基于一种新型钢连接节点的装配式混凝土施工技术

朱东烽，颜新星，张伟生，解金辉，张绮珑

（广东精宏建设有限公司 广东云浮527400）

0 引言

装配式建筑是我国建筑业转型和发展的重要方向，其中装配式混凝土结构由于其具有生产效率高、施工质量好、节能环保等优点，得到了越来越多工程项目的推广和应用。

对于装配式混凝土框架结构，梁柱节点作为装配式体系重要的受力部位，是保证装配式建筑实施的关键。当前，国内外装配式混凝土梁柱连接节点主要分为干式节点连接和湿式节点连接［1］。其中湿式节点中，混凝土整体节点应用较为广泛，包括套筒式灌浆连接［2］、套筒挤压连接［3］等。但其连接节点强度受施工水平影响较大。

钢-混凝土组合节点连接具备混凝土和钢结构的共同优势，能有效地保证节点连接强度以及施工质量，得到了越来越广泛的研究和应用。Yang 等人［4］对一种改进的H 型钢-预制混凝土梁连接节点进行试验研究，节点满足梁柱节点刚性连接要求。宋玉普等人［5］对钢-混凝土组合节点与钢筋混凝土框架节点进行对比力学性能研究，得出组合节点具备较高的承载力、良好的延性、较强的耗能能力和较好的刚度保持性能。龙秀海等人［6］提出一种新型装配式钢-混凝土框架剪力墙结构体系，相比常规体系在施工上具备施工速度快、工期短、经济效益明显等特点。

广东精宏建设有限公司与广东省建筑设计研究院进行产学研合作，联合研发了一种新型钢-混凝土组合装配式连接节点［7］。经过理论与实验研究后，将其成功应用于实际工程项目。该节点连接体系受力明确，强度刚度大，同时安装时能节省部分支撑体系，施工方便，安装效率高，绿色环保，获得了良好的实践效果。

1 工程概况

新兴县惠能小学项目位于广东省云浮市，项目总建筑面积20 651 m2，其中装配式建筑面积为12 100 m2，总体装配率为62.4%，是粤西地区首个装配率达到A 级的装配式混凝土建筑项目。其中项目午休楼部分采用该钢节点体系，装配式楼层为2～5 层共4 个标准层，包含7 种预制构件：预制柱、预制外墙板、预制隔墙板、预制叠合梁、预制叠合板、预制沉箱和预制楼梯。

2 节点设计

项目钢连接节点体系采用了一种新型钢-混凝土组合式装配式连接节点，节点主要用于预制柱竖向连接、梁柱连接及主次梁连接等结构受力构件节点连接位置。通过在预制构件端部设置钢结构连接件，并与节点区现浇混凝土组合，保证装配式混凝土结构连接节点的受力要求。

2.1 竖向构件连接

竖向构件连接节点主要指上下预制柱的对接连接。节点通过在预制柱上下端设置型钢，采用对接焊缝连接，同时节点区域浇筑混凝土形成组合结构，保证节点的整体性，如图1 所示。

图1 钢连接节点示意图Fig.1 Schematic Diagram of Steel Joint

预制柱下端部型钢柱底连接件设置在反弯范围内，型钢提前预埋于预制柱中（见图2a）。预制混凝土柱钢筋在内侧与型钢壁进行焊接，保证端部组合结构协调受力。柱纵向钢筋弯折后伸出连接型钢，锚入节点区域，避免与下部柱钢筋碰撞，并实现与下部柱钢筋部分搭接。柱下端设置灌浆孔，进行节点区域混凝土浇筑与振捣。

柱上端部型钢连接件与混凝土柱的组合形式与下端部基本相同，上端部型钢连接件内侧设置钢垫板，有利于实现柱定位，保证上下柱连接焊缝质量，如图2b 所示。同时上端部型钢考虑与预制梁构件相连接，设置钢牛腿以及对应的开孔构造，详细介绍见本章2.2 梁柱节点连接。

