裝配式結(jié)構(gòu)及新型節(jié)點(diǎn)介紹

王明，武樂，舒宇，許浪，江東

（西南石油大學(xué)，成都610500）

1 研究背景和意義

傳統(tǒng)粗放型建筑業(yè)存在的主要問題是手鋪混凝土結(jié)構(gòu)和人工操作。一是，建筑業(yè)消耗大量的能源和資源。二是建筑業(yè)勞動(dòng)生產(chǎn)率低，建筑工業(yè)化水平低；三是中國的短壽命的建筑，房屋抗震性能差。

工業(yè)化住宅與傳統(tǒng)的磚混結(jié)構(gòu)相比具有以下優(yōu)點(diǎn):房屋自重輕；抗震性能好;精度高、質(zhì)量好;施工安裝簡單,周期短;建筑造型美觀;現(xiàn)場施工文明,基礎(chǔ)以上全是干式工法,沒有濕作業(yè),建筑垃圾少,屬環(huán)保型建筑;適用于山區(qū)、邊遠(yuǎn)地區(qū)以及地方建筑材料缺乏的地區(qū);不需二次裝修,用戶可及時(shí)入住。

2011年8月18日，住房城鄉(xiāng)建設(shè)部正式公布了“建筑業(yè)”“第十二個(gè)五年”發(fā)展規(guī)劃，表明建筑鋼結(jié)構(gòu)迎來新的發(fā)展機(jī)遇。

2013年1月1日，國務(wù)院辦公廳轉(zhuǎn)發(fā)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部、發(fā)改委2013 1號(hào)文件《綠色建筑行動(dòng)計(jì)劃》，提出了促進(jìn)公路建設(shè)產(chǎn)業(yè)化[2]的發(fā)展，促進(jìn)了鋼結(jié)構(gòu)大廈的發(fā)展和預(yù)制鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)體系。

在黨的十八大報(bào)告中，提出了“新型工業(yè)化道路”，推進(jìn)了新建筑產(chǎn)業(yè)化。

二十一世紀(jì)，我國正不斷推進(jìn)住宅產(chǎn)業(yè)化和建設(shè)產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展道路。建筑技術(shù)創(chuàng)新裝配結(jié)構(gòu)將成為世界建筑業(yè)技術(shù)發(fā)展的主流。

為實(shí)現(xiàn)建筑業(yè)的現(xiàn)代化，建立了全生命過程綠色建筑理念。鋼結(jié)構(gòu)具有良好的機(jī)械性能，容易組裝，重量輕，強(qiáng)度高。這是最合適的建筑模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化、工廠、裝配和現(xiàn)代化的，也是最容易實(shí)現(xiàn)的建筑工地的防火、無水、無塵，綠色建筑的概念[2]。目前，中國的粗鋼產(chǎn)量嚴(yán)重過剩的情況下，大力推廣鋼結(jié)構(gòu)住宅可謂是一箭雙雕。

2 國內(nèi)外裝配式住宅產(chǎn)業(yè)介紹

建筑領(lǐng)域會(huì)隨著裝配式建筑的發(fā)展產(chǎn)生巨大變革，現(xiàn)如今，隨著建筑工業(yè)化的加快，建筑施工中各部件的裝配和工廠化已成為各發(fā)達(dá)國家建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志。

住房城鄉(xiāng)建設(shè)部明確提出要在經(jīng)濟(jì)適用房推廣使用鋼結(jié)構(gòu)住房。但是，目前，99%的現(xiàn)有建筑物和95%的新建筑物屬于高能建筑。建筑能耗、建材生產(chǎn)和運(yùn)輸能耗占社會(huì)總能耗的46.7%左右。造成這些問題的主要原因是工程質(zhì)量不均勻、施工效率低、傳統(tǒng)建筑施工的因素較多。我國需要跟隨當(dāng)前形勢進(jìn)行一系列的改革[3]。

通過conxtech公司開發(fā)的新型裝配式鋼結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)在美國是一個(gè)純鋼框架結(jié)構(gòu)體系。目前，輕鋼結(jié)構(gòu)裝配系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于醫(yī)療、軍事、商務(wù)辦公、停車場和大型工業(yè)建筑的主體結(jié)構(gòu)中。

