裝配式綠色建筑梁柱節點固定方法研究

胡智源 山西應用科技學院

隨著經濟、科技的飛速發展及綠色發展理念的不斷深入，我國城市中出現了越來越多的裝配式綠色建筑。裝配式綠色建筑由于既具有裝配式建筑的優勢，又具有綠色建筑的優勢，已成為我國建筑的主要趨勢。但裝配式綠色建筑的設計要求也相對較高，尤其是梁柱節點固定設計。為有效提高其梁柱節點固定設計水平，應加強相關實踐與研究，尋找科學有效的措施。

1 裝配式綠色建筑的概念

裝配式綠色建筑是裝配式建筑與綠色建筑的結合。在裝配式建筑的建造模式方面，可以將其類比為機械設備的生產模式，即先提前在零部件工廠中加工好各類零部件，再將零部件統一運送到機械設備生產工廠中拼裝組合成機械設備產品。裝配式建筑具備以下幾個特征：一是標準化設計，在一定共性條件下對各類預制結構和構件實施統一的標準，采取統一的模式；二是工廠化生產，遵照特定的標準提前批量化生產品質統一的預制結構和構件；三是綜合成本低，主要因為減少了現場施工，實現了預制結構和構件的批量生產；四是節能環保，主要因為無廢料、少污染[1]。

而綠色建筑是一種致力于實現節約資源、減少污染、保護環境、與自然和諧共生，提供健康、適用、高效使用空間的建筑，要求在建筑全壽命周期內盡可能將對各種資源、能源的消耗量控制在最低水平，同時實現各種污染物質（如廢氣、廢水、廢渣）排放量的最低化[2-3]。建設綠色建筑的根本目的是推動生態環境與建筑的協調發展。

2 裝配式綠色建筑梁柱節點固定設計概述

在裝配式綠色建筑設計中，梁柱節點固定設計是重點也是難點，其目的是提高結構整體的穩定性，使結構的應力可靠。因此，有必要針對裝配式綠色建筑梁柱節點固定設計方面的問題展開深入研究，找出更加科學、合理且有效的方法。一般來說，在具體梁柱節點固定設計實踐中，都是基于裝配式綠色建筑梁柱節點力學參數優化指標，同時結合數值模擬與力學分析設計梁柱節點固定方案。

在相關固定技術方面，目前常用的裝配式綠色建筑梁柱節點固定技術主要有3 種，分別是錨節點固定技術、基坑固定技術以及對拉鋼筋固定技術。應根據裝配式綠色建筑的實際情況及其梁柱節點的固定要求選擇適合的固定技術，并結合雙鋼板混凝土組合墻的設計形式，最大限度保證梁柱節點的穩定性。

3 裝配式綠色建筑梁柱節點固定設計的優化策略

目前，針對裝配式綠色建筑梁柱節點固定設計相關方面的問題，不同業內人士提出過不同的方法。例如，有業內人士提出借助承載力與剛度，并根據裂縫形態對梁柱節點實施固定控制，根據其實際的錨固性能進行全面分析和有效參數解析。該方法在具體的實踐應用中雖然實現了梁柱節點的固定，但仍存在固定搭接強度不夠理想的問題[4]。

還有業內人士提出以若干非接觸式的錨固鋼筋為基礎，對梁柱節點實施固定控制。該方法在具體的實踐應用中雖然從細節構造方面提高了梁柱節點固定的可靠性、從傳力機制方面提高了梁柱節點固定的穩定性，但客觀存在相應理論和試驗支撐不足的問題[5]。

基于此，本文針對現有各種方法中存在的這些問題提出一種新的梁柱節點固定策略，即依托于節點受剪性能對整體結構實施全面優化。首先，利用框架中節點混凝土應力分析法，通過科學、全面的分析合理選擇出剪力墻結構的埋件錨固方式；其次，基于預應力度與屈服響應分析，實現梁柱節點的等強連接；最后，通過縮短搭接鋼筋與鋼板間的距離、增大鋼筋與鋼板間的不平衡力矩來提高梁柱節點固定的穩定性和可靠性。

3.1 梁柱節點連接形式

在裝配式綠色建筑梁柱節點固定設計中，對于具體梁柱節點連接形式的確定是一項關鍵問題。在具體的實踐應用中，結合具體的梁柱節點應力參數進行分析，基礎選用的是鋼筋混凝土筏板，對嵌入式錨固法、埋件式錨固法兩種方法進行綜合利用，建立梁柱節點的錨固連接模塊，結合各種先進的固定技術，配置雙鋼板混凝土組合墻，并充分借助梁柱節點兩側的栓釘，以達到最終的梁柱節點固定目的。

