胡智源 山西應(yīng)用科技學(xué)院

隨著經(jīng)濟(jì)、科技的飛速發(fā)展及綠色發(fā)展理念的不斷深入，我國(guó)城市中出現(xiàn)了越來(lái)越多的裝配式綠色建筑。裝配式綠色建筑由于既具有裝配式建筑的優(yōu)勢(shì)，又具有綠色建筑的優(yōu)勢(shì)，已成為我國(guó)建筑的主要趨勢(shì)。但裝配式綠色建筑的設(shè)計(jì)要求也相對(duì)較高，尤其是梁柱節(jié)點(diǎn)固定設(shè)計(jì)。為有效提高其梁柱節(jié)點(diǎn)固定設(shè)計(jì)水平，應(yīng)加強(qiáng)相關(guān)實(shí)踐與研究，尋找科學(xué)有效的措施。

1 裝配式綠色建筑的概念

裝配式綠色建筑是裝配式建筑與綠色建筑的結(jié)合。在裝配式建筑的建造模式方面，可以將其類比為機(jī)械設(shè)備的生產(chǎn)模式，即先提前在零部件工廠中加工好各類零部件，再將零部件統(tǒng)一運(yùn)送到機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)工廠中拼裝組合成機(jī)械設(shè)備產(chǎn)品。裝配式建筑具備以下幾個(gè)特征：一是標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，在一定共性條件下對(duì)各類預(yù)制結(jié)構(gòu)和構(gòu)件實(shí)施統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，采取統(tǒng)一的模式；二是工廠化生產(chǎn)，遵照特定的標(biāo)準(zhǔn)提前批量化生產(chǎn)品質(zhì)統(tǒng)一的預(yù)制結(jié)構(gòu)和構(gòu)件；三是綜合成本低，主要因?yàn)闇p少了現(xiàn)場(chǎng)施工，實(shí)現(xiàn)了預(yù)制結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的批量生產(chǎn)；四是節(jié)能環(huán)保，主要因?yàn)闊o(wú)廢料、少污染[1]。

而綠色建筑是一種致力于實(shí)現(xiàn)節(jié)約資源、減少污染、保護(hù)環(huán)境、與自然和諧共生，提供健康、適用、高效使用空間的建筑，要求在建筑全壽命周期內(nèi)盡可能將對(duì)各種資源、能源的消耗量控制在最低水平，同時(shí)實(shí)現(xiàn)各種污染物質(zhì)（如廢氣、廢水、廢渣）排放量的最低化[2-3]。建設(shè)綠色建筑的根本目的是推動(dòng)生態(tài)環(huán)境與建筑的協(xié)調(diào)發(fā)展。

2 裝配式綠色建筑梁柱節(jié)點(diǎn)固定設(shè)計(jì)概述

在裝配式綠色建筑設(shè)計(jì)中，梁柱節(jié)點(diǎn)固定設(shè)計(jì)是重點(diǎn)也是難點(diǎn)，其目的是提高結(jié)構(gòu)整體的穩(wěn)定性，使結(jié)構(gòu)的應(yīng)力可靠。因此，有必要針對(duì)裝配式綠色建筑梁柱節(jié)點(diǎn)固定設(shè)計(jì)方面的問(wèn)題展開(kāi)深入研究，找出更加科學(xué)、合理且有效的方法。一般來(lái)說(shuō)，在具體梁柱節(jié)點(diǎn)固定設(shè)計(jì)實(shí)踐中，都是基于裝配式綠色建筑梁柱節(jié)點(diǎn)力學(xué)參數(shù)優(yōu)化指標(biāo)，同時(shí)結(jié)合數(shù)值模擬與力學(xué)分析設(shè)計(jì)梁柱節(jié)點(diǎn)固定方案。

