卓柯先

（广州工程总承包集团有限公司）

1 装配式建筑中柱节点的连接形式研究现状

装配式建筑中柱节点的连接形式是设计和施工的重点研究对象，结构柱主要是承受建筑物中的荷载和传递荷载，而柱的端部是建筑物结构主要承载点和容易遭到地震破坏的薄弱点。柱端分别有水平方向的梁柱连接节点和垂直方向的柱柱连接节点。

目前装配式梁柱节点连接形式主要有干式和湿式两种。湿连接主要有节点现场浇筑法、叠合节点法、一体式浇筑节点法、叠压浆锚式法等。Ertas 等[1]将整体现浇式节点与部分现浇节点在抗震性能上进行分析，发现现浇预制节点的刚度与现浇等同。叠合节点在拟静力作用下延性表现略好于整浇节点，此做法较好地保证了节点的刚度，但是施工繁琐，不利于构件生产工业化。Liu 等[2]将梁柱连接节点采用插入式方法灌注混凝土，该节点不但有较大的承载力，并且预制构件质量容易保证，与现浇节点的刚度相比较低。虽然采用螺栓连接大大减少了工作量，提高了工作效率，但是钢构件的防腐防火又是一大难题。丁克伟[3]采用牛腿支撑梁端设计，满足“强柱弱梁”的设计要求，该设计取消了临时支撑，采用的明牛腿提高了梁柱节点安装效率和精度。节点在低周荷载反复作用下刚度退化比现浇节点快，但承载能力却明显比现浇节点高。

对于柱柱节点连接，目前主要有灌浆套筒连接、榫式接头、钢筋焊接接头，螺栓连接等。虞国宏等[4]通过对套筒灌浆或浆锚连接的质量进行检测或试验研究，发现其质量不易控制，事后检测及缺陷修补困难，竖向构件连接质量不易保证。潘敏华[7]结合工程实践应用经验，对采用等同现浇设计的装配整体式混凝土框架的结构设计要点进行总结，柱柱节点采用灌浆套筒连接具有自重轻，连接简易的优势，但如上下层柱纵筋直径不一致时，需要在上一层或下一层就放大钢筋直径，才能保证接缝处及套筒内钢筋满足结构配筋要求。榫式接头是为了更好地把上下柱连接成一个整体，把榫头设置在下柱顶端，上柱柱端设有钢筋飘出，最后采用焊接形式将上下柱钢筋焊接牢靠后浇筑混凝土形成整体[5]。苏联最常采的一种接头形式是钢筋焊接接头，当柱端只有四根钢筋时，则削去柱端四个角部；如钢筋密集时，应采取措施削去一边混凝土[6]。PCI 手册[7]描述了两种柱与柱连接方式，均是用埋置的钢板和螺栓进行连接，这种连接形式虽然影响节点一定的刚度和承载力，但是节点作业需求的劳动力强度低，施工简便。

2 一种新型装配式梁柱节点形式的设计

本研究设计了一种新型装配式梁柱节点形式，包括梁柱节点连接以及柱柱节点连接。采用干湿结合方式，保留了节点刚度，并解决了以往施工中的难题以及钢构件防腐防火的问题。

2.1 新型装配式梁柱、柱柱连接节点

本节点遵循“强柱弱梁，强节点，弱构件”的建筑设计理念，采用干湿结合方式设计强化该节点的刚度。节点分为垂直方向柱柱连接部位和水平方向梁柱连接部位。

节点的预制构件主要分为预制柱和预制梁，如图1所示。

图1 施工图与预制构件成品

预制梁：本节点采用干湿结合方式，梁端除了凿毛处理，还采用螺栓抗剪钢板与柱端连接，梁同时用一组螺栓锁死梁底部纵筋，梁面受力筋伸入柱端锚固后现浇混凝土连接，一方面增强新老混凝土界面的粘结力，另一方面设置抗剪连接钢板提高节点抗弯能力和抗剪能力。

预制柱：本节点上下柱部位主要采用钢砼组合连接，即先连接上下柱部位的钢圈，再浇筑内部混凝土完成连接。柱端主要由钢牛腿和钢圈组成，钢牛腿是由中间腹板和两边翼板组成，腹板上下梁端设有加强肋，中部设有加强筋，并设有螺栓孔。翼板设有螺栓孔，翼板主要是提高结构的抗剪能力。柱头钢圈预埋在预制柱端部同步预制而成。此做法解决了传统预制柱节点安装时钢筋碰撞问题，并且提高了节点的承载力。

梁柱节点连接时，用螺栓依次穿过翼板、主梁和腹板，主梁上部预留箍筋外露，梁顶端受力筋在箍筋内部穿入柱头钢圈后用锚头锁死，最后浇筑节点混凝土连成一体。如图2（a）所示。

至于柱柱连接，主要是通过上下柱端焊接连接。下柱柱端钢圈内部设有加劲肋提高整体刚度，下柱纵筋与钢圈焊接贯通。安装时上柱底部纵筋直接插入下柱钢圈内部，柱端设有浇筑口和人工凿毛。上下柱在连接时，上柱下端插入下柱端部后，采用三级焊缝围焊一圈连接成一体固定后，在预留浇筑口浇筑混凝土使得上下柱连接牢靠，如图2（b）所示。

