浅谈装配式建筑结构节点连接方式

钱 坤 董沛雨

1长春建筑学院（130604） 2吉林建筑大学（130118）

0 引言

随着社会经济的发展，建筑工业化日趋成熟，装配式建筑以施工工期短、质量高、低耗能等优点从中脱颖而出，其顺应绿色建筑的发展潮流，是未来建筑行业发展的方向。由于我国装配式建筑起步较晚，相关技术还不够成熟，因而装配式建筑在现有建筑形式中的占比较低,与现浇建筑结构相比，节点连节技术是装配式建筑的关键、核心技术[1]，节点的可靠连接关乎建筑的整体安全，节点区的薄弱将导致建筑抗震性能和整体性较差。因此节点连接技术的完善和正确选择将对实际工程的保质保量具有深刻意义。

1 装配式建筑

装配式建筑是由工厂生产的预制构件在施工现场通过可靠的连接方式装配而成的建筑[2]。目前，常见的装配式结构体系主要有：装配式框架结构、装配式剪力墙结构、装配式框架-现浇核心筒结构、装配式部分框支剪力墙结构等。

2 节点连接概述

实际工程中，装配式建筑连接位置主要在框架内梁-柱、柱-柱、叠合梁及结构上墙、板[3]等构件的连接部位，我们需综合考虑材料属性、造价、技术、连接部位结构特征等多方面因素来选取合理的连接方式。

装配式建筑结构节点连接主要分为干连接和湿连接，在施工工艺上称之为干法和湿法，应用于预制构件之间的竖向（水平接缝）和横向（竖向接缝）连接。干连接是利用预制构件中的钢筋进行机械连接，主要有螺栓连接、焊接连接、牛腿连接、钢筋机械连接、刚吊架式连接等；湿连接是指将工厂预制的构件在现场进行拼接装配，在节点区进行混凝土后浇，主要有灌浆套筒连接、浆锚搭接连接、注胶套筒连接等。装配式建筑如果采用合理的节点连接方式，其结构整体性能会优于普通框架混凝土结构[4]。

2.1 干连接

2.1.1 螺栓连接

螺栓连接分为普通螺栓连接和高强度螺栓连接两种方式。Technical council of Fip报告中提出螺栓连接是传递轴力、弯矩与剪力的连接形式，可用于连接梁柱。螺栓连接的优势在于实际施工中操作简便，但对预制构件的精度、作业人员的技术能力要求更高，以避免装配时产生连接误差从而影响建筑整体受力性能。其最大的缺点就是后期的维护、维修成本较高而且较为困难。

2.1.2 焊接连接

焊接连接是采用焊接工艺将预制构件连接在一起的方式，其优势在于施工方便、快捷、节约成本，在钢结构中应用普遍。PILLAI SU[5]等对足尺预制的焊接和现浇混凝土的梁-柱节点进行了对比试验，结果表明，预制试件的焊接位置是薄弱部位，易发生脆性破坏，抗震性能不理想，故提高焊接部位强度是使用焊接技术连接预制构件的前提。增加钢筋焊接长度、在节点区进行塑性铰设置[6]，有利于提高节点抗剪性能，但同时也对作业人员有更高的焊接技术要求。

2.1.3 牛腿连接

牛腿连接是一种利用连接点的高承载力，通过牛腿腹板、上下翼缘向周围连接构件传力，从而保证装配式结构整体良好受力性能的连接形式，一般分为三种连接方式。1）明牛腿连接：实际工程中将连接点暴露在建筑物外部进行连接，操作简单方便，承载力较好，但影响整体美观；2）暗牛腿连接：连接部分占据空间小，承载力良好，不影响整体美观，但对施工工艺要求较高；3）型钢暗牛腿连接：连接处采用混凝土包裹，仅使小面积牛腿暴露在外，一定程度上提高了承载力，最宜采用[7]。

2.1.4 钢筋机械连接

钢筋机械连接是一种借助钢筋端面良好的承压作用，使其与套筒等连接构件进行机械咬合从而实现钢筋连接的方式，可通过连接件传递轴向拉、压力，具有接头强度高、刚度大、无需湿作业、简便快捷的优点。

