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装配式结构的节点到底是啥样的?

时间:2018-07-23 20:22:45  来源:土木吧  作者:郭正兴
 

框架结构由梁和柱以刚接或铰接的形式相连而成,梁、柱单元相对于墙单元,更加易于模数化、标准化和定型化,有利于采用统一性的模具在工厂进行流水化制造;同时装配式混凝土框架结构空间布置更加灵活,构件连接形式多样,有利于在现场进行机械化高效率的吊装。可以说,装配式混凝土框架结构在建筑工业化进程中,具有得天独厚的推广应用优势,广泛应用于学校、医院、办公写字楼等公共建筑和民用住宅建筑中。

 

由于我国结构设计和施工的特点和习惯,目前大范围推广建造的装配式混凝土框架结构主要是采用叠合现浇方式进行连接的装配式整体式混凝土框架,主要构件有预制梁、预制柱、预制外挂墙板、预制内墙隔板、预制楼板、预制阳台板、预制空调板、预制楼梯等。装配整体式混凝土框架结构楼板与装配式整体式混凝土剪力墙结构一样采用预制混凝土叠合板,预制阳台板、预制空调板、预制楼梯等非结构构件也与装配整体式混凝土剪力墙结构中相应的构件相似。

 

相对于装配式混凝土剪力墙结构,装配式混凝土框架结构构件形式更加规则,连接形式却更加多样化。

 

l、结构性节点

 

装配式混凝土框架结构中的结构性节点主要有柱-柱连接、梁-柱连接、主-次梁连接节点。

 

(1)柱-柱连接

 

装配式混凝土框架结构中,预制柱之间的连接往往关系到整体结构的抗震性能和结构抗倒塌能力,是框架结构在地震荷载作用下的最后一道防线,及其重要。预制柱之间的连接常采用灌浆套筒连接的方式实现,灌浆套筒预埋与上部预制柱的底部(见图1(a)),下部预制柱的钢筋伸出楼板现浇层之上,预留长度保证钢筋在灌浆套筒内的锚固长度加上预制柱下拼缝的宽度。现场安装时,通过“定位钢板”等装置固定下部伸出钢筋,使得下部伸出钢筋与上部预制柱的套筒位置一一对应,如图1(b)所示。待楼层现浇混凝土浇筑、养护完毕后,吊装上部预制柱,下部钢筋伸入上部预制柱的灌浆套筒内,预制柱经过临时调整和固定后,进行灌浆作业。预制柱可以制作成方柱或圆柱等多种形式,采用灌浆套筒的柱-柱连接均可以实现较好的连接效果,如图1(c)和(d)所示。

 

由于灌浆套筒直径大于相应规格的钢筋直径,为了保证混凝土保护层的厚度,预制柱的纵向钢筋相对于普通混凝土柱往往略向柱截面中间靠近,使得有效截面高度略小于同规格的普通混凝土柱,在预制柱计算和设计时,需要额外注意。柱脚的灌浆套筒预埋区域形成了“刚域”,该处实际截面承载力强于上部非“刚域”部位,在地震荷载下,容易导致“刚域”上部混凝土压碎破坏,故在灌浆套筒上部不高于50mm的范围内必须要设置一道钢筋,提高此处混凝土的横向约束能力,加强此处的结构性能。

 

(a)套筒预埋于柱脚

 

(b)下部锚固钢筋定位钢板固定

 

(c)方柱套筒连接

 

(d)圆柱套筒连接

图1 装配整体式混凝土框架预制柱连接示例

 

(2)梁-柱连接

 

装配式混凝土框架结构体系中,预制梁-柱连接节点对结构性能如承载能力、结构刚度、抗震性能等往往起到决定性的作用,同时深远影响着预制混凝土框架结构的施工可行性和建造方式,故而装配式混凝土框架的结构形式往往决定于预制梁-柱连接节点的形式。

 

预制梁-柱连接的形式多种多样,目前我国普遍常用的连接主要是节点区现浇的“湿”连接形式。根据预制梁底部钢筋连接方式不同,分为预制梁底筋锚固连接和附加钢筋搭接连接。前者连接中,预制梁底外伸的纵向钢筋直接伸入节点核心区位置进行锚固,这种节点必须有效保证下部纵筋的锚固性能,一般做法是将锚固钢筋端部弯折形成弯钩或者在钢筋端部增设锚固端头来保证锚固质量和减少锚固长度,如图2所示。

 

(a)钢筋锚固端板锚固连接

 

(b)钢筋弯钩锚固连接

图2 预制梁底筋锚固式梁-柱连接示例

 

采用该连接的预制梁下部纵筋往往不伸入节点核心区,而是通过伸入或者跨过节点核心区的附加钢筋与梁端伸出的钢筋进行搭接,再后浇混凝土形成整体结构。该连接形式最常见的做法是预制梁端部预留一小段U形薄壁键槽,梁底纵筋在键槽端部截断,附加钢筋贯穿节点核心区,并置于键槽内,如图3所示。

 

图3 附加钢筋搭接连接式梁-柱连接示例

 

