试论装配式混凝土结构设计关键连接技术

侯斌

（山西八建集团有限公司，山西 太原 030024）

在20 世纪80 年代，装配式混凝土建筑结构开始盛行，但是到90 年代末进入发展瓶颈，这主要是因为：①越来越成熟的混凝土浇筑技术使施工成本不断减少，装配式混凝土建筑结构不再具备优越的经济效益；②混凝土结构的连接部位缺乏先进的连接技术，接缝渗水情况时有发生；③无法进一步提高装配式混凝土结构的抗震性。随着施工技术的不断进步，相关学者投入大量精力对装配式混凝土结构关键连接技术进行深入研究，使连接技术更加成熟与完善，促使装配式混凝土结构重新在建筑舞台上大放异彩。

1 钢筋连接技术

装配式混凝土结构的关键连接技术之一就是钢筋连接技术。在钢筋连接技术的支持下，不仅连接部位所承受的内力可以被顺利的传递，同时还能保证连接部位具有更好的恢复力与刚力。如今钢筋连接技术已经更加多元化，主要包括锚浆搭接、灌浆套筒连接、现浇带连接、角钢焊接、后张预应力连接以及叠合板式墙连接等。

1.1 灌浆套筒连接技术

灌浆套筒连接技术又分为全灌浆套筒和半灌浆套筒两种。全灌浆套筒就是将钢筋从套筒的两端穿入套筒内部，然后利用套筒内填充的高强度膨胀砂浆进行连接，全灌浆套筒在世界各地的建筑行业都有着广泛的应用；半灌浆套筒就是将上层钢筋以直螺纹的方式与套筒进行连接，然后将下层钢筋穿入套筒内，通过灌浆与上层钢筋相连接。灌浆套筒是套筒、钢筋和灌浆料的结合体，为了最大程度的保证连接效果，那么灌浆套筒的抗拉强度必须要满足连接技术对接头的规范要求，而且由于不同厂家灌浆料和套筒的实际参数不同，所以二者必须配套使用。

1.2 浆锚搭接技术

浆锚搭接技术主要包括约束浆锚搭接技术和浆锚间接搭接技术两种，在施工过程中需要将被连接的钢筋插入到相应的预留洞中，然后利用高压注浆的方法将钢筋搭接在一起。

1.2.1 约束锚浆搭接技术

约束锚浆搭接技术从本质上来说属于纵筋连接技术的一种，由于需要搭接的钢筋普遍较短，因此作用于中小直径钢筋连接时，可起到十分显著的搭接效果。

1.2.2 锚浆间接搭接技术

锚浆间接搭接技术也属于综筋连接技术的一种，但是在实际施工过程中需要预留较长的钢筋插入孔道，因此具有很大的施工难度。如果在装配式混凝土结构施工过程中规定采用锚浆搭接技术，那么技术人员必须对混凝土结构的适应性及力学性能进行科学的计算和验证。虽然如今在我国的建筑行业尚没有形成锚浆搭接技术的统一施工标准，因此在我国装配式混凝土结构施工中应用尚不广泛，在施工之前必须经过专家评估并取得配套的检验报告。

2 结合部位连接技术

装配式混凝土结构的设计理念与结构与现浇柱混凝土结构大致相同，设计人员一定要最大限度地保证现浇混凝土接合部位与预制构件能够可靠连接，最大限度保证结构安全。因此设计人员在设计连接节点时，必须保证结合部位的应力能够有效传递。

2.1 力学原理分析

为了实现对装配式混凝土结构构件的高效连接，施工人员就一定要保证结合部位所受到的应力能够有效进行传递，主要包括剪应力传递或者是压应力和剪应力的组合传递，如今通常使用的应力传递方式主要有设置抗剪键、销筋、依靠接触面进行压力传递以及剪切摩擦等四种。

在剪切应力与压应力的作用下，会对装配式混凝土结构构件产生破坏曲面，在极限范围内，结合面处的混凝土与现浇筑混凝土具有相同的性能，也就是能够通过接触面进行压力传递，极限公式为：τ=μσ。其中：μ-摩擦系数，依据结合面的粗糙度进行具体取值；τ-剪应力，σ 为压应力。在装配式混凝土结构工程中，装配式混凝土结构构件与现浇混凝土结构的结合面应具有一定粗糙度，施工人员可以采用拉毛与化学处理等方法手工完成粗糙面的制作。化学处理法就是在将化学药剂涂抹在模具表面，在除模作业后用水冲洗，即可形成粗糙的结合面。

如果有正交钢筋位于结合部位处，那么结合面的应力传递就需要利用剪切摩擦，剪应力传递公式为：τ=μefyAs。其中：μe-摩擦系数；fy-钢筋的屈服强度；As-钢筋面积。

抗剪键主要是利用结合面的凹凸处进行剪力传递，此时技术人员一定要保证抗剪件的倾角小于30°，如果角度大于30°，那么很容易导致倾斜面滑坡，抗剪键的剪切强度计算公式如下：Qsk=min（Q1，Q2）。其中：Q1-左侧抗剪键的承载力；Q2-右侧抗剪键的承载力。

