試論裝配式混凝土結構設計關鍵連接技術

侯斌

（山西八建集團有限公司，山西 太原 030024）

在20 世紀80 年代，裝配式混凝土建筑結構開始盛行，但是到90 年代末進入發展瓶頸，這主要是因為：①越來越成熟的混凝土澆筑技術使施工成本不斷減少，裝配式混凝土建筑結構不再具備優越的經濟效益；②混凝土結構的連接部位缺乏先進的連接技術，接縫滲水情況時有發生；③無法進一步提高裝配式混凝土結構的抗震性。隨著施工技術的不斷進步，相關學者投入大量精力對裝配式混凝土結構關鍵連接技術進行深入研究，使連接技術更加成熟與完善，促使裝配式混凝土結構重新在建筑舞臺上大放異彩。

1 鋼筋連接技術

裝配式混凝土結構的關鍵連接技術之一就是鋼筋連接技術。在鋼筋連接技術的支持下，不僅連接部位所承受的內力可以被順利的傳遞，同時還能保證連接部位具有更好的恢復力與剛力。如今鋼筋連接技術已經更加多元化，主要包括錨漿搭接、灌漿套筒連接、現澆帶連接、角鋼焊接、后張預應力連接以及疊合板式墻連接等。

1.1 灌漿套筒連接技術

灌漿套筒連接技術又分為全灌漿套筒和半灌漿套筒兩種。全灌漿套筒就是將鋼筋從套筒的兩端穿入套筒內部，然后利用套筒內填充的高強度膨脹砂漿進行連接，全灌漿套筒在世界各地的建筑行業都有著廣泛的應用；半灌漿套筒就是將上層鋼筋以直螺紋的方式與套筒進行連接，然后將下層鋼筋穿入套筒內，通過灌漿與上層鋼筋相連接。灌漿套筒是套筒、鋼筋和灌漿料的結合體，為了最大程度的保證連接效果，那么灌漿套筒的抗拉強度必須要滿足連接技術對接頭的規范要求，而且由于不同廠家灌漿料和套筒的實際參數不同，所以二者必須配套使用。

1.2 漿錨搭接技術

漿錨搭接技術主要包括約束漿錨搭接技術和漿錨間接搭接技術兩種，在施工過程中需要將被連接的鋼筋插入到相應的預留洞中，然后利用高壓注漿的方法將鋼筋搭接在一起。

1.2.1 約束錨漿搭接技術

約束錨漿搭接技術從本質上來說屬于縱筋連接技術的一種，由于需要搭接的鋼筋普遍較短，因此作用于中小直徑鋼筋連接時，可起到十分顯著的搭接效果。

1.2.2 錨漿間接搭接技術

錨漿間接搭接技術也屬于綜筋連接技術的一種，但是在實際施工過程中需要預留較長的鋼筋插入孔道，因此具有很大的施工難度。如果在裝配式混凝土結構施工過程中規定采用錨漿搭接技術，那么技術人員必須對混凝土結構的適應性及力學性能進行科學的計算和驗證。雖然如今在我國的建筑行業尚沒有形成錨漿搭接技術的統一施工標準，因此在我國裝配式混凝土結構施工中應用尚不廣泛，在施工之前必須經過專家評估并取得配套的檢驗報告。

2 結合部位連接技術

裝配式混凝土結構的設計理念與結構與現澆柱混凝土結構大致相同，設計人員一定要最大限度地保證現澆混凝土接合部位與預制構件能夠可靠連接，最大限度保證結構安全。因此設計人員在設計連接節點時，必須保證結合部位的應力能夠有效傳遞。

2.1 力學原理分析

為了實現對裝配式混凝土結構構件的高效連接，施工人員就一定要保證結合部位所受到的應力能夠有效進行傳遞，主要包括剪應力傳遞或者是壓應力和剪應力的組合傳遞，如今通常使用的應力傳遞方式主要有設置抗剪鍵、銷筋、依靠接觸面進行壓力傳遞以及剪切摩擦等四種。

在剪切應力與壓應力的作用下，會對裝配式混凝土結構構件產生破壞曲面，在極限范圍內，結合面處的混凝土與現澆筑混凝土具有相同的性能，也就是能夠通過接觸面進行壓力傳遞，極限公式為：τ=μσ。其中：μ-摩擦系數，依據結合面的粗糙度進行具體取值；τ-剪應力，σ 為壓應力。在裝配式混凝土結構工程中，裝配式混凝土結構構件與現澆混凝土結構的結合面應具有一定粗糙度，施工人員可以采用拉毛與化學處理等方法手工完成粗糙面的制作?；瘜W處理法就是在將化學藥劑涂抹在模具表面，在除模作業后用水沖洗，即可形成粗糙的結合面。

如果有正交鋼筋位于結合部位處，那么結合面的應力傳遞就需要利用剪切摩擦，剪應力傳遞公式為：τ=μefyAs。其中：μe-摩擦系數；fy-鋼筋的屈服強度；As-鋼筋面積。

抗剪鍵主要是利用結合面的凹凸處進行剪力傳遞，此時技術人員一定要保證抗剪件的傾角小于30°，如果角度大于30°，那么很容易導致傾斜面滑坡，抗剪鍵的剪切強度計算公式如下：Qsk=min（Q1，Q2）。其中：Q1-左側抗剪鍵的承載力；Q2-右側抗剪鍵的承載力。