由于基礎是鋼筋混凝土筏板，因此需要先在梁柱節點的嵌入鋼板上做穿孔處理，再采用錨桿固定法。與此同時，針對帶肋鋼筋采用埋件式錨固法實現有效搭接，并結合相應的力學參數分析，依據對拉鋼筋檢測結果和鋼板應變檢測結果合理確定梁柱節點的墻—鋼筋混凝土基礎參數，以此來進一步優化配置，提高梁柱單元的抗震性能。

3.2 梁柱節點材料的本構關系

在裝配式綠色建筑梁柱節點固定中，需要應用多種多樣的梁柱節點材料，因此在進行梁柱節點固定設計之前，先要深入研究裝配式綠色建筑梁柱節點材料的本構關系。一般情況下，梁柱節點材料主要應用在墻面預處理的粘接中、貼墻的粘接中、板材的粘接中、陶瓷墻地磚鋪設的粘接中、地板鋪設的粘接中以及地毯鋪設的粘接中等?？偟膩碚f，梁柱節點材料的應用一是能夠大大提高防水性能，二是能夠大大提高密封性能，三是能夠大大提高彈性性能，四是能夠大大提高抗沖擊性能，而這些性能既關系著建筑的美觀度與舒適度，又關系著實際施工質量和施工效率。

在具體的實踐應用中，采用框架中節點的混凝土應力分析法對梁柱節點的承載力與預應力進行準確計算，構建梁柱節點材料的本構關系模型，再進一步針對單軸受力下的梁柱節點本構關系展開分析。

3.3 梁柱節點受剪性能整體結構的參數分析

首先，通過采取搭接鋼筋的具體布置方式，綜合且全面地分析梁柱節點的搭接傳力情況，對其節點的承載力、剛度等重要參數進行充分明確，構建梁柱節點的應力參數分析模型，實現在鋼板底部焊接的鋼板間對柱與基礎錨固區域的應力參數進行解算。其次，構建抗剪承載力計算模型，結合埋件式錨固法，依據預應力度分析、屈服響應分析等明確節點縱向強度。最后，構建有限元模型，計算混凝土受壓應力。

3.4 梁柱節點應力優化

通過靜力單調拉伸試驗法，使鋼筋與鋼板間的不平衡力矩增大，構建梁柱節點搭接模型，得出搭接位置變化指標。參考錨桿體支護的實際順序，根據具體的混凝土支撐柱情況來綜合、全面詳細地對梁柱節點的應力結構參數展開分析，真正實現梁柱節點的強有力固定。

4 裝配式綠色建筑梁柱節點固定的BIM 設計

在裝配式綠色建筑梁柱節點固定設計中，可以引入先進的BIM 技術，基于BIM 系統進行設計優化。BIM 技術主要有以下幾個優勢：一是模擬性，在建筑設計過程中通過結合BIM 技術可以行之有效地實現對設計方案的全方位模擬，從而及時檢測出設計方案中的不足之處，并擺脫了時間、空間對建筑設計的限制，支持隨時隨地觀看模擬結果、進行設計優化調整；二是協調性，利用BIM 技術進行建筑設計，可以通過有效協調多方來實現對設計方案的合理優化；三是可視化，在利用BIM 技術開展具體的建筑設計工作時，可以構建出一個建筑三維BIM 模型，從而將建筑空間結構關系顯示出來，實現可視化[6-8]。

4.1 梁柱節點構件優化設計

梁柱節點構件設計是裝配式綠色建筑梁柱節點固定設計中的關鍵，利用BIM技術可以實現梁柱節點構件的優化設計。

首先，應明確標準化與模數化原則，盡量減少梁柱節點構件類型，從而降低成本，同時對于一些較為復雜的梁柱節點構件，若采用預制構件無法滿足要求，則可以選擇采用現澆方式進行處理。其次，需做好對梁柱節點構件在加工、生產以及運輸等各項環節的綜合性分析，尤其要充分考慮到構件生產和運輸的可行性與便利性。再次，在梁柱節點構件的拆分方面，BIM 系統中的Structural Precast for Revit 插件具有重要的應用價值，通過該插件可對構件進行合理分類與高效整理。最后，在梁柱節點構件深化設計中，需先基于BIM 系統建立一個完善的構件庫，從構件庫中選擇合適的梁柱節點構件，并構建相應的建筑三維BIM 模型，從而輔助開展深化設計。

