全预制装配式车站节点的连接方式研究*

钟春玲　李　雷

(吉林建筑大学土木工程学院，长春　130118)

全预制装配式车站节点的连接方式研究*

钟春玲李雷

(吉林建筑大学土木工程学院，长春130118)

摘要：以长春某装配式地铁车站的建造为工程背景，对装配式地铁车站节点进行探索。通过对比和分析全预制装配式地铁车站新型节点与国内已有的装配式节点的连接，研究这种新型节点的现实实用性，为探索出能够适合地下装配式车站节点连接的方法和对其抗震性能提供了新的方法和思路。

关键词：装配式；地铁；节点选择；抗震

随着绿色施工和文明施工的大力发展和推广，装配式结构也在快速地发展和运用中，装配式结构施工方便、建筑速度快、对周边工作生活影响小、预制结构工期短、投资回收快，在设计和生产时可以充分利用建筑废弃物，可以实现全自动化生产和现代化控制等诸多优点。装配式结构能够很好地解决建筑中的速度、质量、效益、工期等方面的问题，所以许多国家都把预制化作为技术发展的一个重要的标志[1]。地下装配式结构的应用也取得了一定的成就，地下装配式结构大多被运用到地铁的建设过程中。尤其在一些发达的国家地下装配式结构运用达到了一定的成就，并且还形成了一定的理论体系，所以地下装配式结构在未来的发展过程中将得到很大的运用和发展。但是由于地下装配式结构的运用时间短，还有很多方面的知识不能形成理论，需要不断进行探索和研究。其中，地下装配式结构的节点选择和其抗震性能是探索和研究的重点。

1装配式结构节点连接与分析

1.1　常用地上结构节点连接方式

1.1.1榫式连接

榫式连接做法是把上节柱的下端混凝土做成承受施工荷载的榫头，见图1。上柱和下柱在安装时确保外露的受力钢筋对准，并剖口焊接，然后配置一定量的箍筋，见图2。用高标号水泥或膨胀水泥拌制并且比柱子混凝土设计标号高的细石混凝土进行接头灌溉形成整体，见图3。其优点是接头性能良好，安装校正方便，耗钢量少，施工质量有保证，特别对于竖向荷载有很好的传递作用。其缺点是由于采用剖口焊接，工作量大，钢筋易错位，可能对混凝土强度有损害，同时二次浇灌工作量大，且施工不方便。榫式连接方式主要被运用到房屋框架结构中[1-2]。

图1 榫式榫头　　　　　　　　　　　　图2 榫式剖口　　　　　　　　　　　图3 灌注形成整体

1.1.2插入式连接

插入式连接构造特点是将上面的柱子做成榫头，见图4，而下面的柱子做成杯口，见图5，榫头与杯口间的接缝用高标号水泥砂浆填实形成整体[2]，见图6。其优点是刚性连接插入式接头在冬季施工方便，不受气候影响，施工简便，安装速度快。缺点是榫头处理和杯口处用钢量大，上下柱体钢筋在水平的交接处受外力易断开，所以在外力的作用下只靠榫头内的钢筋搭接传递从而造成水平接缝过早破坏，影响整体的稳定性。插入式连接构造适用于民用建筑和一般多层工业建筑，但对于有抗震要求的一些结构则不宜作用。

图4 插入式榫头　　　　　　　　　　　图5 插入式杯口　　　　　　　　　图6 水泥砂浆填实形成整体

1.1.3明牛腿连接

在使用预制装配式钢筋混凝土结构的多层厂房中，大多采用明牛腿节点[2]，见图7。明牛腿的承载力很高，竖向力能够可靠的传递，节点的刚性好。优点是明牛腿适用于楼面承受荷载较大的工业建筑，且此种连接接受力明确可靠，焊接量小，安装方便，能承受较多的节点剪力。缺点是占用空间大，影响美观。牛腿接连的方式在干式连接中相当普遍，厂房的空间很大对牛腿的建筑要求不高。明牛腿式节点适用于那些对美观要求不高的房屋建筑和吊车梁支库。