在相關(guān)固定技術(shù)方面，目前常用的裝配式綠色建筑梁柱節(jié)點(diǎn)固定技術(shù)主要有3 種，分別是錨節(jié)點(diǎn)固定技術(shù)、基坑固定技術(shù)以及對(duì)拉鋼筋固定技術(shù)。應(yīng)根據(jù)裝配式綠色建筑的實(shí)際情況及其梁柱節(jié)點(diǎn)的固定要求選擇適合的固定技術(shù)，并結(jié)合雙鋼板混凝土組合墻的設(shè)計(jì)形式，最大限度保證梁柱節(jié)點(diǎn)的穩(wěn)定性。

3 裝配式綠色建筑梁柱節(jié)點(diǎn)固定設(shè)計(jì)的優(yōu)化策略

目前，針對(duì)裝配式綠色建筑梁柱節(jié)點(diǎn)固定設(shè)計(jì)相關(guān)方面的問(wèn)題，不同業(yè)內(nèi)人士提出過(guò)不同的方法。例如，有業(yè)內(nèi)人士提出借助承載力與剛度，并根據(jù)裂縫形態(tài)對(duì)梁柱節(jié)點(diǎn)實(shí)施固定控制，根據(jù)其實(shí)際的錨固性能進(jìn)行全面分析和有效參數(shù)解析。該方法在具體的實(shí)踐應(yīng)用中雖然實(shí)現(xiàn)了梁柱節(jié)點(diǎn)的固定，但仍存在固定搭接強(qiáng)度不夠理想的問(wèn)題[4]。

還有業(yè)內(nèi)人士提出以若干非接觸式的錨固鋼筋為基礎(chǔ)，對(duì)梁柱節(jié)點(diǎn)實(shí)施固定控制。該方法在具體的實(shí)踐應(yīng)用中雖然從細(xì)節(jié)構(gòu)造方面提高了梁柱節(jié)點(diǎn)固定的可靠性、從傳力機(jī)制方面提高了梁柱節(jié)點(diǎn)固定的穩(wěn)定性，但客觀存在相應(yīng)理論和試驗(yàn)支撐不足的問(wèn)題[5]。

基于此，本文針對(duì)現(xiàn)有各種方法中存在的這些問(wèn)題提出一種新的梁柱節(jié)點(diǎn)固定策略，即依托于節(jié)點(diǎn)受剪性能對(duì)整體結(jié)構(gòu)實(shí)施全面優(yōu)化。首先，利用框架中節(jié)點(diǎn)混凝土應(yīng)力分析法，通過(guò)科學(xué)、全面的分析合理選擇出剪力墻結(jié)構(gòu)的埋件錨固方式；其次，基于預(yù)應(yīng)力度與屈服響應(yīng)分析，實(shí)現(xiàn)梁柱節(jié)點(diǎn)的等強(qiáng)連接；最后，通過(guò)縮短搭接鋼筋與鋼板間的距離、增大鋼筋與鋼板間的不平衡力矩來(lái)提高梁柱節(jié)點(diǎn)固定的穩(wěn)定性和可靠性。

3.1 梁柱節(jié)點(diǎn)連接形式

在裝配式綠色建筑梁柱節(jié)點(diǎn)固定設(shè)計(jì)中，對(duì)于具體梁柱節(jié)點(diǎn)連接形式的確定是一項(xiàng)關(guān)鍵問(wèn)題。在具體的實(shí)踐應(yīng)用中，結(jié)合具體的梁柱節(jié)點(diǎn)應(yīng)力參數(shù)進(jìn)行分析，基礎(chǔ)選用的是鋼筋混凝土筏板，對(duì)嵌入式錨固法、埋件式錨固法兩種方法進(jìn)行綜合利用，建立梁柱節(jié)點(diǎn)的錨固連接模塊，結(jié)合各種先進(jìn)的固定技術(shù)，配置雙鋼板混凝土組合墻，并充分借助梁柱節(jié)點(diǎn)兩側(cè)的栓釘，以達(dá)到最終的梁柱節(jié)點(diǎn)固定目的。

