浅谈装配式建筑套筒灌浆连接技术

时间：2018-07-18 11:42:04 来源：建筑产业创新发展研究

摘要

国外大量实验研究和工程实践表明钢筋套筒灌浆连接是一项可靠的竖向钢筋连接技术，但在我国工程实践运用中却暴露一些质量问题。本文结合我国装配式建筑结构体系和设计、生产、施工水平分析产生问题的原因，指出在装配式建筑起步阶段，应合理设计使用钢筋套筒连接，同时积极研发其他竖向钢筋连接技术。

正文

随着我国工业化、城镇化快速推进，建筑行业高速发展的同时也面临作业方式老旧、劳动力减少、工业化水平低、资源消耗和环境污染大等问题[1]。为改变建筑业落后面貌，应对建筑所面临的突出问题，2016年开始国家号召大力发展装配式建筑。

广义地讲装配式建筑包括钢结构、木结构和装配式混凝土结构，但结合我国特殊国情装配式混凝土结构在我国运用比例远高于其他两种。装配式混凝土结构主要包含装配整体式框架结构、装配整体式框架现浇剪力墙结构、装配整体式剪力墙结构、装配整体式框架-现浇核心筒结构、装配整体式部分框支剪力墙结构等五种结构形式。由于剪力墙结构在我国住宅建筑广泛使用，因此装配整体式剪力墙结构在我国装配式建筑中推广运用数量较多，且大部分装配整体式剪力墙结构设计都采用套筒灌浆连接技术[2]。

套筒灌浆技术至今已有近50年的历史。20世纪60年代，余占疏在美国发明了钢筋套筒灌浆连接接头，并首次将该项技术应用在夏威夷38层阿拉莫阿那酒店工程中[3]。七十年代开始，该技术在欧美得到广泛的应用。1983年，美国混凝土协会在报告中正式将套筒灌浆技术列入钢筋连接主要技术之一[4]。1995年，Julian Albrigo等3人提出了半套筒灌浆连接节点，经过大量试验验证和地震考验，采用套筒灌浆连接技术的结构符合抗震设计中“强柱弱梁”的要求，可有效实现“装配等同现浇”的设计理念[5]。1972年日本引进套筒灌浆技术，在日本横滨建造了38层框架结构的公寓楼[6]。日本在欧美的技术基础上，结合自身特点，在装配式混凝土结构体系整体性抗震和隔震设计方面取得了突破性进展[7]。我国台湾地区也致力于套筒灌浆接头的研发，并取得了多项专利，使其获得广泛应用[8]。

近年来，随着装配式结构的兴起，国内也开展了套筒灌浆连接技术的研究，如清华大学钱稼茹教授开展“钢筋套筒灌浆连接装配式剪力墙结构三层足尺模型子结构拟动力试验”，试验模型实现了“强墙肢弱连梁”及连梁“强剪弱弯”的设计目标[9];内蒙古科技大学刘香教授开展了“直螺纹灌浆套筒连接的预制剪力墙抗震性能试验研究”，研究表明:直螺纹灌浆套筒可以有效地传递钢筋之间的应力,使套筒上下钢筋协调工作[10]。远大住工集团与湖南大学合作完成了“钢筋灌浆套筒连接静力试验”，研究不同连接钢筋直径、不同参数套筒及考虑钢筋连接偏位等因素对套筒灌浆质量的影响。试验结果表明钢筋套筒灌浆连接主要破坏形式有：钢筋拉断、拔出，灌浆套筒承载力取决于钢筋与灌浆料之间的粘结承载力。

国内采用套筒灌浆连接的工程实例也很多，如北京实创高科技园公租房项目、深圳裕璟幸福家园、长春一汽技术中心乘用车所、天津市双青家园、湖南省岳阳市花果畈公租房等，据不完全统计上海2017年共完成1600万平米的装配式建筑建造，其中大部分采用钢筋套筒灌浆连接技术。

通过国外资料研究发现，其套筒灌浆连接运用有以下两个特点：

1、日本高层主要采用框架结构或框-筒结构，设计中几乎不采用剪力墙，套筒灌浆技术在日本的应用主要集中在多层装配式建筑。框架结构预制柱竖向钢筋设计原则为：大直径，少根数，部分项目钢筋直径达50mm以上；对于钢筋连接比较复杂的梁柱节点，采用节点整体预制，后浇部分梁段连接，这样可以大大减低钢筋套筒灌浆连接的难度（见图1）。