图7 明牛腿　　　　　　　　图8 暗牛腿

1.1.4暗牛腿连接

为了避免影响设备使用空间和利于建筑的美观，则把柱子的牛腿做成暗牛腿[2]，见图8。优点是牛腿不需要外露，外型美观，同时为连接处的外形构造和设备安装等创造了良好的条件。缺点是二次浇灌混凝土不宜密实，能承载的节点竖向荷载能力较小，不利于静力和动力的设计。暗牛腿式节点适用于预制长柱体系施工的民用建筑和多层轻工业厂房。

1.1.5螺栓连接

螺栓连接的接头能够安装迅速利落，拆装方便，缺点是螺栓位置的预制必须制作得特别精确，运输和安装时要尽量避免受弯、避免螺纹损伤和污染，同时当有螺栓孔或者螺栓的螺纹受到破坏，其维修或更换的施工操作就比较复杂。使用螺栓连接的连接构造普遍复杂、连接构件也相对较多。图9所示的为明牛腿和预制梁用螺栓连接的情况，图10为暗牛腿和预制梁用螺栓连接的情况。上述两种螺栓连接可以抵抗较小的梁端弯矩和扭矩。螺栓连接节点多应用在多层轻工业厂房。

图9 明牛腿和预制梁用螺栓连接

图10 暗牛腿和预制梁用螺栓连接

1.2　常用地下结构节点的连接方式

1.2.1现场直接灌注混凝土节点

灌注混凝土节点是最原始也是最简单、经济、可靠的接头方式，纵向和横向均可采用，节点是完全刚性的。这种节点外型简单、制作和安装方便、节点整体性能良好等优点，多适用于民用建筑、公共建筑和多层轻工业建筑。

1.2.2采用普通螺栓连接的节点

普通螺栓连接的节点构造简单[3-4]，见图11。较多地用于装配式管片的接头连接，施工工艺也相对简单，由于预留的螺栓孔直径较螺栓直径大一些。所以能够适应一定量的误差，在构件上也可以预留螺栓手孔，方便安装。现在国内地铁盾构隧道衬砌管片的接头连接多采用这种节点连接。

图11 普通螺栓连接

图12 预应力紧固的螺栓连接[3]

1.2.3采用预应力紧固的螺栓节点

预应力紧固的螺栓节点方式[3-4]，见图12。与钢筋混凝土管片的接头形式有点相同，用预应力代替盾构千斤顶的推力，属于柔性的，在构件间设置止水条止水。为了使构件能够起到较好的防水效果，安装时需要施加一定的预应力。这种接头构造上比较复杂，必须采用特殊的螺栓连接构件，连接完成后要用无收缩水泥进行填充螺栓周围的空隙。预应力紧固的螺栓节点在深圳某地铁车站建设中得到运用。

此外，还有一些其他形式的地铁装配式车站节点连接方式，在这里不再一一介绍，如能够自行紧固的榫头接头、预埋钢板焊接接头、槽板双螺栓连接、曲杆螺栓连接接头等，这些接头方式在地铁明挖区间的装配式衬砌中得到应用。

2新型地铁装配式车站节点

长春甘地铁车站装配式结构[5]是采用7块管片拼装而成，见图13。每一块管片都是在预制厂进行加工，然后再运输到现场进行拼装，这是一般装配式结构所采用的施工途径。但是在拼装的过程中，管片采用了错缝[6]和通缝的拼装施工手法，即A与B，D与E均采用错缝拼装，其余的均采用通缝。而管片间的节点连接采用的是榫接的形式，同时环与环之间采用精轧螺纹钢进行张拉锁定，牛腿位置除D，E块采用精轧螺纹钢连接其余均采用高强度螺栓连接，把榫式连接同螺纹钢进行张拉相结合的施工方法不仅能够更好的把榫式结构的不足和螺纹钢连接的不足进行弥补，同时还能把他们的优点很好地利用。这种施工方法的优点是施工进度快，不用焊接，节省材料。采用张拉法克服了装配式结构节点受力可靠性差的缺点，冬季施工不受影响；缺点是管片的强度要求很高，拼装的精确度不好控制。现在主要运用在长春某地铁车站的装配式结构中。

