探究预制装配整体式混凝土结构梁柱节点技术

陈燕友

（广东理工学院，广东 肇庆 526100）

预制装配整体式混凝土结构，出现在20世纪50年代，可以解决劳动力成本高、工人作业不熟练等问题，从而保证工期和质量目标。经相关研究和验证，该技术方案已经发展成为一个重要的建筑结构体系。在国内，预制装配整体式混凝土技术发展时间短，一方面节点技术不完善，导致结构的抗震性不佳；另一方面构件跨度小、承载力低，也阻碍了该技术的发展[1]。以下结合实践，探讨了梁柱节点施工技术的应用。

1 预制装配整体式混凝土结构的技术特点

1.1 技术原理

预制装配整体式混凝土结构，是先在工厂内预制生产出主体构配件，例如梁、板、柱、墙体等； 然后运输至现场，使用起重设备将构件吊装至预设位置； 最后采用注浆、键槽、后浇混凝土等措施，促使各个构件和节点形成一个整体。在实际施工中，该技术的优势主要包括[2]： （1） 施工效率高； （2） 节省材料资源； （3） 工程造价低； （4） 低碳环保； （5） 耐久性好； （6） 容易控制外观和质量。以预应力叠合梁、预应力叠合板构成的楼盖结构为例，不仅承载力高、抗裂度强，而且构件截面小，能减轻结构自重，满足绿色施工标准。结合工程实践，常见的预制装配整体式混凝土结构有：框架结构、剪力墙结构、框-剪结构、叠合梁/板/楼盖结构等。

1.2 适用范围

预制装配整体式混凝土结构施工，主要依据《预制装配整体式钢筋混凝土结构技术规范》 《混凝土结构工程施工质量验收规范》 《建筑抗震设计规范》等。适用范围如下：框架结构适用于抗震设防烈度不高于7度的工民建中；叠合板结构适用于抗震设防烈度不高于8度的工民建楼盖、屋盖中。

2 预制装配整体式混凝土结构梁柱节点的设计和构造

2.1 设计思路

在预制装配整体式混凝土结构中，节点一般设置在梁柱节点的核心区，这是抗震薄弱部位，破坏形式主要是钢筋屈曲、混凝土碎裂。考虑到节点区的钢筋布设比较密集，浇筑混凝土时，因振捣不密实会降低施工质量。以新型梁柱节点为例，设计依据主要是：第一，依据《建筑抗震设计规范》，重要构件或传力部位，纵向受力钢筋不能设置接头。第二，遵循强柱弱梁、强节点弱构件的原则，对梁柱连接的核心区域进行整体浇筑；第三，将节点连接部位，设置在梁段1/3处，柱段1/2处[3]。其中，梁体和梁体的连接，采用企口形式，要求预埋角钢，和搭接梁焊接在一起；柱体和柱体的连接，采用植筋方案。

2.2 构造方法

第一，现浇连接。将梁、柱等构件运输至现场，装配时对节点进行现浇，包括传统现浇、预应力整浇两种形式。其中，预应力整浇能提高结构的受力性能，因此应用更加广泛。在预应力整浇节点中，主要分为三种：一是全预应力节点，二是部分预应力节点，三是缓黏结预应力节点。以缓黏结预应力节点为例，它是由混凝土柱、左混凝土梁、右混凝土梁组成。其中，混凝土柱的节点处只有主筋；左混凝土梁布设了预应力筋，左端和张拉锚具连接，右端形成连接部；右混凝土梁也布设了预应力筋，左端形成连接部，右端和张拉锚具连接。左、右混凝土梁中的预应力筋，利用连接器进行连接，并和混凝土柱现浇后成为一个整体。如此，不仅能提高抗震性能，而且施工作业简单。

