装配式框架结构节点处理问题探讨

张庆山,张凯敏,韩 梅,霍喆赟

(1.浙江工业大学工程设计集团有限公司,浙江 杭州 310014；2.浙江省建筑科学设计研究院建筑设计院，浙江 杭州 310012)

装配式框架结构节点处理问题探讨

张庆山1,张凯敏2,韩 梅1,霍喆赟1

(1.浙江工业大学工程设计集团有限公司,浙江 杭州 310014；2.浙江省建筑科学设计研究院建筑设计院，浙江 杭州 310012)

在预制装配式建筑施工中,框架结构的梁柱节点处理最为复杂,通常主要考虑梁钢筋在柱内直锚和弯锚两种形式,而后者又分为梁筋一侧上弯和一侧下折组合、梁筋双侧上弯组合、梁筋加锚板锚固组合、梁筋加套筒灌浆组合。通过对不同梁柱节点钢筋连接方式进行比较,分析各自的优缺点,从而为建设、设计及施工单位提供参考依据。

装配式；框架；梁柱节点

装配式建筑以节能环保、施工进度快、工业化生产等优点著称,当前国家大力推广装配式建筑,地方政府也力推很多公建及保障房等项目的预制装配化。目前实际施工或已建成中的预制装配式项目以剪力墙结构为主[1-2],框架结构相对较少。剪力墙结构的难点在于上下层剪力墙钢筋的节点连接,梁墙相连的节点连接相对简单；而对于框架结构来说[3-5],不仅上下柱的节点连接难度较大,梁柱连接的节点也难以处理,特别是我国规范中要求的强节点弱构件,对于节点的重要性是毋庸置疑的。由于梁采用预制构件,所有的底钢筋都在节点区域截断后连接锚固,特别是中柱节点区域由于四个方向均有钢筋伸入,在此节点截断的钢筋最多,该节点的钢筋连接处理关系到整个结构体系的安全性。我们可以通过对不同的梁柱节点钢筋连接方式进行比较,得出合适的处理方法。

1 中柱的钢筋连接节点

对于装配式结构的中柱来说,主要考虑两种情况。第一种情况为当柱子尺寸足够大,能满足钢筋直锚要求(图1),这样施工拼装时候相对简单,只须将预制梁的底筋向上弯起 (按不小于1∶6起弯),施工时各层钢筋叠加即可。

图1 叠合梁与中柱直锚连接节点

第二种情况为柱子尺寸无法满足钢筋直锚要求而采用弯锚时,大致又可分为四种方法处理。方法一见图2,为一侧伸入的钢筋满足直锚段长度大于0.4LaE且向上弯起15d,而另一侧伸入的钢筋向下弯折。一侧钢筋需要按不小于1∶6起弯,然后相互上下叠加布置,可以避免上下层钢筋打架。与之垂直方向采用相同的方法处理。

图2 叠合梁与中柱弯锚连接节点一

方法二见图3,为两侧伸入的钢筋满足直锚段长度大于0.4LaE且向上弯起15d。两侧钢筋需要在水平面内相互错开,各自在相反方向按不小于1∶6水平弯折,因无法按照图2情况上下叠加布置,只能在水平面内并排放置。与之垂直方向采用相同的方法处理。

图3 叠合梁与中柱弯锚连接节点二

方法三见图4,两侧伸入的钢筋满足直锚段长度大于0.4LaE且加锚头(锚板)锚固。一侧钢筋需要按不小于1∶6起弯,然后相互上下叠加布置,可以避免上下层钢筋打架。与之垂直方向采用相同的方法处理。

图4 叠合梁与中柱加锚头(锚板)连接节点

方法四见图5,两侧伸入的钢筋在节点区域采用套筒灌浆连接。一侧伸入的钢筋预先与套筒连接完毕,另一侧钢筋拼装时插入套筒,再进行灌浆施工。与之垂直方向采用相同的方法处理。

图5 叠合梁与中柱套筒连接节点

2 不同钢筋连接节点的对比

图1由于伸入节点的钢筋采用直锚方式,施工较简单,但是大部分工程中柱子尺寸无法满足钢筋直锚的要求,故采用的比较少。

图2与图3类似,但图2为钢筋一个向上弯折,一个向下弯折,这样便于拼装施工,但预制梁预制时会增加不少难度,且如果柱子采用预制的话,则任何一侧的梁钢筋无法下弯,必须采用图3的方法,两侧的钢筋均向上弯起,这样钢筋就不会与预制柱打架。但是图3需要将深入节点区域的底筋并排布置,预制梁在厂家预制的时候就需要将钢筋水平偏位,否则对向钢筋安装时将会叠合打架,因为底筋都是向上弯折的。

