劉曉光

九易莊宸科技（集團(tuán)）股份有限公司，河北 石家莊 050000

近年來(lái)建筑行業(yè)所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)收入，占國(guó)民經(jīng)濟(jì)收入比重的10%以上。建筑行業(yè)不僅對(duì)我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)作出了重要貢獻(xiàn)，也提高了我國(guó)就業(yè)率，逐漸成為我國(guó)的支柱性產(chǎn)業(yè)。但在我國(guó)社會(huì)發(fā)展過程中，建筑行業(yè)存在的矛盾問題也越來(lái)越突出，傳統(tǒng)的粗放型施工建筑模式已經(jīng)不適應(yīng)當(dāng)前的發(fā)展需求，因此全國(guó)各地都開始大力推進(jìn)建筑工業(yè)化以及住宅產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。裝配式框架結(jié)構(gòu)施工技術(shù)即在工業(yè)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展過程中提出的建筑施工技術(shù)及理念。

1 裝配式建筑的特點(diǎn)

首先，能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)制構(gòu)件的工業(yè)化生產(chǎn)。工業(yè)化生產(chǎn)最主要的特點(diǎn)是使勞動(dòng)效率得到極大程度的提高，因?yàn)樵诠S內(nèi)部進(jìn)行預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)的環(huán)境比較穩(wěn)定，而且構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械化作業(yè)。在工廠生產(chǎn)過程中，可以對(duì)預(yù)制構(gòu)件產(chǎn)品開展嚴(yán)格的檢驗(yàn)，使產(chǎn)品質(zhì)量得到保障，進(jìn)而保障最終的建筑結(jié)構(gòu)質(zhì)量。

其次，能夠大幅提高施工作業(yè)效率，極具便捷性。因?yàn)樵诠S內(nèi)所生產(chǎn)的預(yù)制構(gòu)件在生產(chǎn)結(jié)束后可以直接運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)，通過吊車等相關(guān)機(jī)械設(shè)備對(duì)預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行拼接以及安裝，所以顯著減少了模板和支撐的使用量，可以縮短整個(gè)施工作業(yè)周期。同時(shí)，裝配式施工可以大量取代傳統(tǒng)施工作業(yè)的現(xiàn)場(chǎng)濕作業(yè)，既能夠縮短工程周期，又能夠改善工人施工的勞動(dòng)條件。

最后，能夠帶來(lái)顯著的經(jīng)濟(jì)效益。在實(shí)際施工過程中，預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)的施工周期短，因此對(duì)于工程項(xiàng)目建設(shè)方來(lái)講，其投資回收速度更快。因?yàn)闇p少了施工現(xiàn)場(chǎng)現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)的拆模時(shí)間以及混凝土的養(yǎng)護(hù)時(shí)間，所以施工速度更快，從成本控制的角度來(lái)看，減少了施工過程中的整體成本投入，可以在一定程度上保障施工企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

2 ECC材料的應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1 在高層建筑抗震中的應(yīng)用

ECC是一種具有超高韌性和耗能性能的纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料，在反復(fù)的荷載作用下鋼筋增強(qiáng)ECC構(gòu)件具有良好的耗能能力。在高層建筑施工過程中應(yīng)用基于ECC材料的混凝土，可以使建筑物本身的抗震性能得到顯著提升。以日本橫濱的某41層高層建筑為例，在該建筑施工過程中，核心筒使用了預(yù)制的鋼筋增強(qiáng)ECC連梁，在地震的作用下，連梁本身的變形會(huì)將地震所帶來(lái)的能量大量消耗掉，從而降低地震對(duì)建筑物結(jié)構(gòu)主要構(gòu)件的破壞程度。因此，在建筑施工過程中，采用鋼筋增強(qiáng)ECC連梁，在遭遇地震后，可以減少其修復(fù)費(fèi)用和時(shí)間，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。

2.2 在橋梁結(jié)構(gòu)工程中的應(yīng)用

橋梁的伸縮縫會(huì)由于損壞、滲漏，使水和其他侵蝕性物質(zhì)從伸縮縫位置滲透到橋面板的下部，從而導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)受到嚴(yán)重侵蝕。橋梁伸縮縫施工現(xiàn)場(chǎng)如圖1所示。在美國(guó)的一些橋梁工程中，會(huì)依靠橋面板連接板技術(shù)代替伸縮縫防止?jié)B漏，從而使溫度變形得到控制，但在實(shí)際應(yīng)用過程中具有一定的限制，因此可采用ECC連接板代替混凝土連接板。因?yàn)镋CC材料本身具有較高的極限拉應(yīng)變和細(xì)密裂縫開展機(jī)制，所以在以ECC材料為基礎(chǔ)的連接板中，不需要增加其他的鋼筋對(duì)裂縫寬度進(jìn)行限制。

圖1 橋梁伸縮縫施工現(xiàn)場(chǎng)