第二，干连接。梁柱构件的连接在工厂内完成，运输至现场只需装配即可。具体操作上，主要是使用牛腿、剪力件等，促使梁、柱成为一个整体。其中，连接件负责节点的受力，主要有企口连接、牛腿连接、BCC连接、BSF连接等[4]。采用牛腿连接方案时，需要的施工空间大，且外观美观性差，因此多用在厂房建设。而暗牛腿是在短悬臂梁上伸出的，连接部位转移到离开柱边的位置上，可以提高节点的受力性能，方便预埋钢板焊接。

以植筋技术为例，首先在基材混凝土中预埋带肋钢筋、螺纹钢筋，然后使用专业胶黏剂进行锚固，常用在构件改造工程。相比于其他节点技术，胶黏剂具有较强的黏结性，而且能缩短凝固时间，实现快捷施工目标。具体操作上，在柱体下半段预留植筋孔，在柱体上半段搭接筋区、植筋范围内加密箍筋。其中，预留孔的大小、箍筋加密情况，均要满足《混凝土结构加固设计规范》的要求；安装前清理植筋孔洞，注入植筋胶，要求超过孔高的80%。插入预埋钢筋后，应该减少二次扰动，保证连接质量。如果在搭接处预埋角钢，将受力钢筋和角钢焊接在一起，在角钢长度方向上，间隔200 mm引出拉锚筋，避免节点承载力不足引起的破坏。吊装中间搭接梁，就位后和预埋角钢焊接，并对焊缝进行打磨处理，利用同等级的钢板在角钢四周焊接。对焊缝的处理上，要满足《钢结构设计规范》的要求，拉锚筋、箍筋的直径和强度等级保持一致[5]。

3 预制装配整体式混凝土结构梁柱节点的受力分析

3.1 受力特点

依据相关研究结果，预制装配整体式混凝土结构和现浇混凝土结构，两者在受力上的最大区别，在于构件节点的连接。震害调查显示，遭受地震灾害后，预制混凝土墙体的破坏程度轻，大空间预制混凝土框架结构的破坏重。究其原因，是构件连接破坏，继而引起结构整体离散。

相比之下，现浇节点的整体性更好，其延性、耗能性和现浇混凝土结构相似。结合实验数据，预制装配整体框架结构的梁柱节点，在反复荷载作用下，梁端滞回环饱满，随着加载位移增大，滞回环包围的面积增大，因此抗震耗能良好，能满足延性设计要求。节点干连接的整体性低于现浇节点，实际施工中需要配合牛腿、灌浆、预埋件焊接等作业。节点干连接的竖向承载力强，但在地震荷载反复作用下，焊缝容易发生脆性破坏，影响结构的整体稳定性。

3.2 案例分析

以某厂房为例，属于预制钢筋混凝土框架结构，共计4层，层高为3.3 m，总高为13.2 m。该工程抗震等级为7级，其中梁尺寸是400 mm×600 mm，柱尺寸是600 mm×600 mm，跨度为7 200 mm，受力钢筋为HRB400，混凝土强度等级为C30。先利用PKPM软件建立工程模型，改变搭接梁的刚度，建立装配式结构体系，分别是现浇体系Ex、0.8Ex、0.6Ex、0.4Ex。然后通过有限元分析，计算得到结构体系的自振周期、最大层间位移角，见表1。分析可知， （1） 4种结构体系的自振周期差异不大，说明预制装配式结构和现浇结构相似； （2） 随着节点区的刚度减小，结构层间位移角度变大，满足设计规范要求。

表1 结构体系的自振周期和最大层间位移角

续表1 结构体系的自振周期和最大层间位移角

4 结语

综上所述，预制装配整体式混凝土结构，在建筑工程中比较常见，相比于现浇结构具有诸多技术优势。但是，节点连接是一个薄弱环节，主要采用现浇连接、干连接两种方案。文中结合工程案例，分析了梁柱节点的受力特点，希望为实际施工提供经验借鉴，选择科学合理的节点连接方式，满足设计规范要求，提高结构的整体性和稳定性。