图4采用锚板锚固,因其只需钢筋直锚段而无需弯锚段,现场拼装会比图2及图3相对容易些,但是由于锚板的存在,钢筋的末端会比钢筋截面大出很多,拼装时伸入支座节点的对向钢筋也容易相互碰撞,此时需要将伸入节点的钢筋各自在相反方向按不小于1∶6水平弯折,然后并排或者上下叠加布置。而且厂家预制的时候就需要把锚板安装好,每根底筋都需要加锚板,这将增加不少的钢筋加工量及造价。

图5采用套筒灌浆连接,厂家生产制作时需将套筒预先与一侧钢筋连接好,另一侧只须预留直段钢筋,待现场拼装时将该侧直接插入套筒,然后在现场压力灌浆连接。现场施工安装及浇筑时候会比较困难,拼装时钢筋需要插入套筒才行,由于拼装时都是吊车吊装起来后再人工定位放置,难度较大,其他的连接方式只需要并排放置即可。再者由于套筒尺寸比钢筋大不少,若一排的套筒连接钢筋比较多,而且双向均需要套筒灌浆连接,套筒十字交叉布置,在节点区域的混凝土将无法灌注密实,影响节点强度。故采用套筒灌浆连接时,应该控制套筒灌浆的钢筋数量及排数。

3 底筋多排钢筋时的节点处理

以上所述均为梁底筋为单排的情况,当为双排或者三排的时候,若均可以直锚,施工拼装时难度也不大。但当采用弯锚时,拼装时对侧伸入的钢筋容易相互碰撞,不易安装；若采用锚板连接,由于端头较大,拼装时也容易相互碰撞,也不易安装；若采用灌浆套筒连接,由于底筋已经排满,再加上还有二排钢筋,混凝土很难浇筑密实,影响梁柱节点区域的施工质量。

根据规范[6]可以将二排及三排钢筋在节点区域外截断处理,但须满足叠合梁端竖向接缝的受剪承载力要求,由于底筋已经排满,大部分情况可以满足抗剪要求,所以截断是最好的处理方法,相当于节点区域只有一排钢筋,又便于施工拼装。但是在抗震设防的高烈度区域(8度及以上),很有可能支座处梁底需要实配的钢筋就比较多,一排无法满足设计计算要求,这样就无法将二排及三排钢筋截断处理。

还有就是设计时尽量不要将梁柱偏位齐平布置,从上文的图中可以看出,如果梁柱边齐平布置,由于需要避开柱角筋将导致梁边侧钢筋往内侧弯折,预制梁生产时梁边侧底筋必须弯折处理,否则无法伸入梁柱节点区域。

4 结 语

预制装配式框架结构的梁柱节点实际生产时对梁钢筋的布置要求比较高。特别是连接中柱的梁,由于四个方向的钢筋都要伸入节点锚固,若每侧梁底钢筋又比较多,现场施工时如果处理不当,容易导致拼装失败,更可能导致预制构件无法使用。必须预先考虑好布置方式,再到现场根据实际情况进行微调,才能较好较快地完成施工拼装,以免影响工程进度。

对于不同的梁柱节点情况应采用不同的钢筋布置及节点连接方式,方可达到既便于施工,又节省工程造价的效果。对于多排底筋的情况应该尽量截断二排及三排钢筋,以便于施工拼装,当然前提是要满足拼缝的抗剪承载力验算。应尽量做到减少或者避免梁柱偏位齐平布置,以免增加施工拼装难度。

总而言之,框架结构采用预制装配式结构,梁柱节点是每个设计及施工单位不得不面对和小心谨慎处理的大问题。以上所提之方法只是梁柱节点处理部分方法,需要长期的实际施工及研究分析来进行调整改进,以便于广大设计及施工人员参考借鉴。

[1] 吴浩,吕西林,蒋欢军，等.预应力预制混凝土剪力墙抗震性能试验研究[J]. 建筑结构学报,2016(5):208-217.

[2] 赵作周,周剑等,侯建群.装配式混凝土剪力墙结构水平缝抗剪机理及承载力计算方法综述[J].建筑结构,2015(12)∶40-47.

[3] 范力.装配式预制混凝土框架结构性能系数研究[J].土木工程学报,2010,43(增刊2)：131-136.

[4] 于建兵,郭正兴,管东芝,等.新型预制装配框架混凝土梁柱节点抗震性能研究[J]. 湖南大学学报：自然科学版,2015,42(7)：42-47.

[5] 李世达.预制混凝土框架柱及节点抗震性能试验研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2013.

[6] 中国建筑标准设计研究院，中国建筑科学研究院. JGJ 1—2014装配式混凝土结构技术规程[S].北京：中国建筑工业出版社，2014.

Discussion on the Joint Processing Problems of Fabricated Frame Structure

ZHANGQingshan1,ZHANGKaimin2,HANMei1,HUOZheyun1

2017-03-20

张庆山(1983—),男,浙江新昌人,工程师,从事建筑结构设计工作。

TU375.4

B

1008-3707(2017)03-0014-03