装配式建筑典型干式连接技术研究

张民主

(厦门合立道工程设计集团股份有限公司 福建厦门 361000)

0 引言

20世纪50年代，为了解决第二次世界大战后住房紧张和劳动力严重不足的问题，欧洲的一些发达国家大力发展预制装配式建筑，掀起了建筑工业化的浪潮。20世纪60年代左右，建筑工业化的浪潮扩展到美国、加拿大以及亚洲的日本等发达国家[2]。

当下国内主流的装配式建筑连接技术为湿式连接，也就是等同现浇的连接方式[1]，该方式能保证在高烈度区高层建筑的结构安全和整体性。但是，该连接方式比如套筒灌浆连接存在安全检测难度；预制梁与预制墙柱连接存在钢筋互相干涉，造成现场施工效率不高的问题。但是，对于多层建筑而言，其地震作用下的反应较小，干式连接方式也可以满足抗震要求，同时干式连接方式不需后浇混凝土，具有施工方便、连接质量好、容易检测、减少环境污染等优点。所以，干式连接技术对于装配式发展也有重要意义。

1 装配式连接技术概述

装配式连接技术，按施工工艺可以分为湿式连接和干式连接。

湿式连接就是预制构件之间的连接区域钢筋相互连接，然后浇混凝土或灌浆材料将预制构件连为整体，以此达到等同现浇，比如预制墙、预制柱的钢筋采用套筒灌浆连接，预制梁与预制墙柱采用后浇混凝土，预制梁板采用后浇叠合等。

干式连接即是现场干作业的连接方式，预制构件之间采用螺栓、牛腿、型钢、预应力等一种或多种方式直接连接，无需再进行现浇或灌浆作业，该方式可实现承载力及刚度与现浇结构类似，但其延性及恢复力性能与现浇节点不同，设计方法与现浇有所区别。干式连接为美国、欧洲、日本等规范常见的连接方式。

2 常见预制构件的干式连接方式

预制装配式混凝土构件之间的连接主要有墙(柱)-墙(柱)连接、柱脚连接、柱-梁连接、主梁-次梁连接、梁-板连接，当采用干式连接的施工方式的时候，其连接一般通过螺栓、焊接、企口、牛腿、预应力等方式。装配式连接要求构件在正常使用荷载作用下保持弹性，在中、大地震作用下有一定的延性，下文主要介绍几种国内外典型的干式连接方式的特点和性能[3](由于梁-板连接方式简单，本文不再介绍)。

2.1 墙(柱)-墙(柱)连接

(1)墙(柱)-墙(柱)螺栓连接

上下预制剪力墙(柱)内均设置预埋件，预制剪力墙(柱)纵筋与预埋件焊接，上预制剪力墙(柱)在连接处开凹口便于螺栓连接，其连接方式施工简单，依靠螺栓及摩擦提供承载力，抗剪性能弱，结构整体性差，在承受较大荷载作用下时，会出现较大变形，容易开裂，适用于较低层的建筑，且连接位置可能会渗水，不适用于外墙，连接方式如图1所示。

注：1-预埋件;2-上预制剪力墙;3-下预制剪力墙;4-螺杆;5-钢板;6-预留孔图1 墙-墙螺栓连接

(2)墙(柱)-墙(柱)焊接连接

该连接方式是通过型钢代替剪力墙(柱)纵筋在连接处焊接，该连接方式抗震性能较好，抗剪性能较强，适用于中等高度的建筑，但是该连接方式制作精度要求高，施工现场焊接操作空间小，且连接处可能会出现脆性破坏，故对焊接质量要求较高，其连接方式如图2所示。

