钢结构模块化建筑连接节点最新进展

钢结构模块化建筑连接节点最新进展

吴凡,朱晓东

江苏省建筑工程质量检测中心有限公司   江苏 南京 210000

摘要：模块化建筑是一种高度装配化的新兴建筑形式，具有施工高效、质量精良、绿色环保等优点，呈现出可持续发展趋势。基于此，本文主要对钢结构模块化建筑连接节点最新进展进行论述，详情如下。

关键词：钢结构；模块化建筑；连接节点

引言

模块化建筑将工厂预制生产的模块单元运送至施工现场，通过有序拼装以组成整体结构，模块单元通常按照一定的三维建筑空间进行划分，可根据建筑的功能需求和结构的设计要求进行灵活设计，在工厂内完成其主体结构、楼板、天花板和墙板的预制及内部装修，使其具备完整的建筑使用功能。

1连接节点

节点的结构设计应该满足安全可靠、传力明确、构造合理、耐久性好、便于施工安装和检测等需求。模块间的连接不仅应该满足荷载的传递，其构造也需要有一定的延性，避免发生脆性破坏。应力在节点上的分布应当尽量均匀，应当遵循“节点强于构件”的设计原则。在进行节点设计时，需要考虑强度和刚度等结构性能，也需要考虑以下问题：1）施工现场误差敏感性；2）多模块间有限的操作空间。不同于传统建筑的“一柱多梁”，模块化建筑单元之间的连接具有“多柱多梁”的特点，尤其对于中柱的连接，需要考虑安装顺序以及是否有足够的空间进行连接；3）现场施工时与墙板的冲突。模块间的连接时常因为墙板的存在而缺少施工空间，并且不能破坏现有墙板，同时需保持内装的完整性与美观度。目前，模块单元间常见的连接方式大概可以分为以下五类：1）通过焊接连接；2）通过连接杆连接；3）通过连接件连接；4）通过螺栓连接；5）通过混合方式连接的节点。

2装配式模块化钢框架模块间拼接节点

模块化建筑是绿色建筑的典型代表，具有低碳节能、快速高效、经济适用等特点，在抗震救灾、重大突发疫情救治、办公产业园等领域可实现高效、快速整体安装，发挥其他建筑形式不可替代的重要作用。目前我国模块化房屋集成技术研究尚处于起步阶段，现有模块化房屋大多是由集装箱改建的低层建筑，房屋使用效率低，模块间连接节点刚度较弱，工程应用尚存在技术瓶颈问题。１）在模块间拼接节点柱壁内通过设置内隔板可有效改善节点耗能能力，显著提高节点的承载能力，建议在节点柱壁内设置内隔板以提高模块间拼接节点的抗震性能及承载能力；２）增加水平连接板厚度对模块间拼接节点的承载能力、抗震性能影响不明显，但可改善模块间拼接节点水平连接板处的应力分布，建议水平连接板厚度应在柱壁厚度的基础上增加２～４ｍｍ；３）单向高强螺栓的孔径对节点承载力有较大影响，当单向高强螺栓的孔径取值过大时，将对水平连接板承载力产生较大影响，建议单向螺栓直径不宜大于水平连接板厚度的２倍。