由于基礎(chǔ)是鋼筋混凝土筏板，因此需要先在梁柱節(jié)點(diǎn)的嵌入鋼板上做穿孔處理，再采用錨桿固定法。與此同時(shí)，針對(duì)帶肋鋼筋采用埋件式錨固法實(shí)現(xiàn)有效搭接，并結(jié)合相應(yīng)的力學(xué)參數(shù)分析，依據(jù)對(duì)拉鋼筋檢測(cè)結(jié)果和鋼板應(yīng)變檢測(cè)結(jié)果合理確定梁柱節(jié)點(diǎn)的墻—鋼筋混凝土基礎(chǔ)參數(shù)，以此來(lái)進(jìn)一步優(yōu)化配置，提高梁柱單元的抗震性能。

3.2 梁柱節(jié)點(diǎn)材料的本構(gòu)關(guān)系

在裝配式綠色建筑梁柱節(jié)點(diǎn)固定中，需要應(yīng)用多種多樣的梁柱節(jié)點(diǎn)材料，因此在進(jìn)行梁柱節(jié)點(diǎn)固定設(shè)計(jì)之前，先要深入研究裝配式綠色建筑梁柱節(jié)點(diǎn)材料的本構(gòu)關(guān)系。一般情況下，梁柱節(jié)點(diǎn)材料主要應(yīng)用在墻面預(yù)處理的粘接中、貼墻的粘接中、板材的粘接中、陶瓷墻地磚鋪設(shè)的粘接中、地板鋪設(shè)的粘接中以及地毯鋪設(shè)的粘接中等?？偟膩?lái)說(shuō)，梁柱節(jié)點(diǎn)材料的應(yīng)用一是能夠大大提高防水性能，二是能夠大大提高密封性能，三是能夠大大提高彈性性能，四是能夠大大提高抗沖擊性能，而這些性能既關(guān)系著建筑的美觀度與舒適度，又關(guān)系著實(shí)際施工質(zhì)量和施工效率。

在具體的實(shí)踐應(yīng)用中，采用框架中節(jié)點(diǎn)的混凝土應(yīng)力分析法對(duì)梁柱節(jié)點(diǎn)的承載力與預(yù)應(yīng)力進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算，構(gòu)建梁柱節(jié)點(diǎn)材料的本構(gòu)關(guān)系模型，再進(jìn)一步針對(duì)單軸受力下的梁柱節(jié)點(diǎn)本構(gòu)關(guān)系展開(kāi)分析。

3.3 梁柱節(jié)點(diǎn)受剪性能整體結(jié)構(gòu)的參數(shù)分析

首先，通過(guò)采取搭接鋼筋的具體布置方式，綜合且全面地分析梁柱節(jié)點(diǎn)的搭接傳力情況，對(duì)其節(jié)點(diǎn)的承載力、剛度等重要參數(shù)進(jìn)行充分明確，構(gòu)建梁柱節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力參數(shù)分析模型，實(shí)現(xiàn)在鋼板底部焊接的鋼板間對(duì)柱與基礎(chǔ)錨固區(qū)域的應(yīng)力參數(shù)進(jìn)行解算。其次，構(gòu)建抗剪承載力計(jì)算模型，結(jié)合埋件式錨固法，依據(jù)預(yù)應(yīng)力度分析、屈服響應(yīng)分析等明確節(jié)點(diǎn)縱向強(qiáng)度。最后，構(gòu)建有限元模型，計(jì)算混凝土受壓應(yīng)力。

3.4 梁柱節(jié)點(diǎn)應(yīng)力優(yōu)化

通過(guò)靜力單調(diào)拉伸試驗(yàn)法，使鋼筋與鋼板間的不平衡力矩增大，構(gòu)建梁柱節(jié)點(diǎn)搭接模型，得出搭接位置變化指標(biāo)。參考錨桿體支護(hù)的實(shí)際順序，根據(jù)具體的混凝土支撐柱情況來(lái)綜合、全面詳細(xì)地對(duì)梁柱節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力結(jié)構(gòu)參數(shù)展開(kāi)分析，真正實(shí)現(xiàn)梁柱節(jié)點(diǎn)的強(qiáng)有力固定。