注:1-上预制剪力墙;2-边缘构件钢板;3-预制板;4-现场连接处;5-连接端板;6-端板加劲肋板;7-下预制剪力墙图2 墙-墙焊接连接

2.2 柱脚连接

该连接方式是预制柱纵筋与预埋端板在生产时连接好，施工时端板再与预埋地脚螺丝连接，该连接方式类似钢结构铰接设计，如图3所示。

注：1-预制柱;2-现浇柱根;3-地脚锚栓;4-连接钢板图3 柱脚连接

2.3 柱-梁连接

(1)柱-梁牛腿连接

预制柱与预制梁常用牛腿连接方式，牛腿承载力高，抗剪性能较容易保障。根据建筑设计要求，牛腿可设计为明牛腿和暗牛腿方式，该连接方式为铰接设计，如图4所示。

(a)预制框架结构明牛腿节点 (b)预制框架结构暗牛腿节点图4 柱-梁牛腿连接

(2)柱-梁焊接连接

该连接方式是通过预制柱侧面预埋钢板与预制梁端预埋钢板焊接连接，其连接类似半刚接连接，但是地震无法形成塑性铰，容易发生脆性破坏，宜谨慎采用，如图5所示。

注:1-活动盖板;2-梁端预埋钢板;3-两端上部受力筋;4-承压钢板；5-梁端下部受力筋;6-焊缝;7-预制柱;8-预制梁;9-型钢图5 柱-梁焊接连接

(3)柱-梁预应力连接

该连接方式是在预制柱上设置暗牛腿，达到施工方便且保证抗剪能力，预制柱、梁中预留预应力钢筋穿孔，当现场柱梁安装就位后，将预应力钢筋从预留孔中穿过，对节点施加预应力，该预应力既可作为拼装手段，又可在使用阶段承受弯矩，且在地震作用下有一定的耗能作用，在地震后容易修复等优点，如图6所示。

图6 柱-梁预应力连接

2.4 主梁-次梁企口连接

主次梁连接采用企口方式连接时，在次梁端部设置企口，与主梁侧面挑耳进行连接，该方式的优势为预制时主梁无需在连接处打断，提高脱模、运输、吊装等阶段的安全性，且该连接方式为纯粹铰接连接，与次梁受力模型最为接近，为较佳的连接方式，如图7所示。

图7 主梁-次梁企口连接

3 干式连接方式的可靠性研究概述

3.1 国外研究成果概述

(1)焊接连接方式

1993年， Ersoy在框架梁跨中的连接采用焊接连接[4]，连接方式为在梁四周采用钢板焊接，对5个焊接节点与2个现浇节点进行试验对比，试验结果表明：焊接节点在刚度、强度方面与现浇节点基本一致，连接需要四面连接板焊接连接，缺一面不可，缺少连接面时，承载力会下降，变形加大。

(2)螺栓连接方式

2009年， Ousalem对预制高强度混凝土结构进行了低周反复加载试验[5]，框架梁跨中的连接采用螺栓将预制梁连接起来。试验结果表明：螺栓连接拼接处的刚度与强度等性能较好，该预制梁在梁端能形成塑性铰，具备一定的抗震能力。

2006年，土耳其的 Ertas进行了5个节点的低周反复加载试验研究[6]，具体为1个螺栓连接节点、1个带牛腿焊接节点、1个现浇节点以及2个后浇整体节点。试验结果表明：预制混凝土节点和现浇节点一样具有较强的抗震能力，其中螺栓连接方式其耗能、延性以及强度等性能更好，对施工极为有利。

3.2 国内研究成果概述

2004～2005年，赵斌、吕西林[6]等人对预制装配式混凝土后浇整体式梁柱节点和全装配式预制混凝土梁柱节点的抗震性能进行了试验研究[7]。试验结果表明：在低周反复荷载作用下，预制装配式节点与现浇高强混凝土结构梁柱组合件相比，高强预制混凝土后浇整体式梁柱节点与现浇高强混凝土梁柱节点的抗震性能基本相同；而全装配式预制混凝土梁柱节点和现浇高强混凝土梁柱节点的抗震性能则相差较大。

2008年，罗青儿[7]等人对榫式连接接头提出了改进方法[8]，用钢管混凝土榫头取代钢筋混凝土榫头，对采用钢管混凝土榫头的预制柱和现浇柱的抗震能力进行试验比较，结果表明：榫式柱接头连接方法通过改进以后，抗震性能有提升，同时便于施工。

4 结论

干式连接方式在国内规范除预制外挂墙板和预制楼梯之外，尚未有成熟的规范规定和应用经验，本文通过介绍国外常见的干式连接方式，希望对准备采用干式连接进行设计的项目有一定的借鉴作用，同时，当采用干式连接时，应注意以下几点：

(1)国外对于干式连接的研究表明，当采用焊接、螺栓等方式连接时，其刚度和强度可达到与现浇一致的能力，除螺栓连接外其余干式连接方式延性不如现浇结构且抗震性能差；当采用预应力连接时，其抗震性能较好。

(2)干式连接有其施工便利的作用，对于低层建筑，具有很好的适用意义，可根据建筑特点、当地预制构件制作能力、施工单位施工能力等综合考量，选择合适的连接方式。

(3)螺栓、焊接、企口、牛腿、预应力等方式可以混合采用，达到施工便利、结构安全、经济适用等好处。