随着我国城镇人口的日益增多 ,对住宅建筑的数 量和质量要求越来越高 ,为提高住宅的性能 、质量和生 产率 、建立节能降耗的住宅 ,住宅产业化成为推动我国 住宅发展的重要途径 。
装配式混凝土结构是实现住宅产业化的一种重要 手段 ,其主要的结构体系有装配式框架结构 、装配式板 墙结构 、混合结构等 ;在以往的装配式混凝土结构的工 程实例中 ,由于结构的整体性及抗震能力较差 ,而在地 震作用下出现过损坏 、甚至倒塌 ,如著名的罗南点渐进 式坍塌 ,这极大地影响了它在住宅建筑中的应用 。在 装配式混凝土结构的结构体系当中 ,预制构件间的连 接 (节点 )对于结构整体性 、荷载传导 、抗震耗能起着 重要的作用 ,特别是承力构件的连接 。因此 ,要在住宅 产业化建设中推广应用装配式混凝土结构 ,设计 、选用 并构造恰当的连接对装配式混凝土结构至关重要 。
(墙 ) 2基础连接 、柱 2柱连接 、柱 2梁连接 、墙 2墙水平连 接 、墙 2墙纵向连接等 ,连接对结构荷载的传导与分配 起重要作用 。
从预制结构施工方法分 ,承重构件的连接可以分 为湿连接和干连接 。湿连接需要在连接的两构件之间 浇筑混凝土或灌注水泥浆 。为确保连接的完整性 ,浇 筑混凝土前 ,从连接的两构件伸出钢筋或螺栓 ,焊接或 搭接或机械连接 。在通常情况下 ,湿连接是预制结构 连接中常用且便利的连接方式 ,结构整体性能更接近 于现浇混凝土 。干连接则是通过在连接的构件内植入 钢板或其它钢部件 ,通过螺栓连接或焊接 ,从而达到连 接的目的 ,干连接使结构整体性能显得更为松散 [1 ] 。 从抗弯及抗剪能力考虑 ,正确构造的干连接相比于整 体式连接 ,具有相近的延性并可能有更高的能量耗散 能力 [2 ] 。从受力状况来分 ,连接可分为受压连接 、受拉 连接 、受剪连接 、受弯连接等 。 2 框架节点分类及几种新型梁柱连接
connections in design and construction have been recommended, a few kinds of types have been p resented.
Key words: frame structure; p recast concrete; connection; joint
图 2 现浇柱端节点 (C IPC) 现浇梁端节点 ( C IPM ) : 在预制柱与梁相交的地 方 ,预留钢筋 ,预制梁端也预留钢筋 ,现场配置箍筋 ,浇
图 5 内置钢盒式螺栓节点 试验得出 ,改进后的内置钢盒式螺栓节点具有较
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施工技术
2008 增刊
好的整体性能 、抗弯刚度 、能量消散能力 ,具有较好的 抗震性能 ,强度 、延性等均优于其它几类节点 ,且施工 简便 ,具有很好的推广价值 。 2. 3 牛腿节点
延性通常可以认为是结构破坏前 ,结构整体 、构件 或连接的综合变形能力 。而整体结构的延性 ,可能受 连接的延性所控制 。
框架结构中的延性要和抗弯及抗扭能力相关联 。 而装配式预制结构延性受连接的影响更为明显 。抗弯 或抗扭通常是由构件中钢筋或钢构件来承担 ,连接也 一样 ,当连接的破坏发生在连接内部的钢筋或钢部件 初始屈服后 ,这样的连接将具有一定的延性 。在抗震 区 ,选用合适的连接形式可以提高结构抗震能力 , 同 时 ,在连接构造上 ,合理配置钢筋 、放置恰当的钢部件 , 将有助于提高连接的延性和抗震能力 。 3. 3 耐久性要求
施 工 技 术
2008年 12月
