钢结构装配式模块化建筑连接节点研究_谢智敏.pdf

107BUILDING建筑装配式钢结构建筑设计在建筑结构中应用范围广泛，是满足建筑产业化发展的新型结构形式。相较于传统钢结构设计，其具备设计标准化、生产工业化以及装修一体化的特征1。在施工过程中具备建造周期短、耗能相对较小的优势，是一种全寿命周期内的绿色建筑方式，可满足建筑产业可持续化发展的战略要求，是发达国家建筑施工的重要形式之一2。在装配式模块化建筑施工过程中连接节点的合理化设置，可进一步提升用户的体验感，提升建筑项目的施工质量3。1 装配式模块化建筑连接节点形式1.1模块单元螺栓连接点1.1.1角柱节点1）单螺栓连接形式。施工人员可将模块柱端焊接节点板，同时在其中设置施工孔，利用高强度螺栓将上下单元模块连接成为整体。这一节点设计并不会影响建筑内部装修，但要注意开孔设计会削弱柱端的刚度。2）榫卯式连接节点。施工人员可将下模块单元榫头直接插入上模块的卯槽，同时利用长螺栓对于连接点进行固定。施工人员也可利用梁端螺栓进行连接，进一步把强化连接节点的刚度。1.1.2边柱节点1）连接板式螺栓连接。施工人员需要在节点域柱端以及梁端预留螺栓孔以及检修口，同时利用连接板以及螺栓进行定位连接。2）单边螺栓连接节点。施工人员需要将单元模块中的刚插件作为兼顾定位功能的连接件，在通过将单边螺栓以竖直方向以及水平方向进行安装，将各个模块单元连接成为整体。1.1.3中柱节点1）榫头十字板连接法。施工人员可选择将模块柱插入到对应节点板的榫头，实现对于节点板与螺栓对于相邻模块进行连接，实现模块单元上下 8 个模块的规范连接。2）互锁螺栓连接法。施工人员需要将各个柱端焊接竖向定位板，以水平方向使用连接板、竖向螺栓，将上下 8 个doi：10.3969/j.issn.1672-2167.2023.07.018作者简介：谢智敏，男，中核华辰建筑工程有限公司高级技术主管，工程师。单元模块进行连接与固定。1.2焊接与栓焊连接节点1）新型螺栓：盖板节点。对于上下4 个单元模块以十字形节点板以及高强度螺栓连接成为一个整体，在施工现场焊接节点域封板，妥善解决外连接与内装修存在的问题。2）焊接螺栓混合连接。施工人员可通过连接板实现上下立柱的有效焊接，利用螺栓对其进行定位连接，通过不外露连接节点，提升节点外表面的美观性。1.3预应力连接节点1）平板扦销连接法。施工人员可在模块单元钢管柱内嵌入平板扦销连接件，满足模块间的水平连接需求。同时施工人员可利用贯穿钢柱的高强钢拉杆，并对其施加一定的预拉力，实现模块与模块间的竖向连接。2）拉杆式预应力连接法。施工人员可采取逐段张拉螺纹钢筋以及设置抗剪件的方法，来约束模块的竖向位移以及水平位移，但由于建筑项目施工现场相谢智敏钢结构装配式模块化建筑连接节点研究摘要：伴随时代的进一步发展，人民群众的生活质量得到全面提升，装配式建筑市场获得全新的发展。在制造业与建筑业发展过程中，传统施工模式对资源、能源利用效率相对较低，为实现住宅建设方式由粗放型向集约型的转变，装配式钢结构项目已成为建筑行业未来主要发展方向，可减少人力成本支出，有效控制建筑项目的施工成本。装配式建筑构件在出厂时便已经全部完成，可有效减少现场施工时间，减少建筑垃圾的产生，实现对生态环境的有效保护。基于此，该文对于钢结构装配式模块化建筑的连接节点进行探究，进一步提升住宅质量，推动建筑行业的可持续发展。关键词：钢结构；装配式模块化建筑；连接节点4月（上）科技、绿色、建筑.indd 1072023/4/3 下午4:20108BUILDING建筑对复杂，为此需要确保结构整体稳定性，所选择模块节点的适用性4。1.4自锁式连接节点1）自锁连接节点。施工人员需要将上部模块拥有旋转卡板的柱杆直接插入下部模块中拥有插板的沉孔，实现模块与模块的竖向固定连接。2）自锁榫卯式连接。施工人员可将自锁榫件与柱端的自锁卯件进行连接，满足中柱节点八模块的有效连接。