装配式节点及抗震性能研究

装配式节点及抗震性能研究

周 青

中国十七冶集团有限公司 243000

摘要：装配式建筑节点在建筑工业化过程中发挥着重要作用，节点种类繁多且具有不同的特征。介绍常用装配式节点种类及特点与优点，并对其抗震性能进行分析，主要包括试验研究与数值模拟分析两部分。并对设计参数、施工质量等节点抗震性能影响因素进行了进一步讨论。文中还提出改善节点抗震性能应采取的对策，主要有优化节点设计，使用高强度材料，合理设计形式，引进减震装置和加强施工质量管理。这些举措都是为了提高装配式建筑整体性能，增强抗震安全。

关键词：装配式建筑；节点类型；抗震性能；施工质量

引言

在建筑工业化不断推进的今天，装配式建筑以高效，节能和环保的特点引起了人们的普遍重视。装配式节点是与预制构件相连接的关键节点，节点性能的好坏直接关系着建筑整体的稳定与安全。尤其对于地震频发地区装配式节点抗震性能更加重要。所以，对装配式节点种类、特征、抗震性能及影响因素进行深入研究，并给出相关优化措施对促进装配式建筑发展有着十分重要的意义。

1.装配式节点的类型和特点

1.1 常见的装配式节点类型

装配式建筑，是一种注重模块化、标准化的建造方法，它通过工厂预制出构件后再进行现场装配，极大地促进了建筑效率和品质的提高。在这一过程当中，节点作为各预制构件之间联系的重点，它的设计和执行是否准确直接影响着建筑整体的稳定和安全。常用装配式节点种类可概括为梁柱节点，楼板节点，墙体连接节点和特殊用途节点等几种。梁柱节点，是构架系统最常用的节点之一，担负着使梁和柱紧密相连以保证结构力学性能传递与分布的使命。楼板节点涉及楼板与楼板、楼板与墙体之间的连接，设计时不仅要确保结构的完整性，还需要考虑隔音、隔热等性能。墙体连接节点涉及墙体间的相互连接，包括承重墙体和非承重墙体的连接。为了满足某些特定的功能需求，例如增强建筑的抗震能力或确保建筑部件的循环再利用，设计了一些特殊用途的节点，例如防震节点和可拆卸节点。

1.2装配式节点的特点和优势

装配式节点技术凭借自身独有的特征与优势正在引领建筑行业不断创新与变革。一、精准高效为其最显著特点。工厂化生产模式保证节点制造精度和降低现场施工不确定性，使建筑质量得到改善，同时工期得到缩短。另外，装配式节点在设计时充分考虑到后期养护和替换的便捷性，显著降低建筑长期运维成本。环保和节能又成为装配式节点的主要优点。通过准确地计算与制作，大大减少了生产中的材料浪费。现场干作业在降低建筑过程能源消耗的同时降低环境影响。更有甚者，装配式建筑拆装重组能力使建筑材料回收再利用成为可能，有利于可持续发展。技术集成和创新使装配式节点在智能建筑中熠熠生辉。通过将先进传感器与控制系统整合在一起，装配式节点既从结构上保证了建筑安全，又可以智能调节建筑环境，提高居住与使用舒适度。另外，新材料和新技术层出不穷，装配式节点设计和应用不断被刷新，促进了整个建筑行业向前发展。

2.装配式节点的抗震性能分析

2.1 试验研究方法

装配式建筑节点抗震性能试验研究方法起着关键作用。这一方法的精髓在于，它通过构建反映现实情况的实验模型，并采取一系列精心设计的实验流程，来模拟并评估节点在地震影响下的反应。该过程既包含从精选材料，构件准备到加载方式决定的诸多环节，又以尽可能逼真地再现地震作用下节点受力及损毁过程为目标。试验的设计以现行地震设计规范及历史研究成果为支撑，并进一步提炼为具体试验操作，涉及构件尺寸精确制造、科学地选择加载方法，有效地运用数据收集技术。研究团队实际进行试验前，先做了系列预试验以保证试验设计合理、试验过程可信。试验开展过程中，研究者将通过对试验数据的采集与分析，深入探究装配式节点受地震力影响下具体力学表现及破坏机制。这一穷尽性数据分析不但揭示出极端情况下节点行为规律，而且对节点设计改进与性能增强具有科学指导意义。这样，研究者们就可以对比评价各种设计方案，材料选择及连接方式等因素对节点抗震性能产生的特定影响。对试验结果进行深入分析，有利于促进装配式建筑技术进步，增强地震作用下建筑安全性与可靠性。

