项目速览
项目时间：2020年
所在地：天宁岛-马里亚纳群岛（美属）
结构形式：混凝土框架结构（SMRF）
抗震设计类别：Category D
设计基本风速：175 mph（280 km/h）
建筑面积：8000 m²
业主：上海海瑞置业
设计院：中国建筑科学研究院
构件厂：日照国丰远大
技术应用：刚捷®连接系统、COLIFT穿心杆起吊系统
01技术背景
混凝土框架结构由于其开间大，空间布置灵活的特点广泛应用于公共建筑及工业建筑中；由于其传力路径明确，装配效率高，是最适合进行预制装配化的结构形式。在实际工程项目中，目前通常采用装配整体式混凝土框架结构，上下层柱间采用套筒灌浆连接，梁柱连接采用节点核心区后浇的做法。这种做法在近几年的应用中也存在一些问题：灌浆质量不易控制，梁柱核心区钢筋密集、装配施工不便等；低、多层框架结构受力较为简单，若采用干式连接形式，能有效解决上述问题，提高装配效率。2019年，中国工程建设标准化协会批准发布了《装配式多层混凝土结构规程》T/CECS 604-2019，该规程对螺栓连接等干式连接在低、多层装配式混凝土结构中的应用提出了具体设计要求，构造要求与施工工艺及工程施工验收指标和方法，为干式连接在“量大面广”的低、多层结构中的应用提供技术支持与依据。
02干式连接技术
干式连接指预制构件间主要通过螺栓、焊接实现传力的连接方式。该类连接形式节点部位无现浇混凝土，节点主要依靠螺栓、焊缝传力，辅以接缝灌浆传递部分内力或接缝的封堵。采用干式连接的框架结构在节点处一般采用柱贯通、预制梁在柱侧连接形式，根据节点的转动刚度和梁的线刚度的比例，将梁柱节点分为刚性节点和半刚性节点。对于刚性连接节点，要求其刚度不低于现浇节点，仅需对结构进行小震下的承载力和变形验算，而对于半刚性节点，为保证结构安全，应进行大震下的变形验算，且在小震弹性和大震弹塑性分析中均应考虑节点变形对结构整体变形和内力分析的影响。
03项目背景
本项目位于天宁岛，为三栋三层酒店式公寓，高度为15.6m，总面积为8000m²。天宁岛位于塞班岛西南侧，项目所在地详见图1。当地法律规定，建设工人只能雇佣当地居民，由于当地劳动力缺乏，建材物资匮乏，若采用现浇混凝土结构，建设成本为国内的6~7倍左右；更为严重的是，当地劳工施工水平不足，三层结构的施工时间将长达2~3年，严重影响酒店运营计划。为了节约建设成本，缩短建设周期，建设方决定采用全装配式混凝土框架结构，在国内进行构件生产，海运至天宁岛进行组装，尽可能减少现场湿作业。由于天宁岛临近马里亚纳海沟地震带，相当于我国8度半设防烈度，同时项目地点在海边，基本风速可达175mph（约为280km/h），要求结构必须具有良好的受力性能与抗震性能。
图1 项目所在地
04结构方案
本项目依据IBC2012，ASCE7-10及ACI 318M-11等美国规范进行结构设计。综合考虑项目所在地实际情况与建设方需求，本项目除基础采用现浇混凝土结构，主体结构采用全装配螺栓干式连接框架结构，连接件采用佩克公司的刚捷®连接系统，楼板采用全预制楼板，所有预制构件由日照市国丰远大住宅工业有限公司进行构件生产。
采用佩克刚捷®连接系统，预制构件通过螺栓连接，对连接接缝进行灌浆，最终形成刚性的连接节点；主要节点包括柱与基础、柱间连接节点与梁、柱连接节点。柱与基础、柱间连接节点形式详见图2，预制柱底预埋螺栓连接器，基础或下柱柱顶预埋螺杆，构件吊装到位后，将预埋螺杆与螺栓连接器进行连接，并将接缝灌浆填实。梁、柱连接节点形式如图2所示，在预制柱中预埋带内螺纹套筒的连接件，在预制梁中预埋螺栓连接器，待预制梁安装就位后，使用全螺纹螺杆反拧进螺纹套筒内将螺栓连接器与螺纹套筒连接，并将接缝进行灌浆填实。安装完毕后，节点即达到设计强度，后续施工过程中无需对预制柱与预制梁安装临时支撑，即可抵抗安装阶段的风荷载及施工荷载。和传统核心区采用后浇混凝土的装配整体式混凝土框架结构相比，该体系梁、柱节点核心区与柱共同预制，现场仅需要进行螺栓连接和接缝灌浆，安装简便，快速；此外，由于本项目结构层数较少，预制柱可采用一柱到顶的形式，避免分段预制。