2 装配式钢结构模块梁柱连接节点2.1装配式钢结构模块梁柱连接作用钢材是装配式建筑施工项目中必不可缺的施工材料，对提升建筑物结构强度与韧性有着极大的应用优势。传统施工模式下钢结构建筑物的连接模式是以焊接施工为主，由于焊接缝无法承受高强度应力而导致梁柱模块出现断裂。装配式钢结构施工中所应用的钢结构部件均是按照相关要求规模化生产，可确保钢结构部件的性能与规格满足施工需求。加之装配式梁柱连接器的耐性极佳，在施工现场便于组装，不仅大大增加建筑施工项目的施工速度，也能确保装配式钢结构模块的施工质量。2.2 梁柱连接原则2.2.1强柱弱梁设计整个建筑结构中梁与柱的性能与功能存在差异，柱体在整个建筑中起到承重作用，柱体设计需要尽可能强化其承重能力。梁体承重能力并需要达到柱体同样的标准，在自重与成本控制影响因素的前提下，需要确保梁体设计规格的规范性。在进行强柱弱梁设计环节，可进一步突出柱体主承重结构特征，将梁部的受力水平，为此可适当增加柱体的横截面，继而增加柱体承压力。2.2.2节点域设计节点域是由节点共同构成的结构区域。节点域的连接手段会受到方向与形状作用力的影响，在外力作用下可会导致节点域被破坏，因此需要做好节点域的弹性设计，适当增加节点域的位移范围，最大程度确保建筑结构的稳定性。2.2.3强节点弱构件设计钢结构内梁柱连接点设计稳固装配式建筑的基本单元部位，整体来看连接单个节点的重要性并不突出，但是每一个连接节点均是梁柱连接的关键受力点，一旦某一项节点出现破损变形，整个装配式建筑的安全稳定性将会受到影响。采取强节点弱构件的设计原则，需要将梁柱连接节点设计强度大大提升，确保其在高强度的应力作用下能够正常工作。而梁柱构件由于是钢制模块，自身重量相对较高，可采取弱化构件的形式减轻连接节点的受力水平，实现装配式建筑结构的稳固性。2.3 梁柱连接具体设计2.3.1工字形柱与梁柱节点连接装配式钢结构梁柱连接节点中这种连接手段是相对简单的形式，所需材料与零件可在工厂中生产，将生产后的零件直接运输至施工现场后可直接进行拼接与安装。采用该连接方法时，悬臂梁的悬臂程度以及拼接板厚度将会影响节点本身的稳定性，因此在工字形柱与梁柱进行节点连接过程中需要提前确定梁端悬臂长度以及拼接板的厚度，最大程度确保连接点的刚度与稳定性。2.3.2钢管柱与梁柱的节点连接该连接方法是以悬臂端梁作为基础，通过对于外部套筒厚度的调整，实现对于节点承载力的动态化调整，适用于具备特殊要求的建筑结构项目中。端板式梁柱在连接过程中，施工人员可采取焊接、栓接以及混合连接的方法。在进行外套管式连接过程中，连接节点的结构为“十字形”结构，外套管的管壁厚度将会对节点性能带来一定的影响，在一定条件下管壁厚度增加，其节点承载力也会随之增加。但是在管壁厚度过高时，也会受到套管过重的影响，导致节点性能受到影响5。3 装配式钢结构模块墙板连接节点3.1基层处理放线在项目施工前，施工人员需要开展基层处理与放线工作。在进行连接节点施工过程中，要提前做好杂质清理工作，将连接区域表面的灰尘以及污垢全面清除后才可进行放线施工。施工人员需要基于图纸设计弹灰线，确保整个安装工作的便捷与准确。在板材配置中，竖向安装方法可设置保温层，横向安装方法主要应用于外墙与内墙间距不大的环节。在深化设计环节，施工人员需要尽可能将不完整的墙板设置到门、窗等位置，以确保模块钢结构的稳固性。3.2 墙体外表与梁的连接节点在装配式模块化建筑进行钢结构施工过程中，需要正确处理外墙表面与梁之间的关系。在施工前，机械设备与施工人员需分别居于正确的位置中，设备、人员与施工墙体始终处于合理距离。施工人员可先利用保温材料进行墙体铺设，铺设完成后进行外力压实，上述工作全部完成后利用 ALC 板材料进行固定。在进行外墙板与梁进行连接节点设计时，施工人员可选用双层 ALC 板与保温层相结合的形式，利用卷扬机将 ALC板提升至预期的安装点，利用缆风绳将其运送至指定的安装位置，利用 L 型勾头进行 ALC 板的固定。之后由施工人员铺设相应的保温材料，通过填充裁量强化其密实度。