线性刚度(c30混凝土的弹性模量是多少)
1.技术背景
混凝土框架结构因其开间大，空房间布局灵活，在公共建筑和工业建筑中应用广泛。由于其传力路径清晰，装配效率高，是最适合预制装配的结构形式。在实际工程中，目前通常采用装配式整体混凝土框架结构，上下柱采用套筒注浆连接，梁柱连接采用节点核心区后浇带。这种方法近年来的应用也存在一些问题:灌浆质量不易控制，梁柱核心区钢筋密集，组装施工不便等。低层和多层框架结构受力相对简单。如果采用干式连接，可以有效解决上述问题，提高装配效率。2019年，中国工程建设标准化协会批准发布《装配式多层混凝土结构规范》T/CECS 604-2019，对“量大面广”的低层、多层结构中应用干式连接提出了具体的设计要求、结构要求、施工工艺、工程施工验收指标和方法。
2.干式连接技术
干连接是指预制构件之间主要通过螺栓和焊接进行传力的连接方式。这种连接的接头处没有现浇混凝土，接头主要依靠螺栓和焊缝传力，辅以接缝灌浆传递部分内力或接缝密封。干连接的框架结构一般在节点处采用柱侧穿柱、预制梁连接的形式。根据节点转动刚度与梁的线性刚度之比，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，刚度不低于现浇节点，只需验算结构在小震下的承载力和变形。对于半刚性节点，为保证结构安全，应验算大震下的变形，无论是小震弹性分析还是大震弹塑性分析，都应考虑节点变形对结构整体变形和内力分析的影响。
3.项目背景
本项目位于天宁岛，为三层酒店式公寓，共3层，层高15.6米，总面积8000米天宁岛位于塞班岛西南部，项目位置如图1所示。根据当地法律，建筑工人只能雇佣当地居民。由于当地劳动力和建筑材料不足，如果采用现浇混凝土结构，施工成本约为国内的6~7倍。更严重的是，当地工人施工水平不足，三层结构施工时间将长达2~3年，严重影响酒店运营计划。为节约施工成本，缩短工期，项目业主决定采用全装配式混凝土框架结构，构件在国内生产，运至天宁岛组装，尽量减少现场湿作业。天宁岛靠近马里亚纳海沟地震带，相当于我国8.5度设防烈度。同时，项目场地靠近海边，基本风速可达175 mph(约280 km/h)，要求结构具有良好的力学性能和抗震性能。
4.结构方案
本项目结构设计基于美国规范，如IBC2012、ASCE7-10和ACI 318M-11。考虑到项目所在地的实际情况和项目业主的需要，本项目除基础外采用现浇混凝土结构，主体结构采用全装配式螺栓干连接框架结构，连接件采用佩克公司的刚-快螺栓连接系统，楼板采用全预制楼板，所有预制构件均由日照国风远大住宅实业有限公司生产
采用刚-快螺栓连接系统，预制构件之间用螺栓连接，连接节点灌浆，最终形成刚性连接节点；节点主要包括柱与基础、柱与梁、柱之间的连接。柱与基础连接节点详见图2。柱底部的预制螺栓连接件和基础或下部柱顶部的预埋螺钉。构件吊装到位后，用螺栓连接器连接预埋螺钉，并灌浆接缝。梁柱连接节点形式如图2所示。带内螺纹套筒的连接件嵌入预制柱内，螺栓连接件嵌入预制梁内。预制梁安装到位后，通过将全螺纹螺钉拧回螺纹套筒，将螺栓连接件与螺纹套筒连接，并对接头进行灌浆和填充。安装完成后，接头将达到设计强度，在安装阶段可以抵抗风荷载和施工荷载，无需在后续施工过程中为预制柱和预制梁安装临时支撑。与传统的核心区后浇带装配式整体混凝土框架结构相比，该体系中梁柱节点核心区和柱一起预制，现场只需螺栓连接和节点灌浆，安装简单快捷。此外，由于本工程结构层数少，预制柱可采用一柱顶的形式，避免分段预制。