柱上下端型钢连接件采用全熔透对接焊接连接，焊缝质量等级要求二级以上［8］。焊接完成后，通过预留的浇筑孔，对节点区域浇筑混凝土，同时通过挂网形成型钢混凝土保护层。在预制柱节点处，上下预制柱的钢筋在矩形钢套内搭接连接，作为一种附加竖向连接保障措施，不参与结构受力计算，使得节点的强度比计算所得更高，节点也更加安全可靠。

2.2 梁柱节点连接

图2 预制柱节点示意图Fig.2 Prefabricated Column Node Schematic

梁柱连接节点主要通过在柱上端型钢连接件上设置钢牛腿，采用摩擦型高强螺栓与梁端相连，如图3所示。梁端设置型钢，型钢与螺栓杆内侧焊接，并预埋于预制梁端部。在安装时，将梁端放入至U 型牛腿中，就位后通过高强螺栓固定。梁下部钢筋伸入柱端型钢内部，与钢牛腿协调受力。梁上部钢筋在叠合层拉通，梁叠合层混凝土与柱节点区域一同浇筑，以保证节点刚度及强度要求。

图3 梁柱节点示意图Fig.3 Schematic Diagram of Beam-column Joints

2.3 主次梁节点连接

主次梁节点与梁柱节点类似，如图4 所示，节点主要通过在主梁上设置组合U 型钢牛腿，次梁端部与牛腿通过螺栓连接。次梁下部钢筋伸入至主梁边，主梁相应设置附加钢筋，同时次梁钢筋通过上部叠合层拉通或锚固，保证节点安全性。

图4 主次梁节点示意图Fig.4 Joint of Primary and Secondary Beam

3 构件深化设计及生产

由于梁柱节点区域钢筋交叉较多，梁柱钢筋容易互相冲突，预埋件及浇筑孔预留也均须避开构件内部钢筋，此外该节点体系的安装对构件精度要求较高，故为保证项目的实施，必须进行构件精细化设计和生产管理。

在进行生产前，对构件进行详细工艺深化设计是精细化生产的保证措施。项目深化设计主要采用BIM深化软件进行设计，相比于传统CAD 深化设计，其能保证装配式建筑过程中图纸的可用性、设计变更的联动性、施工吊装顺序的可行性、预留预埋的合理性、成本管控的支持以及能通过IFC 数据接口与其他BIM模型进行综合应用［9］。

在预制构件生产时，主要加强过程中的隐蔽验收控制，特别对钢节点的预埋定位、焊接质量等进行精细复核，保证构件生产精度与质量。图5 为预制柱生产示意图，通过定制型钢模具，来保证节点的精确定位和预制构件的生产质量。

图5 预制柱生产示意图Fig.5 Prefabricated Column Production

4 节点体系安装

4.1 标准施工流程

项目首层柱采用现浇施工，完成后进入装配式构件标准层施工，标准层主要施工流程如下：测量放线→吊装预制叠合梁→搭设预制叠合板支撑→绑扎叠合梁负筋→吊装预制桩（钢套箍定位）→搭设柱斜支撑、调整复核垂直度和平面位置→柱节点焊接→封堵叠合板板缝、梁板叠合层支模→预埋楼面管线、绑扎叠合板钢筋→浇筑梁板叠合层（含柱节点楼面标高以下部分）→支模浇筑外墙企口、柱节点楼面标高以上部分→吊装外墙板。本层楼梯吊装在下一标准层梁板叠合层浇筑后进行。

4.2 施工要点

4.2.1 首层柱安装

首层柱的安装是一个节点从传统建筑到装配式建筑转换的转折点，图6 为首层柱节点安装示意图。此节点安装需要利用脚手架的搭设将矩形钢套定位准确，先将脚手架搭设至节点相应标高，随后用钢管穿过钢套预留孔洞，将矩形钢套固定在脚手架上，再进行钢筋绑扎和模板安装，最后浇筑成型。