作為美國最先進(jìn)的裝配建筑，與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式相比，框架結(jié)構(gòu)體系具有許多優(yōu)點(diǎn)：①成本和進(jìn)度可預(yù)測性。②內(nèi)部結(jié)構(gòu)可有效地抵抗地震荷載、沖擊荷載作用下的連續(xù)倒塌，并滿足ATFP的要求。③框架結(jié)構(gòu)中沒有剪力墻和支撐架，更便于樓板的布置。④可配置程度高。所有部件均為標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，適用于任何結(jié)構(gòu)，可隨時(shí)更換。⑤現(xiàn)場無需焊接，提高了施工效率，降低了人工成本和事故發(fā)生概率。⑥它比傳統(tǒng)建筑更綠。結(jié)構(gòu)質(zhì)量輕，施工效率高，二氧化碳排放量大幅度降低。⑦結(jié)構(gòu)可以拆卸，結(jié)構(gòu)部件可回收重復(fù)利用。

3 梁柱連接形式

美國鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會(huì)（AISC）允許應(yīng)力設(shè)計(jì)規(guī)范（ASD）將梁柱連接分為三種類型：剛性連接、半剛性連接和柔性連接。剛性連接假定連接具有足夠的剛度，可以傳遞剪力和彎矩。

梁柱連接常用形式有：

①完全焊接:梁腹板和柱翼緣用角焊縫連接，柱翼緣和梁翼緣又采用全熔透的破口焊縫。

②栓焊混合連接:梁腹板和柱翼緣采用角鋼和高強(qiáng)螺栓連接，柱翼緣和梁翼緣又采用全熔透的破口焊縫。

什么是延遲滿足呢？最常見的情況就是帶孩子上街，孩子要買這買那，家長不給買或者說以后再買。這屬于最簡單的一種延遲滿足，可如果認(rèn)為這就是訓(xùn)練自控力的全部，就有些片面了。

③完全連接:梁腹板和柱翼緣采用角鋼和高強(qiáng)螺栓連接，柱翼緣和梁翼緣采用T型鋼和高強(qiáng)螺栓連接。

④螺栓和焊接連接：在柱板上的焊接中具有高強(qiáng)度螺栓連接的法蘭[4]。

在這些連接中，焊接螺栓連接是鋼框架的連接形式，被廣泛應(yīng)用，在螺栓緊固后安裝高強(qiáng)度螺栓。

3.1 梁柱塑性承載能力設(shè)計(jì)規(guī)定

當(dāng)鋼梁破壞后，鋼柱進(jìn)入整體截面塑性時(shí)仍處于彈塑性或彈性狀態(tài)，即強(qiáng)柱弱梁原理。梁柱節(jié)點(diǎn)和上、下兩端左右的全塑承載力滿足下列要求：

對于等截面梁：∑Wpc（fpc-N/Ac）≥η∑Wpcfyb

其中Wpc：交匯于節(jié)點(diǎn)柱的塑性截面模量；

fyc:柱的鋼材屈曲強(qiáng)度；

fyb:梁的鋼材屈曲強(qiáng)度；

N:地震組合軸力；

Ac:交流截面面積：框架柱；

η:強(qiáng)柱系數(shù)，一級取1.15，二級取1.1，三級取1.05。

4 展望

英國已經(jīng)建造出3D打印的工業(yè)化模式房屋，建造機(jī)器人技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)和工業(yè)化技術(shù)正在全球建筑領(lǐng)域刮起風(fēng)暴，智能化設(shè)計(jì)、加工制作、施工與物業(yè)管理技術(shù)正在與智慧城市建設(shè)和管理相融合。在這方面我國還有很大的進(jìn)步空間[5]。

另外，還對圓筒板厚度、翼板厚度和螺旋模型的類型作了進(jìn)一步的研究。將焊縫缺陷、殘余應(yīng)力對節(jié)點(diǎn)受力性能的影響也考慮進(jìn)去。為了進(jìn)一步研究新型預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的抗震性能，需要更多的實(shí)驗(yàn)研究人員進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)和理論分析，以提供一個(gè)完整的理論基礎(chǔ)。