装配式混凝土结构施工现场连接技术

装配式混凝土结构施工现场连接技术

刘舒艺 ,马丽珠 ,岳川云 ,吴培

沈阳城市建设学院  辽宁  沈阳  110167

摘要：建筑行业作为我国的支柱产业，对我国经济发展有着重要贡献，但传统湿作业施工一直存在着施工周期长、效率低、污染大等问题，近年来随着国家对于绿色发展理念的提出，传统建筑行业考虑经济发展与保护环境相结合，提出一种更高效、更环保的建筑结构类型就显得极为迫切了。装配式建筑是指建筑的一部分或者整体在工厂进行预制，运送到施工现场后采用有效的连接方式组装成整体的建筑。装配式建筑由于可以在工厂预制，具有工业化程度高、施工效率快、污染小等优点，满足现阶段“绿色中国”的发展需要。本文对目前我国装配式钢筋混凝土结构研究热点进行归纳总结；重点对于装配整体式混凝土结构连接方式与技术进行了介绍。

关键词：装配式建筑；连接技术；定型化钢板

引言

装配整体式混凝土结构是预先在工厂加工制作好的建筑部品部件,该结构在运抵施工现场后,便可通过特定的方式连接在一起。对于重要受力部位如梁柱节点处,施工人员可通过湿法连接或其他可靠连接方式使其紧密相接,从而形成完整的结构体系。装配整体式混凝土结构具有工业化水平高、节能减排、绿色环保、缩短工期等优点,加上我国大力发展装配式建筑,所以该结构在近些年得到了广泛应用。

1常见的装配整体式混凝土结构体系

1.1装配整体式混凝土剪力墙结构体系

装配整体式混凝土剪力墙结构体系是指根据建筑结构抗震等级的不同,除底部的加强部位以外,其余部位的竖向承重构件全部或部分采用预制剪力墙的装配式混凝土结构形式。该结构体系的重要结构构件为剪力墙、梁、楼板、楼梯等。一般情况下,该结构体系的楼板多为叠合楼板,梁为叠合梁,剪力墙则视情况需要进行预制。目前,我国在建的装配式钢筋混凝土高层住宅大多采用装配整体式混凝土剪力墙结构体系。

1.2装配整体式混凝土框架结构体系

装配整体式混凝土框架结构体系是指采用可靠的连接方式将叠合梁、叠合楼板、预制柱或者现浇柱连接起来,从而使其形成一个整体的装配式混凝土结构形式,装配整体式混凝土框架结构体系可以根据不同的使用需求来灵活布置柱网,施工过程简单方便。装配整体式混凝土框架结构体系更适用于办公楼、教学楼、商场等公共建筑。

1.3装配整体式框架-现浇剪力墙结构体系

装配整体式框架-现浇剪力墙结构体系是由框架柱和剪力墙共同组成的竖向抗侧力体系,具有抗侧强度高、抗震性能强等优势。装配整体式框架-剪力墙结构体系中的框架柱部分或全部采用预制形式,剪力墙则全部采用现浇形式。该结构体系通常采用叠合楼板与叠合梁,但重要连接节点和受力较大部位需采用现浇形式。

2装配整体式混凝土结构连接方式与技术

2.1装配整体式混凝土结构连接方式

装配整体式混凝土结构的连接方式通常分为湿法和干法两种。其中,湿法连接就是先使用钢筋将不同节点区域的预制构件在施工现场连接在一起,然后现浇混凝土或灌浆料,使其成为一个整体。常见的湿法连接包括灌浆连接和后浇连接这两种形式。与湿法连接相对的另一种连接方式是干法连接[1],这种连接方式不需要进行现浇或者灌浆作业,而是通过螺栓连接、键槽连接、牛腿连接及焊缝连接等手段来实现不同构件的连接。