2.2 数值模拟分析

开展装配式建筑节点的数值模拟分析，用以预测并优化节点的抗震性能。该过程一般涉及复杂计算模型及软件工具等，旨在通过仿真复现地震中节点的反应。数值模拟的核心是建立一个精确的计算模型，这包括对材料特性、连接的细节以及其非线性行为的准确模拟。数值模拟时需结合实际节点设计及材料特性构建合理几何模型及材料模型。选用适当的有限元分析等数值分析方法进行模拟计算。在模拟过程中需对该模型做适当简化与假定，在确保分析准确有效的前提下。通过模拟分析可得到不同地震作用下节点受力，变形及破坏模式等细节，对了解其抗震机制并提出改进措施具有重要意义。数值模拟分析既可以对节点抗震性能提供深刻认识，又可以对不同设计参数改变时节点性能变化趋势进行预测。这一研究为装配式建筑在抗震设计方面提供了关键的理论基础和技术援助，有助于促进装配式建筑技术的进一步发展和广泛应用。综合运用实验研究方法，数值模拟分析可以对装配式节点抗震性能进行更加全面深入地评价，对装配式建筑安全性及经济性提供有力保障。

3.影响装配式节点抗震性能的因素

3.1 节点设计参数的影响

在装配式建筑中，节点设计具有十分重要的意义，其直接关系着整个建筑抗震能力。设计的高级性与科学性最终还是要保证安全性与实用性。节点设计过程中涉及很多参数，其中有但不仅仅局限于材料选择，尺寸比例，连接方式和结构刚度等，而这一切都不是影响其耐震响应大小的关键因素。工程师们在进行设计时遇到的难题就是如何综合考虑这几个参数对于抗震性能所产生的影响。通过实例计算表明，针对节点连接刚度与韧性的优化可使地震作用下作用在结构上的力量得到有效分散与传递，既可增强建筑安全保障又可增加服务年限。同样地，选取合适的连接件材料及尺寸是保证节点在极端环境中性能优良、避免节点破坏继而导致整体结构失效的关键。在此基础上，设计节点时还要考虑施工简便性、成本效益等因素。这就决定了在保证结构安全的前提下，还必须兼顾施工方便程度及经济性，努力寻求安全和成本的最佳平衡。通过这种全方位的考量，才能够设计出既安全又经济的装配式建筑节点，满足现代建筑对效率和耐久性的双重要求。

3.2 施工质量的控制

在装配式建筑节点抗震性能方面，施工质量毫无疑问是至关重要的因素，其渗透在建筑过程的各个环节。这一工艺由零件的制作扩展到现场安装，每一个环节都不能有半点松懈，对其进行严格质量监控就成了保证结构安全的关键。卓越的施工质量不仅表现为所选材料的合格与否，还表现为施工团队专业技能的高低以及工作投入的多少。在保证各节点准确对接过程中规避潜在安全隐患非常关键。它不仅要有优质的材料做后盾，还要靠施工人员过硬的技术和高度负责的态度。为了确保施工的高质量，一个合适的施工方案和严格的施工监控体系是至关重要的。在此基础上，对现场施工条件进行管理亦是如此，如营造合适的施工环境、保证装配顺序准确等均需经过精心计划与控制。通过高标准的施工质量要求能够有效地提升装配式建筑节点抗震能力。这就决定了当遇到地震这种自然灾害的时候建筑可以表现出更强的稳定性以尽量降低损失。所以从挑选适合自己的材料入手到对施工中的每个细节进行认真管理是提高建筑抗震性所必须做到的。

4.提高装配式节点抗震性能的措施

4.1 优化节点设计

4.1.1 采用高强度材料

高强度材料的使用对增强装配式建筑结构节点抗震性能具有重要意义。传统材料在强烈地震作用下不一定能抵抗住地震的胁迫，所以采用高级高强度材料能有效地提高结构整体的稳定性与耐久性。如高性能混凝土、高强度钢材等可以提供较好的强度与韧性，使得节点受到地震力时仍能维持结构完整。更有甚者，这类材料在加强抗震能力的同时也促进了结构整体性能及使用寿命的提高。在充分考虑环境因素的情况下，选用可持续和环保的物料也非常关键，不仅能够保护环境还能够保证长远经济效益。

4.1.2 设计合理的节点形式

就节点设计而言，一个理想的节点形式除了应满足抗震要求外，还应考虑到施工便利性与经济性。改进节点抗震性能，关键在于合理地设计。设计过程中要综合考虑地震作用下节点的力学行为并选用能有效地分散与吸收振动的结构形式。如采用预应力技术及桁架结构设计等可以增强节点承载能力及弹性。与此同时，设计合理的节点也要考虑与整体结构兼容，以保证地震时各构件能够共同工作以避免结构破坏。为满足不同建筑风格及功能需求，该节点设计要有一定灵活性及适应性。