4 裝配式綠色建筑梁柱節(jié)點(diǎn)固定的BIM 設(shè)計(jì)

在裝配式綠色建筑梁柱節(jié)點(diǎn)固定設(shè)計(jì)中，可以引入先進(jìn)的BIM 技術(shù)，基于BIM 系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化。BIM 技術(shù)主要有以下幾個(gè)優(yōu)勢(shì)：一是模擬性，在建筑設(shè)計(jì)過(guò)程中通過(guò)結(jié)合BIM 技術(shù)可以行之有效地實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)計(jì)方案的全方位模擬，從而及時(shí)檢測(cè)出設(shè)計(jì)方案中的不足之處，并擺脫了時(shí)間、空間對(duì)建筑設(shè)計(jì)的限制，支持隨時(shí)隨地觀看模擬結(jié)果、進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化調(diào)整；二是協(xié)調(diào)性，利用BIM 技術(shù)進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)，可以通過(guò)有效協(xié)調(diào)多方來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)計(jì)方案的合理優(yōu)化；三是可視化，在利用BIM 技術(shù)開(kāi)展具體的建筑設(shè)計(jì)工作時(shí)，可以構(gòu)建出一個(gè)建筑三維BIM 模型，從而將建筑空間結(jié)構(gòu)關(guān)系顯示出來(lái)，實(shí)現(xiàn)可視化[6-8]。

4.1 梁柱節(jié)點(diǎn)構(gòu)件優(yōu)化設(shè)計(jì)

梁柱節(jié)點(diǎn)構(gòu)件設(shè)計(jì)是裝配式綠色建筑梁柱節(jié)點(diǎn)固定設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵，利用BIM技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)梁柱節(jié)點(diǎn)構(gòu)件的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

首先，應(yīng)明確標(biāo)準(zhǔn)化與模數(shù)化原則，盡量減少梁柱節(jié)點(diǎn)構(gòu)件類型，從而降低成本，同時(shí)對(duì)于一些較為復(fù)雜的梁柱節(jié)點(diǎn)構(gòu)件，若采用預(yù)制構(gòu)件無(wú)法滿足要求，則可以選擇采用現(xiàn)澆方式進(jìn)行處理。其次，需做好對(duì)梁柱節(jié)點(diǎn)構(gòu)件在加工、生產(chǎn)以及運(yùn)輸?shù)雀黜?xiàng)環(huán)節(jié)的綜合性分析，尤其要充分考慮到構(gòu)件生產(chǎn)和運(yùn)輸?shù)目尚行耘c便利性。再次，在梁柱節(jié)點(diǎn)構(gòu)件的拆分方面，BIM 系統(tǒng)中的Structural Precast for Revit 插件具有重要的應(yīng)用價(jià)值，通過(guò)該插件可對(duì)構(gòu)件進(jìn)行合理分類與高效整理。最后，在梁柱節(jié)點(diǎn)構(gòu)件深化設(shè)計(jì)中，需先基于BIM 系統(tǒng)建立一個(gè)完善的構(gòu)件庫(kù)，從構(gòu)件庫(kù)中選擇合適的梁柱節(jié)點(diǎn)構(gòu)件，并構(gòu)建相應(yīng)的建筑三維BIM 模型，從而輔助開(kāi)展深化設(shè)計(jì)。

