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0 前言

裝配式建筑是現(xiàn)代建筑工業(yè)化生產(chǎn)方式的主流代表，從廣義角度可分為裝配式結(jié)構(gòu)和裝配式裝修。裝配式結(jié)構(gòu)體系主要包括預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)、裝配式鋼結(jié)構(gòu)和裝配式木結(jié)構(gòu)等，目前，預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)是應(yīng)用規(guī)模最大、最廣泛的一種結(jié)構(gòu)體系。本文將對(duì)預(yù)制混凝土框架結(jié)構(gòu)體系和剪力墻結(jié)構(gòu)體系等兩種預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)體系中常用節(jié)點(diǎn)連接和相關(guān)研究應(yīng)用進(jìn)行闡述和總結(jié)，為今后我國(guó)裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展提供參考。

1 預(yù)制混凝土框架結(jié)構(gòu)體系

預(yù)制混凝土框架結(jié)構(gòu)體系的傳力途徑：樓板→次梁→主梁→柱→基礎(chǔ)→地基。在結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中，“強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)剪弱彎、節(jié)點(diǎn)更強(qiáng)”是最重要的設(shè)計(jì)理念，所以在預(yù)制混凝土框架結(jié)構(gòu)體系中，梁柱節(jié)點(diǎn)連接構(gòu)造是最重要的研究方向之一。按照梁柱節(jié)點(diǎn)連接構(gòu)造，可將預(yù)制混凝土框架結(jié)構(gòu)分為兩類：裝配整體式混凝土框架結(jié)構(gòu)體系和裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)體系。其中裝配整體式混凝土框架結(jié)構(gòu)體系多采用預(yù)制結(jié)合現(xiàn)澆的濕法連接方式，裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)體系多采用預(yù)應(yīng)力筋、螺栓或焊接的干法連接方式。

在節(jié)點(diǎn)核心區(qū)采取現(xiàn)澆混凝土的方式完成梁柱節(jié)點(diǎn)連接，這是裝配整體式混凝土框架結(jié)構(gòu)體系的主要特點(diǎn)。目前，應(yīng)用較為廣泛的主要有“現(xiàn)澆柱+疊合梁”體系和“預(yù)制柱+疊合梁”體系。裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)體系主要特點(diǎn)是采用預(yù)應(yīng)力筋、螺栓、焊接等干式連接方式形成結(jié)構(gòu)整體。其中焊接連接構(gòu)造因其施工質(zhì)量難以保證、工效低等工藝缺陷，工程應(yīng)用越來(lái)越少，而預(yù)應(yīng)力筋連接和螺栓連接體系的應(yīng)用較為常見(jiàn)。

濕法連接和干法連接的性能存在一定的差異，其中干法連接施工便捷，能夠保證剛度和承載力要求，但延性和恢復(fù)性能較差，濕法連接整體性較好，抗震性能優(yōu)越于干法連接，但節(jié)點(diǎn)核心區(qū)連接較為復(fù)雜，澆筑質(zhì)量難保證。下文主要對(duì)濕法連接的結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行闡述。

1.1 “現(xiàn)澆柱+疊合梁”框架結(jié)構(gòu)體系

“現(xiàn)澆柱+疊合梁”結(jié)構(gòu)體系主要的構(gòu)造特點(diǎn)是框架梁采用疊合梁構(gòu)造，通過(guò)現(xiàn)澆柱及梁柱節(jié)點(diǎn)核心區(qū)形成結(jié)構(gòu)體系。根據(jù)國(guó)內(nèi)外幾次大地震（1976年唐山大地震、1988年的亞美尼亞地震和1999年的土耳其地震）的震害調(diào)查表明：地震中預(yù)制結(jié)構(gòu)有大量的梁柱節(jié)點(diǎn)核心區(qū)遭受破壞，所以梁柱節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造連接對(duì)預(yù)制混凝土的抗震性能影響較大。目前該體系節(jié)點(diǎn)連接構(gòu)造主要有兩種形式，如圖1所示。節(jié)點(diǎn)連接構(gòu)造二相對(duì)構(gòu)造一，可以使預(yù)制梁避開(kāi)最不利位置，即負(fù)彎矩和剪力最大截面，但現(xiàn)場(chǎng)濕作業(yè)量和模板支撐數(shù)量增大。