2.2 湿连接

2.2.1 灌浆套筒连接

灌浆套筒连接是指将两根钢筋从中空型套筒两端直接插入内部，无需搭接，继而通过从灌浆孔注入的灌浆料将两根钢筋有效连接。锚固钢筋与膨胀的灌浆料产生摩擦力，套筒连接件与外部混凝土也产生较强的粘结力，因此灌浆套筒连接能够有效传递钢筋应力。灌浆套筒按接头的形式又可以分为全灌浆套筒和半灌浆套筒，其中全灌浆套筒连接施工方便，允许出现施工偏差，在实际工程中应用更为广泛。

长期以来，研究人员对灌浆套筒技术做了大量试验，证明了此技术的高效性、可靠性，灌浆套筒连接技术也已经相当成熟，是装配式建筑施工现场钢筋连接的首选方式。

2.2.2 浆锚搭接

浆锚搭接的基本原理是在搭接区将钢筋分开并保持一段距离，同时分别与混凝土锚固，最后通过混凝土实现钢筋应力的传递，一般有两种连接形式。1）插入式预留孔灌浆钢筋连接：在预制构件上预留内壁粗糙的孔洞（注入灌浆料后增强其与周围混凝土粘结强度）并留有灌浆孔和排气孔，将连接构件预埋钢筋插入孔洞，注入灌浆料，完成钢筋连接；2）金属波纹管浆锚搭接连接：在预制构件中预埋金属波纹管，将连接件预埋钢筋插入金属波纹管中，最后注入灌浆料完成连接。

浆锚搭接的连接方式要满足现行规范的要求，连接钢筋搭接长度取锚固长度乘以修正系数后的值，对于受拉构件或者钢筋直径大于20 mm且直接受动力荷载构件的纵向钢筋不宜采用此连接方式[8]。

3 应用概况及其特点总结

3.1 干连接

螺栓连接常见于框架结构或组装墙板结构的低层建筑，对于施工技术要求较高，需注意后期维护；焊接连接常见于钢结构体系的高层建筑，施工技术要求高；牛腿连接主要用于框架结构的结构厂房，其抗震、承载力一般；机械连接常单纯地应用于钢筋连接。

3.2 湿连接

灌浆套筒连接适用于各种结构体系的高层建筑，其抗震、承载力优越，对于套筒的铸造工艺要求较高；浆锚搭接适用于高度小于3层或12 m的框架结构及二、三级抗震的剪力墙结构，其性能与灌浆套筒连接相似，但成本较之更低。

3.3 其他连接

刚吊架式连接、构件搭接、注胶套筒连接等应用较少，未得到广泛推广[9]。

4 结语

建筑行业逐渐朝着工业化、产业化转型，在有效提高装配式建筑装配率的同时，必须要保证建筑安全，其核心在于节点安全。实际工程应用中，为保证建筑质量安全，必须充分了解各种节点连接方式的优劣势及适用范围，选择最为合适的连接方式。当然，在充分了解各种连接方式的前提下，可以针对一些特殊体系、特殊情况对其进行改善。在“中建快速装配体系（PPEFF）”中，对于预应力梁柱节点采用了“预应力干式压着连接”[10]；东南大学的郭正兴[11]研究出一种“新型焊接半灌浆套筒连接”，该方式将焊接、套筒连接结合起来，通过保证焊接接头的性能将预制端和装配端有效焊接为一体，解决了因大直径钢筋的套筒需满足套筒最小锚固长度8 d的要求而导致套筒过长、施工困难的问题。

现阶段，各种节点连接方式都存在一定的局限性，都受到材料、技术的制约，例如框架节点处钢筋稠密，导致施工困难，连接技术还需要进一步研究。总的来看，我国装配式建筑技术较之国外还比较落后，行业规范、技术要求也还不够完善，国内的装配式建筑节点连接也多以湿连接为主[12]，但相信随着研究力度的加大，通过不断创新，节点连接方式终会跨过技术的鸿沟，进一步推动新型建筑方式的发展。