大都市高层建筑压接工法应用研究

崔建宇

(大连民族大学 土木工程学院，辽宁 大连 116605)



大都市高层建筑压接工法应用研究

崔建宇

(大连民族大学 土木工程学院，辽宁 大连 116605)

摘要：从都市预制混凝土压接工法的研究背景、抗震特性、设计焦点等方面分析了这一新体系的发展现状。分析表明，新结构体系具有非常好的地震大变形吸收能力及地震大变形后的恢复能力，表现了良好的抗震性能及耐久性。在建筑结构抗震设计中应重视对这一新体系的普及应用。

关键词：高层建筑；预制混凝土；预应力混凝土；压接工法；抗震性能

不论是从城市重要性还是从发展战略角度出发，提高大都市建筑结构抗震等级、提倡绿色建筑理念是当今结构设计的首要任务[1-5]。不受天气影响，装配式预应力结构的梁、柱、剪力墙、阳台等构件在工厂统一材料管理、钢筋配置及建模管理下实现混凝土浇灌，实现统一恒温恒湿条件下混凝土养护，混凝土品质得到充分保证。由于现场混凝土浇注量大幅缩小，现浇支模材料和工序被大幅度压缩，现场浇注对周围环境的噪音影响也被大幅度降低。当需要拆除建筑时，通过解除构件间压接力还可以实现构件二次利用。本文通过对该系统技术特点的分析介绍，为该体系在我国的发展和研究提供参考。

1新工法的背景和基本概念

在大都市建筑密集区，为了减少混凝土现浇用模板存放所需空间、支模及拆模造成的人力物力浪费以及混凝土运送及浇注造成的对周围环境的不利影响，预制件压接法的研究应用在国外取得了长足发展[6-8]。从结构抗震角度出发，该结构在吸收地震变形方面优于普通现浇结构，且整体性与普通结构基本相同,结构构件拆分组合图如图1。所谓的“装配件压接工法”就是由工厂加工的梁柱预制件或梁柱预应力预制件搬运到现场，将支撑钢管等件临时拼装定位后，通过钢绞线(梁或剪力墙)及预应力钢棒(柱)的张拉挤压形成的整体结构体系。钢绞线张拉时以一次张拉为主。钢绞线最大张拉强度一般为0.85 Py。该规定的主要目的是：(1)充分利用钢绞线材料的抗拉强度；(2)保证中小型地震时钢绞线仍保持在弹性范围内；(3)两者要同时兼顾。

图1　结构构件拆分组合图

图2　预留钢筋及中空预制件示意图

2新工法的技术特点

构件间连接节点及梁柱构件断面详细如图2。图中灰色部分为预制混凝土，白色部分为现浇混凝土，预制件露出钢筋与现浇混凝土形成整体性。图中上下柱主筋由机械套连接，预制混凝土构件内表面作成人工粗糙面、梁端部做成凹凸形状与现浇混凝土形成咬合机制增加两种混凝土整体性。

装配件压接工法的关键是如何使其整体性不逊于现浇混凝土结构。国外在设计应用中主要通过节点处理和压接两个设计环节加以控制。

2.1节点设计环节

(1)梁弯压区预制柱与预制梁接触面间的摩擦抵抗机制如图3[9]。

(1)

(2)楼板现浇层与预制部分结合的抗剪设计。

(2)

(3)预留钢筋销拴作用的抗剪强度。

(3)

式中,adowel为钢筋截面面积。

(4)梁端咬合机制抗剪强度

(4)

(5)

(6)

梁端咬合机制如图4，Vs、Vc分别为梁端咬合机制沿混凝土剪切方向的抗剪强度和垂直于剪切方向的抗压强度；As、Ac分别为咬合机制凹凸面两方向剪切面面积。

图3　梁弯压摩擦机制

图4　梁端咬合机制

(5)机械套性能要求

反复拉伸试验结果如图5，在满足机械套拉伸强度大于纵向钢筋屈服强度的同时，纵筋第二次及第五次屈服卸载后相对机械套的滑移量要求分别小于0.3mm和0.9mm。

图5　构件纵筋间机械套连接及张拉试验结果

2.2压接设计环节

压接工法节点预应力筋配置详图及锚具详图如图6、图7。梁柱节点外侧配置预应力锚具，通过拉伸固定钢绞线形成挤压力使预制梁柱构件形成整体性。

图6　预应力压接工法配筋详图

图7　预应力锚具详图

反复水平地震荷载-位移滞回曲线如图8。图中对反复水平地震荷载-位移作用下预制混凝土压接框架与现浇混凝土结构的滞回曲线进行了对比。与普通钢筋混凝土结构相比，预制混凝土压接框架的残留塑性变形大幅减少，原点指向型滞回曲线表明其地震变形吸收能力要远高于普通结构。

