大跨度装配式框架结构“牛腿+浆锚”梁柱节点连接施工技术研究

引言

当前我国建筑行业正在面临劳动力短缺、成本难以控制、绿色环保不达标等问题，建筑行业转型升级迫在眉睫，而装配式建筑的出现正好可以解决上述问题。目前装配式建筑发展取得了良好效益，政府出台了 一系列支持装配式建筑发展的政策措施，通过发展装配式建筑，实现绿色建筑高质量发展目标，已经成为行业共识[1-2]。

与传统现场现浇混凝土的施工模式不同，装配式建筑采用先在工厂加工好梁柱、柱板等构件，再运输至现场安装的施工模式，极大地缩短了施工工期，减少了现场湿作业，降低了对周围环境的影响和污染。但随着装配式建筑的应用，预制构件的运输与吊装、梁柱节点如何有效连接、如何优化梁柱核心区钢筋排布等问题制约了其进一步发展，框架结构中梁柱节点如何有效连接成为了当前装配式建筑研究的重点。因此，文章结合工程实例，提出了基于建筑信息模型（BIM）技术的“牛腿+浆锚”的梁柱节点施工技术，为大跨度装配式框架结构梁柱节点的连接施工提供新思路[2]。

（1）干式连接。目前装配式结构中梁柱节点的干式连接主要通过在预制柱上设置预埋件或者牛腿，后期在现场安装时利用高强度螺栓或者焊接等方式，实现预制梁柱之间的有效连接。干式连接方式因为不需要浇筑混凝土或者加注浆料，减少了现场湿作业，也不需要支模养护，能保证梁柱节点具有较好的延性和承载能力，目前已被广泛使用在装配式框架结构中[3]。

（2）湿式连接。另一种被广泛运用在装配式框架结构中的梁柱湿式连接，是通过在梁柱核心区预留后浇段，待预制柱、预制梁吊装完成之后，在梁柱节点浇筑混凝土或者注浆实现梁柱构件的有效连接。目前在我国装配式建筑中使用较多的叠合式框架结构，通常做法是将框架梁、楼板下部预制（叠合板），粱上部预留钢筋，在现场将预制柱、预制梁、叠合板先后吊装完成后，再一次性浇筑梁柱核心区及叠合板上部现浇部分，最终形成整体的框架结构。研究表明，这种湿式的梁柱节点连接具有类似与现浇结构的抗震性能，同时节点具备较好的延性、承载力和耗能能力。湿式连接的装配式建筑设计与现浇结构基本相同，降低了设计难度，与干式连接相比，湿式连接对预制构件的加工和安装精度要求较低，施工简单，这使得湿式连接目前在装配式建筑中的应用更加广泛[3-4]。

BIM技术具有可视化、模拟性、协调性等优点，已经被广泛地使用在大型公共建筑和基础设施建设等领域，并取得了较好的应用效果。BIM技术建立的三维可视化模型不仅仅是三维的几何模型，同时模型可以携带海量丰富的建筑模型信息，能够应用在各个领域[5]。在分析大跨度框架结构梁柱节点施工技术时，应先建立其BIM模型。

图1 某项目装配式框架结构BIM模型

图1为某项目的装配式框架结构BIM模型。对该项目装配式框架结构应用“牛腿+浆锚”梁柱节点连接方式。“牛腿+浆锚”梁柱节点连接方式通过在预制柱上预制牛腿，为后期预制梁的安装提供支撑，同时在预制梁中预留后期注浆孔，在预制梁预留波纹管中穿入纵向受力钢筋。在预制梁吊装完成后，将预制梁中纵向受力钢筋与预制柱中机械连接套筒连接，然后在梁柱核心区封闭模板，通过在预制梁侧面预留的注浆孔注入高强度灌浆料，最后形成“牛腿+浆锚”的大跨度装配式框架结构梁柱连接方式，如图2所示。

图2 某项目装配式框架结构“牛腿+浆锚”梁柱节点连接（单位：mm）

“牛腿+浆锚”梁柱节点连接方式充分结合了干式连接和湿式连接的优点，既能够保证节点的延展性、抗震性和耗能能力，同时又具备施工安装方便的优点，降低了设计难度，施工工艺上更具有可操作性。由于节点使用了牛腿，具备了在大跨度、大空间建筑中使用一柱到顶的全高预制柱、叠合板的技术优势，避免了后期在吊装预制梁、叠合板的过程中需设置水平构件的临时支撑，减少了大量脚手架和模板搭设，在节约措施费的同时，提高了施工效率，实现了施工过程的绿色环保施工。另一方面，“牛腿+浆锚”的节点设计也实现了大空间框架结构中竖向构件的一次安装施工，既保证了竖向构件的承载力，又有效提升了起重机械的吊装效率，降低了施工成本，与传统的现浇结构相比具有明显优势[6-7]。

装配式框架结构梁柱节点内的梁柱钢筋位置冲突也是制约装配式建筑发展的因素之一，借助BIM模型的模拟功能，对梁柱节点核心区钢筋的位置进行碰撞检查，如图3所示。对位置冲突的钢筋，事先在工厂生产的过程中进行优化调整，避免在吊装后进行处理，影响施工工期。钢筋位置排布优化主要遵循优先调整预制柱中部纵筋、预制梁端部纵向钢筋位置，保证预制柱四根角筋位置不变的原则。

图3 某项目装配式框架结构梁柱节点内钢筋BIM模型

D市某公共建筑项目，占地约4.7万m2，总建筑面积5.9万m2，地上1层，局部4层，地下2层，建筑高度24.7m，建筑类别为多层民用公共建筑，主要包含4大区域。结构形式包含现浇框架剪力墙结构、钢结构、装配式框架结构；其中，预制框架结构区域预制柱截面尺寸为 1m×1m，预制柱高度最大超过17m，预制梁最大截面尺寸为0.45m×1.7m，跨度超过16m，施工场地较为狭窄，预制结构施工难度大，现场吊装作业如图4所示。该项目装配式框架结构“牛腿+浆锚”梁柱节点连接如图5所示。

图4 某项目装配式框架结构预制梁吊装施工

图5 某项目装配式框架结构“牛腿+浆锚”梁柱节点连接

由于预制框架结构采用了“牛腿+浆锚”梁柱节点，相比现浇混凝土框架结构，节约了高大模板的支模时间以及支撑脚手架的搭设时间，同时由于不需要现场浇筑混凝土，节约了混凝土浇筑时间和养护拆模时间；施工工期比原计划工期提前了10天，吊装机械费用和措施费也有相应的减少，经济效益较为显著。

“牛腿+浆锚”的大跨度装配式框架结构梁柱连接方式，不仅解决了装配式框架结构中梁柱节点抗震性能和整体性差的缺点，而且使节点具备了较好的结构延性和承载力。在施工工艺方面更具有可操作性，施工方便、简单快捷，有效降低了施工成本，提升了吊装效率，同时在施工过程中减少了环境污染，实现了绿色建筑高质量发展的目标。