盒子模块化盒子建筑连接节点研究

张海鹏   许峰

摘要：模块化建筑建设模式是装配式建筑领域的重要分支,所以在建筑设计和建设的过程中,涉及到非常多的装配构件。装配构件之间的连接,以及装配构件与建筑主体框架之间的连接是在重点研究对象,模块间的连接节点是模块化建筑的关键一环。由于建筑构件在运输到施工现场前已经生产完成,所以构件上预留了衔接设置,后期的施工开展需要根据设计方案图纸进行逐步落实。在设计阶段需要对建筑的模块进行灵活处理,同时考虑对连接节点的布局设置,保证建筑框架整体的科学性和合理性,为后期建筑工程的建设工作奠定良好的基础。模块化钢结构是建筑工业化的高端产品，寻求最低限度的现场工作和可拆卸性和再利用的潜力。工厂采用“工厂装配、现场安装”的施工技术，制造和组装模块化单元（包括饰面、灯具、附件），现场只完成少量的吊装和装配工作。与传统的施工技术相比，模块化钢结构提供了一种更环保的解决方案，具有生产周期短、性能优良等优点。

关键词：集成装配式建筑;盒子建筑;钢结构;梁柱节点

1.盒子建筑连接节点研究现状

目前模块化盒子建筑节点在国内外的研究都取得了进一步的进展。国内外也研究出了各种不同形式的连接节点，各类节点对于盒子建筑的连接性能也有较大差别。模块化建筑是高度集成化的装配式建筑，是未来中国建筑发展的主要形式之一，拥有其他传统建筑形式所不具备的优点：

（1）质量可控。盒子建筑为高度集成化的建筑类型，其组成单元具有工厂化生产，装配式施工的特点，预制率超过70%，因此盒子建筑拥有比传统建筑更高的部品质量及施工质量。且高度的工厂化生产不但将难度较大的施工工艺转变为简单的厂内技术流程，还能较大程度地提高部品在现场组装过程中的精度。

（2）施工周期短。盒子建筑可实现部品工厂预制与现场施工同步开展，将传统建筑的交叉作业模式转变为同步、独立运行，因此其施工周期相比于传统现浇建筑要少50%~60%。

（3）绿色节能。盒子建筑在部品的预制过程中可节省大量材料，在施工现场也可大量减少建筑垃圾，且由于高度集成的工业化生产，盒子建筑可以在不同的地方拆除和重建，其重复利用的过程极大地降低了资源消耗。

1.1盖板螺栓连接节点

韩国学者Lee S. S.等提出了一种改进的盖板螺栓连接节点，通过试验和有限元对比的方式分析了立柱开洞、柱厚等因素对节点强度、刚度的影响，结果表明：立柱开洞会虽然会导致节点刚度降低，但节点的转动能力和耗能能力会得到一定程度的提高，局限在于立柱开洞仅适用于盒子建筑外侧。

1.2铸钢连接节点

王伟提出一种适用于方钢管柱与Ｈ形钢梁框架连接的铸钢模块化节点，如图所示，铸钢节点为整体浇铸成型，可避免多杆交汇的节点区应力集中和较大的焊接残余应力等问题。通过对节点进行有限元分析后发现节点滞回曲线较饱满，相较于传统的焊接节点具有更好的抗震性能；由于一体成型的优点使得铸钢节点更不容易发生断裂，而加入内隔板后断裂性能表现更为良好；铸钢节点的层间位移角远超规范要求，其延性远优于传统焊接节点；采用内隔板和弧面过渡均能提高节点的刚度。铸钢节点不但可以适用于 H 型钢或方钢管，圆钢管或椭圆钢管同样适用。

陈志华等提出了一种能够实现在内部进行现场安装操作的连接节点。该节点通过铸钢插件连接上下模块柱，通过对拉螺栓连接天花板梁和地板梁实现上下模块单元的连接。通过试验和有限元对比，分析节点加劲肋加强措施、轴压比、双梁线刚度比对节点力学性能的影响。结果表明：设置加劲肋可以有效提高节点刚度和承载力，但会使连接节点的延性性能下降；此外，单元之间连接节点是保证结构整体安全性能的关键；在节点处设置拉杆螺栓能够保证即使连接处发生严重撕裂，结构也不会倒塌，具有一定的安全储备能力。

1.3套筒连接节点

刘明扬提出一种板式内套筒连接节点，将套筒插入下端钢管柱然后焊接固定，再将上端柱插入套筒内焊接固定。通过建立有限元模型并对其滞回曲线分析发现：柱顶作用低周往复荷载，模块化钢框架结构滞回曲线呈梭形，刚度退化趋势较为平缓，具有良好的抗震性能；塑性铰出现在框架梁翼缘与柱连接部位，底层模块顶梁应力较小，该种新型模块化套筒连接节点可以满足构造要求。

Qiu[提出一种柱端套筒连接形式并进行了轴向拉伸与压缩试验，柱节点分别采用结构胶粘连与法兰盘连接。研究发现，采用结构胶粘连时方钢管插入玻璃钢内的深度需大于10cm；节点承载力与法兰盘螺栓布置情况有关，布置 8 根螺栓时的承载力明显高于布置 4 根螺栓时的承载力。

国外的Kevin Giriunas对8种不同开洞形式的集装箱建筑进行了研究。在考虑基础构造和节点连接的同时，将荷载施加于角件，通过试验与有限元模型对比分析，总结了集装箱建筑的受力特点及破坏特征，提出了模块式集装箱房屋适用性强的观点。

杨超对模块化结构的外部T形接头进行了广泛的研究。模块化结构由堆叠模块组成，这些模块不仅要垂直连接，还需要水平连接。模块之间的水平连接是模块形成整体结构和抵抗侧向力的另一个关键。提出了一种适用于多柱模块内外连接的新型螺栓连接。通过设计特殊的荷载支座，在柱端荷载下测试了模块化结构的3个内部十字形接头和3个外部十字形接头。比较了不同加固措施和梁柱抗弯承载力比对节点抗震性能的影响。结果表明，所有节理均具有良好的抗震性能，满足SMF系统对层间漂移比的要求。

2.结束语

盒子建筑是高度集成化的装配式建筑，是未来中国建筑发展的主要形式之一，拥有其他传统建筑形式所不具备的优点，而模块间的连接问题则是解决问题的重中之重。

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