装配式结构及新型节点介绍

王明 武乐 舒宇 许浪 江东

【摘 要】装配式结构凭借其建造工期短、产品质量高、能源消耗低、环境污染小等优势，在建筑行业快速发展的今天，占据着越来越重要的地位。工业化装配式钢结构住宅产业化是发展我国全寿命绿色建筑、促进住宅产业化转型升级、化解当前钢铁产能过剩的重大战略需求。在装配式结构中，节点的设计尤为重要，直接影响整体结构的性能。本文介绍了国内外装配式结构的现状，以及节点的设计方法和设计实例。

【Abstract】Due to its advantages of short construction period， high product quality， low energy consumption and small environmental pollution， the assembly structure occupies an increasingly important position in the present that the construction industry is developing rapidly. The industrialization of industrial prefabricated steel structure housing is a major strategic demand for developing green buildings in our country， it promotes the transformation and upgrades the housing industrialization， defuses the over capacity of steel. In the assembly structure， the node design is particularly important， which directly affects the overall structure of the performance. This paper introduces the current situation of assembly structure at home and abroad， as well as node design methods and design examples.

【关键词】工业化； 受力性能； 装配式钢结构；新型装配式节点

【Keywords】industrialization； force performance； prefabricated steel structure； new prefabricated node

【中图分类号】TU375. 4 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2018）04-0179-02

1 研究背景和意义

传统粗放型建筑业存在的主要问题是手铺混凝土结构和人工操作。一是，建筑业消耗大量的能源和资源。二是建筑业劳动生产率低，建筑工业化水平低；三是中国的短寿命的建筑，房屋抗震性能差。

工业化住宅与传统的砖混结构相比具有以下优点：房屋自重轻；抗震性能好；精度高、质量好；施工安装简单，周期短；建筑造型美观；现场施工文明，基础以上全是干式工法，没有湿作业，建筑垃圾少，属环保型建筑；适用于山区、边远地区以及地方建筑材料缺乏的地区；不需二次装修，用户可及时入住。

2011年8月18日，住房城乡建设部正式公布了“建筑业”“第十二个五年”发展规划，表明建筑钢结构迎来新的发展机遇。

2013年1月1日，国务院办公厅转发住房和城乡建设部、发改委2013 1号文件《绿色建筑行动计划》，提出了促进公路建设产业化[2]的发展，促进了钢结构大厦的发展和预制钢筋混凝土结构体系。

在党的十八大报告中，提出了“新型工业化道路”，推进了新建筑产业化。

二十一世纪，我国正不断推进住宅产业化和建设产业化的发展道路。建筑技术创新装配结构将成为世界建筑业技术发展的主流。

为实现建筑业的现代化，建立了全生命过程绿色建筑理念。钢结构具有良好的机械性能，容易组装，重量轻，强度高。这是最合适的建筑模块化、标准化、工厂、装配和现代化的，也是最容易实现的建筑工地的防火、无水、无尘，绿色建筑的概念[2]。目前，中国的粗钢产量严重过剩的情况下，大力推广钢结构住宅可谓是一箭双雕。

2 国内外装配式住宅产业介绍

建筑领域会随着装配式建筑的发展产生巨大变革，现如今，随着建筑工业化的加快，建筑施工中各部件的装配和工厂化已成为各发达国家建筑产业现代化的重要标志。

住房城乡建设部明确提出要在经济适用房推广使用钢结构住房。但是，目前，99%的现有建筑物和95%的新建筑物属于高能建筑。建筑能耗、建材生产和运输能耗占社会总能耗的46.7%左右。造成这些问题的主要原因是工程质量不均匀、施工效率低、传统建筑施工的因素较多。我国需要跟随当前形势进行一系列的改革[3]。

通过conxtech公司开发的新型装配式钢结构控制系统在美国是一个纯钢框架结构体系。目前，轻钢结构装配系统已广泛应用于医疗、军事、商务办公、停车场和大型工业建筑的主体结构中。

作为美国最先进的装配建筑，与传统结构形式相比，框架结构体系具有许多优点：①成本和进度可预测性。②内部结构可有效地抵抗地震荷载、冲击荷载作用下的连续倒塌，并满足ATFP的要求。③框架结构中没有剪力墙和支撑架，更便于楼板的布置。④可配置程度高。所有部件均為标准化生产，适用于任何结构，可随时更换。⑤现场无需焊接，提高了施工效率，降低了人工成本和事故发生概率。⑥它比传统建筑更绿。结构质量轻，施工效率高，二氧化碳排放量大幅度降低。⑦结构可以拆卸，结构部件可回收重复利用。

3 梁柱连接形式

美国钢结构协会（AISC）允许应力设计规范（ASD）将梁柱连接分为三种类型：刚性连接、半刚性连接和柔性连接。刚性连接假定连接具有足够的刚度，可以传递剪力和弯矩。

梁柱连接常用形式有：

①完全焊接：梁腹板和柱翼缘用角焊缝连接，柱翼缘和梁翼缘又采用全熔透的破口焊缝。

②栓焊混合连接：梁腹板和柱翼缘采用角钢和高强螺栓连接，柱翼缘和梁翼缘又采用全熔透的破口焊缝。

③完全连接：梁腹板和柱翼缘采用角钢和高强螺栓连接，柱翼缘和梁翼缘采用T型钢和高强螺栓连接。

④螺栓和焊接连接：在柱板上的焊接中具有高强度螺栓连接的法兰[4]。

在这些连接中，焊接螺栓连接是钢框架的连接形式，被广泛应用，在螺栓紧固后安装高强度螺栓。

3.1 梁柱塑性承载能力设计规定

當钢梁破坏后，钢柱进入整体截面塑性时仍处于弹塑性或弹性状态，即强柱弱梁原理。梁柱节点和上、下两端左右的全塑承载力满足下列要求：

对于等截面梁：∑Wpc（fpc-N/Ac）≥η∑Wpcfyb

其中Wpc：交汇于节点柱的塑性截面模量；

Wpd：交汇于节点梁的塑性截面模量；

fyc：柱的钢材屈曲强度；

fyb：梁的钢材屈曲强度；

N：地震组合轴力；

Ac：交流截面面积：框架柱；

η：强柱系数，一级取1.15，二级取1.1，三级取1.05。

4 展望

英国已经建造出 3D 打印的工业化模式房屋，建造机器人技术、自动化技术和工业化技术正在全球建筑领域刮起风暴，智能化设计、加工制作、施工与物业管理技术正在与智慧城市建设和管理相融合。在这方面我国还有很大的进步空间[5]。

另外，还对圆筒板厚度、翼板厚度和螺旋模型的类型作了进一步的研究。将焊缝缺陷、残余应力对节点受力性能的影响也考虑进去。为了进一步研究新型预应力结构的抗震性能，需要更多的实验研究人员进行试验设计和理论分析，以提供一个完整的理论基础。

【参考文献】

【1】武春丽. 住房城乡建设部调研建筑产业现代化——易军鼓励龙头企业带头转变生产方式[J].建筑设计管理，2015（5）：41-41.

【2】张爱林.工业化装配式高层钢结构体系创新、标准规范编制及产业化关键问题 [J].工业建筑，2014（08）：1-6+38.

【3】张爱林.工业化装配式高层钢结构体系创新研究（一）[N].中国建设报，2015-01-12008.

【4】 张爱林. 工业化装配式高层钢结构体系创新研究（二）[N].中国建设报，2015-01-26008.

【5】弓晓芸，严虹.国外工业化钢结构住宅应用探讨[J].工业建筑，2001，31（08）：17-19.