卓柯先

（廣州工程總承包集團有限公司）

1 裝配式建筑中柱節(jié)點的連接形式研究現狀

裝配式建筑中柱節(jié)點的連接形式是設計和施工的重點研究對象，結構柱主要是承受建筑物中的荷載和傳遞荷載，而柱的端部是建筑物結構主要承載點和容易遭到地震破壞的薄弱點。柱端分別有水平方向的梁柱連接節(jié)點和垂直方向的柱柱連接節(jié)點。

目前裝配式梁柱節(jié)點連接形式主要有干式和濕式兩種。濕連接主要有節(jié)點現場澆筑法、疊合節(jié)點法、一體式澆筑節(jié)點法、疊壓漿錨式法等。Ertas 等[1]將整體現澆式節(jié)點與部分現澆節(jié)點在抗震性能上進行分析，發(fā)現現澆預制節(jié)點的剛度與現澆等同。疊合節(jié)點在擬靜力作用下延性表現略好于整澆節(jié)點，此做法較好地保證了節(jié)點的剛度，但是施工繁瑣，不利于構件生產工業(yè)化。Liu 等[2]將梁柱連接節(jié)點采用插入式方法灌注混凝土，該節(jié)點不但有較大的承載力，并且預制構件質量容易保證，與現澆節(jié)點的剛度相比較低。雖然采用螺栓連接大大減少了工作量，提高了工作效率，但是鋼構件的防腐防火又是一大難題。丁克偉[3]采用牛腿支撐梁端設計，滿足“強柱弱梁”的設計要求，該設計取消了臨時支撐，采用的明牛腿提高了梁柱節(jié)點安裝效率和精度。節(jié)點在低周荷載反復作用下剛度退化比現澆節(jié)點快，但承載能力卻明顯比現澆節(jié)點高。

對于柱柱節(jié)點連接，目前主要有灌漿套筒連接、榫式接頭、鋼筋焊接接頭，螺栓連接等。虞國宏等[4]通過對套筒灌漿或漿錨連接的質量進行檢測或試驗研究，發(fā)現其質量不易控制，事后檢測及缺陷修補困難，豎向構件連接質量不易保證。潘敏華[7]結合工程實踐應用經驗，對采用等同現澆設計的裝配整體式混凝土框架的結構設計要點進行總結，柱柱節(jié)點采用灌漿套筒連接具有自重輕，連接簡易的優(yōu)勢，但如上下層柱縱筋直徑不一致時，需要在上一層或下一層就放大鋼筋直徑，才能保證接縫處及套筒內鋼筋滿足結構配筋要求。榫式接頭是為了更好地把上下柱連接成一個整體，把榫頭設置在下柱頂端，上柱柱端設有鋼筋飄出，最后采用焊接形式將上下柱鋼筋焊接牢靠后澆筑混凝土形成整體[5]。蘇聯最常采的一種接頭形式是鋼筋焊接接頭，當柱端只有四根鋼筋時，則削去柱端四個角部；如鋼筋密集時，應采取措施削去一邊混凝土[6]。PCI 手冊[7]描述了兩種柱與柱連接方式，均是用埋置的鋼板和螺栓進行連接，這種連接形式雖然影響節(jié)點一定的剛度和承載力，但是節(jié)點作業(yè)需求的勞動力強度低，施工簡便。

2 一種新型裝配式梁柱節(jié)點形式的設計

本研究設計了一種新型裝配式梁柱節(jié)點形式，包括梁柱節(jié)點連接以及柱柱節(jié)點連接。采用干濕結合方式，保留了節(jié)點剛度，并解決了以往施工中的難題以及鋼構件防腐防火的問題。

2.1 新型裝配式梁柱、柱柱連接節(jié)點

本節(jié)點遵循“強柱弱梁，強節(jié)點，弱構件”的建筑設計理念，采用干濕結合方式設計強化該節(jié)點的剛度。節(jié)點分為垂直方向柱柱連接部位和水平方向梁柱連接部位。