2.2装配整体式混凝土结构连接技术

2.2.1钢筋套筒灌浆连接技术

钢筋套筒灌浆连接技术在部分发达国家的应用历史已经超过40年,其在装配整体式混凝土结构的施工中应用较为普遍。同时,钢筋套筒灌浆连接技术所使用的钢筋连接接头也是目前装配式混凝土构件中应用最为广泛的接头之一。该技术的连接性能良好,便于操作,并且无污染,不会对周围环境造成任何不良影响。另外,该技术还具有较高的拉、压强度,且传力明确。钢筋套筒灌浆连接技术的广泛应用得益于灌浆套筒较高的强度和较小的变形概率,以及套筒内灌浆材料的高强、早强、微膨胀、无收缩等性能优势。当灌浆材料通过灌浆孔注入套筒内部时,由于灌浆套筒的约束,此时灌浆材料与灌浆套筒之间就会产生较大的正向应力,促使钢筋在此正向应力的作用下产生较大的摩擦力,并最终实现预制构件与钢筋的可靠连接。根据接头构造形式的不同,钢筋套筒灌浆连接技术又分为全灌浆套筒和半灌浆套筒两种形式。其中,全灌浆套筒主要用于相邻预制梁构件的钢筋连接。此时,施工人员需要在钢筋的连接区域后浇混凝土并使预制梁的钢筋保持外伸状态。随后先将一侧预制梁的待连接钢筋伸入套筒内部,再将另一侧梁的待连接钢筋伸入套筒内部,两侧钢筋的伸入长度均需满足规范要求,最后再通过灌浆进行加固。半灌浆套筒则主要用于预制剪力墙和预制框架柱的钢筋连接。一般情况下,在预制构件的生产环节,套筒就已经预埋在构件下部。同时,钢筋和套筒借助机械连接等方式预先在构件内部连接好。在实际施工时,施工人员只需要将另一侧构件的钢筋伸入套筒内部,再进行灌浆处理即可完成连接。现行套筒灌浆连接技术的国家标准有《钢筋连接用灌浆套筒》和《钢筋连接用套筒灌浆料》这两个,它们对灌浆套筒连接技术在国内的推广与使用起到了指导性作用。结合已有的研究成果可知,套筒灌浆连接构件在受到较大荷载作用时,钢筋最先受到破坏,进而使钢筋之间轴力传递受到阻碍。但目前关于套筒灌浆连接技术的研究仍主要集中在灌浆材料的力学性能及单个构件的受力等方面,对于连接破坏引起的结构破坏过程和整体破坏形态的研究相对欠缺。

2.2.2钢筋浆锚搭接连接技术

钢筋浆锚搭接连接技术是指在预制钢筋混凝土构件中预留孔道,并将需要连接的钢筋插入孔洞内部后,再灌注水泥基灌浆材料的方法。此时,因为灌浆材料的力学特性较为显著,所以灌浆材料在预留孔洞内凝结硬化后,就能实现钢筋的搭接和力的传递。另外,在工厂生产该类预制构件时,工作人员不仅需要预留钢筋孔道,还需要将一侧的连接钢筋预先埋置在混凝土中。钢筋浆锚搭接连接技术主要采用螺旋箍筋加强和金属波纹管加强这两种形式来传递荷载,该技术适用于各种工况,且具有性能优良、耗能较低等优势。在实际施工过程中,施工人员一般将波纹管和螺旋箍筋搭配使用,以提高水泥基灌浆材料的约束能力。但在实际工程应用过程中,为了保证结构的延性,大直径钢筋以及直接承受动力荷载的受力钢筋一般不推荐采用浆锚搭接连接技术。

