高 羽（北京萬興建筑集團有限公司，北京 102600）

傳統(tǒng)的現(xiàn)澆混凝土建筑需要較長的施工周期，生產(chǎn)管理和技術(shù)水平落后，建造過程產(chǎn)生大量的環(huán)境污染，成為制約建筑業(yè)轉(zhuǎn)型升級的重要障礙。裝配式是實現(xiàn)建筑工業(yè)化、信息化和智能化的最重要途徑，受到政府和建筑企業(yè)的大力推廣，是高質(zhì)量和高水平建造的主流模式[1]。盡管如此，現(xiàn)階段的裝配式框架結(jié)構(gòu)設(shè)計方法仍基于傳統(tǒng)的框架梁柱塑性鉸破壞的設(shè)計方法，沒有體現(xiàn)裝配式構(gòu)件節(jié)點的特異性要求。同時，裝配式建筑在施工過程中最大的痛點是實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的快速施工與結(jié)構(gòu)連接節(jié)點之間安全的平衡，并且還需保持建造速度和成本的優(yōu)勢[2]。為此，在建造安全、快速施工和成本可控的高效率拼裝目標導向下，研究裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)快速建造施工具有十分重要的意義[3-5]。

本文以北京市某高層建筑為研究對象，在研究裝配式建筑施工技術(shù)工藝的基礎(chǔ)上，提出一種在框架柱截面核心設(shè)置FRP約束薄壁混凝土芯柱的組合柱新型快速裝配施工方法，并運用室內(nèi)試驗方法建立了物理模型對組合柱的特早齡期進行測試。

1 工程概況

北京市某高層建筑小區(qū)為政府民生工程，項目占地面積為21760m2，總建筑面積為66868m2。項目設(shè)置地下1層，層高為3.4m，現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)；地上18層，建筑高度達到67m。高層建筑共由10棟組成，其中4#～7#為剪力墻結(jié)構(gòu)，1#～3#、8#為框架結(jié)構(gòu)，9#～10#為全預制裝配式整體式鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)體系。預制預應力板采用先張法生產(chǎn)工藝，混凝土強度等級為C40，受力主筋為螺旋肋鋼筋，分布筋為圓8 二級鋼筋；預應力梁采用先張法生產(chǎn)工藝，混凝土強度等級為C40，受力主筋為低松弛標準型鋼絞線，箍筋為普通鋼筋；預應力柱為鋼筋混凝土方形柱，邊長為450mm，混凝土強度等級為C40，多層預制柱之間設(shè)置斜向鋼筋用于保證運輸和施工階段的承載力及剛度要求。

2 裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)快速施工技術(shù)

目前，大多數(shù)的裝配式建筑項目裝配率和裝配范圍并不是由于技術(shù)驅(qū)動下的市場選擇，不能反映裝配式建造的本質(zhì)要求，裝配效率往往受到政策導向和項目屬性的客觀條件控制，無法達到高效建造的目標[6]。在技術(shù)驅(qū)動下的裝配式框架結(jié)構(gòu)建筑快速建造，其主要的控制條件是充分挖掘縮短框架柱裝配周期的核心影響因素，比如加大施工作業(yè)空間和改善作業(yè)環(huán)境，提高框架柱節(jié)點特早齡期的承載力，減少豎向構(gòu)件支撐輔助設(shè)施的數(shù)量[7-8]。

在裝配式框架結(jié)構(gòu)施工中，施工內(nèi)容包括預制柱體的安裝、預制梁體的安裝、預制樓板的安裝、預制墻體的安裝、預制樓梯、陽臺等附件安裝。其中，預制柱體和梁板的安裝是控制施工建造效率的關(guān)鍵工序，整個施工效率不僅取決于各個工序的組織時間，也取決于柱體和梁體的節(jié)點裝配特早齡期承載性能，預制柱體的施工效率決定了整體施工效率的上限，而預制梁板的施工效率則決定了整體施工效率的下限。裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)的施工流程大致分為步序1：將預制構(gòu)件運輸至現(xiàn)場→步序2：借助豎向起吊裝備安裝柱體以及梁柱節(jié)點預制件→步序3：安裝柱體的裝配節(jié)點模板以及支持系統(tǒng)→步序4：柱體裝配節(jié)點混凝土的灌注→步序5：安裝預制梁板，綁扎暗梁鋼筋→步序6：澆筑梁裝配節(jié)點和樓板暗梁混凝土→步序7：上一層柱體和梁柱節(jié)點的安裝施工直至完成，如圖1所示。