图13 长春某地铁车站装配式结构

此装配式地铁车站节点的防水设计是结构自防水、接缝防水盒顶板外防水，接缝防水采用的是2道密封条和1道防水嵌缝，对于榫槽注浆所采用的是改性环氧树脂浆料。

3地下装配式结构节点抗震性能分析

在地下工程结构抗震设计方面 ，据国内有关设计单位介绍，在进行地铁车站设计时，考虑到土的阻尼和约束作用，一般就不进行抗震设计。然而，从1995年1月日本神户地震的震害调查表明，神户的地铁车站在这次地震中车站结构遭受了严重破坏。由于这是第一起地下结构遭受的严重震害，因而引起人们的关注。

预制装配式结构设计关键性在于保证结构体系的整体性，为此装配式结构必须合理地研究设计预制件间的连接方法，提高连接部位整体连续性能，从而保证结构体系的整体性，并使其具有尽可能多的赘余度，而超静定结构比静定结构具有更高的安全性和更好的抗震性能。

对于地下结构抗震理论和设计方法进行系统而深入的研究是一个现实而又迫切的课题。研究地下结构在地震作用下的反应情况，无论对研究地下结构的震害，还是对地下结构的抗震设计都有特殊的意义。同时，由于装配式地下工程结构本身所具有的特殊性，对其抗震的研究更有必要性和工程意义。国内对于装配式地下结构的抗震设计理论研究还处于摸索阶段。

4结语

地上装配式结构节点的处理达到一定的成就，在以后的研究中可以借鉴地上装配式节点的理论和方法，并加以创新。地下工程由于本身的复杂性和受技术水平的限制，如果节点处理不善，极易造成漏水，消弱其受力性能，在地震设防区产生的影响更大。因此在地下装配式车站的建设过程中，要多方面考虑装配式节点的受力性、防水性、可操作性、抗震性、经济性、使用性等，使地下装配式节点的选择更加合理、使用性更加耐久。

参考文献

[1] 刘建洪.明挖装配式地铁车站结构设计优化及施工过程力学特性研究[D].成都：西南交通大学，2007.

[2] 张义保.装配式结构结点研究现况[R].江苏：江苏科技大学，土木与建筑工程学院，2011.

[3] 刘惠敏，李志业.接头位置及刚度对预制箱形结构内力的影响[J].交通运输工程学报，2003，3(2)：18-21.

[4] 张厚美.圆形隧道装配式衬砌接头刚度模型研究[J].岩土工程学报，2000，22(3)：309-313.

[5] 谢云轩.长春市地铁2号线一期工程袁家店装配式车站拼装施工方案及试验情况汇报[R].长春：中铁十三集团有限公司，2013.

[6] 王如路，宋博，王棋，郑彬.双圆盾构隧道衬砌错缝拼装整环试验及结构分析[J].地下工程与隧道，2001(1)：12-15.

*基金项目：吉林省科技发展计划项目(20120432)；吉林省教育厅项目(吉教科合字2014第220号).

Exploration of Prefabricated Station

ZHONG Chun-ling，LI Lei

(SchoolofCivilEngineering,JilinJianzhuUniversity,Changchun,China130118)

Abstract：A prefabricated joints are discussed in changchun for the construction of the subway station as engineering background.Preliminary discussion on the whole prefabricated subway station with the domestic existing fabricated new node connection comparison and analysis,research the reality of the new node.A new method and thought are provided to explore the joint connection method suitable for prefabricated underground station performance.

Keywords:assembly type；the subway；joint selection；anti-seismic

中图分类号：TU 248.2

文献标志码：A

文章编号：2095-8919(2015)06-0001-04

作者简介：钟春玲(1973~),女,吉林省长春市人,教授,博士.

收稿日期：2015-04-03.