装配式混凝土结构节点连接技术研究

刘世祎 刘 锐 林昀晖 陈幸妤

Cement and concrete production 水泥与混凝土生产

装配式混凝土结构节点连接技术研究

刘世祎 刘 锐 林昀晖 陈幸妤

（福建江夏学院，福建 福州 350108）

本文总结了预制装配式混凝土结构梁、柱节点连接的主要形式。研究了干式连接和湿式连接的应用范围。对装配式混凝土结构的连接薄弱点的提升和造价有重要意义，为装配式混凝土结构的施工提供参考。

装配式建筑；关键节点；干连接；湿连接；BIM技术

0 引言

装配式建筑是指将传统施工方法中大量的现场工作转移到工厂，在工厂内加工制造建筑构件和配件（如地板，墙板，楼梯，阳台等），运输到施工现场，并通过可靠连接在现场组装安装的建筑。装配式建筑最早出现于19世纪末的欧洲[1]。20世纪初，预制混凝土技术传入美国。由于预制混凝土采用了工业化生产模式，顺应了美国等国家工业化批量生产的要求，预制混凝土在这些国家得到了推广应用。

从2015年开始，为推动装配式建筑发展，国家出台了多部装配式建筑的规划。《工业建筑评价标准》于2015年年底正式发布，并决定在2016年将装配式建筑向全国全面推广。住建部在2015年11月14日发布的《建筑产业现代化建设纲要》中规划，截止2020年，要实现新建建筑中建筑产业现代化建设的占比要达到20%以上；到2025年，要实现新建建筑中建筑产业现代化建设的占比达到30%以上，使装配式建筑建设取得突破性进展。

《国务院关于进一步加强城市规划建设管理工作的若干意见》于2016年2月发布，其中提到要因地制宜地发展装配式混凝土结构、钢结构和现代木结构等装配式建筑，力争在十年间，实现装配式建筑在新建建筑的面积占比达到30%。同年3月的政府工作报告中也指出，积极推广绿色建筑和建材，要求大力发展装配式建筑和钢结构的同时有效提高建设工程质量。2016年7月5日，住房和城乡建设部发布并公布了2016年度科技项目装配式建筑科技示范项目名单。2016年9月14日，国务院召开国务院常务会议，提出大力发展装配式建筑，促进产业结构调整升级。2016年9月27日，国务院发布《国务院办公厅关于大力发展装配式建筑的指导意见》，点明装配式建筑和钢结构的要大力发展的重点领域，以及未来装配式建筑与新建建筑的占比目标和重点发展城市。到2020年，全国装配式建筑占新建建筑比重达到15%以上，并将全国划分为“重点推广，积极推广，鼓励推广”三类地区，自上而下逐步推广。

图1 2015-2025年装配式建筑面积及装配式建筑占新建建筑面积比例测算

1 装配式结构节点

1.1 干式连接

干式连接是指在建筑拼装过程中，无需现浇混凝土，而采用螺栓连接，焊接连接，牛腿连接等方式进行连接。干连接在实际工程中具有施工简便快捷，稳定性好和承载力高等优点。[2]。

（1）螺栓连接；螺栓连接是通过螺栓紧固与预制构件的连接形式，常见的类型包括普通螺栓、高强度螺栓。优点是施工方便，缺点是螺栓的强度不宜过大，否则易造成结构中螺栓的过早疲劳破坏。

（2）焊接连接；即通过在混凝土构件中焊接埋设不同钢板连接件来实现连接。焊接连接的优点是焊接接头牢固、耐用、紧密。焊缝强度一般可达到母材强度的85%以上，甚至超过母材强度。组件之间的直接焊接不需要接头配件。结构简单，造价低，整洁美观，施工进度快，劳动强度小。

（3）牛腿连接；牛腿连接分为明牛腿和暗牛腿，明牛腿又可细分为明牛腿刚性连接和明牛腿铰接。明牛腿连接（图2）是采用预制圆柱形外露牛腿支撑横梁的连接方式。一般将梁下缘的预埋件与柱牛腿面上的预埋件或螺栓连接，根据梁柱节点的刚度和完整性形成铰接或刚性连接。施工安装更加方便，适用于横梁跨度较大的结构。暗牛腿是指牛腿在横梁高度范围内。安装横梁并在接缝处浇注混凝土后，牛腿在外观上已不复存在。室内视野干净整洁，特别适用于生产中要求清洁的多层厂房。

