預(yù)制裝配式小部品異形柱結(jié)構(gòu)建造技術(shù)研究

徐朝輝　馬曉麗

【摘 要】本文對預(yù)制裝配式異形柱的概念、適用范圍、設(shè)計方法、連接節(jié)點連接方法進行了簡要的概括，并在以往研究的基礎(chǔ)上將原有的墻承重體系，改為柱承重體系，減輕了異形柱結(jié)構(gòu)體系的自重，擴大了該體系的使用范圍，由此提高了預(yù)制裝配式異形柱的經(jīng)濟性。

【關(guān)鍵詞】預(yù)制裝配式；異形柱；設(shè)計方法；結(jié)構(gòu)

0 概述

異形柱結(jié)構(gòu)體系介紹：異形柱結(jié)構(gòu)相較于普通框架結(jié)構(gòu)是一種新型的結(jié)構(gòu)體系，異形柱結(jié)構(gòu)是一種由L型，T型柱組成的異形結(jié)構(gòu)，與矩形框架柱支撐的處置構(gòu)件結(jié)構(gòu)是不同的。實際工程中的異形柱結(jié)構(gòu)多采用的為T型、L型、十字型，屬于框架結(jié)構(gòu)或框剪結(jié)構(gòu)體系。[1]

異形柱結(jié)構(gòu)具有諸多優(yōu)于同類框架結(jié)構(gòu)構(gòu)件的優(yōu)點：

1）L形，T形異形柱可以在建筑交叉口使用代替?zhèn)鹘y(tǒng)矩形柱，由于柱厚和墻壁厚度相同，在室內(nèi)可見范圍內(nèi)不會出現(xiàn)棱角影響空間平整性，因此在居民底層建筑物建造時使用L形、T形柱具有美觀實用，布局靈活，便于管線的室內(nèi)布置和室內(nèi)裝潢的開展。

2）在改進的異形柱機構(gòu)體系中，將由墻體承重改為異形柱體承受主要重量，因此異形柱結(jié)構(gòu)的墻壁厚度很大程度上減薄，大大增加了室內(nèi)使用面積，同時由于具有平整的工作面，對于墻體保溫填充材料要求較少，填充材料的就地取材降低能源消耗，具有較好的社會效益和經(jīng)濟效益。

3）異形柱結(jié)構(gòu)體系同樣的柱截面面積較矩形柱具有更大的結(jié)構(gòu)剛度，因此采用異形柱結(jié)構(gòu)體系具有更小的柱體截面面積，同時填充材料可以采用輕質(zhì)材料，因此，異形柱結(jié)構(gòu)的整體重量，與普通砌塊結(jié)構(gòu)相比減少了約60%，可以提高結(jié)構(gòu)的抗震能力。

4）有研究證明，異形柱結(jié)構(gòu)體系采用工業(yè)廢棄物作為粗骨料，可以配置出自重較小，而強度等級高于C20的輕質(zhì)混凝土，異形柱結(jié)構(gòu)采用此種輕質(zhì)混凝土，可以在滿足強度、剛度、穩(wěn)定性的情況下減輕結(jié)構(gòu)自重，由此實現(xiàn)工程設(shè)計中提高結(jié)構(gòu)承載和節(jié)約工程成本的目的。[2]

1 研究思路

多個不同形式的受力構(gòu)件組成了一個完整的建筑體系，而不同的構(gòu)件之間只有通過有效的連接，才能彼此支撐共同受力形成一個有機的統(tǒng)一整體。建筑結(jié)構(gòu)中不同構(gòu)件匯集的節(jié)點部位是一個力的轉(zhuǎn)換體。它可以將結(jié)構(gòu)中某一重要集中力分散為多個方向的作用力也可將多個方向的作用力匯集起來形成一個集中力。

