大都市高層建筑壓接工法應用研究

崔建宇

(大連民族大學 土木工程學院，遼寧 大連 116605)

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大都市高層建筑壓接工法應用研究

崔建宇

(大連民族大學 土木工程學院，遼寧 大連 116605)

摘要：從都市預制混凝土壓接工法的研究背景、抗震特性、設計焦點等方面分析了這一新體系的發展現狀。分析表明，新結構體系具有非常好的地震大變形吸收能力及地震大變形后的恢復能力，表現了良好的抗震性能及耐久性。在建筑結構抗震設計中應重視對這一新體系的普及應用。

關鍵詞：高層建筑；預制混凝土；預應力混凝土；壓接工法；抗震性能

不論是從城市重要性還是從發展戰略角度出發，提高大都市建筑結構抗震等級、提倡綠色建筑理念是當今結構設計的首要任務[1-5]。不受天氣影響，裝配式預應力結構的梁、柱、剪力墻、陽臺等構件在工廠統一材料管理、鋼筋配置及建模管理下實現混凝土澆灌，實現統一恒溫恒濕條件下混凝土養護，混凝土品質得到充分保證。由于現場混凝土澆注量大幅縮小，現澆支模材料和工序被大幅度壓縮，現場澆注對周圍環境的噪音影響也被大幅度降低。當需要拆除建筑時，通過解除構件間壓接力還可以實現構件二次利用。本文通過對該系統技術特點的分析介紹，為該體系在我國的發展和研究提供參考。

1新工法的背景和基本概念

在大都市建筑密集區，為了減少混凝土現澆用模板存放所需空間、支模及拆模造成的人力物力浪費以及混凝土運送及澆注造成的對周圍環境的不利影響，預制件壓接法的研究應用在國外取得了長足發展[6-8]。從結構抗震角度出發，該結構在吸收地震變形方面優于普通現澆結構，且整體性與普通結構基本相同,結構構件拆分組合圖如圖1。所謂的“裝配件壓接工法”就是由工廠加工的梁柱預制件或梁柱預應力預制件搬運到現場，將支撐鋼管等件臨時拼裝定位后，通過鋼絞線(梁或剪力墻)及預應力鋼棒(柱)的張拉擠壓形成的整體結構體系。鋼絞線張拉時以一次張拉為主。鋼絞線最大張拉強度一般為0.85 Py。該規定的主要目的是：(1)充分利用鋼絞線材料的抗拉強度；(2)保證中小型地震時鋼絞線仍保持在彈性范圍內；(3)兩者要同時兼顧。

圖1　結構構件拆分組合圖

圖2　預留鋼筋及中空預制件示意圖

2新工法的技術特點

構件間連接節點及梁柱構件斷面詳細如圖2。圖中灰色部分為預制混凝土，白色部分為現澆混凝土，預制件露出鋼筋與現澆混凝土形成整體性。圖中上下柱主筋由機械套連接，預制混凝土構件內表面作成人工粗糙面、梁端部做成凹凸形狀與現澆混凝土形成咬合機制增加兩種混凝土整體性。

裝配件壓接工法的關鍵是如何使其整體性不遜于現澆混凝土結構。國外在設計應用中主要通過節點處理和壓接兩個設計環節加以控制。

2.1節點設計環節

(1)梁彎壓區預制柱與預制梁接觸面間的摩擦抵抗機制如圖3[9]。

(1)

(2)樓板現澆層與預制部分結合的抗剪設計。

(2)

(3)預留鋼筋銷拴作用的抗剪強度。

(3)

式中,adowel為鋼筋截面面積。

(4)梁端咬合機制抗剪強度

(4)

(5)

(6)

梁端咬合機制如圖4，Vs、Vc分別為梁端咬合機制沿混凝土剪切方向的抗剪強度和垂直于剪切方向的抗壓強度；As、Ac分別為咬合機制凹凸面兩方向剪切面面積。

圖3　梁彎壓摩擦機制

圖4　梁端咬合機制

(5)機械套性能要求

反復拉伸試驗結果如圖5，在滿足機械套拉伸強度大于縱向鋼筋屈服強度的同時，縱筋第二次及第五次屈服卸載后相對機械套的滑移量要求分別小于0.3mm和0.9mm。

圖5　構件縱筋間機械套連接及張拉試驗結果

2.2壓接設計環節

壓接工法節點預應力筋配置詳圖及錨具詳圖如圖6、圖7。梁柱節點外側配置預應力錨具，通過拉伸固定鋼絞線形成擠壓力使預制梁柱構件形成整體性。

圖6　預應力壓接工法配筋詳圖

圖7　預應力錨具詳圖

反復水平地震荷載-位移滯回曲線如圖8。圖中對反復水平地震荷載-位移作用下預制混凝土壓接框架與現澆混凝土結構的滯回曲線進行了對比。與普通鋼筋混凝土結構相比，預制混凝土壓接框架的殘留塑性變形大幅減少，原點指向型滯回曲線表明其地震變形吸收能力要遠高于普通結構。

圖8　混凝土框架水平地震荷載-位移滯回曲線

反復荷載作用下框架變形量計算是非彈性階段結構抗震設計的重要組成部分。其中代表框架非線性吸收地震能特性的阻尼系數heq是其中的關鍵所在。最新研究成果表明，該系數受普通鋼筋提供抗彎強度貢獻率影響很大，且與實驗值吻合性較好[10]。其中

(7)

(8)

式中，Mur、Mu分別為普通鋼筋提供的梁抗彎強度、梁總抗彎強度。

針對鋼筋混凝土結構(RC)與預制結構(PC)能力設計結果的比較如圖9。其中反應譜和能力譜交點分別代表鋼筋混凝土和壓接預制結構極限能力點。水平坐標方向二者差異表明：進入塑性階段壓接結構變形能力優于普通混凝土結構。壓接工法現場實例如圖10。

圖9　反應譜中二種結構非線性變形能力比較

圖10　預制件壓接工法實例

3結語

預制件壓接工法是近十年國外逐漸發展成熟的建筑結構體系。中國雖然在橋梁預應力結構開發應用使用該工法較多，在建筑領域從結構整體性研究和提高施工精度方面有待進一步開發積累，本研究針對關鍵領域的關鍵設計環節提供一定理論數據以供參考。

參考文獻：

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(責任編輯王楠楠)

Application Research on Metropolitan High-rise Building Compression Construction Method

CUI Jian-yu

(School of Civil Engineering, Dalian Minzu University, Dalian Liaoning 116605, China)

Abstract:Development tendency of the metropolitan precast concrete compression construction method was introduced and analyzed from its research background, seismic performance, design point and etc. The analysis results showed that the new system could provide excellent performance of severe earthquake deformation dissipation and still maintain linear characteristics after severe earthquake, which also showed the good earthquake resistance performance and durability. Our country should emphasized on the popularity and application of this new system in the structural earthquake resistance design.

Key words:high-rise building; precast concrete; prestressed concrete; compression construction method; seismic performance

收稿日期：2015-07-01；最后修回日期：2016-04-08

基金項目：中央高?；究蒲袠I務費專項資金資助項目(DC120101094)。

作者簡介：崔建宇(1967-)，男，遼寧大連人，副教授，博士，主要從事混凝土結構、抗震性能研究。

文章編號：2096-1383(2016)03-0246-03

中圖分類號：TU378.8

文獻標志碼：A