如果邊界鋼筋不具備足夠的粘結力，那么此時就不能夠依靠剪切摩擦來傳遞剪應力，需要利用銷筋來傳遞，而且為了最大限度地保護混凝土防護層的使用性能，避免其出現劈裂或剝離，在邊界面附近箍筋一定要加密，并將縱筋用135°彎鉤箍住。

2.2 結合部位分析

現澆混凝土與裝配式混凝土結構的接合部位主要包括柱底水平接縫、梁端豎向接縫與疊合板水平接縫三種。

梁端豎向接縫處受剪承載力Vbu≤Vb1+Vb2+Vb3。其中：Vb1-銷筋和剪切摩擦；Vb2-現澆筑混凝土抗剪力；Vb3-鍵槽的抗剪力。

柱底水平接縫處受剪承載力Vuc≤Vcl+μN。其中：Vcl-銷筋和剪切摩擦；μN-傳遞的壓力；N-連接面的軸力；μ-摩擦系數，取決于結合面的粗糙度。

疊合板水平接縫處受剪承載力Vfu≤Vf1+μN。其中：Vf1-桁架鋼筋的抗剪作用。

3 預制墻板連接技術

在裝配式混凝土結構中，通常會使用預制夾心保溫外墻板對建筑進行防水保溫。預制夾心保溫外墻板又分為組合式和非組合式兩種，但是在實際工程施工過程中，由于組合式墻板更容易導致裂縫的產生，因此大多采用非組合式墻板。

若想確保預制夾心保溫外墻板能夠與建筑結構緊密相連，就必須從受力角度具體分析外墻板的受力情況，并充分依托連接件的連接作用。連接件又分為柔性連接和剛性連接兩類，剛性連接件通常作用于組合式墻板，有板狀與筒狀等類型；柔性連接件大多應用于非組合式墻板，有針式和棒式等類型。

由于非組合式墻板在我國裝配式混凝土結構中有著十分廣泛的應用，所以柔性連接件也有著大范圍的應用，柔性連接件的承受剪力需要經過一系列的復雜計算。在垂直荷載V 的作用下，垂直荷載主要包括垂直地震、外業墻自重等，必須保證連接架承受相同的剪力，每個連接件所承受的剪力公式為Vi=V/N，此時的彈性位移公式為△=ViL3/（12nEI）。其中：Vi-連接件所受剪力；L-連接件長度；N-連接件的水平荷載。在建筑工程施工過程中通常認為每個連接件都承受近似相同的軸力，所以在計算每個連接件的軸力公式為Ni=N/n。如果連接件受到拉力作用拔出時，那么就會對混凝土造成一定的沖切破壞，如果假設破壞角度為45°，那么可計算出沖切承載力Nu=

其中：ft-混凝土抗拉強度設計值；h-連接件的埋入深度。

4 現澆連接技術

在高層建筑和一些復雜的建筑結構中，通常會采用現澆連接技術對裝配式混凝土結構與建筑整體進行連接。具體的應用方法為：需要對鋼筋進行綁扎處理然后澆筑混凝土使其連接，也就是需要在預制墻板中布設箍筋，利用箍筋產生的拉力將預制墻板進行連接，并通過澆鑄科學配比的混凝土使其牢固連接在一起。現澆連接技術能夠有效提高結構的連接穩定性，因此經常用于預制梁或預制柱等重要節點部位的連接，但是在連接過程中需要對連接部位進行長時間的養護，因此如果施工周期相對緊張，則不適宜采用現澆連接技術。

5 接縫防水技術

裝配式混凝土建筑結構的安裝質量在很大程度上取決于接縫的防水處理，預制外墻板的接縫處防水技術通常分為構造防水和材料防水兩種。

材料防水，顧名思義就是利用材料的防水性能阻斷水路，用來達到抗滲漏的目的，建筑工程在施工過程中通常會選擇耐侯性密封膠作為密封材料，利用氯丁橡膠或三元乙丙橡膠作為防水密封膠條。

構造防水是指用特殊的構造形式將水阻斷，用來達到防滲漏的目的。雨水能夠侵入外墻板的因素有很多，例如重力作用、壓力差和毛細管現象、風力作用等，針對這種現象，技術人員可以通過設置坡度、增加企口、加大腔體增設減壓腔等方式進行構造防水。

綜上所述，與傳統的建筑工程施工相比，裝配式建筑工程是對一些建筑工程所需要的構件進行工廠化的集中生產，然后運輸到施工現場進行安裝和拼接，而且在組裝過程中可有效減少現澆混凝土的施工量，這可極大降低施工強度并且改善施工環境。如今裝配式混凝土結構在我國建筑工程施工過程中有著十分廣泛的應用，所以技術人員一定要對裝配式混凝土結構關鍵連接技術進行深入分析，并能夠結合工程的實際情況選擇更加科學的連接手段，能夠對各個連接節點進行精準的設計分析，并詳細了解關鍵參數，科學計算節點承載力，最大限度地確保裝配式混凝土結構的整體穩定性，促進我國建筑工程的健康發展。