王仕琪

（廣東省建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司 廣州510010）

1 項(xiàng)目概況

某項(xiàng)目生活區(qū)主要建筑物有宿舍樓、綜合樓等，其建筑用途與常規(guī)住宅、辦公樓相同，層高為3.0～3.5 m。考慮施工工期要求及當(dāng)?shù)厥┕に?，采用預(yù)裝配式進(jìn)行設(shè)計(jì)，整體采用柱-梁式框架結(jié)構(gòu)。框架柱采用全高整體預(yù)制，梁采用半預(yù)制疊合受力梁，樓板采用標(biāo)準(zhǔn)做法的鋼筋桁架混凝土疊合板。

2 帶鋼連接件的預(yù)制混凝土柱的結(jié)構(gòu)形式

目前各地裝配式建筑采用的柱主要整體預(yù)制混凝土柱、鋼管柱等。整體預(yù)制混凝土柱自重大，吊裝相當(dāng)困難，上下柱分節(jié)連接時(shí)，依靠注漿錨固的方式使之連接，其構(gòu)件承載力性能大打折扣，也使其地震等不可預(yù)計(jì)災(zāi)害下，增加危險(xiǎn)因素。而鋼管柱造價(jià)則較高，其使用過程中，必須定期維護(hù)及檢修，使得其應(yīng)用于高層住宅時(shí)，其可行性降低，也不符合使用要求［1］。

對此本工程創(chuàng)新性地采用一種裝配式帶鋼連接件的預(yù)制混凝土柱，通過相鄰節(jié)預(yù)制混凝土柱之間的裝配來實(shí)現(xiàn)多節(jié)預(yù)制混凝土柱之間的快速連接。本裝配式帶鋼連接件的預(yù)制混凝土柱，由鋼連接件的框架結(jié)構(gòu)和澆筑在連接處中的混凝土組成，鋼連接件包括埋在預(yù)制混凝土柱中的箱型鋼管及焊接在箱型鋼管四邊的牛腿角鋼（見圖1）。

圖1 帶鋼連接件的預(yù)制混凝土柱的結(jié)構(gòu)形式Fig.1 Structural Form of Prefabricated Concrete Column with Steel Connector （mm）

其中，梁下端箱型鋼管豎向穿插預(yù)制鋼筋混凝土梁，梁下端箱型鋼管的上部從預(yù)制鋼筋混凝土梁伸出，頂端具有上部柱連接環(huán)板，梁下端箱型鋼管的中部側(cè)面焊接有牛腿，用于連接預(yù)制鋼筋混凝土梁，梁下端箱型鋼管的下部插入鋼筋骨架內(nèi)。梁上端箱型鋼管位于預(yù)制混凝土柱的下部，梁上端箱型鋼管的上部插入鋼筋骨架內(nèi)，底端具有下部柱連接環(huán)板，下部柱連接環(huán)板用于與下一節(jié)的預(yù)制混凝土柱的上部柱連接環(huán)板相連接，從而實(shí)現(xiàn)上下相鄰的兩節(jié)預(yù)制混凝土柱之間的裝配連接，上下端均設(shè)置有梁箱型鋼管中心開設(shè)的混凝土灌漿孔以及側(cè)面開設(shè)的混凝土灌漿槽組成的灌漿通道，連接完成后在灌漿孔注漿以實(shí)現(xiàn)混凝土澆筑通道的連通，由此實(shí)現(xiàn)多節(jié)預(yù)制混凝土柱的快速連接。

3 帶鋼連接件的預(yù)制混凝土柱的計(jì)算分析

采用大型非線性有限元分析軟件ABAQUS 對上述帶鋼連接件的預(yù)制混凝土柱進(jìn)行計(jì)算分析（見圖2）［2-8］，模擬該帶鋼連接件的預(yù)制混凝土柱在現(xiàn)場預(yù)制構(gòu)件安裝完成后的受力工況（工況1），以及正常使用工況（工況2）下的受力情況［9-10］。其中型鋼采用殼單元模擬，混凝土采用損傷模型實(shí)體單元模擬；混凝土強(qiáng)度等級、柱截面尺寸（400 mm×400 mm）、等均按結(jié)構(gòu)施工圖進(jìn)行建立。