該體系框架節(jié)點(diǎn)的施工順序：①預(yù)制梁端架設(shè)支撐架；②預(yù)制樓板置于梁上，下部設(shè)置支撐架體；③綁扎柱中鋼筋；④綁扎板、梁現(xiàn)澆層鋼筋；⑤模板支設(shè)；⑥澆筑混凝土。

圖1 “傳統(tǒng)現(xiàn)澆柱+疊合梁”節(jié)點(diǎn)連接示意圖

2008年薛偉辰等人對(duì)節(jié)點(diǎn)連接構(gòu)造二的現(xiàn)澆柱+疊合梁體系進(jìn)行了節(jié)點(diǎn)抗震性能試驗(yàn)研究，結(jié)果表明：現(xiàn)澆柱疊合梁框架節(jié)點(diǎn)的安全性可以滿足設(shè)計(jì)要求。2009年薛偉辰等人對(duì)節(jié)點(diǎn)連接構(gòu)造一的框架節(jié)點(diǎn)足尺模型以及框架結(jié)構(gòu)大尺度模型進(jìn)行了抗震性能試驗(yàn)研究，結(jié)果表明：該體系剛度、承載力、延性與耗能等抗震性能指標(biāo)與現(xiàn)澆混凝土框架結(jié)構(gòu)體系相近。

1.2 “預(yù)制柱+疊合梁”框架結(jié)構(gòu)體系

“預(yù)制柱+疊合梁”結(jié)構(gòu)體系是在“現(xiàn)澆柱+疊合梁”體系基礎(chǔ)上，將現(xiàn)澆柱設(shè)計(jì)為預(yù)制形式，其梁柱節(jié)點(diǎn)構(gòu)造可分為整澆節(jié)點(diǎn)、部分現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn)和牛腿連接節(jié)點(diǎn)等。預(yù)制柱可采用多層柱構(gòu)造或單層柱構(gòu)造。目前，對(duì)于預(yù)制柱節(jié)點(diǎn)連接有多種方式，包括法國(guó)世構(gòu)體系、臺(tái)灣潤(rùn)泰體系、榫式接頭連接、漿錨接頭連接、套筒灌漿連接、螺栓連接等多種形式。

圖2 世構(gòu)體系節(jié)點(diǎn)連接示意圖

圖3 潤(rùn)泰體系節(jié)點(diǎn)連接示意圖

圖4 榫式接頭連接示意圖

圖5 漿錨接頭連接示意圖

圖6 套筒灌漿連接示意圖

法國(guó)世構(gòu)體系（圖2所示）和臺(tái)灣潤(rùn)泰體系（圖3所示）在建筑上應(yīng)用已有多年歷史，技術(shù)相對(duì)成熟，相關(guān)學(xué)者對(duì)兩種體系也開(kāi)展了一系列試驗(yàn)研究，結(jié)果表明：可靠連接的“預(yù)制柱—疊合梁”體系具有與現(xiàn)澆混凝土框架結(jié)構(gòu)體系相近的抗震性能。

榫式接頭連接構(gòu)造特點(diǎn)是使用榫頭混凝土承受荷載，在上、下柱安裝并固定后，對(duì)外漏的受力主筋采取剖口焊接連接并設(shè)置一定數(shù)量的箍筋，支設(shè)模板澆筑混凝土節(jié)點(diǎn)處，待后澆混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，再施工上部結(jié)構(gòu)，如圖4所示。

漿錨接頭連接的構(gòu)造特點(diǎn)是在預(yù)制柱底部預(yù)留孔徑為錨固鋼筋直徑2.5～4倍的漿錨孔，將下層預(yù)制柱主筋深入漿錨孔內(nèi)，注射高性能灌漿料完成搭接連接，如圖5所示。ZHENG L X等對(duì)10個(gè)預(yù)制鋼筋混凝土漿錨插筋連接預(yù)制柱開(kāi)展抗震性能試驗(yàn)，結(jié)果表明：漿錨插筋連接節(jié)點(diǎn)是一種可靠的連接方式，可供實(shí)際工程借鑒。