如果边界钢筋不具备足够的粘结力，那么此时就不能够依靠剪切摩擦来传递剪应力，需要利用销筋来传递，而且为了最大限度地保护混凝土防护层的使用性能，避免其出现劈裂或剥离，在边界面附近箍筋一定要加密，并将纵筋用135°弯钩箍住。

2.2 结合部位分析

现浇混凝土与装配式混凝土结构的接合部位主要包括柱底水平接缝、梁端竖向接缝与叠合板水平接缝三种。

梁端竖向接缝处受剪承载力Vbu≤Vb1+Vb2+Vb3。其中：Vb1-销筋和剪切摩擦；Vb2-现浇筑混凝土抗剪力；Vb3-键槽的抗剪力。

柱底水平接缝处受剪承载力Vuc≤Vcl+μN。其中：Vcl-销筋和剪切摩擦；μN-传递的压力；N-连接面的轴力；μ-摩擦系数，取决于结合面的粗糙度。

叠合板水平接缝处受剪承载力Vfu≤Vf1+μN。其中：Vf1-桁架钢筋的抗剪作用。

3 预制墙板连接技术

在装配式混凝土结构中，通常会使用预制夹心保温外墙板对建筑进行防水保温。预制夹心保温外墙板又分为组合式和非组合式两种，但是在实际工程施工过程中，由于组合式墙板更容易导致裂缝的产生，因此大多采用非组合式墙板。

若想确保预制夹心保温外墙板能够与建筑结构紧密相连，就必须从受力角度具体分析外墙板的受力情况，并充分依托连接件的连接作用。连接件又分为柔性连接和刚性连接两类，刚性连接件通常作用于组合式墙板，有板状与筒状等类型；柔性连接件大多应用于非组合式墙板，有针式和棒式等类型。

由于非组合式墙板在我国装配式混凝土结构中有着十分广泛的应用，所以柔性连接件也有着大范围的应用，柔性连接件的承受剪力需要经过一系列的复杂计算。在垂直荷载V 的作用下，垂直荷载主要包括垂直地震、外业墙自重等，必须保证连接架承受相同的剪力，每个连接件所承受的剪力公式为Vi=V/N，此时的弹性位移公式为△=ViL3/（12nEI）。其中：Vi-连接件所受剪力；L-连接件长度；N-连接件的水平荷载。在建筑工程施工过程中通常认为每个连接件都承受近似相同的轴力，所以在计算每个连接件的轴力公式为Ni=N/n。如果连接件受到拉力作用拔出时，那么就会对混凝土造成一定的冲切破坏，如果假设破坏角度为45°，那么可计算出冲切承载力Nu=

其中：ft-混凝土抗拉强度设计值；h-连接件的埋入深度。

4 现浇连接技术

在高层建筑和一些复杂的建筑结构中，通常会采用现浇连接技术对装配式混凝土结构与建筑整体进行连接。具体的应用方法为：需要对钢筋进行绑扎处理然后浇筑混凝土使其连接，也就是需要在预制墙板中布设箍筋，利用箍筋产生的拉力将预制墙板进行连接，并通过浇铸科学配比的混凝土使其牢固连接在一起。现浇连接技术能够有效提高结构的连接稳定性，因此经常用于预制梁或预制柱等重要节点部位的连接，但是在连接过程中需要对连接部位进行长时间的养护，因此如果施工周期相对紧张，则不适宜采用现浇连接技术。

5 接缝防水技术

装配式混凝土建筑结构的安装质量在很大程度上取决于接缝的防水处理，预制外墙板的接缝处防水技术通常分为构造防水和材料防水两种。

材料防水，顾名思义就是利用材料的防水性能阻断水路，用来达到抗渗漏的目的，建筑工程在施工过程中通常会选择耐侯性密封胶作为密封材料，利用氯丁橡胶或三元乙丙橡胶作为防水密封胶条。

构造防水是指用特殊的构造形式将水阻断，用来达到防渗漏的目的。雨水能够侵入外墙板的因素有很多，例如重力作用、压力差和毛细管现象、风力作用等，针对这种现象，技术人员可以通过设置坡度、增加企口、加大腔体增设减压腔等方式进行构造防水。

综上所述，与传统的建筑工程施工相比，装配式建筑工程是对一些建筑工程所需要的构件进行工厂化的集中生产，然后运输到施工现场进行安装和拼接，而且在组装过程中可有效减少现浇混凝土的施工量，这可极大降低施工强度并且改善施工环境。如今装配式混凝土结构在我国建筑工程施工过程中有着十分广泛的应用，所以技术人员一定要对装配式混凝土结构关键连接技术进行深入分析，并能够结合工程的实际情况选择更加科学的连接手段，能够对各个连接节点进行精准的设计分析，并详细了解关键参数，科学计算节点承载力，最大限度地确保装配式混凝土结构的整体稳定性，促进我国建筑工程的健康发展。