3) 主-次梁连接

 

我国常规民用建筑结构中,多采用主、次梁来支撑楼本及承受楼板荷载,故“等同现浇”的装配式混凝土框架结构中也大量存在着预制主-次梁的连接。预制次梁也采用叠合现浇形式,次梁上部受力纵向钢筋在现场绑扎到位后,与楼板上部钢筋一同被浇筑于后浇层内。

 

预制主-次梁连接节点常采用整浇式或者搁置式连接形式。多数整浇式预制主-次梁连接中,预制主梁中部预留现浇区段,底筋连续,预制次梁底筋伸出端面,伸入预制主梁空缺区段内,再后浇混凝土形成整体连接,如图4(a)所示。由于预制主梁中部预留缺口,增加预制和吊装难度,故也可设置预制主梁不留缺口的整浇主-次梁连接。该连接在主梁的连接位置处设置抗剪钢板,同时预留与次梁下部钢筋连接的短钢筋,预制次梁吊装到位后,下部伸出钢筋与主梁的预留短钢筋通过灌浆套筒进行连接,如图4(b)所示。整浇式预制主-次梁连接将预制次梁下部纵向受力钢筋通过一定的方式与预制主梁下部进行了整体连接,形成类似“刚接”的形式,更加接近于现浇混凝土结构的做法,连接整体性较好,但增加了主梁面外受扭作用,且提高了建造成本。

 

a)主梁预留缺口连接

 

(b)主梁无缺口连接

图4 整浇式预制主-次梁连接示例

 

搁置式预制主-次梁连接则往往不连接下部次梁钢筋,仅在次梁端部设置突出台阶或者“扁担”钢板,搁置于预制主梁预留的小型缺口上,如图5所示。该连接满足在预制次梁受剪承载力的情况下,形成了“铰接”节点,更加符合一般结构计算假定。

 

(a)突出台阶式搁置连接

 

(b)“扁担”钢板式搁置连接

图5 搁置式预制主-次梁连接示例

 

非结构性节点

 

框架结构主要的荷载由梁、柱、楼板承担,墙构件主要起到围护、装饰、分隔、保温、隔音、防火等建筑功能,往往对主结构的整体结构性能和抗震性能影响较小。一般情况下,可认为装配式混凝土框架结构中的墙构件与主结构的连接为非结构性节点,根据墙板的类型不同,主要分为外挂墙板连接以及填充墙与结构连接。

 

(1)外挂墙板连接

 

框架结构在地震荷载作用下,会发生相应的变形,外挂墙板作为装配式混凝土框架结构的围护结构,一般不作为结构性构件考虑,以减少外挂墙板对主结构受力和变形的影响。从外挂墙板适应主结构在侧向荷载作用下变形的类型不同,可分为转动式、平动式和固定式。根据连接形式不同,又可分为点挂式、线挂式和点线结合式。

 

预制外挂墙板在合适位置处设置金属制预埋件,仅依靠预埋金属件通过螺栓或者焊接于主结构相连,呈“点式”连接,如图6(a)所示。这种连接方式允许外挂墙板在主结构建造完成后进行安装施工,属于“后挂法”,不影响主结构的施工进度,安装较为灵活,但预埋金属件往往突出楼板,影响了建筑使用。采用线挂式连接的外挂墙板往往在上部预留伸出钢筋,如图6(b)所示。现场安装时,预留钢筋深入楼板或者框架梁的后浇区域,通过预留钢筋和后浇混凝土实现外挂墙板与主结构的“湿连接”,连接性能可靠,整体性较好,但需要与主结构楼层同时安装,施工步骤较为固定。点挂式和线挂式相结合,即形成了点线结合的连接方式,如图6(c)所示。采用该种形式连接的外挂墙板分布式地预留分布钢筋,同时保留预埋金属件;现场安装时,主结构相对应位置处预留局部后浇区,墙板首先通过预埋金属件进行固定,预留钢筋伸入局部后浇区,再对该区域浇筑混凝土,完成整体连接;该连接具有点挂式连接的“后安装”特点,同时局部“湿连接”保证了较好的整体性,但墙板安装步骤略繁琐。

 

(a)点挂式

 

(b)线挂式墙板

 

(c)点线结合

图6 外挂墙板连接示例

 

(2)填充墙与结构连接

 

填充墙板材自重轻,对结构整体刚度影响较小,其与主体结构连接也较为简单,主要在墙与主结构之间的缝隙中填充砂浆,并且间隔布置接缝钢筋或者小型齿块等抗剪件,保证填充墙板与主结构的连接具有一定的强度,如图7(a)所示。填充墙往往在楼层主体结构施工完成后进行安装,近年来,部分企业自主创新,形成了一种“先填充墙后框架梁”的吊装工法。在该工法中,首先吊装填充墙板,然后吊装预制梁,预制梁底部形成“凹”形,将填充墙板“夹”在预制梁底部,如图7(b)所示。

 

(a)接缝钢筋

 

(b)“先填充墙后框架梁”工法连接

图7 填充墙与结构连接示例


 
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