预制装配式小部品异形柱结构建造技术研究

徐朝辉　马晓丽

【摘 要】本文对预制装配式异形柱的概念、适用范围、设计方法、连接节点连接方法进行了简要的概括，并在以往研究的基础上将原有的墙承重体系，改为柱承重体系，减轻了异形柱结构体系的自重，扩大了该体系的使用范围，由此提高了预制装配式异形柱的经济性。

【关键词】预制装配式；异形柱；设计方法；结构

0 概述

异形柱结构体系介绍：异形柱结构相较于普通框架结构是一种新型的结构体系，异形柱结构是一种由L型，T型柱组成的异形结构，与矩形框架柱支撑的处置构件结构是不同的。实际工程中的异形柱结构多采用的为T型、L型、十字型，属于框架结构或框剪结构体系。[1]

异形柱结构具有诸多优于同类框架结构构件的优点：

1）L形，T形异形柱可以在建筑交叉口使用代替传统矩形柱，由于柱厚和墙壁厚度相同，在室内可见范围内不会出现棱角影响空间平整性，因此在居民底层建筑物建造时使用L形、T形柱具有美观实用，布局灵活，便于管线的室内布置和室内装潢的开展。

2）在改进的异形柱机构体系中，将由墙体承重改为异形柱体承受主要重量，因此异形柱结构的墙壁厚度很大程度上减薄，大大增加了室内使用面积，同时由于具有平整的工作面，对于墙体保温填充材料要求较少，填充材料的就地取材降低能源消耗，具有较好的社会效益和经济效益。

3）异形柱结构体系同样的柱截面面积较矩形柱具有更大的结构刚度，因此采用异形柱结构体系具有更小的柱体截面面积，同时填充材料可以采用轻质材料，因此，异形柱结构的整体重量，与普通砌块结构相比减少了约60%，可以提高结构的抗震能力。

4）有研究证明，异形柱结构体系采用工业废弃物作为粗骨料，可以配置出自重较小，而强度等级高于C20的轻质混凝土，异形柱结构采用此种轻质混凝土，可以在满足强度、刚度、稳定性的情况下减轻结构自重，由此实现工程设计中提高结构承载和节约工程成本的目的。[2]

1 研究思路

多个不同形式的受力构件组成了一个完整的建筑体系，而不同的构件之间只有通过有效的连接，才能彼此支撑共同受力形成一个有机的统一整体。建筑结构中不同构件汇集的节点部位是一个力的转换体。它可以将结构中某一重要集中力分散为多个方向的作用力也可将多个方向的作用力汇集起来形成一个集中力。

为满足现今社会对大空间及复杂功能的使用要求，本文拟将原有的墙承重体系，改为柱承重体系，对现有构件进行优化设计，研究新型三维构件的结合部连接设计。本文将从预制装配式异形柱结构的连接方式进行简要介绍，然后从柱—基础连接节点的连接形式、柱—柱连接节点的连接形式、柱—梁连接节点的连接形式进行详细的方法总结[2-3]。

2 部品连接部连接构件的研究

2.1 预制装配式异形柱结构构件连接方式

预制装配式异形柱结构构件的连接方式具有多种分类方式，本部分内容将从结合方法、施工方法两个方面对其进行分类。

按照结合方法分类常用的有以下几种[5]：

1）在构件端部填充混凝土连接；

2）将构件混凝土中锚固的钢板或钢筋焊接在一起进行连接；

3）在构件混凝土中预埋孔洞或钢制套管，插入钢筋后填充灌装材料进行连接。

按施工方法可分为三种接头方式，第一种是湿接头：预制构件是靠预埋钢板和现浇混凝土连接为整体的。第二种为干接头：这类接头的特点是不需要浇筑混凝土，避免了湿作业，一般采用焊接。第三种为预应力接头：用于梁柱接头。梁与梁、梁与柱之间是靠梁端设置负弯矩筋产生预加应力，使接头连接为整体[4]。