3综合楼板连接构造的构造形式及试验性能

通过组合钢板墙的试验研究，一是分析“不带H型钢梁”和“带H型钢梁”，通过缩尺进行异形柱组合钢板墙加载试验，有效控制低周反复水平，研究端柱形式以及控制轴压比的不同参数，使其达到强化墙体的抗震性能。二是针对TT型的梁柱节点进行试验研究过程中，设置新型的梁柱节点，控制扁柱钢管、H型钢梁、牛腿的相关参数，保证钢柱尺寸、钢梁尺寸、钢梁位置等相关参数的试验构架达到节点连接，避免破坏模式，起到抗震性和承载力的试验结果。三是结合组合楼板连接的节点进行试验，针对剪力墙不打断中间节点，剪力墙不打断边节点，对比剪力墙的控制试验结论，对节点的纯弯、纯剪、弯剪力学相关的性能进行逐一的承载试验，从而达到满足该体系楼板连接构造的构造形式的实验性能。四是在组合楼板连接节点域，对其开裂、局部破坏、整体破坏、混凝土开裂、受压区裂缝、受拉面裂缝分布等方面的试验研究，通过检测楼体钢结构装配式施工中的节点域承载力和刚度，有效满足钢筋穿过剪力墙连接方式，使其达到H型钢梁连接方式提升整体承载力和刚度的构造合理化。五是墙体采用抗火性试验及节能新材料的应用。异形钢双钢板混凝土组合剪力墙通过研究相关墙体耐火性能，控制ALC板对拉螺栓、非膨胀型防火涂料，满足岩棉板、次龙骨、主龙骨，控制非膨胀型防火涂料，起到全面提高墙体抗火性能的试验结果。同时，设置建筑构造不断优化内墙构造做法及节点做法施工建设，通过设置双钢板组合剪力墙构造，处理剖面相匹配的ALC外墙连接构造设计，充分结合外保温及装饰满足施工整体质量效果；通过PBECA的能耗模拟试验，全面分析建筑构造优化外墙隔声的性能，分析剪力墙传热处理方式，有效保障模拟分析建筑体系构造各项性能，达到规范施工及整体施工建造舒适度的设计要求。保障建筑结构优化墙板与结构变形，控制钢结构体系满足相关节点的变形适应能力。从此设置建筑构造优化外墙防水结露等相关的新型保暖装饰一体板防水节点，放置pH试纸或防水压条，通过垫块调节裂缝宽度，满足密封胶固化后，隔缝均匀进行浇水，从而控制外墙采用ALC条板融合保暖装饰一体板，巩固粘锚结合的墙体表面，起到装饰和保温作用。同时，有效防止墙体裂缝，解决因条板自身收缩、条板与结构刚性连接导致的板间裂缝。这种情况可以通过耐碱网格布，保障板缝节点防裂胶带操作板缝位置具有弹性，有效解决钢结构装配式墙体裂缝的问题。

4设备与管线系统的标准化设计

装配式钢结构住宅在设备与管线系统的设计中也更加侧重于以标准化的方式产生集模块化、装配化于一体的设计方案。住宅室内设备与管线需要保持独立性,即与结构主体分离,公共区域内布设的是公共管线,采用的设备管线材料具有标准化、集成化、装配化的特点,采用的专用部品需兼具质量稳定性和耐久性的两项性能要求。室内设备及管线设计时的全面性较强,综合考虑到整体卫浴、架空地板等,结合多部分共同开展协同设计工作;尽可能避免现场湿作业,条件允许时优先考虑装配式的方式,各类设备和管线均进行标准化采购,机电管线与结构主体保持分离,避免彼此间产生干扰。设备与管线模块化指的是根据机电系统的特征做拆分处理,获得基于构配件组成的设计单元(模块),再富有针对性地围绕各模块做相应的优化,在该工作模式下,确保模块能够有效设计、精准预制与安装。

5预应力连接节点

预应力连接节点是在钢结构模块化建筑的角柱中设置贯通的拉杆或拉索装置，对拉杆或拉索施加预应力，使得上、下模块连接为一体的节点形式，适用于低层模块化建筑。拉杆式预应力连接，通过逐段张拉螺纹钢筋和设置抗剪件，分别约束上、下模块间的竖向与水平位移，无需现场多螺栓连接或焊接，提高了安装效率。预应力连接节点可对上、下模块柱进行高效的连接，但现场施工较为复杂，结构整体的稳定性与多模块节点的适用性需要进一步验证。

结语

现有节点中大多数适用于角柱和边柱的连接，有“八柱十六梁”结构特点的中柱区域由于施工空间和“全装式”模块墙板与内装的限制，可供选择的设计很少，可用于高层模块化建筑的节点更加受限，因此在今后的节点设计中，开发出既能满足结构的受力性能，又不因为墙板、内装等存在而影响其安装操作，同时施工快捷的模块间连接件，是势在必行，从而更好地促进模块化建筑发展。

参考文献

[1]李国强,毛磊,陆烨.箱式模块建筑拼接节点结构:CN104790529A[P].2017-12-05.

[2]王燕，刘明扬，杨怡亭，等.模块化钢框架连接装置[P].青岛:青岛理工大学CN206233358U,2017-06-09.