套筒灌漿連接的構(gòu)造特點(diǎn)是通過(guò)內(nèi)腔為凹凸表面的套筒將上、下柱的主筋對(duì)接，然后注射高強(qiáng)灌漿料完成鋼筋連接，如圖6所示。對(duì)于預(yù)制柱套筒灌漿連接，相關(guān)學(xué)者 YONG-MOOK KIM、劉陽(yáng)等進(jìn)行了抗震性能研究，結(jié)果表明：套筒灌漿連接預(yù)制柱的承載力與延性耗能方面與現(xiàn)澆柱相當(dāng)。

螺栓連接的構(gòu)造特點(diǎn)是通過(guò)預(yù)埋螺栓系統(tǒng)，將上、下柱連接起來(lái)，后澆節(jié)點(diǎn)核心區(qū)澆筑混凝土完成連接，如圖7所示，這種構(gòu)造體系系統(tǒng)施工效率高且質(zhì)量可靠。代領(lǐng)杰等對(duì)這種節(jié)點(diǎn)構(gòu)造進(jìn)行了試驗(yàn)研究，結(jié)果表明：與現(xiàn)澆混凝土框架節(jié)點(diǎn)的承載能力相當(dāng)，可以為其在抗震設(shè)防地區(qū)的應(yīng)用提供借鑒。

圖7 螺栓連接示意圖

2 預(yù)制混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)體系

預(yù)制混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)體系按照墻體的構(gòu)造不同，基本可分為三類：預(yù)制實(shí)心剪力墻體系、疊合式剪力墻體系和預(yù)制夾心保溫剪力墻體系。

2.1 預(yù)制實(shí)心剪力墻結(jié)構(gòu)體系

預(yù)制實(shí)心剪力墻結(jié)構(gòu)體系特點(diǎn)是設(shè)置水平和豎向接縫，在接縫位置采取有效的鋼筋連接方式，將實(shí)心剪力墻連接形成整體。其中水平接縫的處理是剪力墻受力性能的影響關(guān)鍵因素之一，也是主要的研究方向。目前，關(guān)于水平接縫的常用連接構(gòu)造，主要有灌漿套筒連接、漿錨搭接連接、螺栓連接、擠壓套筒連接和環(huán)形箍筋互錨連接等方式。目前在工程應(yīng)用最廣泛的連接方式主要有灌漿套筒連接和漿錨搭接連接。

灌漿套筒連接常用的方式有單排構(gòu)造連接（圖8a所示）和雙排構(gòu)造連接（圖8b所示）兩種。其中單排構(gòu)造連接方式是同濟(jì)大學(xué)和清華大學(xué)課題組提出，并進(jìn)行了試驗(yàn)研究，結(jié)果表明：灌漿套筒單排構(gòu)造連接方式具有與現(xiàn)澆剪力墻相近的抗震性能。雙排構(gòu)造連接國(guó)內(nèi)外已開(kāi)展了一系列抗震性能試驗(yàn)研究，結(jié)果表明：灌漿套筒雙排構(gòu)造連接能夠有效傳遞豎向鋼筋的應(yīng)力，其剛度和耗能能力與現(xiàn)澆墻試件相當(dāng)。

圖8 灌漿套筒連接示意圖

漿錨搭接連接在預(yù)制墻體底部鋼筋位置設(shè)置預(yù)留孔洞，與豎向鋼筋一一對(duì)應(yīng)，在預(yù)留孔洞位置埋設(shè)波紋管形成約束空間，待下部鋼筋插入后，從下部注漿孔注射高性能灌漿料連接整體。在外墻處，水平縫設(shè)計(jì)呈“Z”字形，加強(qiáng)結(jié)構(gòu)防水。陳云鋼等對(duì)漿錨搭接連接構(gòu)造的足尺試件進(jìn)行低周反復(fù)荷載試驗(yàn)，研究結(jié)果表明：漿錨搭接連接內(nèi)墻試件與現(xiàn)澆試件基本相同，而外墻試件較現(xiàn)澆試件初期剛度有所降低，水平拼縫上移后，承載能力有所提高。