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CONSTRUCTION TECHNOLOGY
第 37卷 增刊
装配式混凝土框架结构节点构造方法简介
刘正勇 ,应惠清
(同济大学 ,上海 200092)
[摘要 ]对装配预制式混凝土框架结构承重构件的连接进行分类 ,介绍了连接在设计和施工阶段中应注意的事项 , 同时介绍了几种梁柱连接的构造形式及特点 。 [关键词 ]框架结构 ;预制结构 ;连接 ;框架节点 [中图分类号 ] TU375. 4 [文献标识码 ] A [文章编号 ] 100228498 (2008) S120026204
作用和水 、土压力 ,由于受约束构件体积变化所产生的 应力及由常规力作用使结构发生变形而引起的次应力 也是要考虑的 。
以上荷载的考虑还必须与不同的工况相联系 。考 虑构件制造 、装配及使用阶段的荷载变化以确保连接 有足够的设计强度 。
从结构内力计算考虑 ,采用铰接 、半刚性连接及刚 性连接的连接类型 ,将影响到结构荷载传递及构件内 力分布 。 3. 2 延性要求
框架结构是装配式混凝土结构中应用较为广泛的 一种结构体系 ,具有施工简便 、预制率高 、建筑面积布 置灵活等优点而具有较高的实用价值 ,常用于住宅 、宾 馆 、商场 、办公楼等 。装配式混凝土框架结构可以分为 承重框架结构 、轻型框架结构及墙 2框架结构 3类 。 1 装配式混凝土结构连接的分类
装配式混凝土的连接根据构件类型可分为非承重 构件的连接和承重构件的连接 。非承重构件的连接指 结构附属构件的连接或承重构件与非承重构件的连 接 ,如挂板连接 、承重墙与填充墙的连接等 ,连接自身 对结构的承载影响不大 ; 承重构件的连接主要 指 柱
现浇柱端节点 ( C IPC) [5 ] : 在预制柱中段留有一间 隙 ,预制梁端预留钢筋插入间隙中 ,现场配置箍筋 ,浇 筑混凝土 (见图 2) 。
图 4 叠合式节点 ( GOK - W ) 试验表明 ,恰当构造的现浇柱端节点 、现浇梁端节 点具有与整浇节点相似的强度 ,而延性及抗震下刚度 退化要略好于整浇节点 ; 而叠层节点由于钢筋配置量 较多 ,各方面表现均优于整浇节点 。 内置钢盒式螺栓节点 :使用螺栓节点可以使施工 现场的安装工作最少 。通过在预制梁端及柱连接处埋 置矩形钢盒 ,钢盒与柱内或梁内钢筋焊接 ,安装时 ,用 螺栓将梁端紧贴柱面 ,在两者之间浇筑灰浆 ,一定时间 后 ,扭紧螺栓 ,而后往矩形钢盒内注入高强度灰浆 。与 钢盒焊接的钢筋可以限制钢盒的滑移 ,施加了预压力 的螺栓相当于钢结构连接中的摩擦型连接 (见图 5) 。
当连接构造简单时 ,预制混凝土可能获得良好的 经济效益 。复杂构造的连接 ,施工中难以控制并将使 操作繁琐 ,会减慢预制结构的安装 ,因而结构中应少采 用。
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刘正勇等 :装配式混凝土框架结构节点构造方法简介
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的连接构造及位置也影响着节点的性能 。 除具有较好整体性能的整浇节点外 ,根据施工技
术 、节点形式 ,框架节点常用的有预应力技术节点 、牛 腿连接节点 、整浇梁柱节点 、部分现浇节点 [3 ]等 。 2. 1 使用预应力技术的整浇节点
随着预应力技术的广泛应用 ,采用预应力筋的节 点研究和实践逐渐开展 。在 PRESSS ( p recast seism ic structural system s2预制抗震结构体系 )项目中 ,提出了 3 种预应力技术的延性节点 ,试验结果表明 ,使用这些延 性节点的框架 ,侧向变形可以达到结构高度的 1 /25,而 在超越极限风压的水平荷载下 ,结构甚至还可以保持 弹性状态 [4 ] (见图 1) 。