图2 牛腿连接

（4）钢筋的机械连接；钢筋的机械连接技术应用广泛。它采用机械咬合的方式将连接件有效地连接起来。在连接过程中，钢筋端面的承载作用保证了力的传递。目前，我国钢筋机械连接技术有多种形式，如:大直径螺纹钢筋机械连接（图3）、锥螺纹连接（图4）、镦粗直螺纹钢筋连接、冷挤压套筒连接、钢筋滚压直螺纹等。钢筋机械连接钢筋机械连接技术在施工中具有简单、方便、高效的优点。目前，钢筋机械连接技术已成为建筑工程钢筋连接技术的主要发展趋势。

图3 大直径螺纹钢筋机械连接

图4 锥螺纹钢筋机械连接

1.2 湿式连接

湿式连接方式是强连接方式的一种，预制构件被运送到施工现场，在现场通过现浇的连接方式，使得连接部分的强度高。地震通常使梁、柱等结构部件(预置塑性铰链)发生弹性变形，梁与梁之间的连接不受破坏。该结构在地震作用下分散了梁、柱结构的弹塑性变形所产生的能量，达到了与现浇框架相同或相近的抗震能力。梁的节点面积满足要求，装配式框架设计可参照混凝土结构设计标准。湿式连接主要包括灌浆连接和整体现浇连接[2]。

（1）灌浆套筒连接（图5）；该连接是指通过在钢筋中插入金属套筒以注入高强度、硬化快、微膨胀的水泥胶凝灌浆材料。通过套筒对灌水材料的约束作用，使钢筋表面和套筒内侧之间产生正作用力，钢筋与钢筋之间的应力传递通过钢筋粗糙带肋表面通过该结构产生的正作用力产生摩擦力而实现。[3]注浆套管连接是一种性能优良、成本低廉、施工便捷的新型钢管结构的连接，弥补了传统钢结构节点多方面和领域的不足。但其难度大，如果不能熟练掌握技术，则会导致灌浆失败[4]。

图5 灌浆套筒连接

（2）浆锚连接；浆锚连接是在预制构件中预留孔洞，钢筋之间的应力传递通过孔洞内外的间接搭接实现。该技术的关键在于孔洞的形成方法，注浆的质量和对搭接钢筋的约束。目前主要包括约束浆锚搭接和金属波纹管搭接两种方式，主要用于剪力墙中竖向分布钢筋（非主受力钢筋）的连接。浆锚连接技术以其安全可靠，造价低廉等优点，在建筑工程中得到了迅速的应用和发展。但该技术仍存在搭接长度长，承载能力低等缺点，此类原因造成的连接缺陷会影响构件的抗震性能，且现有施工人员技术水平不成熟，也会造成不必要的连接质量问题[5]。

2 总结

装配式建筑结构的整体性和受力性能很大程度取决于预制构件的连接形式，本文通过对不同连接形式的的适用性和经济性进行对比（如表1），总结得出以下结论：湿式连接通过现场浇筑的方式，可以保障连接节点有良好的延展性和整体性，但施工工艺较繁琐，工期较长。干式连接的节点在延展性和抗震性能方面不如湿式连接，但干式连接安装方便、工序简单、湿作业少，可以有效节省工作时间。

表1 连接节点适用性分析表

[1] 王传林.国内外装配式建筑发展及连接节点综述[J].城市住宅.2019.05.25: 132-135.

[2] 王凤.预制装配式梁柱节点干湿连接方法研究[J].居业.2020-6(2).84-85.

[3] 陈晓磊.装配式建筑灌浆套筒连接研究及发展现状[J].特种结构.2020-8（4）.61-67.

[4] 王红月.预制装配式建筑中的套筒灌浆连接技术分析[J].四川建材.2020-8（8）.83-86.

[5] 周金福.预制混凝土结构浆锚连接锚固性能综述[J].工业技术创新.2019-6（3）.103-106.

福建江夏学院大学生创新创业项目“装配式混凝土结构关键节点连接技术研究”（项目编号：S202013763075）。

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