在内部进行ALC板安装中，需要保证与 L 形连接件的紧密性连接，同时将最后一层紧固件放置于 ALC 板的顶部位置，并对其进行焊接与加固。最后施工人员也可利用自攻螺钉将 ALC 板与 L 型紧固件进行连接，同时对灰缝进4月（上）科技、绿色、建筑.indd 1082023/4/3 下午4:20109BUILDING建筑行有效填充。单层 ALC 板的保温性能明显弱于普通的 ALC 板，可应用对于保温系数要求不高的装配式钢结构住宅。施工人员在进行连接点施工环节时，可利用卷扬机提前将ALC板提升至预定高度，将 L 型拉钩与长角钢有效焊接，在拉进 L型拉钩一端的前提下，继续安装后续 ALC板。在此环节，施工人员需要将连接件放在下端 2 块 ALC 板的中部区域，将已放置好上端的 ALC 板与下部的拉钩与钢梁上翼进行充分焊接，最后对连接节点进行灰缝填充6。3.3 墙体外表与地表面连接节点在进行连接处理中，需要按照相关要求进行项目施工。施工人员需要对每一项施工环节仔细检查，对拐角区域进行连接。施工人员完成 ALC 板安装后，要对其进行固定处理，应将 L 形长卡件放置在 ALC 板的下方并对其进行固定，之后再对ALC板进行L形短卡件的安装，对于转角区域，可利用 C3 连接件固定连接，同时也可将ALC板与钢柱进行焊接，确保二者能够形成 T 形。3.4 保温外墙板与柱连接节点在进行保温外墙板施工过程中，施工人员可利用双层的 ALC 板以及保温层进行安装施工，在钢柱的连接区域可先将 ALC 板进行固定，利用 C3 连接件直接插入至 2 个墙板的缝隙处。同时施工人员也可利用螺钉进行墙板固定，并利用 T形节点焊接于钢柱上，完成上述所有的施工工序后铺设定量的保温板。3.5 外墙板与楼板连接点在对没有保温要求的外墙板进行施工时，施工人员可先将楼层边缘的模块直接固定在钢梁上，之后将单层的 ALC板以 C3 连接角直接插入到缝隙当中，利用螺钉对其进行有效固定。此外，施工人员也可在 ALC 板的下方设置卡件，并对其焊接，在上述作业完成后安装保温层，并将保温板与卡板进行连接。3.6 内墙板连接节点在进行建筑内墙板连接过程中，施工人员可给予外墙板ALC与梁的连接手段，在放置卡件后施工人员才能安装ALC板。最后施工人员需要将卡件与 ALC 板进行连接固定，同时需要将灰缝进行填补处理。3.7 板与板连接节点施工人员在进行板与板连接中，可采取钢龙骨过梁的连接方式，钢龙骨与 ALC板之间可利用螺钉进行有效加固处理。需要注意的是 ALC 板不能与其他 ALC 板直接连接，避免其下部破碎影响后续使用情况的出现。3.8 墙板与门窗连接节点在进行门窗安装过程中，需要为门窗两侧的 ALC 板以及底部的 ALC 板安装钢骨架，之后在门窗的上部安装相应尺寸的ALC板，并利用螺钉对其进行固定。针对在 ALC 板中要预留出的门窗位置，施工人员需要设计相应的框架作为构件支撑点，维护ALC板的整体稳定性。此外，施工人员需要在钢框架以及 ALC 板内铺设一定厚度的止水胶，利用螺钉将框架固定在指定位置，同时在框架固定中需要为门窗提前预留出相应的框架。3.9 细节问题处理施工人员在管线安装环节中，可先进行 ALC 板表面的钢龙骨安装作业，确保 ALC 板能够直接连接装饰板和龙骨，以确保建筑项目的施工质量。外墙施工中需要在保温层内开展管线布置作业，同时需要在外墙区域设计开关，为后续管线作业开展提供保障。在门窗安装环节中，由于 ALC 板均有对应的位置，在安装过程中将误差控制在 2 mm 以内，需要严格按照相关施工工序进行操作。施工人员也要对ALC板的质量进行检查，确保 ALC 板的垂直度以及密实度满足相关要求。4结语传统建筑施工模式已无法满足建筑产业可持续发展要求，需全面发展装配式建筑，选择钢结构作为装配式住宅的结构形式，能有效减少工业垃圾。钢结构装配式模块化建筑能大大提升住宅建筑的装配效率与施工质量，有效缩短建筑施工项目的施工工期。此外，根据用户需求所应用的墙板模块，可有效增加建筑