為滿足現(xiàn)今社會對大空間及復(fù)雜功能的使用要求，本文擬將原有的墻承重體系，改為柱承重體系，對現(xiàn)有構(gòu)件進行優(yōu)化設(shè)計，研究新型三維構(gòu)件的結(jié)合部連接設(shè)計。本文將從預(yù)制裝配式異形柱結(jié)構(gòu)的連接方式進行簡要介紹，然后從柱—基礎(chǔ)連接節(jié)點的連接形式、柱—柱連接節(jié)點的連接形式、柱—梁連接節(jié)點的連接形式進行詳細的方法總結(jié)[2-3]。

2 部品連接部連接構(gòu)件的研究

2.1 預(yù)制裝配式異形柱結(jié)構(gòu)構(gòu)件連接方式

預(yù)制裝配式異形柱結(jié)構(gòu)構(gòu)件的連接方式具有多種分類方式，本部分內(nèi)容將從結(jié)合方法、施工方法兩個方面對其進行分類。

按照結(jié)合方法分類常用的有以下幾種[5]：

1）在構(gòu)件端部填充混凝土連接；

2）將構(gòu)件混凝土中錨固的鋼板或鋼筋焊接在一起進行連接；

3）在構(gòu)件混凝土中預(yù)埋孔洞或鋼制套管，插入鋼筋后填充灌裝材料進行連接。

按施工方法可分為三種接頭方式，第一種是濕接頭：預(yù)制構(gòu)件是靠預(yù)埋鋼板和現(xiàn)澆混凝土連接為整體的。第二種為干接頭：這類接頭的特點是不需要澆筑混凝土，避免了濕作業(yè)，一般采用焊接。第三種為預(yù)應(yīng)力接頭：用于梁柱接頭。梁與梁、梁與柱之間是靠梁端設(shè)置負彎矩筋產(chǎn)生預(yù)加應(yīng)力，使接頭連接為整體[4]。

2.2 柱—基礎(chǔ)連接節(jié)點的連接形式

對于矩形柱和基礎(chǔ)的連接方式有多種方式，經(jīng)常采用的有以下幾種：

1）杯型基礎(chǔ)：在基礎(chǔ)中提前預(yù)留杯口，在柱子下端提前做成階梯或錐形的杯形基礎(chǔ)。利用基礎(chǔ)的預(yù)留杯口，插入預(yù)制柱。

2）漿錨基礎(chǔ)：對于軸心受壓柱和小偏心受壓柱，可采用漿錨基礎(chǔ)。漿錨基礎(chǔ)是在基礎(chǔ)頂面預(yù)留漿錨孔，漿錨孔的直徑應(yīng)大于2.5倍的柱內(nèi)受力鋼筋的直徑，并且大于50mm。

3）短柱基礎(chǔ)：短柱式基礎(chǔ)是把基礎(chǔ)與柱同時澆筑，柱的長度應(yīng)高出地面800～1000mm。

同矩形柱相比，異形柱的形心難以確定，假如將異形柱連接到基礎(chǔ)，勢必會造成設(shè)計和施工不便，另一方面，由于基礎(chǔ)的多樣化，各類建筑基礎(chǔ)埋深往往不同，所以在梁與基礎(chǔ)形成一短異形柱，就抵抗力來說是極力不利的。因此，基礎(chǔ)梁頂面到基礎(chǔ)頂面設(shè)計為短柱，尺寸以各異形柱外包尺寸為依據(jù)設(shè)計。

當水平力較大的時候，對基礎(chǔ)梁下那部分有時不可避免出現(xiàn)的短柱，為提高其抗剪切的能力，需要在柱的側(cè)面各配置兩根剪刀形的鋼筋。[5]