圖1 裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)施工工藝流程

從圖1可以看出，為了加快裝配式結(jié)構(gòu)的安裝效率，同時保證施工過程中結(jié)構(gòu)狀態(tài)保持穩(wěn)定和具有較高的施工承載力，挖掘節(jié)點特早齡期強度是最為重要的途徑之一。一般通過增強材料的組合來約束柱體結(jié)構(gòu)的節(jié)點，達到提高鋼筋混凝土預制柱裝配節(jié)點特早齡期軸壓承載力的目的。因此，基于提高裝配式混凝土柱早期強度的快速建造思路，本文提出一種新型的柱體快速裝配施工方法，即在框架柱截面核心設(shè)置FRP約束薄壁混凝土芯柱的組合柱，如圖2所示。該新型快速裝配式施工方法通過結(jié)合FRP纖維布的高抗拉強度、高彈性模量與鋼材的高抗壓強度、高延性的力學屬性，可以在框架柱周圍配置縱向鋼筋、輔助定型模板等，達到改變芯柱截面尺寸、約束效應和增加混凝土強度的目的。

圖2 裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)柱快速施工方案

3 裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)快速施工技術(shù)室內(nèi)試驗研究

3.1 FRP約束薄壁混凝土芯柱的組合柱模型軸壓性能試驗

為了測試提出的FRP約束薄壁混凝土芯柱的組合柱在早期的力學性能，運用室內(nèi)的單調(diào)加載抗壓試驗對不同齡期的試件進行抗壓強度測試。試驗所用的材料與實際工程一致，試驗模型尺寸按1:5 的比例縮小，如圖3所示。試驗選用的材料為Q235 鋼，鋼管壁厚為2mm，屈服抗拉強度為232MPa，極限抗拉強度為335MPa，彈性模量為208GPa，泊松比為0.2；選用的FRP纖維布規(guī)格為ICXS-300g，彈性模量為232GPa，抗拉強度為3425MPa，極限應變?yōu)?.63%，名義厚度為0.167 mm。

圖3 FRP約束薄壁混凝土芯柱的組合柱物理試驗模型

單軸抗壓強度試驗設(shè)備采用500t 三思多功能CMT5305 電液伺服試驗機，軸向壓力采用300t 壓力傳感器采集，軸向位移采用50mm 行程應變片進行采集，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)為DH3815 動態(tài)型號測試分析系統(tǒng)。試驗模型考慮了齡期對力學性能的影響，分別制作了齡期1d的試件（試件A）、齡期7d的試件（試件B）、齡期28d的試件（試件C），所有試件的FRP碳纖維層數(shù)為1層。

3.2 FRP約束薄壁混凝土芯柱的組合柱特早齡期柱軸承載性能分析

圖4為不同齡期FRP 約束薄壁混凝土芯柱的組合柱試驗模型荷載-位移曲線。從圖4可以看出，不同齡期FRP約束薄壁混凝土芯柱的組合柱試驗模型荷載隨著位移的變化規(guī)律存在明顯區(qū)別。齡期為1d 的試件，試件荷載呈現(xiàn)明顯的5 個受力變化階段，在位移1.18mm之前，荷載和位移呈現(xiàn)等比例變化，該階段為試件的彈性變形階段，彈性階段的承載力為218.48kN；而位移在1.18mm～12.39mm之間時，荷載和位移呈現(xiàn)非線性增加的趨勢，荷載在位移為12.39mm時得到峰值，為425.77kN；位移在12.39mm～13.76mm之間，荷載隨著位移的增加呈現(xiàn)突然下降的趨勢；位移在13.76mm～26.39mm 之間時，位移的增加對荷載的影響不大，荷載維持在一個恒定值，表明試件已經(jīng)出現(xiàn)滑移；位移大于26.39mm 時，荷載隨著位移的增加有所提升，該提升的荷載部分為FRP纖維布對混凝土部分提供的約束力。