4.1.3 引入隔震减震装置

引入隔震减震装置对加强装配式结构节点抗震性能具有重要意义。采用隔震器及减震装置可显著减少地震对建筑的直接作用。隔震技术是将隔震层布置在建筑物和地面间，使建筑物相对地面在地震作用下具有一定自由度，这就能显著降低结构受到的地震力。减震技术是通过使用各种不同的减震设备来减少地震产生的能量，从而降低建筑物的震动幅度。这些技术在提高建筑物安全性的同时也降低了维护与加固费用。另外，隔震、减震技术在发展过程中越来越强调智能化、可持续性等特点，以此来满足建筑需求的变化与环境的挑战。

4.2 加强施工质量管理

4.2.1 严格施工材料控制

在建筑领域中，材质的好坏直接影响着最终结构的稳定和安全。所以对装配式建筑来说，在选材上一定要严格把好质量关。其中既涉及材料力学性能，耐久性及环境适应性等问题，又涉及材料供应链稳定性与可靠性问题。对物料质量进行控制是从源头抓起，需要供应商出具完整的质量证明文件并且经过第三方机构检测验证，才能保证物料符合预设标准。在此过程当中，一个高效的信息管理系统是追踪并记录物料来源，性能测试结果以及使用状况的关键，这不仅能确保物料质量，还能方便后续维修与保养。

4.2.2提高施工人员技能

为了促使装配式节点抗震性能得到提高，强化施工质量管理成为关键环节。其中施工人员技能水平的提升起到了决定性作用。经常进行培训和考核，就成了保证施工队伍掌握所需知识，技能的关键所在。这类培训涉及许多方面，既有新材料使用方法与新技术，也有施工安全，质量控制标准与应急处理措施。施工队伍经过系统训练后，能熟悉新材料特点及使用技术，并掌握先进施工工艺，使施工质量得以提高。另外，培训还涉及施工现场安全管理、质量控制等内容，以保证施工过程安全可靠。施工人员也需要学会应急的对策，这样才可以在突发情况下快速高效地应对，降低损失。以培训内容落实为目标，在模拟施工现场进行实操练习，有利于职工更好适应复杂施工环境、训练问题解决能力、提高整体施工队伍专业水平及工作效率。

4.2.3实施精细化施工管理

精细化施工管理关注施工过程中的每个细节，其目的是通过有效的项目管理，在保证施工质量的同时，减少浪费，避免失误。其中包括但不仅仅局限于科学地安排施工计划，合理配置资源，现场安全管理，严格实施质量控制机制等。在施工管理方面，采用BIM技术等现代信息技术手段能够使施工过程可视化并帮助项目团队深入了解设计意图，对可能出现的矛盾与问题进行预测与化解，以达到提高施工效率与质量的目的。

4.2.4加强现场监督检查

现场监督检查是保证施工质量最后的防线，它的重要性是显而易见的。监督检查既要重视施工中安全措施，又要涉及材料使用，施工工艺和质量控制。监督团队多由有丰富经验的专业人士构成，要求在施工过程中全面、详细地考察，及时给出改进意见。另外，现场监督还应包括定期召开审查会议、并对施工日志、记录进行细致整理等工作，以保证各项施工活动有依据可查，从而为工程顺利完工提供了坚实保证。

结束语

总之，装配式建筑节点是建筑工业化发展的基石，优化节点性能，提高节点抗震能力是建筑可持续发展至关重要的问题。文章从装配式节点的种类、特点进行分析，并就其抗震性能的影响因素及提升措施进行探究，以期为装配式建筑在设计与建设中提供理论依据与技术支持。今后随着新材料和新技术不断出现，装配式节点性能会越来越完善，在建筑领域中会得到越来越多的应用。

参考文献

[1]杨明远, 张社甫, 龙正勇. 装配式节点及结构抗震性能[J]. 建筑技术开发, 2023, 50 (11): 6-8.

[2]卓旬, 刘庆辉, 徐艳红, 徐梓豪, 王会乾, 高谦. 装配式混凝土结构连接节点研究综述[J]. 混凝土, 2022, (12): 155-162+167.

[3]唐天国, 宋军凯, 廖强, 鲍泽辰. 装配式钢结构自耗能节点元件抗震性能研究[J]. 建筑结构, 2022, 52 (S2): 759-763.

[4]马康, 叶锡豪, 于海丰, 靳天姣. 装配式钢框架梁柱节点变形及数值模拟研究[J]. 工业建筑, 2022, 52 (12): 94-100.

[5]龚诗雨, 陈楠, 蒋志桢, 柏伟, 金晓清. 装配式建筑节点抗震性能研究[J]. 建材发展导向, 2022, 20 (12): 88-90.