装配式建筑构件的节点连接技术研究

秦成龙

（中国建筑第二工程局有限公司）

1 引言

装配式建筑具备节材、节能、建造效率高、社会经济效益突出等优势。该类型建筑首先在工厂预制若干建筑构件，其后将预制构件运输至施工现场并予以拼装。对比传统现浇钢筋混凝土建筑施工技术，装配式建筑施工技术操作简单且省去了大量的现场施工工作，进而有效缩短了施工周期、减少了施工耗材。在装配式建筑施工过程中，其预制构件的节点连接是一大难点，因而节点连接技术已经成为国内外学者的研究重点。依据施工工艺以及构造形式的不同，装配式建筑构件的节点连接技术可以划分为湿式连接技术以及干式连接技术。分析不同类型的装配式建筑构件的节点连接技术并予以对比，能提高装配式建筑构件节点连接的质量。

2 装配式建筑构件的节点连接技术

2.1 湿式连接技术

湿式连接技术是指在工厂生产建筑构件运至施工现场安装，并在建筑构件的节点部位现浇混凝土以完成构件之间的拼接，也将湿式连接技术划分为灌浆连接技术以及浆锚搭接技术等。

2.1.1 套筒灌浆连接技术

将预制构件的受力钢筋置于预埋套筒中，其后在套筒中灌注高强度灌浆料，进而实现构件间力的传递。在装配式建筑施工过程中，应将构件的操作空间、施工质量、施工效率等因素考虑在内。当使用机械连接和焊接连接等连接方式较为不便时，可以使用套筒灌浆连接技术，该技术一方面可以约束纵向受力钢筋，另一方面可以传递钢筋应力，在减少现场焊接工作量的同时，增加了预制构件重叠区域的总体刚度，也提高了预制构件连接部位的承载性能。

该技术可以运用于不同高度以及结构形式的装配式建筑构件，对比其他连接方式，套筒灌浆连接技术由于锚固长度较短，因此可以减少耗材。客观来看，套筒灌浆连接技术存在如下缺点：①该技术节点构造复杂，对精度要求较高，当钢筋存在错位现象时，极有可能导致整批构件的报废；②该技术节点的连接质量难以检验，且安装效率较低；③套筒的成本较高，致使造价高昂。

2.1.2 浆锚搭接技术

浆锚搭接技术即为在生产过程中，在预制构件中留设孔道，在拼装过程中将所需搭接的钢筋插入孔道中，进一步在孔道中灌注灌浆料以实现构件之间的连接。

1）基于螺旋箍筋约束的浆锚搭接技术

基于螺旋箍筋约束的浆锚搭接技术为国内自主研发型技术，在预制构件下部留设孔洞以及预埋钢筋，将孔洞内侧面加工为粗糙面，并利用螺旋箍筋将预埋钢筋以及孔洞绑扎以强化接头连接性能。在拼装过程中，将下部预制构件的预留钢筋插入孔洞，其后在孔洞中灌注灌浆料使得构件相互连接。

2）NPC 浆锚搭接技术

NPC 浆锚搭接技术（New Precast Concrete）来源于澳大利亚。在构件中留设金属波纹管孔道，在安装过程中，将下部构件的预留钢筋插入上部构件的留设孔道中并灌注灌浆料。

3）基于套筒约束的浆锚搭接技术

基于套筒约束的浆锚搭接技术是指在构件的钢筋搭接部位设置套筒，利用套筒加强连接部位强度，较少构件发生开裂的概率，该技术操作简便且经济合理。

4）基于墩头钢筋预留孔的浆锚搭接技术

基于墩头钢筋预留孔的浆锚搭接技术是在上部构件底部留设孔道，在下部构件顶部留设钢筋并将钢筋墩头。在拼装过程中将墩头钢筋插没进孔道中并灌注灌浆料。

由上述分析可以得知，浆锚搭接技术种类繁多，其中应用范围较广的技术为基于螺旋箍筋约束的浆锚搭接技术以及NPC 浆锚搭接技术，这两种技术广泛运用于低层以及多层结构建筑中，在高层结构中的运用有待论证。在技术优点方面，浆锚搭接技术操作简便，施工中仅需将钢筋插入孔道并予以灌浆，安装时工人的操作效率高。但是，生产时预制构件的预留钢筋与预留孔道需要对位，因此对于构件加工精度提出了较高的要求，同时由于搭接长度较长，造成了较大的钢筋消耗量。总体来看，在低层以及多层结构建筑中，浆锚搭接技术是一种可靠的连接技术，但是该技术在高层结构建筑中的运用有待开发和完善。

2.2 干式连接技术

干式连接技术是指在预制构件连接过程中不需要浇筑混凝土，直接将构件进行焊接或者螺栓连接，干式连接技术可以划分为螺栓连接技术、焊接连接技术以及牛腿连接技术等，该类技术原理简单、操作便捷、湿作业量小。

1）螺栓连接技术

在生产过程中，在预制构件边沿位置留设螺栓孔以及安装孔，在安装过程中将螺杆穿束进入相邻构件的螺栓孔中、安装垫片并用螺帽拧紧。值得注意的是，在加工过程中螺栓需要精准预制，在运输时，应妥善保管螺栓，确保其螺纹完好、表面洁净，以提高安装过程中的一次成型率。

从螺栓连接技术的优化层面来看，可以通过使用橡胶螺栓垫片、使用高强螺栓、运用预埋刚性构件等方式来强化螺栓连接节点的刚度、强度和稳定性，例如当使用高强螺栓连接预制构件时，可以使得预制构件连接节点的抗震性能大幅度提升，其功效近似于现浇连接节点。