圖2 ABAQUS有限元模型Fig.2 ABAQUS Finite Element Model

根據(jù)有限元軟件的分析結(jié)果（見圖3～圖4），在現(xiàn)場預(yù)制構(gòu)件安裝完成后的工況下（自重工況），預(yù)制混凝土柱中的鋼構(gòu)件，最大MISES 應(yīng)力為36.9 N/mm2，遠(yuǎn)低于Q355 型鋼的設(shè)計(jì)應(yīng)力，柱身混凝土未出現(xiàn)受壓損傷，構(gòu)件處于安全受力階段。在正常使用階段（1.3 恒+1.5 活），預(yù)制混凝土柱中的鋼構(gòu)件最大MIS?ES 應(yīng)力為182.4 N/mm2，柱鋼筋的最大MISES 應(yīng)力為93.7 N/mm2，仍低于Q355 型鋼及三級鋼筋的設(shè)計(jì)應(yīng)力，預(yù)制混凝土柱仍處于合理受力階段。

圖3 工況1下型鋼的應(yīng)力和混凝土受壓損傷剖面Fig.3 Stress of Section Steel and Profile of Concrete Compression Damage under Condition 1

圖4 工況2下型鋼和鋼筋的應(yīng)力Fig.4 Stress of Section Steel and Reinforcement under Condition 2

從分析結(jié)果可以看出，帶鋼連接件的預(yù)制混凝土柱受力性能滿足要求，通過型鋼參與受力，進(jìn)一步提高框架柱的受力性能；同時(shí)通過預(yù)制構(gòu)件時(shí)預(yù)留鋼連接件，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場裝配施工時(shí)的快速連接，提高施工裝配速度，進(jìn)一步推動(dòng)建筑產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展。

4 帶鋼連接件的預(yù)制混凝土柱的施工方法

上述帶鋼連接件的預(yù)制混凝土柱的施工方法，其特征在于包括以下步驟：

⑴步驟一：預(yù)先在工廠制備預(yù)制混凝土柱的各拼裝件，將需要拼接的預(yù)制混凝土柱的柱連接環(huán)板焊接到相應(yīng)的箱型鋼管上；主要包括豎直設(shè)置的空心筒形的鋼筋骨架，將梁下端箱型鋼管的下部插入鋼筋骨架內(nèi)，該箱型鋼管具有與鋼筋骨架相貫通的混凝土灌漿通道；梁上端箱型鋼管的上部插入鋼筋骨架1內(nèi)，底端焊接有下部柱連接環(huán)板，上下部的環(huán)板均為矩形環(huán)板，并開設(shè)有螺栓孔。

⑵步驟二：將步驟一制備的各預(yù)制混凝土柱的拼裝件運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場進(jìn)行安裝定位并拼接固定，形成預(yù)制混凝土柱的鋼框架結(jié)構(gòu)，完成框架結(jié)構(gòu)的施工。

⑶步驟三：將混凝土澆注到框架結(jié)構(gòu)的內(nèi)腔中，形成帶有鋼連接件的預(yù)制混凝土柱。

5 帶鋼連接件的預(yù)制混凝土柱的優(yōu)點(diǎn)

該預(yù)制混凝土柱結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)固，通過相鄰節(jié)預(yù)制混凝土柱之間的裝配來實(shí)現(xiàn)多節(jié)預(yù)制混凝土柱之間的快速連接，上下端連接構(gòu)件的箱型鋼管的尺寸可根據(jù)設(shè)計(jì)結(jié)果選擇，根據(jù)也可將其通長布置，參與受力，進(jìn)一步提高框架柱的性能。采用裝配式連接方式能夠免支撐施工，施工方便，可以大大減少施工時(shí)間，縮短施工周期。

6 結(jié)論

二次澆注鋼構(gòu)架混凝土梁在本工程的裝配式施工中成功運(yùn)用，取得了較好的成果，其組合特性使其可根據(jù)具體的結(jié)構(gòu)布置方案，進(jìn)行靈活分段。在裝配式中使用可以有效加速建設(shè)速度，減低建設(shè)成本?？稍谄渌こ添?xiàng)目中作為參考。