3装配式混凝土建筑施工技术

3.1装配式构件生产技术

第一，装配式构件工厂批量化生产条件。装配式工程前期预备环节是由工厂进行批量化生产与加工，将成品部件运输到现场进行组装处理，前期生产期间需遵循图纸文件设定的参数，保证制备部件的各类参数信息以及性能信息等符合前期预测需求，这样才可以在后期现场拼接施工中一次成型。工厂化生产前期，应对预制部件的生产精度、生产质量进行调控，保证各类装配式构件对现场施工的持续性跟进。第二，装配式构件生产技术工艺。待工厂接收建筑企业递交的图纸文件，则进行构件预制生产，其中生产技术工艺则是产品生产效率及其质量的重要保证。现如今，装配式建筑施工工程的逐步完善，工业生产链条也由原来的无序性生产模式朝着一套行之有效的生产机制转变。现有的预制工艺流程大体可以分为数控划线、安放边模钢筋、布料、振捣、刮平、养护、脱膜多个方面。在计算机平台的支撑下，各类技术驱动形式是按照整个网络系统编设的数据基准予以实现的，自动化、智能化的控制形式，增强产品部件的生产精度，解决后期生产过程中的误差问题。第三，装配式构件模具技术指标。装配式部件生产模具是构件质量结构的基础所在，模具设备精准性保证其在生产与脱模过程中不会产生偏差问题。模具技术方面最主要的是确保预制装配式混凝土构件生产过程中，模具制作以及脱模流程可对生产预制件进行空间定位及其结构调整，规避工程现场施工期间产生因误差导致的连锁反应。一般来讲，模具的精度误差大约在0~2mm之间，且设计生产环节应结合不同浇筑形式，对模具呈现的应力效果起到对冲或补偿的作用，防止出现工程施工质量问题。第四，装配式构件混凝土制备。传统现场浇灌式混凝土施工，一般是在钢筋捆绑完成之后，利用专业的混凝土车辆，将混凝土材料运输到施工现场进行浇灌处理，此过程中长时间的运输时限，将对混凝土自身性能造成一定的干预，且容易影响后期工程建设质量。预制构件生产全程由工厂进行一体操作，搅拌站在拌合完混凝土之后，可直接进入下一个装配式构件的生产环节中，整个过程中消耗的时间较短，且浇筑之前可以进行尺寸校对，提高部件生产的质量性。与此同时，在浇筑过程中也可以进行相应的调整，通过检测功能，及时查证浇筑生产期间存在的误差问题并进行调整，保证工程建设质量。第五，装配式构件生产的监理功能。驻场监理是对装配式预制生产部件进行全方位检测处理，通过实体验收以及性能检测环节，确保构配件入场之前达到工程建设需求，监理过程应作用于施工人员、施工图纸检验、施工过程检验以及材料成品检验中，通过多维度的检测处理，增强装配部件的产品质量与性能，为后期工程建设奠定坚实基础。

