在国家标准中, 预制框架柱纵向受力钢筋的连接方式, 采用了在美国和日本等地震多发国家得到普遍应用的钢筋套筒灌浆对接连接技术, 钢筋与套筒间填充强度达M80以上无收缩灌浆料, 实现了钢筋续接的目的。钢筋套筒灌浆技术有其良好的钢筋连接可靠性, 受到工程应用者的肯定。但是, 必须看到, 采用铸钢或型材切削加工成型的钢筋连接钢套筒, 其加工成本较高, 预制框架柱的造价几乎达现浇框架柱的2倍, 且现场灌浆工作量较大, 对构件接缝处密封的要求很高, 质量不易保证。针对上述缺陷, 由江苏华江建设集团有限公司和东南大学组成攻关组, 设立了专门的科研项目, 通过技术创新形成企业的“预制框架柱纵向钢筋镦粗直螺纹连接生产和安装施工技术”, 即预制柱节点的纵向钢筋采用钢筋镦粗套筒直螺纹连接。为使钢筋准确对位, 采用长线制作法, 即将几段柱浇筑前先用套筒连接到位, 混凝土拆模时再退出, 到施工现场安装时可准确就位。此技术取代柱受力钢筋的钢套筒灌浆连接方式, 将大大降低柱连接成本, 节点连接质量可靠且经济合理。该技术彻底改变了现有预制框架柱钢筋套筒灌浆连接的理念, 通过创新的节点做法, 成功实现了在9m长移动模台上高效率制作预制柱构件。该技术先进, 具有很好的应用前景, 于2016年4月13日申请了核心技术发明专利“预制框架柱的纵向连接结构”, 2016年9月7日获实用新型专利授权 (专利号:201620304501.3) 。

江苏华江科技研发中心工程, 位于扬州市江都区黄海南路, 本工程建筑面积7 073.33m², 由地下1层、地上3层组成。预制装配式框架结构, 柱、梁、叠合楼板、内外墙板、阳台、楼梯为预制构件。

1) 先将几段 (每段高为楼层高度) 预制框架柱钢筋笼内的纵向钢筋分别采用镦粗直螺纹套筒做相互间连接, 再分别对各段预制框架柱进行混凝土浇筑, 达到预养强度拆模时, 做好框架柱连接顺序及上、下端标记, 退出各直螺纹套筒, 再到现场按标记的顺序及上、下端, 采用直螺纹套筒将相邻预制框架柱纵向钢筋进行连接, 然后进行相邻的2段预制框架柱之间的混凝土浇筑 (见图1) 。

2) 施工现场安装时, 吊装预制下柱, 并搭设柱两侧预制梁搁置支架, 吊装柱两侧预制梁, 在梁柱节点区中心点放置小型支顶千斤顶, 再吊装预制上柱, 通过支顶千斤顶微调预制上柱的柱底柱筋高度, 使通过匹配预制的柱筋直螺纹套筒与下柱伸出的钢筋顺利对接连接 (见图2) 。

3) 镦粗直螺纹接头强度高, 不削弱母材截面积, 使螺丝牙底直径大于母材直径, 冷镦后还可提高钢材强度使接头部位的强度大于母材强度。柱在预制厂模板拆模后, 向下柱方向退出直螺纹套筒, 下柱的钢筋端头螺纹长度应做相应增加, 满足拆模时套筒退出和安装时旋转套筒连接的要求。

4) 镦粗直螺纹接头达到Ⅰ级接头, 在同一连接范围内钢筋的接头百分率可以不受限制。

5) 上、下柱连接处, 柱制作时上柱的下端中间应做成锥形, 向下20mm (见图2) 。有利于混凝土浇筑时排气, 使混凝土浇筑密实。

1) 将镦粗直螺纹套筒连接用于预制框架柱纵向钢筋的连接。钢筋端头镦粗可达到加工螺纹的切削不影响被连接钢筋的截面积, 达到与母材等强连接;此外连接套筒可向后旋转退至螺纹段以外处。

2) 因预制柱安装时稍有偏差直螺纹套筒无法对位施拧, 所以为保证施工精度, 制作时采用长线法串联加工, 将几段柱内的受力主筋在混凝土浇筑前先用直螺纹套筒连接到位, 浇筑混凝土并达到预定强度, 混凝土拆模时再旋转直螺纹套筒退出, 到施工现场安装时可准确就位。

3) 各段预制框架柱的纵向钢筋数量相同, 采用同一直螺纹套筒连接的相邻2段预制框架柱的纵向钢筋布置在同一轴线上, 以此提高预制框架柱的连接牢固度和精准度, 保证了纵向钢筋的连接质量。

长线法拼装模台→镦粗预制柱内竖向钢筋、绑扎钢筋笼→焊接吊具及安装预埋件→节段柱筋直螺纹套筒连接→混凝土浇筑→蒸汽养护→拆模→退出节段间柱筋连接直螺纹套筒→预制柱起吊堆放→构件质量检查和修补, 在合格产品上设置标识。

1) 预制柱构件制作前应进行深化设计, 深化设计文件应包括下列内容:预制柱构件模板图、配筋图、预埋吊件及各种预埋件的细部构造图等。

2) 施工前, 应由设计单位与总承包单位、构件预制单位等单位对深化设计文件进行会审, 深化设计文件应经施工图设计单位批准后实施。

3) 采购预制构件生产所需要的各种原材料, 并要求原材料具有相应的产品合格证、出厂检验报告, 经见证取样复试合格后方可使用。

4) 预制柱构件在制作前应对其技术要求和质量标准进行技术交底, 并应编制生产方案;生产方案应包括生产计划及生产工艺、模具方案及模具计划、技术质量控制措施、成品保护及运输方案等内容。