图1 日本预制框架结构

2、欧美、日本已完成城镇化进程，工程建设量较小，在大多数情况下，工期合理，不论是工厂生产还是现场施工都体现出精益求精的工匠精神。

反观国内装配式建筑还处于起步期，很多城市还没有一幢真正意义上的装配式建筑，地方政府所面临的装配式建筑发展目标可以用“时间紧、任务重”来形容。但不论是设计院、施工单位，还是政府建筑质量监管部门普遍反映缺乏经验。设计单位不知如何设计才真正符合工业化思维，才能做出结合生产、物流、施工等全流程要素的好设计。在装配式建筑设计过程中仍旧根据以往现浇项目经验进行建筑立面设计、结构平面布置和构件拆分设计。容易出现以下问题：（1）部分预制剪力墙非常短，给现场施工增加了工序和难度；（2）部分设计采用剪力墙和边缘构件共同预制，由于剪力墙竖向分布钢筋直径一般是10mm，套筒内径不能大于20mm且要求双排布置，边缘构件竖向钢筋逐根连接，导致一个预制构件连接套筒过多。

以一个8度设防烈度住宅建筑为例，其标准层700多平米，每层灌浆套筒多达700余个。由于套筒灌浆施工过程中竖向钢筋一般采用定位钢板以确保现浇操作过程钢筋不产生偏离；对孔主要辅助工具为普通水银镜。所以每层多达700余个套筒的设计将给现场对孔带来非常大的难度。另注浆过程也同样复杂，理论上只有钢筋处于套筒中间位置才能保证注浆料包裹整个锚固钢筋，满足套筒灌浆连接要求，且易于灌浆。而以从业经验来看，能够保证剪力墙如期落位已经有一定难度，更何况保证700余个套筒的灌浆质量（见图2)。

图2 套筒灌浆连接施工

套筒灌浆连接在国外的研究和应用已证明其可靠性，但从现实来看，大范围推广套筒灌浆连接与中国国情间还存有较大差距！主要表现在以下三个方面：

1、我国住宅建筑广泛采用剪力墙结构体系，剪力墙竖向分布钢筋直径小、数量较多，预制剪力墙体系所需连接套筒数量及施工难度远大于国外框架结构体系。

2、我国正处于城镇化高速推进期，工程建设量大、工期要求紧、且大多数项目采用的是最低价中标。而装配式建筑套筒灌浆连接对生产、施工精度要求高，要求从业者具有孜孜以求的工匠精神。我国建筑业从业人员没有完成向装配式建筑产业工人的转变，因此，如何在不影响总工期和造价情况下完成好装配式建筑建造，是摆在从业者面前的一道难题。

3、我国装配式建筑还处于起步阶段，设计、生产和施工单位都缺乏相关经验，相关建筑施工验收及检测标准还不完善，大量推广使用比较难掌握的钢筋套筒灌浆连接势必面临较大风险。部分地区暴露出诸如钢筋套不进，灌浆不密实等质量问题，从而出现部分从业者抱怨装配式建筑工期长，造价高，质量不可控的现象。

从现实情况看，我国要掌握好装配式建筑套筒连接设计、生产、施工还需相当长一段时间。但装配式建筑正处于快速发展时期，这就需要从业者一方面要学好用好钢筋套筒灌浆连接技术；另一方面积极研究并推广应用其他竖向钢筋连接方式。

无数历史教训教育我们，照搬国外经验而不与中国实际国情相结合都难以成功，套筒灌浆连接技术亦如此。从设计源头开始科学设计，综合考虑生产、物流、施工全流程多要素设计。摒弃套筒越多，越安全，水平越高的落后思想，合理设计使用套筒灌浆连接技术。同时，要加快开展适合我国现实国情的装配式建筑结构体系和钢筋竖向新型连接技术的研发，尽快形成具有中国特色的装配式建筑工业标准，促进装配式建筑健康持续发展！

参考文献

[1] 秦童.装配框架套筒式连接梁柱节点的抗震性能研究[D].唐山:华北理工大学.2016.

[2] 陈鹏,张兆强,周琼瑶.装配式混凝土剪力墙结构连接方式研究及应用综述[J].混凝土与水泥制品,2018(3)：58-64.

[3] Cholewicki A．Loadbearing capacity anddeformability of vertical joints in structuralwails of large panel buildings[J]．Building Science，1971，6(4)：163—184．

[4] ACI Committee 439.Mechanical connections ofreinforcement bars[R].1983:24-35.

[5] Albrigo J,Ricker ED，Colarusso L J．Reinforcing Bar Splice and System for Forming Precast Concrete Members andStructures：US,5468524[P].1995.

[6] NMB Splice-sleeve systems historical events[EB/OL]. http://www.Splicesleeve .com/history.html.

[7] 陈竞.钢筋套筒灌浆连接技术及其在桥梁工程的应用[J]. 建材发展导向,2015,1(5).

[8] 韩超，郑毅敏，赵勇.钢筋套筒灌浆连接技术研究与应用进展[J].施工技术,2013,42(21):113-117.

[9] 钱稼茹,韩文龙,赵作周，秦珩,张芸,于劲,马涛,田东.钢筋套筒灌浆连接装配式剪力墙结构三层足尺模型子结构拟动力试验[J].建筑结构学报,2017,38(3).

[10] 刘香,崔涛,伍敏,李娟.直螺纹灌浆套筒连接的预制剪力墙抗震性能试验研究[J].内蒙古科技大学报,2016,35(2):195-201.

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