图8　混凝土框架水平地震荷载-位移滞回曲线

反复荷载作用下框架变形量计算是非弹性阶段结构抗震设计的重要组成部分。其中代表框架非线性吸收地震能特性的阻尼系数heq是其中的关键所在。最新研究成果表明，该系数受普通钢筋提供抗弯强度贡献率影响很大，且与实验值吻合性较好[10]。其中

(7)

(8)

式中，Mur、Mu分别为普通钢筋提供的梁抗弯强度、梁总抗弯强度。

针对钢筋混凝土结构(RC)与预制结构(PC)能力设计结果的比较如图9。其中反应谱和能力谱交点分别代表钢筋混凝土和压接预制结构极限能力点。水平坐标方向二者差异表明：进入塑性阶段压接结构变形能力优于普通混凝土结构。压接工法现场实例如图10。

图9　反应谱中二种结构非线性变形能力比较

图10　预制件压接工法实例

3结语

预制件压接工法是近十年国外逐渐发展成熟的建筑结构体系。中国虽然在桥梁预应力结构开发应用使用该工法较多，在建筑领域从结构整体性研究和提高施工精度方面有待进一步开发积累，本研究针对关键领域的关键设计环节提供一定理论数据以供参考。

参考文献：

[1] 中华人民共和国住房和城乡建设部.GB50011-2001 建筑抗震设计规范[S]．北京：中国建筑工业出版社，2001．

[2] 中华人民共和国住房和城乡建设部.GB50010-2002 混凝土结构设计规范[S]．北京：中国建筑工业出版社，2002．

[3] 宋国华,毛炜强,赵兴,等. 装配式钢筋混凝土结构竖缝抗剪能力统计特征研究[J],四川建筑科学研究,2004,24(6):68-72.

[4] 柳炳康,张毅,刘炳章,等.反复荷载下预压装配式框架接合部受力性能[J],合肥工业大学学报(自然科学版),2005,12(5):45-52.

[5] 董挺峰,宋祁,王晓,等. 低周反复荷载下装配式框架连接的性能[J], 河北建筑科技学院学报(工学版),2006,14(8),23-27.

[6] American Concrete In Stitute.ACI 318-02 American Concrete Institute.Building Code Requirements For Reinforced Concrete[S]．New York:American Concrete Insittute,2002．

[7] 日本建筑学会．鉄筋コンクリート造建物の終局強度型耐震設計指針·同解説[S].东京：日本建筑学会出版社，1990．

[8] 日本建筑学会．鉄筋コンクリート造建物の靭性保証型耐震設計指針·同解説[S]．东京：日本建筑学会出版社，1999．

[9] 中野清司,田边惠三.关节式装配预应力结构损伤抑制研究[C]∥日本建筑学会学术论文集.东京:日本建筑学会学出版社,2005:56-63.

[10] 坂田弘安，久保山宽之,杉山智昭.装配式预应力结构梁柱节点抗剪性能试验研究[C]∥日本建筑学会学术论文集.东京:日本建筑学会学出版社,2005.

(责任编辑王楠楠)

Application Research on Metropolitan High-rise Building Compression Construction Method

CUI Jian-yu

(School of Civil Engineering, Dalian Minzu University, Dalian Liaoning 116605, China)

Abstract:Development tendency of the metropolitan precast concrete compression construction method was introduced and analyzed from its research background, seismic performance, design point and etc. The analysis results showed that the new system could provide excellent performance of severe earthquake deformation dissipation and still maintain linear characteristics after severe earthquake, which also showed the good earthquake resistance performance and durability. Our country should emphasized on the popularity and application of this new system in the structural earthquake resistance design.

Key words:high-rise building; precast concrete; prestressed concrete; compression construction method; seismic performance

收稿日期：2015-07-01；最后修回日期：2016-04-08

基金项目：中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(DC120101094)。

作者简介：崔建宇(1967-)，男，辽宁大连人，副教授，博士，主要从事混凝土结构、抗震性能研究。

文章编号：2096-1383(2016)03-0246-03

中图分类号：TU378.8

文献标志码：A