2.3 在結(jié)構(gòu)修復(fù)及加固中的應(yīng)用

ECC材料在結(jié)構(gòu)加固及修復(fù)中的應(yīng)用主要是針對(duì)一些工程表面出現(xiàn)的受損和破壞處。例如，大壩表面嚴(yán)重受損時(shí)，噴射以ECC材料為主的保護(hù)層能夠起到良好的修復(fù)效果。以ECC材料作為修復(fù)以及加固工程中的主材料，可以起到良好的修復(fù)及加固效果，因此該材料的應(yīng)用前景廣闊。

3 以ECC材料為基礎(chǔ)的裝配式框架結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點(diǎn)優(yōu)化設(shè)計(jì)

3.1 裝配方案設(shè)計(jì)

（1）第1種裝配方案。首先，將預(yù)制柱安放在設(shè)計(jì)位置并固定。在固定結(jié)束后，需要將預(yù)制的疊合梁通過吊車等設(shè)備吊裝至預(yù)制柱的邊緣位置，然后對(duì)兩者進(jìn)行固定，需注意的是應(yīng)當(dāng)保證定位準(zhǔn)確后才可以進(jìn)行固定。在定位固定結(jié)束后，需要在預(yù)制疊合梁和柱的連接端部位置開槽，同時(shí)保證預(yù)制疊合梁底部的縱向鋼筋在槽內(nèi)彎起。其次，設(shè)置兩端帶彎鉤的連接鋼筋。通過連接鋼筋使預(yù)制疊合梁的兩端在節(jié)點(diǎn)區(qū)域內(nèi)進(jìn)行連接，再根據(jù)設(shè)計(jì)工作要求對(duì)節(jié)點(diǎn)內(nèi)的箍筋和疊合梁上部的縱向鋼筋進(jìn)行布置。最后，澆筑混凝土。在澆筑過程中，主要針對(duì)節(jié)點(diǎn)后澆區(qū)以及梁槽內(nèi)和上部疊合部分，所使用的澆筑材料主要為高一等級(jí)的混凝土或者是ECC后澆。當(dāng)澆筑作業(yè)結(jié)束后，需要吊裝上一層柱子，預(yù)制柱需要使用灌漿套筒進(jìn)行連接。預(yù)制柱現(xiàn)場(chǎng)圖如圖2所示。

圖2 預(yù)制柱現(xiàn)場(chǎng)

（2）第2種裝配方案。第2種裝配方案與第1種裝配方案的主要區(qū)別在于梁柱節(jié)點(diǎn)區(qū)域在工廠和預(yù)制柱一起加工，從而縮短整個(gè)工期。因?yàn)楣?jié)點(diǎn)區(qū)域以及柱身都在工廠預(yù)制加工，所以可以在工廠施工過程中使用ECC材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)的普通混凝土材料。

3.2 方案優(yōu)化設(shè)計(jì)

上述裝配方案還需要進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)，主要是對(duì)連接區(qū)域的長(zhǎng)度等進(jìn)行科學(xué)確定。通過試驗(yàn)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)將消耗大量的時(shí)間以及人力、物力成本等，因此采用有限元模擬分析方法對(duì)所提裝配方案進(jìn)行優(yōu)化。

在有限元分析過程中，采用ATENA有限元軟件進(jìn)行數(shù)值模擬。該軟件是當(dāng)前土木工程領(lǐng)域應(yīng)用比較普遍的一種非線性有限元分析軟件，應(yīng)用的主要目的是對(duì)鋼筋混凝土的結(jié)構(gòu)力學(xué)性能進(jìn)行分析，可以在混凝土裂紋破壞和混凝土鋼筋屈服等方面發(fā)揮顯著作用。

首先，確定材料本構(gòu)關(guān)系。混凝土材料本構(gòu)關(guān)系需要使用上述有限元軟件中的斷裂彈塑性本構(gòu)模型進(jìn)行確定。其次，基于上述有限元分析軟件建立有限元模型。再次，對(duì)鋼筋搭接長(zhǎng)度參數(shù)開展分析。因?yàn)殇摻畲罱娱L(zhǎng)度會(huì)影響后續(xù)的各項(xiàng)試驗(yàn)，所以需要確定合理的鋼筋搭接長(zhǎng)度。最后，對(duì)鋼筋黏結(jié)強(qiáng)度參數(shù)進(jìn)行分析。由于在第2種裝配方案中節(jié)點(diǎn)區(qū)域的限制較大，為了保證鋼筋可以穿越節(jié)點(diǎn)，需要在節(jié)點(diǎn)區(qū)域預(yù)留孔洞，便于鋼筋進(jìn)行穿孔和連接。但是，在預(yù)留孔洞后，由于基體和鋼筋之間本身沒有黏結(jié)性，就需要通過灌漿使基體與鋼筋之間產(chǎn)生黏結(jié)性。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，文章提出了兩種不同的梁柱節(jié)點(diǎn)裝配方案，在經(jīng)過有限元分析后，證明第2種裝配方案具有一定的可行性，能夠有效發(fā)揮ECC材料的優(yōu)勢(shì)，使裝配式框架結(jié)構(gòu)的梁柱節(jié)點(diǎn)得到全方位的優(yōu)化，提高裝配式框架結(jié)構(gòu)的使用性能以及抗震性能，全面提高建筑工程項(xiàng)目的施工質(zhì)量。