图2 梁柱节点

2.2 梁柱节点BIM 模型可视化

如图3 所示，项目装配式梁柱节点模型轮廓借助CAD 图形制作，主要涉及柱模型和梁模型轮廓。柱和梁模型采用revit 中的柱梁类型，细化构件尺寸。端部钢板为族类型，采用嵌入方式结合梁柱构件。钢筋主要采用放样的方式生成：绘制钢筋截面尺寸后，输入长度绘制路径，调入项目中的钢筋族，按照要求调整钢筋的间距。本项目通过BIM 建模平台，建立一批常用的装配式建筑构件节点模型，用三维模型直观表现二维节点，提高工程人员对新型装配式梁柱节点的理解，有利于节点生产工业化和吊装顺利开展，提高工作效率。

图3 梁柱节点BIM 模型

3 工程应用

3.1 工程概况

本工程位于广州生物岛寰宇一路以北广州国际生物岛标准产业单元四期（地块二）项目用地位置，M3 栋工程±0.00 以上主体结构采用装配式结构，其中首层层高为6.05m、二层层高为4.8m、3 层～12 层层高为4.5m、屋面层层高为3.6m。框架柱和框架梁的混凝土强度分别为C50 和C40，其余构件混凝土强度为C35,装配率为80%，满足AA 级标准[8]。现场施工如图4 所示，表1为梁柱预制构件概况表。

图4 现场施工图

表1 预制梁柱构件概况

为验证梁端焊缝抗剪强度，以500×300 预制梁为例。该预制梁底部为φ22 四级钢4 根，箍筋加密区φ8@100，混凝土强度C40，柱端翼板和腹板采用Q345，厚度均为5mm，长度500，焊缝为一级双面角焊缝6mm，抗剪强度200N/mm2。根据《混凝土结构设计规范》，柱端钢板承受梁端剪力的角焊缝承载力计算如公式⑴。

从公式⑴验算结果得到，本新型装配式梁柱节点焊缝抗剪能力满足要求。梁柱连接采用螺栓连接后浇筑混凝土形成一体，不仅保留了现浇混凝土刚度，而且施工起来便捷，工作效率大大提高。

3.2 吊装工艺

装配式建筑整体预制构件吊装流程：放线、弹线→楼板内脚手架安装→预制柱吊（安）装→预制墙吊（安）装→预制梁安装→预制叠合板及楼梯吊（安）装→放线、弹线→楼面钢筋绑扎→水电线管预埋→楼板混凝土浇筑、养护（养护、并进入下工序施工）。

3.2.1 预制柱吊（安）装施工

项目预制柱安装施工流程主要包括：预制柱质量检查与编号确认→弹柱边线→柱子起吊与安装就位→斜撑固定之垂直度调整、校正→脱钩→钢板及钢筋焊接接口→柱头灌浆浇筑。其中事前准备工作有：预制柱安装前，检查柱身质量，先进行高程复核，柱位置弹线；检查所需的设备如预制柱底部钢性垫片、起吊工具、垂直度测定杆、斜撑、铝梯或木梯等；柱垂直度调整、校正工作：预制柱在下落楼面时，保证其垂直度，调整标高符合要求后，采用垫片焊接作为临时连接，依次在柱子四面设置斜撑，同时复核预制柱的标高以及垂直度满足设计要求；柱底膨胀混凝土灌浆施工：柱钢筒灌浆采用高一级强度膨胀水泥基混凝土，具有早强、自密实，强度高的特点，柱套筒灌浆采用高压灌浆机施作，由注浆口（下口）逐渐充填，灌浆时候控制好气压，当排浆口（上口）有混凝土排出即停止灌浆并封口。

3.2.2 预制梁吊装施工

起吊前在柱头位置画出梁底高程线，以方便主梁吊装就位时高程调整。采用墨线仪从梁位线往上照射，确认梁平面位置准确、倾斜度满足要求。吊装后需派一组人调整支撑架架顶高程，使柱头位置、梁中央部高程一致及水平。预制梁吊装完成后，主梁通过梁端预埋钢板与柱端采用螺栓连接，并完成基线复合浇筑混凝土。

3.3 实施效果

该项目通过采用新型装配式梁柱连接节点，不仅刚度大、承载力高，而且施工过程劳动力需求量少，连接方式简单，湿作业少，保护环境。最后项目通过竣工验收并获得良好的经济效益和社会效益。

4 结论

本研究设计的新型装配式梁柱节点与国内外其他形式的节点相比，具有以下特点：

⑴与干式或者湿式装配式梁柱节点相比，本新型装配式梁柱节点采用干湿结合方式，不仅等同了现浇混凝土节点的刚度，还提高了安装工作效率，降低了成本。此外，外层混凝土还可以作为钢构件的保护层，解决了钢结构易腐怕火的问题。

⑵柱柱连接采用钢板连接，与灌浆套筒相比，提高了柱节点的刚度和延性，解决了上下柱纵筋大小不一致难连接的难题，安装操作简便，对操作水平要求低。

⑶采用新型装配式梁柱连接节点可明显减少现场模板、钢筋安装的工作量，有利于降低人力成本；而构件的预制和吊装，依托BIM 技术及自动化生产技术，可以实现工业化生产。

⑷本新型装配式梁柱节点的施工过程极为方便，对预制构件质量容易把控，吊装施工安全，整体作业效率高。同时能满足各类建筑力学要求和使用要求，具有良好的应用和推广前景。