框架结构中梁柱连接通常也称为梁柱节点 、梁柱 连接 、框架节点 。主要是指框架梁与框架柱相交的节 点核心区与邻近核心区的梁端和柱端 。根据不同的结 构特点 ,不同的连接位置 ,采用的框架节点构造形式不 同 ,选用的内柱 2梁连接和外柱 2梁连接可能不同 ;不同
[收稿日期 ] 2008205228 [作者简介 ] 刘正勇 ,同济大学土木工程学院博士研究生 ,上海 市四平路 1239号 200092,电话 : 13818909035, E2mail: fcyygsl@ 163. com
In troduction on Con struction M ethods of Fabr ica ted Concrete Fram e Jo in ts
L iu Zhe ngyo ng, Ying Hu iq ing ( Tong ji U n iversity, S hangha i 200092, Ch ina) A bstra ct: The connections of the fabricated p recast concrete frame structure have been classified. Some notes of these
现浇节点往往被认为是刚性连接 ,预制框架结构 中整浇节点可使结构的整体性接近于现浇混凝土结 构 ,因此现浇节点是比较常用的一种预制结构节点施 工方式 ; Onur Ertas[5 ]等对整浇节点与部分现浇节点进 行了对比试验 ,结果表明 ,恰当设计的部分现浇节点与 整浇节点具有相似的强度 、刚度变化及抗震性能 ,完全 可以用于抗震框架结构的设计使用中 。
牛腿节点主要用于厂房等工业建筑 ,是一种常用 的框架节点形式 。此类节点主要由牛腿支撑竖向荷载 及梁端剪力 ,大部分牛腿节点设计中被看成铰接节点 。 除现浇混凝土中可做成牛腿节点外 ,螺栓 、焊接等方式 也常用于牛腿连接 (见图 6) 。
图 6 牛腿连接示意 螺栓牛腿连接 :牛腿具有很好的竖向承载力 ,但需 要较大的建筑空间 ,影响建筑外观 ,因此用于一些厂房 建筑中 ;也有用型钢等做成暗牛腿连接的 ,可以减小空 间的使用 。牛腿连接配合焊接及螺栓 ,形成的节点形 式多样 ,可做成刚接形式 ,也可做成铰接形式 ,适用范 围更广 [6 ] 。 焊接牛腿连接 :该焊接连接的抗震性能不理想 ,在 反复地震荷载作用下焊缝处容易发生脆性破坏 ,所以 其能量耗散性能较差 。但是焊接连接的施工方法避免 了现场现浇混凝土 ,也不必进行必要的养护 ,可以节省 工期 。开发变形性能较好的焊接连接构造也是当前干 式连接构造的发展方向 。在施工中为了使焊接有效和 减小焊接的残余应力 ,应该充分安排好相应构件的焊 接工序 。 3 连接形式选择及设计注意事项 在结构设计中 ,合理的传力途径可使构件受力符 合设计人员要求 。受力构件间的连接主要起着荷载传 导作用 ,而在结构传力途径中起荷载分配作用的节点 连接 ,作用更为重要 。 除去结构受力 ,实用 、经济的连接同样也是设计中 需要考虑的 ,如连接应尽量使预制构件制造时更为简 便 ;从建筑方面来考虑 ,作为建筑物一部分的连接 ,其 外形应与建筑物整体相一致 ,如符合结构设计的要求 , 但不简洁或过于突出而影响建筑物外观的连接应避免 使用 。选择连接形式及设计时 ,应满足以下的一些要 求。 3. 1 荷载因素的要求 承重构件的连接必须承担建筑使用寿命内的各种 荷载作用 。除设计中通常考虑的恒载 、活载 、风 、地震