4.2 方案可視化設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)的建筑設(shè)計(jì)中主要是應(yīng)用CAD二維設(shè)計(jì)系統(tǒng)，但很容易出現(xiàn)數(shù)據(jù)錯(cuò)誤或一些其他方面的問(wèn)題。BIM 技術(shù)具有可視化設(shè)計(jì)功能，因此利用BIM 技術(shù)進(jìn)行裝配式綠色建筑梁柱節(jié)點(diǎn)固定設(shè)計(jì)能夠?qū)⒘褐?jié)點(diǎn)的相關(guān)信息數(shù)據(jù)直觀、清晰地展示出來(lái)，以實(shí)現(xiàn)梁柱節(jié)點(diǎn)固定方案的可視化設(shè)計(jì)。

首先，在實(shí)踐中，只需在BIM 系統(tǒng)中輸入裝配式綠色建筑梁柱節(jié)點(diǎn)的相關(guān)信息數(shù)據(jù)，以構(gòu)建出相應(yīng)的建筑三維BIM模型，即能夠清晰全面地展示出梁柱節(jié)點(diǎn)固定設(shè)計(jì)方案。其次，基于BIM 技術(shù)能夠從全局上把控裝配式綠色建筑梁柱節(jié)點(diǎn)固定設(shè)計(jì)中的數(shù)據(jù)修改問(wèn)題，并自動(dòng)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)更新，從而大大提升設(shè)計(jì)的科學(xué)性與合理性。最后，依托建筑三維BIM 模型能夠有效發(fā)現(xiàn)實(shí)際裝配式綠色建筑梁柱節(jié)點(diǎn)固定方案中存在的缺陷，從而在施工前及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決問(wèn)題，避免后期出現(xiàn)返工情況。

4.3 智能化設(shè)計(jì)

BIM 設(shè)計(jì)本質(zhì)是利用了“族”的方式來(lái)體現(xiàn)建筑工程中的各類構(gòu)件，從而及時(shí)進(jìn)行設(shè)計(jì)反饋，為后續(xù)設(shè)計(jì)提供科學(xué)參考。依托BIM 系統(tǒng)中自帶的Revita、MagiCAD 等先進(jìn)繪圖軟件和插件，可以根據(jù)實(shí)際需求對(duì)裝配式綠色建筑梁柱節(jié)點(diǎn)構(gòu)件做出任意調(diào)整和修改，并精準(zhǔn)確定各類組件的具體位置，實(shí)時(shí)掌握組件在不同位置時(shí)的具體表現(xiàn)情況，從而大大提升設(shè)計(jì)的智能化水平。

4.4 多專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)

梁柱節(jié)點(diǎn)固定設(shè)計(jì)是裝配式綠色建筑設(shè)計(jì)中的重要內(nèi)容之一，其并非一項(xiàng)完全獨(dú)立的工作，而是與其他專業(yè)的設(shè)計(jì)相互聯(lián)系、相互影響。因此在裝配式綠色建筑梁柱節(jié)點(diǎn)固定設(shè)計(jì)中，需與其他專業(yè)做好配合，通過(guò)多專業(yè)協(xié)同來(lái)有效完成設(shè)計(jì)工作，從而避免不同專業(yè)之間產(chǎn)生沖突。

BIM 技術(shù)是目前最有效的多專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)技術(shù)，在BIM 系統(tǒng)中構(gòu)建出建筑三維BIM 模型后，將梁柱節(jié)點(diǎn)固定設(shè)計(jì)與其他專業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)行互通，即可輕松實(shí)現(xiàn)多專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)，無(wú)論哪個(gè)專業(yè)的哪項(xiàng)設(shè)計(jì)發(fā)生了改變，梁柱節(jié)點(diǎn)固定設(shè)計(jì)中與其相關(guān)聯(lián)的部分也都會(huì)隨之進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整。