節(jié)點的預制構件主要分為預制柱和預制梁，如圖1所示。

圖1 施工圖與預制構件成品

預制梁：本節(jié)點采用干濕結合方式，梁端除了鑿毛處理，還采用螺栓抗剪鋼板與柱端連接，梁同時用一組螺栓鎖死梁底部縱筋，梁面受力筋伸入柱端錨固后現澆混凝土連接，一方面增強新老混凝土界面的粘結力，另一方面設置抗剪連接鋼板提高節(jié)點抗彎能力和抗剪能力。

預制柱：本節(jié)點上下柱部位主要采用鋼砼組合連接，即先連接上下柱部位的鋼圈，再澆筑內部混凝土完成連接。柱端主要由鋼牛腿和鋼圈組成，鋼牛腿是由中間腹板和兩邊翼板組成，腹板上下梁端設有加強肋，中部設有加強筋，并設有螺栓孔。翼板設有螺栓孔，翼板主要是提高結構的抗剪能力。柱頭鋼圈預埋在預制柱端部同步預制而成。此做法解決了傳統預制柱節(jié)點安裝時鋼筋碰撞問題，并且提高了節(jié)點的承載力。

梁柱節(jié)點連接時，用螺栓依次穿過翼板、主梁和腹板，主梁上部預留箍筋外露，梁頂端受力筋在箍筋內部穿入柱頭鋼圈后用錨頭鎖死，最后澆筑節(jié)點混凝土連成一體。如圖2（a）所示。

至于柱柱連接，主要是通過上下柱端焊接連接。下柱柱端鋼圈內部設有加勁肋提高整體剛度，下柱縱筋與鋼圈焊接貫通。安裝時上柱底部縱筋直接插入下柱鋼圈內部，柱端設有澆筑口和人工鑿毛。上下柱在連接時，上柱下端插入下柱端部后，采用三級焊縫圍焊一圈連接成一體固定后，在預留澆筑口澆筑混凝土使得上下柱連接牢靠，如圖2（b）所示。

圖2 梁柱節(jié)點

2.2 梁柱節(jié)點BIM 模型可視化

如圖3 所示，項目裝配式梁柱節(jié)點模型輪廓借助CAD 圖形制作，主要涉及柱模型和梁模型輪廓。柱和梁模型采用revit 中的柱梁類型，細化構件尺寸。端部鋼板為族類型，采用嵌入方式結合梁柱構件。鋼筋主要采用放樣的方式生成：繪制鋼筋截面尺寸后，輸入長度繪制路徑，調入項目中的鋼筋族，按照要求調整鋼筋的間距。本項目通過BIM 建模平臺，建立一批常用的裝配式建筑構件節(jié)點模型，用三維模型直觀表現二維節(jié)點，提高工程人員對新型裝配式梁柱節(jié)點的理解，有利于節(jié)點生產工業(yè)化和吊裝順利開展，提高工作效率。

圖3 梁柱節(jié)點BIM 模型

3 工程應用

3.1 工程概況

本工程位于廣州生物島寰宇一路以北廣州國際生物島標準產業(yè)單元四期（地塊二）項目用地位置，M3 棟工程±0.00 以上主體結構采用裝配式結構，其中首層層高為6.05m、二層層高為4.8m、3 層～12 層層高為4.5m、屋面層層高為3.6m?？蚣苤涂蚣芰旱幕炷翉姸确謩e為C50 和C40，其余構件混凝土強度為C35,裝配率為80%，滿足AA 級標準[8]?，F場施工如圖4 所示，表1為梁柱預制構件概況表。

圖4 現場施工圖

表1 預制梁柱構件概況

為驗證梁端焊縫抗剪強度，以500×300 預制梁為例。該預制梁底部為φ22 四級鋼4 根，箍筋加密區(qū)φ8@100，混凝土強度C40，柱端翼板和腹板采用Q345，厚度均為5mm，長度500，焊縫為一級雙面角焊縫6mm，抗剪強度200N/mm2。根據《混凝土結構設計規(guī)范》，柱端鋼板承受梁端剪力的角焊縫承載力計算如公式⑴。