3.2装配式混凝土结构建筑施工技术

首先，构配件的运输模式。当前，工程建设结构呈现出大体量特征，装配部件的生产也从原有的小体积逐渐转变为大体积，建筑设计中为防止预制部件连接过程的薄弱问题，通常采用大体积的装配结构，以增强建筑整体的稳固性。建筑构件的基础参数对于场外运输环节提出更高的要求。对此，场外运输工作应针对构件质量以及运输环境进行协调分析，例如，选取运输车辆、运输路线，针对购配件的装载与卸车工序进行调整，防止运输过程因为破损问题造成的构件结构力缺失现象。伴随着智能化体系的不断发展，构配件在运输环节采用传感器测定车辆运输期间内部购配件的空间参数，以传感器信息记录作为购配件实时信息的一个响应体，如果发现问题则立即报警处理，指示工作人员及时停车进行加固布设，保证后期运输的可靠性。其次，构配件堆放技术。从装配置工程施工现场来看，需针对各类零配件提供存储场所，因为既有的工程量对于零配件呈现持续性的损耗需求，构配件供应体系应满足工程建设进度。其中预配件的提前进场及其存储堆放环节，则是保障构配件不会受到结构性损坏的基础所在。针对预制构件进行堆放时，应当选择平整且干燥的场地，在构件堆叠时，应防止出现构配件受力不均的问题，同时要保证后期起调过程不会产生任何碰撞的问题。在统计时，针对各类配件的组织形式调整，标记零配件的出厂顺序，保证工程施工的持续性，为构配件堆放示意图。同时，构配件堆放期间应针对堆放场所的具体情况进行分析，例如复杂墙体内的零部件，横向占用面积较大，可采用竖向的布置形式降低零部件的摆放面积，此过程中应保证零部件竖直摆放的垂直度维系在80~90°。再次，构配件的场内预期施工。构配件现场预期施工大体可以分为场内运输与吊装两个环节。在场内运输期间是构配件支撑性能的稳定保障，工程运输应按照特定的路线，防止出现配件运输与其他专业施工交互碰撞的问题。场内吊装环节，将装配构件吊起放置于指定位置，然后进行安装，起吊过程必须把控起吊时间、空间点位，防止过快或过慢引发的部件脱落或碰撞问题。除此之外，应制定施工预案，结合前期设计规划，确定吊具类型、支架形式等，例如，吊点位置选取应考虑吊装位置是否能够达到施工空间的定位点，结合吊装施工形式，确保后期契合施工需求，为预制墙板的吊装图示，通过对不同墙板类型的设定，可延伸多种吊装模式，增强吊装的合理性。最后，构配件的安装施工技术。构配件在安装施工中，应综合考虑到不同工程建设存在的问题点，充分配合设计文件进行信息多维度呈现，且设计方案与施工方案之间严格按照合同文件进行参数比对，确保构件装配的合理性。接下来便从预制柱、预制梁、预制板、预制墙体与预制楼梯等方面，分析装配式混凝土结构建筑安装技术。预制柱安装：主要是针对柱体与承台之间的节点进行施工衔接处理。预制柱施工工序，工程安装期间，应进行垂直度的调整，保证工程预制柱端部设置与基层钢绞架衔接性，提高基础结构的稳固性，防止出现后期施工形变的问题。然后，针对剪力结构进行设置，防止预制柱自身的抗剪性能随着结构积累产生衰弱现象，保证固定的几何外形下，剪力结构可承载更多的结构力。后期混凝土浇筑施工期间，应按照套筒灌接形式，保证内部钢筋与预制部件之间的黏合性，除此之外应进行接缝处理，并采取适当的振捣工艺，保证混凝土浆体的坍落度，提高基础结构稳固性。预制梁安装：确定好工程施工顺序，在吊装过程采取相对应的吊装形式，保证受力均匀，规避吊装环节的结构力缺失现象，增加内部结构的力学稳固性。一般情况下，吊装预制梁需要辅助与型钢进行力学抵冲，增加梁体的应力效果。预制板安装：需要进行控制线复核、预制板吊装与校正，临时固定与最后固定几个工序，保障预制板施工期间，不会因为外力作用呈现割裂现象。此过程中应注意的是，确定标高位置，针对各类板材的类型进行标注处理，保证后期吊装施工期间的协同性。然后进行水泥浆层的敷设，通常情况下，装配梁与承重墙结构上层敷设1~2cm的水泥砂浆层，降低吊装板的拉应力。预制墙体安装：应进行前期定位处理，结合工程设计流程进行逐一组装与对接。期间，为提高工程施工效率及质量，应当严格控制插筋位置，并针对墙板起吊，斜支撑板体进行合理控制，提升墙板安装的精确度。预制楼梯安装：由于楼梯结构跨度较大，工程预制及其安装施工具有一定的难度，安装施工时，应确定吊装位置，并结合楼梯自身的结构，选取吊装工艺，防止吊装期间结构力失衡而造成的安装错位现象。同时，测定不同楼梯的调整参数，确保定位位置与施工位置形成精准对接，然后进行焊接与螺栓连接，保证节点链接形式与受力形式是符合工程建设需求的，最后利用混凝土进行铺设处理，提高工程建设质量。

结束语

本文首先简要介绍了装配整体式混凝土结构体系,并对套筒灌浆连接技术和钢筋浆锚搭接连接技术进行了系统分析,进而在分析结果的基础上总结了每种连接形式的优缺点和适用范围,希望能为今后的结构设计工作积累经验,同时也为业界同人提供参考。

参考文献

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项目来源：2022年辽宁省大学生创新创业训练计划项目“装配式管桩与承台的连接结构研究”，项目编号：202213208045