圖9 漿錨搭接連接構(gòu)造示意圖

對(duì)于豎向施工縫一般采用現(xiàn)澆方式連接，在預(yù)制剪力墻水平方向端部預(yù)留直線型開(kāi)口鋼筋，并附加矩形箍筋和豎向鋼筋，而后澆筑高一個(gè)等級(jí)的微膨脹混凝土完成連接。附加豎向鋼筋和矩形箍一起可起到豎向暗柱的作用，加大結(jié)構(gòu)剛度，如圖10所示。

圖10 實(shí)心剪力墻豎向施工縫連接構(gòu)造示意圖

2.2 疊合式剪力墻結(jié)構(gòu)體系

疊合式剪力墻結(jié)構(gòu)體系的特點(diǎn)是采用雙皮墻構(gòu)造形式，下層剪力墻豎向主筋插入空腔內(nèi)或在底部設(shè)置環(huán)筋扣合錨接，通過(guò)后澆疊合層形成整體，如圖11所示。目前，該體系在日本和我國(guó)均有成熟的應(yīng)用。已有研究表明：疊合式剪力墻結(jié)構(gòu)體系具有良好的整體性和抗震性能，但豎向連接鋼筋位于疊合層內(nèi)部，會(huì)導(dǎo)致水平接縫位置截面有效高度降低，所以在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注重連接區(qū)域的受力性能。此外，清華大學(xué)、北京工業(yè)大學(xué)與北京市建筑設(shè)計(jì)研究院聯(lián)合研發(fā)一種在連接區(qū)域內(nèi)預(yù)留圓孔的構(gòu)造形式，研究結(jié)果表明：該體系具有與現(xiàn)澆剪力墻結(jié)構(gòu)相近的抗震性能。

圖11 疊合式剪力墻連接構(gòu)造示意圖

2.3 預(yù)制夾心保溫剪力墻結(jié)構(gòu)體系

預(yù)制夾心保溫剪力墻結(jié)構(gòu)體系最大特點(diǎn)是可以達(dá)到保溫和結(jié)構(gòu)同壽命的效果，是一種集結(jié)構(gòu)承重、保溫和裝飾一體化的預(yù)制剪力墻結(jié)構(gòu)體系。目前，國(guó)內(nèi)對(duì)該體系進(jìn)行了一系列的試驗(yàn)研究，結(jié)果表明：預(yù)制夾心保溫剪力墻與現(xiàn)澆對(duì)比試件的滯回曲線如圖12所示，采用這一構(gòu)造的剪力墻具有良好的抗震性能。

圖12 預(yù)制夾心保溫剪力墻與現(xiàn)澆對(duì)比試件的滯回曲線

3 結(jié)構(gòu)體系適用范圍

在實(shí)際工程中，一般會(huì)將基于濕法連接的裝配整體式混凝土框架結(jié)構(gòu)與預(yù)制或現(xiàn)澆剪力墻結(jié)構(gòu)組合應(yīng)用。規(guī)范《裝配式混凝土建筑技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（GBT 51231-2016）中對(duì)裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)房屋的最大適用高度和最大高寬比做了明確規(guī)定，如表1和表2所示。

裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)房屋的最大適用高度（m） 表1

裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)適用的最大高寬比 表2

4 結(jié)語(yǔ)

預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)最重要是其具有良好的抗震性能，我國(guó)房屋建筑采用三水準(zhǔn)抗震設(shè)防目標(biāo)，即“小震不壞，中震可修，大震不倒”。本文主要對(duì)“現(xiàn)澆柱+疊合梁”結(jié)構(gòu)體系、“預(yù)制柱+疊合梁”結(jié)構(gòu)體系以及預(yù)制實(shí)心剪力墻結(jié)構(gòu)體系、疊合式剪力墻結(jié)構(gòu)體系、預(yù)制夾心保溫剪力墻結(jié)構(gòu)體系等五種預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)連接和相關(guān)研究應(yīng)用進(jìn)行闡述和總結(jié)，為今后我國(guó)裝配式混凝土建筑的發(fā)展提供參考和依據(jù)。