1) 模台表面应光滑平整, 2m长度内平整度应≤2mm。对模台和模具建立严格的使用和保养制度, 对台座及时清扫、保持表面光洁。

2) 使用专用脱模剂, 脱模剂涂刷均匀。

1) 对预制柱内竖向钢筋, 用镦粗机先将钢筋端部镦粗, 然后再用专用机床对镦粗段进行套丝加工, 每批钢筋进场前, 均应做镦粗试验, 并以镦粗量合格来确定最佳的镦粗压力及缩短量的最终值。

2) 钢筋采用套筒直螺纹连接, 下柱的钢筋端头螺纹长度应做相应增加, 满足拆模时套筒退出的长度要求。用专用的扭矩扳手旋转连接套筒。

3) 柱顶端设置吊点, 吊具应埋设牢固。

4) 钢筋笼入模后, 应采取措施防止变形, 按要求检查预制柱构件长、宽、高、保护层厚度等。

1) 混凝土配合比应满足强度等级要求。

2) 留置标准养护试块和同条件养护试块, 在确定试块留置数量时, 应考虑脱模起吊等需要复核同条件养护试块的立方体混凝土强度。

3) 采用蒸汽养护, 制定养护制度, 对静停、升温、恒温和降温时间进行控制。在常温下静停2~6h, 升温、降温速度≤20℃/h, 最高养护温度≤70℃。

脱模起吊应满足强度要求, 防止因起吊造成混凝土开裂。

构件起吊前应对构件各个面进行编号, 保证安装时的位置和制作时一致, 注明构件工程名称、柱号、轴线、尺寸、生产日期、质检员等有效信息。

堆放场地必须平整夯实, 成品应轻吊轻放, 堆码平整、整齐, 堆放时柱与地面之间应有一定的空隙, 并设有排水措施。柱两端 (至柱端200mm) 及跨中位置均应设置垫木。

测量放线→支设梁、板钢管脚手架支撑架→预制梁、叠合板吊装、校正→柱吊装、校正→柱钢筋直螺纹套筒连接→梁、柱节点处支设模板→浇筑梁柱节点混凝土→养护。

在已施工完成结构及预制构件上测量放线并设置安装位置标志。预制构件应在吊装前标记好安装测量线, 包括构件中心线、水平线、构件安装定位点等。已完成结构部分测量放线应根据控制轴线和控制水平线依次放出纵横轴线、柱中心线、节点线、楼板的标高线。

预制梁、叠合板构件吊装前下部支撑体系必须完成, 支撑点标高应精确调整。预制梁板的支撑采用钢管脚手架作为支撑体系, 支撑架的设计须经计算确定。

1) 使用塔式起重机吊装梁、板构件, 使用专用吊具进行吊装, 调整脚手架支撑杆顶部的可调支托进行标高校正。

2) 梁的纵向受力钢筋在后浇节点区内因易与柱钢筋冲突, 采用锚固板与柱锚固 (见图3) 。

1) 对各柱连接位置的下柱顶面标高进行测量, 符合要求后吊装上柱, 通过上柱柱身的标高控制线来控制柱标高。

2) 柱在吊装到楼层时预先根据已经弹好的控制线进行定位, 并做好临时支撑, 临时支撑支设于柱相邻两侧。用斜拉杆固定在柱高2/3处调节柱垂直度, 使用经纬仪进行跟踪核查, 垂直度复核符合要求后用斜拉杆固定。

柱标高、垂直度校正到位后, 使用扭矩扳手先将柱4个角上的直螺纹套筒施拧到位, 再一一施拧中间的各套筒连接。

箍筋采用预制焊接封闭箍, 整个加密区的箍筋设置应符合设计及规范要求, 上柱吊装前应将加密区的箍筋先套入下柱上, 上、下柱钢筋绑扎焊接完成后, 将箍筋按设计间距绑扎到位。

节点模板选用定型钢模板, 能使浇筑后的现浇节点观感达到清水混凝土的效果。

1) 节点区混凝土应采用比设计强度高一强度等级的混凝土浇筑。

2) 浇筑前应将节点内清理干净, 将表面松动的石子等清除。提前24h对节点及叠合面充分浇水湿润, 浇筑前1h应将积水清除。

3) 上柱下部混凝土密实措施楼面层混凝土初凝后、终凝前, 采用木模板连成整体比柱底座四周大100mm, 模板上口高出浇筑面50mm。采用混凝土从此处浇筑, 利用高度压力差使混凝土浇筑顶面密实, 混凝土初凝后将四周剔除平整。

4) 节点处混凝土应选用50mm振捣棒振捣, 振捣要做到“快插慢拔”, 并且要上、下轻微抽动以使上下混凝土振捣均匀。

侧模拆除按模板支设时的相反顺序进行, 拆除时应保证混凝土表面及棱角不受损伤。

节点混凝土应在浇筑完毕后的12h内对混凝土用塑料布包裹保湿养护, 其敞露的全部表面应覆盖严密, 并应保持塑料布内有凝结水。对掺用外加剂的混凝土, 养护时间≥14d。

根据工程测算, 采用预制框架柱纵向钢筋直螺纹连接, 与预制柱套筒灌浆相比, 可节约柱造价约40%。预制框架柱采用厂内预制, 现场拼装, 节点连接质量可靠, 等同于现浇混凝土结构节点, 抗震性能好, 完全符合建筑产业化要求及可持续发展的原则, 减少了用钢量及钢管、模板等周转材料, 节约了能源, 减少了工地湿作业, 有利于环境保护, 值得广泛推广。