新型裝配式混凝土框架結構節點設計探索研究

余小燕 蔣華

摘 要：裝配式混凝土框架結構梁柱連接的方式制約了裝配式混凝土框架結構的發展。本文研究的新型裝配式混凝土框架結構節點借鑒了鋼結構節點連接方式，給混凝土的梁縱向受力鋼筋設“翼緣板”，然后用螺栓連接“翼緣板”從而大大簡化了梁受力鋼筋的連接問題。

關鍵詞：裝配式混凝土框架結構；螺栓連接；連接板

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.07.103

0 前言

裝配式建筑通過工廠標準化批量生產部件，工地拼裝的模式創造建筑，顯著地減少工地濕作業，在減少城市噪音和污染，提高生產效率方面有著顯著的前景優勢。近幾年我國裝配式建筑的發展得到政府的大力支持。然而從實施裝配式的工地施工情況來看，傳統的施工方式粗放，混凝土預制構件笨重，對準安裝精度難以滿足裝配式建筑施工要求，從而施工效率不高。

1 當前裝配式鋼筋混凝土框架結構的發展狀況

自2013年國務院辦公廳2013[1]號文件《綠色建筑行動方案》，明確將“推廣建筑工業化，發展綠色建筑”列為重要任務以來我國裝配式建筑得到快速發展，尤其是裝配式剪力墻結構已經在高層建筑中有一定的發展，然而在普通多層建筑中發展卻不盡如人意。

普通多層建筑物傳統的結構方案以框架為主。而框架結構做裝配式存在以下難點：（1）做鋼結構可以很好的實現裝配式，但造價高；（2）做混凝土框架標準件數量不多，批量生產的產量不大，廠家難以盈利；（3）施工要求精度高，節點體積大，重量大，吊裝就位難。雖然早在1992年我國就出版了《鋼筋混凝土裝配整體式框架節點與連接設計規程》，但在為數不多的裝配式框架結構項目中構件受力鋼筋的連接對準依然困難，嚴重影響了施工進度。在這樣的情況下，培養專業的施工班組，對框架結構中鋼筋連接方式做改進，以提升容錯率，提高裝配效率，有助于加速裝配式鋼筋混凝土框架結構的發展。

2 提出新型裝配式框架節點的方案，并探討可行性

裝配式混凝土框架的做法分為節點預制和節點現澆兩種。節點預制法是將受力復雜鋼筋密集的節點預制，保障了節點的質量，但要兼顧各個方向梁柱鋼筋同時對準，施工難度大；除此之外，一根框梁就需要有兩個后澆連接處，一根柱子也要兩個后澆連接處。后澆節點多對現場的施工也造成較大的影響。節點現澆是將梁柱構件預制，留出節點區域在工地現場后澆，優點是后澆節點減少，但在核心區受力鋼筋密集，難以有效對準連接。本文探討的是在節點現澆時，提升梁縱向受力鋼筋容錯率的新型連接方法。

顯然鋼結構建筑物在裝配式生產和施工方面有著得天獨厚的優勢。結構輕且連接簡便可靠，缺點是易失穩。而混凝土框架節點連接的難點就在鋼筋對準和傳力上。本次縱向受力筋連接設計就是將鋼結構節點連接的方式引入到混凝土結構中，并做試驗驗證可行性。

從普通混凝土構件中受力鋼筋的分布不難看出柱的鋼筋圍繞截面周邊布設，梁的鋼筋主要集中在梁截面的上部和下部。與鋼結構中構件受力翼緣的分布位置相同，而鋼柱和鋼梁翼緣都是連續的。鋼結構構件是借助節點板和螺栓實現節點連接。如果將混凝土結構中鋼筋受力有效傳遞給“翼緣板”，那么受力“翼緣板”自然可以用螺栓連接。同類建筑相比混凝土構件自重較鋼結構建筑大。后澆節點必需傳遞較大的由自重帶來的荷載效應。而鋼構件通常比較輕薄易失穩。但當輕薄鋼節點被混凝土點包裹起來對節點板形成一個牢固的約束，必然會大大提高節點板的承載力。如框架結構中，受力鋼筋的錨板錨固就是鋼筋借助鋼板將荷載傳遞給混凝土的實例。

由此初步擬定將梁受力鋼筋端部焊接在鋼板上，在鋼板上開孔，將鋼筋與鋼筋之間的對準連接轉換成兩塊鋼板之間的螺栓連接。螺栓孔采用長圓孔，將會提高節點的容錯率。

3 新型框架節點縱向鋼筋連接的試驗

根據上述思路方案設計試驗模型。試驗模型立面圖如圖1所示，為平面框架內中間柱與梁之間連接的節點。中間柱為CD，橫梁AB。CD柱截面尺寸400x400，橫梁截面250x450。梁上部配置3根直徑20的二級鋼筋，下部兩根直徑20 的二級鋼筋。箍筋為直徑8的二級鋼筋。柱配置8根直徑22的二級鋼筋。梁縱向鋼筋在梁柱連接處借助連接鋼板，采用8.8級M20高強螺栓摩擦型連接。試驗模型加載如圖2所示。鋼板和鋼筋及開孔狀況如圖3所示。

應變片的分布簡述。在節點板長邊側頂和底連接縫處設置應變片，在節點板短邊側縫上下設置應變片，梁和柱縱向鋼筋順鋼筋長向設置應變片。

加載方案簡述。通過螺旋式千斤頂手動加載荷重顯示儀顯示荷載，每次加載10kN左右，然后靜置10分鐘，此時應變顯示儀應變數據趨于平穩，記載對應的應變值。

4 試驗結果及分析

由于試驗條件的限制，試驗未能進行到節點破壞階段。但從記錄的試驗數據顯示荷載在38kN逐級變化到66kN時，受拉側節點三個關鍵位置處鋼筋應變增量為18με，節點板短邊側縫應變上182με，下-148με，平均18με，節點板底上應變285με，下應變-227με，平均29με。從試驗數據來看彎矩作用下節點位置處，鋼筋的應變<節點板短邊側（上，下）應變<節點板長邊側（頂，底）應變。節點板拼縫處應變增量大于鋼筋應變增量。從試驗過程來看，節點板長邊頂和底應變顯著大于受力鋼筋的原因，可能是兩個連接板之間螺栓沒有實現摩擦型連接造成。由此可以推測，當節點螺栓采用摩擦型連接，減小連接板和螺栓之間的變形，將使傳力更加有效。

當只是單側加載時，對側鋼筋應變和節點板上的應變均有增量，且應變增量均小于加載側鋼筋應變增量。

這樣的節點對鋼筋對準要求低，容錯率高，能滿足普通的傳力需求，且對螺栓孔對準精度不高。可以在彎矩不大的的普通截面梁中使用。

本文依托于湖北省教育廳科研計劃項目“裝配式混凝土建筑節點設計研究 ”，項目編號：B2017359

作者簡介：余小燕（1977-），女，湖北黃岡人，碩士研究生，工程師，研究方向：裝配式混凝土建筑節點設計研究。