從公式⑴驗算結果得到，本新型裝配式梁柱節(jié)點焊縫抗剪能力滿足要求。梁柱連接采用螺栓連接后澆筑混凝土形成一體，不僅保留了現澆混凝土剛度，而且施工起來便捷，工作效率大大提高。

3.2 吊裝工藝

裝配式建筑整體預制構件吊裝流程：放線、彈線→樓板內腳手架安裝→預制柱吊（安）裝→預制墻吊（安）裝→預制梁安裝→預制疊合板及樓梯吊（安）裝→放線、彈線→樓面鋼筋綁扎→水電線管預埋→樓板混凝土澆筑、養(yǎng)護（養(yǎng)護、并進入下工序施工）。

3.2.1 預制柱吊（安）裝施工

項目預制柱安裝施工流程主要包括：預制柱質量檢查與編號確認→彈柱邊線→柱子起吊與安裝就位→斜撐固定之垂直度調整、校正→脫鉤→鋼板及鋼筋焊接接口→柱頭灌漿澆筑。其中事前準備工作有：預制柱安裝前，檢查柱身質量，先進行高程復核，柱位置彈線；檢查所需的設備如預制柱底部鋼性墊片、起吊工具、垂直度測定桿、斜撐、鋁梯或木梯等；柱垂直度調整、校正工作：預制柱在下落樓面時，保證其垂直度，調整標高符合要求后，采用墊片焊接作為臨時連接，依次在柱子四面設置斜撐，同時復核預制柱的標高以及垂直度滿足設計要求；柱底膨脹混凝土灌漿施工：柱鋼筒灌漿采用高一級強度膨脹水泥基混凝土，具有早強、自密實，強度高的特點，柱套筒灌漿采用高壓灌漿機施作，由注漿口（下口）逐漸充填，灌漿時候控制好氣壓，當排漿口（上口）有混凝土排出即停止灌漿并封口。

3.2.2 預制梁吊裝施工

起吊前在柱頭位置畫出梁底高程線，以方便主梁吊裝就位時高程調整。采用墨線儀從梁位線往上照射，確認梁平面位置準確、傾斜度滿足要求。吊裝后需派一組人調整支撐架架頂高程，使柱頭位置、梁中央部高程一致及水平。預制梁吊裝完成后，主梁通過梁端預埋鋼板與柱端采用螺栓連接，并完成基線復合澆筑混凝土。

3.3 實施效果

該項目通過采用新型裝配式梁柱連接節(jié)點，不僅剛度大、承載力高，而且施工過程勞動力需求量少，連接方式簡單，濕作業(yè)少，保護環(huán)境。最后項目通過竣工驗收并獲得良好的經濟效益和社會效益。

4 結論

本研究設計的新型裝配式梁柱節(jié)點與國內外其他形式的節(jié)點相比，具有以下特點：

⑴與干式或者濕式裝配式梁柱節(jié)點相比，本新型裝配式梁柱節(jié)點采用干濕結合方式，不僅等同了現澆混凝土節(jié)點的剛度，還提高了安裝工作效率，降低了成本。此外，外層混凝土還可以作為鋼構件的保護層，解決了鋼結構易腐怕火的問題。

⑵柱柱連接采用鋼板連接，與灌漿套筒相比，提高了柱節(jié)點的剛度和延性，解決了上下柱縱筋大小不一致難連接的難題，安裝操作簡便，對操作水平要求低。

⑶采用新型裝配式梁柱連接節(jié)點可明顯減少現場模板、鋼筋安裝的工作量，有利于降低人力成本；而構件的預制和吊裝，依托BIM 技術及自動化生產技術，可以實現工業(yè)化生產。

⑷本新型裝配式梁柱節(jié)點的施工過程極為方便，對預制構件質量容易把控，吊裝施工安全，整體作業(yè)效率高。同時能滿足各類建筑力學要求和使用要求，具有良好的應用和推廣前景。