2）焊接连接技术

焊接连接技术即为将相邻预制构件中的预埋件予以焊接。该技术在施工过程基本避免了湿作业，无需养护即可完成连接，施工时间较短、成本较低。但是，由于焊接连接的节点无明显的塑性铰区，因此在后续使用中，连接部位由于应力反复作用而发生脆性破坏，因此，焊接连接技术在抗震性能方面存在较大不足。

3）牛腿连接技术

牛腿连接技术原理简单、操作便捷，根据结构形式的不同，其可以划分为明牛腿连接技术和暗牛腿连接技术。对比来看，明牛腿连接技术虽然受力合理，但由于会影响建筑内部空间的使用和观感，因此在装配式建筑施工中运用较少；暗牛腿连接技术虽然保证了建筑内部空间的使用和观感，但由于牛腿的高度有限，在节点的抗剪强度欠佳，因此其使用也受到了限制。牛腿连接技术的优点是可以通过在矩形暗牛腿与梁和柱连接端布置相互嵌固的缺口槽，再通过螺栓板将预制梁和柱连接成整体的连接方式来攻克上述两种技术存在的不足，在提高节点强度、优化传力方式的同时，保证了结构的美观与建筑内部空间的完整。

3 装配式建筑构件节点连接技术的对比

在结构受力的角度来看，湿式连接技术诸如套筒灌浆和浆锚搭接技术可以确保预制构件连接节点具备一定的受力和变形能力，使得装配式建筑在延展性能和抗震性能方面较具优势。而干式连接技术则会导致连接节点的延展性能和抗震性能欠佳。从现场安装工艺的角度来看，套筒灌浆和浆锚搭接技术操作复杂且需要耗费较长的养护时间，螺栓和焊接等干式连接技术无需湿作业，且操作便捷，耗费的工时较短。从震后修复的角度来看，湿式连接节点在震后通常需进行二次浇筑实现恢复，修复工艺较为繁琐，干式连接节点在地震时，其塑性变形一般发生于梁柱连接部位，因此震后恢复较为简单，耗费的人力和工时较少。

4 装配式建筑构件节点连接的质量控制措施

4.1 设计阶段的质量控制措施

为保证装配式建筑构件节点连接质量，在设计阶段，应注意如下质量控制措施：

①设计师应充分考虑设计、预制、施工等各个环节的具体情况，并协同水暖、电气等技术人员共同设计，以确保预制构件孔道、预埋钢筋以及预埋件设计的准确性；

②考虑到预制构件在预制以及运输过程中极易损坏，因此在设计过程中因尽可能减少构件跨度，并尽量使得构件构造简单化，以简化后续的节点连接工艺；

③为了有效提高装配式建筑的抗渗性能，在设计过程中设计师可以将预制构件的连接部位设计为相互咬合的企口型，并适当在构件中留设减压空腔，还可以在预制构件的连接部位增设柔性垫片，进而使得在安装过程中，相邻预制构件可以紧密连接，最大化缩减构件接触面缝隙。

4.2 预制阶段的质量控制措施

在预制构件的生产阶段，应注意如下质量控制措施：

①在预制前应妥善检查水泥、钢筋、砂石、预埋孔道等原材料的质量，保证原材料的各项参数诸如钢筋抗拉性能、砂石粒径、水泥强度等达标。此外，还应妥善检查各类生产模具，一方面要确保模具的强度、刚度、稳定性达标，另一方面也要保证模具的尺寸以及规格符合预制构件的设计要求；

②应严格依据设计开展预制生产，确保预制构件的预埋件数量、尺寸、型号与位置准确、强度达标；

③应严格依规开展预制构件的吊装工作，在吊装过程中应严格控制预制构件的起重高度，一般来说，应该将装配式建筑高度、安全吊装高度、预制构件最大高度以及索具高度的总和作为其起重高度，同时要避免吊装作业损坏预制构件的预埋件；

④应妥善开展预制构件的成品保护工作，一方面应该依据构件特征选取适宜的堆放场，另一方面还应做到“下垫上盖”，避免预制构件受到外部环境的污染或在外力作用下发生变形及 损坏。

4.3 施工阶段的质量控制措施

在装配式建筑构件节点连接作业的施工阶段，应注意如下质量控制措施：

①在预制构件安装之前，应妥善开展构件边缘位置以及预埋件的测量复核，应使用测垂传感尺等有关测量机具以保证构件的尺寸以及垂直度达标，同时保证构件预埋件的数量、尺寸和位置准确，进而防止后续安装中出现过大 误差；

②在预制构件吊装过程中，应在构件安装位置的上方预先调整构件的角度以及方向，待调整到位后方可慢慢放下预制构件，以避免构件对位错误而导致构件连接部位钢筋的弯曲或断折；

③在预制构件放置在安装位置后应利用调斜支撑予以临时固定，再在调斜支撑的支撑下实施构件安装位置的复测，当发现构件安装位置存在较大误差时，应实施微调；

④当使用湿式连接技术时，在灌浆作业前，应妥善检测灌注浆液的强度、流动性等参数，待确保其参数达标后方可实施灌浆，同时，在灌浆之后应进行充分养护，以确保预制构件连接部位强度达标。

5 结语

对比传统现浇混凝土结构，装配式建筑可以有效优化工作条件、降低劳动强度、提高工作效率、提升施工节能和环保。现阶段关于装配式建筑构件节点连接技术的研究较少，因此应深化研究优化连接技术，攻克现有湿式连接技术以及干式连接技术存在的不足，突破装配式建筑的发展瓶颈，合理的采取有关质量控制措施，将装配式建筑构件节点连接作业中的质量隐患及安全隐患扼杀在摇篮中，将国内的装配式建筑施工水平提升到新高度。