材料進(jìn)行審核。施工安裝要嚴(yán)格遵循相關(guān)施工方案，切忌以施工經(jīng)驗(yàn)為由不按規(guī)定要求施工，同時(shí)要采取相應(yīng)的優(yōu)化措施以保證更好的施工質(zhì)量。

4 結(jié) 論

裝配式鋼結(jié)構(gòu)新型節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)為裝配式建筑的快速施工提供了一個(gè)新的作業(yè)模式，為“裝配式鋼結(jié)構(gòu)+混凝土板”的設(shè)計(jì)理念增添了新的內(nèi)容。新型節(jié)點(diǎn)解決了鋼梁與外墻板快速連接的問(wèn)題，具備“多快好省”的突出優(yōu)勢(shì)。然而，在新型節(jié)點(diǎn)的實(shí)際應(yīng)用中還存有一些問(wèn)題亟待解決:其一，必須加強(qiáng)高性能鋼材耐腐耐火研究；其二，加強(qiáng)裝配式建筑設(shè)計(jì)軟件體系的構(gòu)建；其三，加強(qiáng)減輕預(yù)制外墻板自重的研究；最后，加快發(fā)展工業(yè)生產(chǎn)的數(shù)字化和智能化。

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