本项目预制构件包括预制柱；预制梁；全预制楼板和预制楼梯。为了尽量减少现场工作量，隔墙采用预制墙。其中预制柱采用柱顶式设计，高度15.35米，截面550mm×550mm；x向预制框架梁尺寸为350mmx500mm，Y向预制框架梁尺寸为380mmx700mm，南、北阳台位置的Y向梁柱采用380mmx500mm尺寸铰接，梁柱节点采用暗牛腿设计，预制柱根据位置多面有牛腿。室内地坪厚度140mm，阳台地坪厚度100mm，均按单向板设计。采用ETABS软件建模计算，梁柱节点根据结构布置在模型中设置为刚性连接或铰链，结构计算模型详图3。
5.节点结构和设计
5.1
地板接缝
采用单向板设计，板端有钢圈，接缝后浇筑混凝土。为保证楼板水平力向预制梁的有效传递，从预制梁顶部伸出C形钢筋；钢板侧面嵌有钢丝绳，做成缺口。安装时，将钢筋放入钢圈中，然后浇筑无收缩灌浆材料，以确保水平力能够有效地传递到预制板的侧面，增强板的整体性。预制楼板接缝详见图4。
5.2
柱脚接头
框架的柱脚内嵌有八个柱靴(螺栓连接件)，柱靴与柱的纵筋重叠连接。柱脚螺栓安装完成后，未浇筑收缩灌浆材料，柱脚接头详图如图5所示。
5.3
梁柱节点
5.3.1刚连接节点
预制框架梁的梁端设置四组梁套(螺栓连接件)，梁套与梁的纵筋搭接连接。
由于采用隐藏式支架接头，梁端企口位置受力复杂，因此需要对梁端企口位置进行如下检查:1。局部压缩，2。企口和3的抗弯性。企口各变截面位置斜截面的抗剪强度；预制梁端加固见图6。
预制柱中有四组连接件与梁靴的内螺纹套相对应，两组嵌在柱体内，两组嵌在暗牛腿内，中间柱节点两侧的内螺纹套由直钢筋连接，侧柱上的内螺纹套由L形钢筋锚固在柱内；安装阶段，梁吊装就位后，用全螺纹螺丝将其拧回套筒内，拧紧梁靴端板两侧的螺母，并用无收缩灌浆材料填充接缝。梁柱刚性节点如图7所示。
刚性快速螺栓连接系统的梁柱节点为刚性节点。与现浇结构相比，整体结构分析方法基本相同。由于梁靴强度较高，属于ACI 318中的“强连接”形式，即梁端发生弯曲破坏，在连接件位置不会产生塑性铰，而是会向连接件外段移动，因此在“强柱弱梁”构件抗震措施验算时，应选择连接件外段进行核算；同时，梁履段的抗弯强度和抗剪强度均大于梁筋段，符合“强节点、弱构件”的设计原则。
铰接接头
有些结构梁柱节点是铰接的，铰接节点中梁与柱之间没有连接件。预制梁的企口直接放在暗牛腿的弹性支撑垫上，同时安装限位装置，防止预制梁滑落。
6.项目建设情况
预制柱采用穿杆吊具，现场只需3名工人即可吊装预制柱并安装柱脚节点。最后，预制构件到达天宁岛后，需要三个月的时间才能完成主体结构的安装施工。主体结构的成本(包括构件的运输成本)比当地现浇结构低60%。工期和经济效益达到设计预期，满足施工方预期。现场施工过程详见图8。
7.结论
通过全组装螺栓干连接系统在本工程中的应用，可以看出，对于低层和多层结构，即使在地震烈度较高的地区，只要采用精心的设计和正确的施工方法，干连接仍然可以保证结构安全和良好的抗震性能。随着《装配式多层混凝土结构规范》T/CECS 604-2019的发布，相信未来干式连接体系在我国的推广应用将有助于建筑工业化的发展。
本文作者
李维余，1989年出生，毕业于台湾省大学土木工程系，国家一级注册结构工程师。目前从事装配式结构咨询设计、标准编制、技术研发等工作。负责北京市多个保障性安居工程的装配式结构设计，参与编制1个地方装配式混凝土标准和1个CECS组标准，参与国家“十二五”科技支撑计划项目。