裝配式結構及新型節點介紹

王明 武樂 舒宇 許浪 江東

【摘 要】裝配式結構憑借其建造工期短、產品質量高、能源消耗低、環境污染小等優勢，在建筑行業快速發展的今天，占據著越來越重要的地位。工業化裝配式鋼結構住宅產業化是發展我國全壽命綠色建筑、促進住宅產業化轉型升級、化解當前鋼鐵產能過剩的重大戰略需求。在裝配式結構中，節點的設計尤為重要，直接影響整體結構的性能。本文介紹了國內外裝配式結構的現狀，以及節點的設計方法和設計實例。

【Abstract】Due to its advantages of short construction period， high product quality， low energy consumption and small environmental pollution， the assembly structure occupies an increasingly important position in the present that the construction industry is developing rapidly. The industrialization of industrial prefabricated steel structure housing is a major strategic demand for developing green buildings in our country， it promotes the transformation and upgrades the housing industrialization， defuses the over capacity of steel. In the assembly structure， the node design is particularly important， which directly affects the overall structure of the performance. This paper introduces the current situation of assembly structure at home and abroad， as well as node design methods and design examples.

【關鍵詞】工業化； 受力性能； 裝配式鋼結構；新型裝配式節點

【Keywords】industrialization； force performance； prefabricated steel structure； new prefabricated node

【中圖分類號】TU375. 4 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2018）04-0179-02

1 研究背景和意義

傳統粗放型建筑業存在的主要問題是手鋪混凝土結構和人工操作。一是，建筑業消耗大量的能源和資源。二是建筑業勞動生產率低，建筑工業化水平低；三是中國的短壽命的建筑，房屋抗震性能差。

工業化住宅與傳統的磚混結構相比具有以下優點：房屋自重輕；抗震性能好；精度高、質量好；施工安裝簡單，周期短；建筑造型美觀；現場施工文明，基礎以上全是干式工法，沒有濕作業，建筑垃圾少，屬環保型建筑；適用于山區、邊遠地區以及地方建筑材料缺乏的地區；不需二次裝修，用戶可及時入住。

2011年8月18日，住房城鄉建設部正式公布了“建筑業”“第十二個五年”發展規劃，表明建筑鋼結構迎來新的發展機遇。

2013年1月1日，國務院辦公廳轉發住房和城鄉建設部、發改委2013 1號文件《綠色建筑行動計劃》，提出了促進公路建設產業化[2]的發展，促進了鋼結構大廈的發展和預制鋼筋混凝土結構體系。

在黨的十八大報告中，提出了“新型工業化道路”，推進了新建筑產業化。

二十一世紀，我國正不斷推進住宅產業化和建設產業化的發展道路。建筑技術創新裝配結構將成為世界建筑業技術發展的主流。

為實現建筑業的現代化，建立了全生命過程綠色建筑理念。鋼結構具有良好的機械性能，容易組裝，重量輕，強度高。這是最合適的建筑模塊化、標準化、工廠、裝配和現代化的，也是最容易實現的建筑工地的防火、無水、無塵，綠色建筑的概念[2]。目前，中國的粗鋼產量嚴重過剩的情況下，大力推廣鋼結構住宅可謂是一箭雙雕。

2 國內外裝配式住宅產業介紹

建筑領域會隨著裝配式建筑的發展產生巨大變革，現如今，隨著建筑工業化的加快，建筑施工中各部件的裝配和工廠化已成為各發達國家建筑產業現代化的重要標志。

住房城鄉建設部明確提出要在經濟適用房推廣使用鋼結構住房。但是，目前，99%的現有建筑物和95%的新建筑物屬于高能建筑。建筑能耗、建材生產和運輸能耗占社會總能耗的46.7%左右。造成這些問題的主要原因是工程質量不均勻、施工效率低、傳統建筑施工的因素較多。我國需要跟隨當前形勢進行一系列的改革[3]。