2.2 柱—基础连接节点的连接形式

对于矩形柱和基础的连接方式有多种方式，经常采用的有以下几种：

1）杯型基础：在基础中提前预留杯口，在柱子下端提前做成阶梯或锥形的杯形基础。利用基础的预留杯口，插入预制柱。

2）浆锚基础：对于轴心受压柱和小偏心受压柱，可采用浆锚基础。浆锚基础是在基础顶面预留浆锚孔，浆锚孔的直径应大于2.5倍的柱内受力钢筋的直径，并且大于50mm。

3）短柱基础：短柱式基础是把基础与柱同时浇筑，柱的长度应高出地面800～1000mm。

同矩形柱相比，异形柱的形心难以确定，假如将异形柱连接到基础，势必会造成设计和施工不便，另一方面，由于基础的多样化，各类建筑基础埋深往往不同，所以在梁与基础形成一短异形柱，就抵抗力来说是极力不利的。因此，基础梁顶面到基础顶面设计为短柱，尺寸以各异形柱外包尺寸为依据设计。

当水平力较大的时候，对基础梁下那部分有时不可避免出现的短柱，为提高其抗剪切的能力，需要在柱的侧面各配置两根剪刀形的钢筋。[5]

2.3 柱—柱连接节点的连接形式

预制构件之间的接合部是传递弯矩、轴向力和剪切等应力的重要组成部分，这些部位的连接技术也是建成预制建筑物所必不可少的。预制装配式异形柱连接节点的连接区域应保证强度和变形的连续性。接合部的结合要素是为结合面、连接钢筋和连接金属件。在参考现有湿作业连接方法和国外干式连接方法的基础上，本文提出类似于钢结构的连接方案的干式连接方法。在柱子的水平接合部，设计竖向荷载使用极限时剪力很小，对于接合部的弯曲轴向力，所以可保持与结合面附近截面相同的强度。接合部的柱主筋通过机械式接头将上下柱构件的钢筋连在一起，所以不会发生粘结钢筋拔出。

接合部的构造思路如下：

1）借鉴钢结构的连接方式连接混凝土构件；

2）竖向钢筋插入下部柱子预留孔洞，保证竖向荷载的传递；

3）充分利用钢材良好的变形性能，保证构件良好的的延性；

4）转角钢板可以抵抗柱子所承受的部分水平荷载。

2.4 柱—梁连接节点的连接形式

一般的梁柱节点的连接类型，从建筑技术的角度，主要是干连接和湿连接两个连接。干连接，即干作业连接模式操作，无需后浇混凝土或砂浆连接，但使用连接组件或者焊接。预制接头形式的设计应根据结构的受力性能和施工条件，具有结构简单，传力直接。设计应使断面接头刚度和相邻节点刚度接近。连接装配整体式结构，应能保证结构的完整性。湿连接，即连接使用湿作业连接，混凝土或砂浆在硬化的接合部和预制连接部结合，但刚性连接的湿作业结构施工复杂，梁柱节点是难以保证施工质量，在施工现场大量的缓慢的、耗时的、建设工作也大大削弱了湿式连接装配式结构其优势的发挥[6]。

3 展望

本文对预制装配式异形柱的概念、适用范围、设计方法、连接节点连接方法进行了简要的概括，并在以往研究的基础上将原有的墙承重体系，改为柱承重体系，减轻了异形柱结构体系的自重，扩大了该体系的使用范围，由此提高了预制装配式异形柱的经济性，在后续工作中将加强对新型材料应用到预制装配式异形柱结构中，将从以下两个方向开展工作，对于梁—柱节点、梁—基础节点湿式施工与高聚物混凝土相联系，对于再生骨料混凝土在预制装配式异形柱结构的应用的研究也要给与更高的权重。

【参考文献】

[1]刘琼，李向民，许清风.预制装配式混凝土结构研究与应用现状[J]. 施工技术，2014（22）.

[2]黄祥海.新型全预制装配式混凝土框架节点的研究[D].东南大学， 2006.

[3]孔亚美.钢筋混凝土装配式结构梁柱钢板桶节点受力性能研究[D]. 武汉理工大学，2014.

[4]石帅，王海涛，王晓琪.预制装配式结构在建筑领域的应用[J].施工技术，2014（15）.

[5]陈建伟，苏幼坡.预制装配式剪力墙结构及其连接技术[J].世界地震工程，2013（1）.

[6]吴函恒.钢框架—预制混凝土抗侧力墙装配式结构体系受力性能研究[D].长安大学，2014.

[责任编辑：侯天宇]