图2 佩克刚捷®连接系统
本项目预制构件包括预制柱，预制梁，全预制楼板及预制楼梯；为尽量减少现场作业量，隔墙采用预制墙。其中，预制柱采用一柱到顶设计，高度为15.35m，截面为550mmx550mm；X向预制框架梁尺寸为350mmx500mm，Y向预制框架梁尺寸为380mmx700mm，南、北侧阳台位置Y向梁与柱采用铰接，尺寸为380mmx500mm，梁、柱节点采用暗牛腿设计，预制柱根据位置多面出牛腿。室内楼板厚度为140mm，阳台楼板厚度为100mm，均按单向板进行设计。采用ETABS软件进行建模计算，梁柱节点根据结构布置在模型中设为刚接或铰接，结构计算模型详图3。
图3 结构ETABS模型
05节点构造与设计
[ 05-1 ] 楼板节点
楼板采用单向板设计，板端出钢筋环，节点后浇混凝土，为保证楼板水平力有效传递给预制梁，在预制梁顶伸出C型钢筋；板侧预埋钢丝套绳，做成凹口形式，安装时在钢筋环中放置钢筋，后灌无收缩灌浆料，确保预制板板侧能有效传递水平力，增强楼板的整体性。预制楼板节点详见图4。
图4 预制楼板节点示意
[ 05-2 ] 柱脚节点
框架柱柱脚预埋8根柱靴（螺栓连接器），柱靴与柱纵筋搭接连接，柱脚螺栓安装完毕后灌无收缩灌浆料，柱脚节点详图5。
图5 柱脚节点示意
[ 05-3 ] 梁柱节点
5.3.1 刚接节点
预制框架梁梁端部均布置4组梁靴（螺栓连接器），梁靴与梁纵筋搭接连接。
由于采用暗牛腿形式节点，梁端企口位置受力复杂，需对梁端企口位置进行如下验算：1.局部抗压，2.企口抗弯，3.企口各变截面位置斜截面抗剪；预制梁梁端配筋见图6。
图6 预制梁梁端企口配筋
预制柱中对应4组梁靴的内螺纹套筒的连接件，2组预埋在柱身，2组预埋在暗牛腿中，中柱节点两侧的内螺纹套筒通过直段钢筋连接，边柱内螺纹套筒通过L形钢筋锚固在柱中；安装阶段梁吊装到位后，使用全螺纹螺杆反拧入套筒中，紧固梁靴端板两侧螺母后，用无收缩灌浆料填充接缝。梁柱刚接节点如图7所示。
图7 刚接梁柱节点示意
采用佩克刚捷®连接系统的梁柱节点为刚性节点，与现浇结构相比，结构整体分析方法基本一致。由于梁靴强度大，属于ACI 318中“强连接”形式，即梁端发生抗弯破坏，塑性铰不会在连接件位置产生，而是会移至连接件外截面处，所以在构件“强柱弱梁”抗震措施验算中，应选取连接件段外侧截面进行核算；同时，梁靴截面抗弯与抗剪强度均大于梁配筋截面，符合“强节点，弱构件”的设计原则。
5.3.2 铰接节点
结构部分梁柱节点采用铰接连接，铰接节点梁柱间无连接件，预制梁企口直接放置暗牛腿弹性支垫上，同时安装限位装置避免预制梁滑落。
06项目施工情况
预制柱采用穿心杆吊具，现场仅需三名工人即可进行预制柱吊装与柱脚节点安装工作；最终在预制构件运抵天宁岛后，耗时三个月完成主体结构安装施工，主体结构造价（含构件海运费用）比当地现浇结构低60%，施工周期与经济效益均达到设计预期，满足建设方期望。现场施工过程详见图8。
图8 项目施工过程
07结语
通过全装配螺栓干式连接系统在该项目中的应用可以说明，对于低、多层结构，即使在地震高烈度地区，只要通过细致的设计和采用正确的施工工法，干式连接形式仍能保证结构安全并具有良好的抗震性能。随着《装配式多层混凝土结构规程》T/CECS 604-2019的发布，相信未来干式连接体系在我国的推广和应用，能为建筑工业化发展贡献一份力量。佩克刚捷®连接系统对于低、多层结构在地震高烈度地区取得的阶段性成果，项目综合考虑所在地实际情况与建设方需求，通过细致的设计和采用正确的施工工法，施工周期与经济效益均达到设计预期，满足建设方期望需求。