通過conxtech公司開發的新型裝配式鋼結構控制系統在美國是一個純鋼框架結構體系。目前，輕鋼結構裝配系統已廣泛應用于醫療、軍事、商務辦公、停車場和大型工業建筑的主體結構中。

作為美國最先進的裝配建筑，與傳統結構形式相比，框架結構體系具有許多優點：①成本和進度可預測性。②內部結構可有效地抵抗地震荷載、沖擊荷載作用下的連續倒塌，并滿足ATFP的要求。③框架結構中沒有剪力墻和支撐架，更便于樓板的布置。④可配置程度高。所有部件均為標準化生產，適用于任何結構，可隨時更換。⑤現場無需焊接，提高了施工效率，降低了人工成本和事故發生概率。⑥它比傳統建筑更綠。結構質量輕，施工效率高，二氧化碳排放量大幅度降低。⑦結構可以拆卸，結構部件可回收重復利用。

3 梁柱連接形式

美國鋼結構協會（AISC）允許應力設計規范（ASD）將梁柱連接分為三種類型：剛性連接、半剛性連接和柔性連接。剛性連接假定連接具有足夠的剛度，可以傳遞剪力和彎矩。

梁柱連接常用形式有：

①完全焊接：梁腹板和柱翼緣用角焊縫連接，柱翼緣和梁翼緣又采用全熔透的破口焊縫。

②栓焊混合連接：梁腹板和柱翼緣采用角鋼和高強螺栓連接，柱翼緣和梁翼緣又采用全熔透的破口焊縫。

③完全連接：梁腹板和柱翼緣采用角鋼和高強螺栓連接，柱翼緣和梁翼緣采用T型鋼和高強螺栓連接。

④螺栓和焊接連接：在柱板上的焊接中具有高強度螺栓連接的法蘭[4]。

在這些連接中，焊接螺栓連接是鋼框架的連接形式，被廣泛應用，在螺栓緊固后安裝高強度螺栓。

3.1 梁柱塑性承載能力設計規定

當鋼梁破壞后，鋼柱進入整體截面塑性時仍處于彈塑性或彈性狀態，即強柱弱梁原理。梁柱節點和上、下兩端左右的全塑承載力滿足下列要求：

對于等截面梁：∑Wpc（fpc-N/Ac）≥η∑Wpcfyb

其中Wpc：交匯于節點柱的塑性截面模量；

Wpd：交匯于節點梁的塑性截面模量；

fyc：柱的鋼材屈曲強度；

fyb：梁的鋼材屈曲強度；

N：地震組合軸力；

Ac：交流截面面積：框架柱；

η：強柱系數，一級取1.15，二級取1.1，三級取1.05。

4 展望

英國已經建造出 3D 打印的工業化模式房屋，建造機器人技術、自動化技術和工業化技術正在全球建筑領域刮起風暴，智能化設計、加工制作、施工與物業管理技術正在與智慧城市建設和管理相融合。在這方面我國還有很大的進步空間[5]。

另外，還對圓筒板厚度、翼板厚度和螺旋模型的類型作了進一步的研究。將焊縫缺陷、殘余應力對節點受力性能的影響也考慮進去。為了進一步研究新型預應力結構的抗震性能，需要更多的實驗研究人員進行試驗設計和理論分析，以提供一個完整的理論基礎。

【參考文獻】

【1】武春麗. 住房城鄉建設部調研建筑產業現代化——易軍鼓勵龍頭企業帶頭轉變生產方式[J].建筑設計管理，2015（5）：41-41.

【2】張愛林.工業化裝配式高層鋼結構體系創新、標準規范編制及產業化關鍵問題 [J].工業建筑，2014（08）：1-6+38.

【3】張愛林.工業化裝配式高層鋼結構體系創新研究（一）[N].中國建設報，2015-01-12008.

【4】 張愛林. 工業化裝配式高層鋼結構體系創新研究（二）[N].中國建設報，2015-01-26008.

【5】弓曉蕓，嚴虹.國外工業化鋼結構住宅應用探討[J].工業建筑，2001，31（08）：17-19.