4.2 方案可視化設計

傳統的建筑設計中主要是應用CAD二維設計系統，但很容易出現數據錯誤或一些其他方面的問題。BIM 技術具有可視化設計功能，因此利用BIM 技術進行裝配式綠色建筑梁柱節點固定設計能夠將梁柱節點的相關信息數據直觀、清晰地展示出來，以實現梁柱節點固定方案的可視化設計。

首先，在實踐中，只需在BIM 系統中輸入裝配式綠色建筑梁柱節點的相關信息數據，以構建出相應的建筑三維BIM模型，即能夠清晰全面地展示出梁柱節點固定設計方案。其次，基于BIM 技術能夠從全局上把控裝配式綠色建筑梁柱節點固定設計中的數據修改問題，并自動實現設計更新，從而大大提升設計的科學性與合理性。最后，依托建筑三維BIM 模型能夠有效發現實際裝配式綠色建筑梁柱節點固定方案中存在的缺陷，從而在施工前及時發現和解決問題，避免后期出現返工情況。

4.3 智能化設計

BIM 設計本質是利用了“族”的方式來體現建筑工程中的各類構件，從而及時進行設計反饋，為后續設計提供科學參考。依托BIM 系統中自帶的Revita、MagiCAD 等先進繪圖軟件和插件，可以根據實際需求對裝配式綠色建筑梁柱節點構件做出任意調整和修改，并精準確定各類組件的具體位置，實時掌握組件在不同位置時的具體表現情況，從而大大提升設計的智能化水平。

4.4 多專業協同設計

梁柱節點固定設計是裝配式綠色建筑設計中的重要內容之一，其并非一項完全獨立的工作，而是與其他專業的設計相互聯系、相互影響。因此在裝配式綠色建筑梁柱節點固定設計中，需與其他專業做好配合，通過多專業協同來有效完成設計工作，從而避免不同專業之間產生沖突。

BIM 技術是目前最有效的多專業協同設計技術，在BIM 系統中構建出建筑三維BIM 模型后，將梁柱節點固定設計與其他專業設計進行互通，即可輕松實現多專業協同設計，無論哪個專業的哪項設計發生了改變，梁柱節點固定設計中與其相關聯的部分也都會隨之進行自動調整。

4.5 模擬施工演示

模擬性功能是BIM 技術的代表性功能之一，利用BIM 技術進行裝配式綠色建筑梁柱節點固定設計能夠實現對梁柱節點固定施工全過程的有效模擬演示。在實踐中，只需在BIM 系統中輸入裝配式綠色建筑梁柱節點的相關信息數據，以構建出相應的建筑三維BIM 模型，再基于建筑三維BIM 模型來仿真模擬梁柱節點固定施工的過程。當整個施工過程被模擬出來以后，便能在施工前發現一些與實際施工相悖的設計缺陷或不合理地方，并及時進行優化調整。

4.6 碰撞檢測

在建筑設計中，碰撞檢測是一項重要工作，其目的是檢查建筑設計方案中各部分之間是否存在沖突，若存在沖突，則需進行優化調整。由于BIM 系統具備碰撞檢測功能，利用BIM 技術進行裝配式綠色建筑梁柱節點固定設計能夠實現對梁柱節點固定方案的高效化、智能化以及精準化碰撞檢測，并同時指導后續的優化調整工作。在實踐中，只需在BIM系統中輸入裝配式綠色建筑梁柱節點的相關信息數據，以構建出相應的建筑三維BIM 模型，再啟動BIM 系統自帶的碰撞檢測功能，即可有效完成碰撞檢測工作，同時系統還會給出異常問題報告。

4.7 三維技術交底

過去的裝配式綠色建筑梁柱節點固定施工中，都是基于二維圖紙進行技術交底，容易導致施工人員出現認知偏差，不能清晰了解設計意圖，由此引發一系列施工問題。但BIM 技術的應用能夠有效解決該問題?；贐IM 技術可以進行三維技術交底，通過對工程的三維BIM模型進行渲染處理，來向施工人員直觀立體地呈現出設計效果與施工流程。

5 結語

在裝配式綠色建筑梁柱節點固定設計中，應重點對梁柱節點連接形式進行合理選擇，對梁柱節點材料本構關系進行有效建模和分析，對梁柱節點受剪性能進行整體結構參數分析，并對梁柱節點應力進行優化。

此外，還應積極引入先進的BIM 技術，基于BIM 系統進行裝配式綠色建筑梁柱節點固定設計和施工優化，包括梁柱節點構件優化設計、方案可視化設計、智能化設計、多專業協同設計、模擬施工演示、碰撞檢測以及三維技術交底等，如此才能夠有效提高裝配式綠色建筑梁柱節點固定設計水平。