图6 首层柱节点安装示意图Fig.6 First Floor Column Joint Installation

4.2.2 预制柱安装控制

预制柱安装在下一层叠合梁、板安装且叠合梁负筋绑扎完成后进行。其安装流程主要包括：测量定位、预制柱起吊、预制柱安装固定、测量复核、型钢连接件焊接、焊缝检测、节点区域及叠合层混凝土浇筑。图7为标准层预制柱安装工程实况，安装过程须注意以下控制要点：

⑴在吊装过程中，预制柱需保持水平起吊，在一定高度后通过吊钩完成吊点转换，在空中翻转为竖向后，再进行安装。

⑵预制柱就位完成后，进行柱支撑连接，同时应测量复核预制柱垂直度、位置以及牛腿方位等，并通过可调支撑进行调节，保证预制柱垂直且牛腿对齐后，锁定支撑。

⑶进行焊接时需专业焊工进行，焊缝应均匀饱满，并通过焊缝检测，保证焊接质量。

⑷节点区域混凝土浇筑时，应随浇随振捣，通过预留的透气孔确定节点内部混凝土密实情况。

在安装过程中，预制柱通过对接节点的设置，能迅速并准确地定位，有效避免了施工误差，提高了施工效率。同时这也对构件的加工精度要求更高，需要控制钢连接件预埋精度在有效范围内（±2 mm 以内［10］）。

图7 标准层预制柱安装实况Fig.7 Installation of PC Columns in Standard Floor

4.2.3 预制叠合梁安装控制

预制叠合梁安装在下层预制外墙板吊装完成后进行。其安装定位主要通过预制柱上部钢牛腿保证，安装过程须注意质量控制要点：

⑴吊装之前应做好吊装方案，明确梁吊装顺序，在梁柱节点位置，截面较高梁应先进行吊装，防止节点区域钢筋碰撞。

⑵预制梁就位后，通过拧紧高强螺栓与柱钢牛腿进行固定连接。螺栓拧紧时，初拧、复拧、终拧应在同一天完成（见图8）。

图8 标准层预制梁安装实况Fig.8 Installation of PC Beams of Standard Floor

预制梁安装过程中，由于有钢结构牛腿进行定位，在施工时能有效减少误差，同时就位后可通过连接螺栓进行固定，能有效减少安装时的支撑体系，对提高施工效率有极大的帮助。

预制梁就位时，由于卡槽受加工精度以及预制柱安装精度的影响，会将其误差放大，因此对构件的生产质量及吊装精度要求更高。在控制误差时，需要预制构件厂按照深化设计进行生产，且将误差控制在有效范围内（牛腿宽度误差在+5 mm 以内，牛腿卡槽误差在-3 mm 以内［10］）。

5 总结

本项目于2018 年9 月顺利竣工验收，标志着本文所述的钢-混凝土组合装配式钢连接节点体系的成功落地应用。在实施过程中，采用钢连接节点的午休楼项目相比同等条件下传统建筑施工工期提前了40 d。同时其施工过程对周围环境影响较小，符合绿色环保的施工要求，获得了业主和相关部门的一致好评。

通过项目的顺利实施，新型预制钢连接节点体系具备以下特点：

⑴钢连接节点体系能有效地提高节点强度和刚度，保证节点约束牢固可靠。

⑵在构件安装时，预制梁可直接通过连接牛腿固定，免去安装时的支撑体系，能有效节约成本，加快安装进度。

⑶主次梁连接节点中，次梁钢筋不需要伸入到主梁，相比混凝土节点需要二次现浇处理，大幅度降低了施工周期，提高了现场生产效率。

⑷钢节点连接安装时，对预制构件的加工精度要求更高。对于竖向构件对接焊接，其精度需在±2 mm以内；对于钢牛腿连接，其加工精度牛腿宽度误差需在+5 mm 以内，牛腿卡槽误差在-3 mm 以内。进行精细化的构件工艺深化设计，是保证上述加工精度的前提，同时预制构件生产需严格按深化设计进行，将误差控制在有效范围内。

综上所述，该新型预制钢连接节点通过有效的生产施工管控，能较好地推广应用于装配式混凝土建筑项目中，尤其是跨度较大、施工工期较紧的公共装配式建筑项目。