圖4 不同齡期試驗模型荷載-位移曲線

齡期7d 的試件，試件荷載呈現(xiàn)明顯的4 個受力變化階段，位移在2.05mm 以內(nèi)，荷載和位移呈現(xiàn)等比例變化，該階段為試件的彈性變形階段，彈性階段的承載力為296.68kN；而位移在2.05mm～6.66mm之間時，荷載和位移呈現(xiàn)非線性增加的趨勢，荷載在位移為6.66mm時得到極大值，為378.66kN；位移在6.66mm～11.70mm之間，荷載隨著位移的增加呈現(xiàn)逐步減小的趨勢，在11.70mm 位置處出現(xiàn)荷載極小值，為350.77kN；位移在11.70mm～18.67mm 之間時，荷載隨著位移的增加有所逐步提升，該提升的荷載部分為FRP 纖維布對混凝土部分提供的約束力，極限荷載為453.86kN?？傮w而言，齡期3d試件的極限位移約為齡期7d的60%。

齡期28d的試件，試件的荷載呈現(xiàn)明顯的4個受力變化階段，位移在2.80mm 以內(nèi)，荷載和位移呈現(xiàn)等比例變化，該階段為試件的彈性變形階段，彈性階段的承載力為540.38kN；而位移在3.05mm～6.22mm之間時，荷載和位移呈現(xiàn)近線性降低的趨勢，荷載在位移為6.62mm 時得到極小值，為469.40kN；位移在6.22mm～25.21mm 之間，荷載隨著位移的增加呈現(xiàn)波動式變化；位移在25.21mm處，荷載出現(xiàn)陡降，試件破壞失效。

綜合比較不同齡期FRP約束薄壁混凝土芯柱的組合柱彈性階段的荷載最大值可知，3d齡期試件、7d齡期試件的荷載分別為218.48kN、296.68kN，分別占28d 齡期試件荷載（540.38kN）的40.5%、54.9%，試件柱截面的應力分別為29.7MPa、33.5MPa，3d齡期的柱體承載力即可滿足上部框架結(jié)構(gòu)繼續(xù)施作的承載力要求工期，達到了快速化施工和縮短工期的目的。

4 結(jié)語

以北京市某高層住宅項目為研究對象，提出一種在框架柱截面核心設(shè)置FRP約束薄壁混凝土芯柱的組合柱新型快速裝配施工方法，并運用室內(nèi)試驗方法建立了物理模型對組合柱的特早齡期進行測試，得到以下結(jié)論：

（1）預制柱體和梁板的安裝是控制施工建造效率的關(guān)鍵工序，提高預制柱體裝配節(jié)點特早齡期承載性能決定了整體施工效率的上限，而預制梁板的施工效率則決定了整體施工效率的下限。

（2）不同齡期FRP 約束薄壁混凝土芯柱的組合柱試驗模型荷載隨著位移的變化規(guī)律存在明顯區(qū)別，齡期為1d 的試件荷載呈現(xiàn)明顯的5 個受力變化階段，齡期為7d和28d的試件荷載則呈現(xiàn)4個受力變化階段。

（3）室內(nèi)試驗表明，F(xiàn)RP約束薄壁混凝土芯柱的組合柱彈性階段3d 齡期試件、7d 齡期試件荷載分別為218.48kN、296.68kN，分 別 占28d 齡 期 試 件 荷 載（540.38kN）的40.5%、54.9%，試件柱截面的應力分別為29.7MPa、33.5MPa，3d齡期的柱體承載力即可滿足上部框架結(jié)構(gòu)繼續(xù)施作的承載力要求工期，達到了快速化施工和縮短工期的目的。