4.5 模擬施工演示

模擬性功能是BIM 技術(shù)的代表性功能之一，利用BIM 技術(shù)進(jìn)行裝配式綠色建筑梁柱節(jié)點(diǎn)固定設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)梁柱節(jié)點(diǎn)固定施工全過(guò)程的有效模擬演示。在實(shí)踐中，只需在BIM 系統(tǒng)中輸入裝配式綠色建筑梁柱節(jié)點(diǎn)的相關(guān)信息數(shù)據(jù)，以構(gòu)建出相應(yīng)的建筑三維BIM 模型，再基于建筑三維BIM 模型來(lái)仿真模擬梁柱節(jié)點(diǎn)固定施工的過(guò)程。當(dāng)整個(gè)施工過(guò)程被模擬出來(lái)以后，便能在施工前發(fā)現(xiàn)一些與實(shí)際施工相悖的設(shè)計(jì)缺陷或不合理地方，并及時(shí)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。

4.6 碰撞檢測(cè)

在建筑設(shè)計(jì)中，碰撞檢測(cè)是一項(xiàng)重要工作，其目的是檢查建筑設(shè)計(jì)方案中各部分之間是否存在沖突，若存在沖突，則需進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。由于BIM 系統(tǒng)具備碰撞檢測(cè)功能，利用BIM 技術(shù)進(jìn)行裝配式綠色建筑梁柱節(jié)點(diǎn)固定設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)梁柱節(jié)點(diǎn)固定方案的高效化、智能化以及精準(zhǔn)化碰撞檢測(cè)，并同時(shí)指導(dǎo)后續(xù)的優(yōu)化調(diào)整工作。在實(shí)踐中，只需在BIM系統(tǒng)中輸入裝配式綠色建筑梁柱節(jié)點(diǎn)的相關(guān)信息數(shù)據(jù)，以構(gòu)建出相應(yīng)的建筑三維BIM 模型，再啟動(dòng)BIM 系統(tǒng)自帶的碰撞檢測(cè)功能，即可有效完成碰撞檢測(cè)工作，同時(shí)系統(tǒng)還會(huì)給出異常問(wèn)題報(bào)告。

4.7 三維技術(shù)交底

過(guò)去的裝配式綠色建筑梁柱節(jié)點(diǎn)固定施工中，都是基于二維圖紙進(jìn)行技術(shù)交底，容易導(dǎo)致施工人員出現(xiàn)認(rèn)知偏差，不能清晰了解設(shè)計(jì)意圖，由此引發(fā)一系列施工問(wèn)題。但BIM 技術(shù)的應(yīng)用能夠有效解決該問(wèn)題?；贐IM 技術(shù)可以進(jìn)行三維技術(shù)交底，通過(guò)對(duì)工程的三維BIM模型進(jìn)行渲染處理，來(lái)向施工人員直觀立體地呈現(xiàn)出設(shè)計(jì)效果與施工流程。

5 結(jié)語(yǔ)

在裝配式綠色建筑梁柱節(jié)點(diǎn)固定設(shè)計(jì)中，應(yīng)重點(diǎn)對(duì)梁柱節(jié)點(diǎn)連接形式進(jìn)行合理選擇，對(duì)梁柱節(jié)點(diǎn)材料本構(gòu)關(guān)系進(jìn)行有效建模和分析，對(duì)梁柱節(jié)點(diǎn)受剪性能進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)參數(shù)分析，并對(duì)梁柱節(jié)點(diǎn)應(yīng)力進(jìn)行優(yōu)化。

此外，還應(yīng)積極引入先進(jìn)的BIM 技術(shù)，基于BIM 系統(tǒng)進(jìn)行裝配式綠色建筑梁柱節(jié)點(diǎn)固定設(shè)計(jì)和施工優(yōu)化，包括梁柱節(jié)點(diǎn)構(gòu)件優(yōu)化設(shè)計(jì)、方案可視化設(shè)計(jì)、智能化設(shè)計(jì)、多專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)、模擬施工演示、碰撞檢測(cè)以及三維技術(shù)交底等，如此才能夠有效提高裝配式綠色建筑梁柱節(jié)點(diǎn)固定設(shè)計(jì)水平。