2.3 柱—柱連接節(jié)點的連接形式

預(yù)制構(gòu)件之間的接合部是傳遞彎矩、軸向力和剪切等應(yīng)力的重要組成部分，這些部位的連接技術(shù)也是建成預(yù)制建筑物所必不可少的。預(yù)制裝配式異形柱連接節(jié)點的連接區(qū)域應(yīng)保證強度和變形的連續(xù)性。接合部的結(jié)合要素是為結(jié)合面、連接鋼筋和連接金屬件。在參考現(xiàn)有濕作業(yè)連接方法和國外干式連接方法的基礎(chǔ)上，本文提出類似于鋼結(jié)構(gòu)的連接方案的干式連接方法。在柱子的水平接合部，設(shè)計豎向荷載使用極限時剪力很小，對于接合部的彎曲軸向力，所以可保持與結(jié)合面附近截面相同的強度。接合部的柱主筋通過機械式接頭將上下柱構(gòu)件的鋼筋連在一起，所以不會發(fā)生粘結(jié)鋼筋拔出。

接合部的構(gòu)造思路如下：

1）借鑒鋼結(jié)構(gòu)的連接方式連接混凝土構(gòu)件；

2）豎向鋼筋插入下部柱子預(yù)留孔洞，保證豎向荷載的傳遞；

3）充分利用鋼材良好的變形性能，保證構(gòu)件良好的的延性；

4）轉(zhuǎn)角鋼板可以抵抗柱子所承受的部分水平荷載。

2.4 柱—梁連接節(jié)點的連接形式

一般的梁柱節(jié)點的連接類型，從建筑技術(shù)的角度，主要是干連接和濕連接兩個連接。干連接，即干作業(yè)連接模式操作，無需后澆混凝土或砂漿連接，但使用連接組件或者焊接。預(yù)制接頭形式的設(shè)計應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)的受力性能和施工條件，具有結(jié)構(gòu)簡單，傳力直接。設(shè)計應(yīng)使斷面接頭剛度和相鄰節(jié)點剛度接近。連接裝配整體式結(jié)構(gòu)，應(yīng)能保證結(jié)構(gòu)的完整性。濕連接，即連接使用濕作業(yè)連接，混凝土或砂漿在硬化的接合部和預(yù)制連接部結(jié)合，但剛性連接的濕作業(yè)結(jié)構(gòu)施工復(fù)雜，梁柱節(jié)點是難以保證施工質(zhì)量，在施工現(xiàn)場大量的緩慢的、耗時的、建設(shè)工作也大大削弱了濕式連接裝配式結(jié)構(gòu)其優(yōu)勢的發(fā)揮[6]。

3 展望

本文對預(yù)制裝配式異形柱的概念、適用范圍、設(shè)計方法、連接節(jié)點連接方法進行了簡要的概括，并在以往研究的基礎(chǔ)上將原有的墻承重體系，改為柱承重體系，減輕了異形柱結(jié)構(gòu)體系的自重，擴大了該體系的使用范圍，由此提高了預(yù)制裝配式異形柱的經(jīng)濟性，在后續(xù)工作中將加強對新型材料應(yīng)用到預(yù)制裝配式異形柱結(jié)構(gòu)中，將從以下兩個方向開展工作，對于梁—柱節(jié)點、梁—基礎(chǔ)節(jié)點濕式施工與高聚物混凝土相聯(lián)系，對于再生骨料混凝土在預(yù)制裝配式異形柱結(jié)構(gòu)的應(yīng)用的研究也要給與更高的權(quán)重。

【參考文獻】

[1]劉瓊，李向民，許清風.預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)研究與應(yīng)用現(xiàn)狀[J]. 施工技術(shù)，2014（22）.

[2]黃祥海.新型全預(yù)制裝配式混凝土框架節(jié)點的研究[D].東南大學， 2006.

[3]孔亞美.鋼筋混凝土裝配式結(jié)構(gòu)梁柱鋼板桶節(jié)點受力性能研究[D]. 武漢理工大學，2014.

[4]石帥，王海濤，王曉琪.預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用[J].施工技術(shù)，2014（15）.

[5]陳建偉，蘇幼坡.預(yù)制裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)及其連接技術(shù)[J].世界地震工程，2013（1）.

[6]吳函恒.鋼框架—預(yù)制混凝土抗側(cè)力墻裝配式結(jié)構(gòu)體系受力性能研究[D].長安大學，2014.

[責任編輯：侯天宇]