王 進

(中南電力設計院有限公司，武漢 430071)

裝配式混凝土結構是指以工廠化生產(chǎn)的鋼筋混凝土預制構件為主，通過現(xiàn)場裝配的方式設計、建造，具有施工速度快，利于冬期施工，生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品質(zhì)量好，減少了物料損耗等特點。我國預制混凝土結構的工程應用始于二十世紀五十年代，一方面由于當時技術水平限制，預制混凝土構件存在著跨度小、承載力低、延性差、品種單一等諸多問題；另一方面由于唐山地震中大量預制混凝土結構遭到破壞使人們對預制結構的應用更加保守，預制混凝土結構的發(fā)展受到了阻礙[1]，逐步被現(xiàn)澆混凝土結構所取代。

近些年，隨著我國建筑行業(yè)產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展，建筑的工業(yè)化改革勢在必行。住宅建筑工業(yè)化首先要提高工業(yè)化的生產(chǎn)和施工技術，從而提高勞動生產(chǎn)率、降低成本、保證工程質(zhì)量。2016年9月27日，國務院印發(fā)了《關于大力發(fā)展裝配式建筑的指導意見》(國辦發(fā)〔2016〕71號)，對發(fā)展裝配式建筑的概念、必要性、優(yōu)越性、主要任務、實施步驟、需要注意和研究解決的問題等相關政策進行了解讀。

在特高壓直流工程中，換流站是整個直流輸電系統(tǒng)的重中之重。在特高壓直流換流站建設工期日益緊張的現(xiàn)狀下，土建施工的工期一再壓縮，采用常規(guī)的設計方案難以滿足工期要求，且施工質(zhì)量難以保證；作為換流站重要組成部分的調(diào)相機工程，主要建筑物的標準化、工廠化程度較低，建設效率低；為降低現(xiàn)場作業(yè)強度、提高施工質(zhì)量，與換流站內(nèi)的裝配式建構筑物協(xié)調(diào)、統(tǒng)一，調(diào)相機區(qū)域主要建筑物的裝配式設計與建設是必然的選擇。

1 國內(nèi)在建的調(diào)相機廠房結構體系

特高壓直流換流站調(diào)相機區(qū)域的建構筑物主要包括調(diào)相機廠房、除鹽水處理車間、機械通風冷卻塔、循環(huán)水泵房、變壓器基礎、避雷線塔、500 kV GIS設備基礎等。調(diào)相機廠房體量大，主要用于布置調(diào)相機及附屬設備，是調(diào)相機區(qū)域最重要的建筑物。

目前，國內(nèi)已建成的調(diào)相機廠房均采用鋼筋混凝土框排架結構體系，運轉(zhuǎn)層平臺采用鋼筋混凝土梁-板結構，調(diào)相機房屋面采用實腹鋼梁、壓型鋼板為底模的鋼梁-混凝土組合屋面板，見圖1。

2 調(diào)相機廠房的裝配式方案

調(diào)相機廠房的框架柱、框架梁均采用裝配式構件，考慮裝配式構件預制、運輸、安裝的便利，調(diào)相機廠房混凝土柱的預制長度不宜大于12 m。其中，框架柱在標高+1.000 m、+13.000 m處設置柱-柱連接節(jié)點?？蚣芰簝啥烁鶕?jù)實際情況選用裝配式梁柱節(jié)點，其中梁側無樓板的框架梁可選用端干式企口梁柱節(jié)點，梁側有樓板的框架梁可選用直螺紋套筒及鋼板連接的梁柱節(jié)點。圖2為裝配式調(diào)相機廠房的橫向框架布置圖。

調(diào)相機的樓層結構采用疊合樓板，預制板選用預應力預制空心板或預應力槽形板。預制板的兩端先擱置在框架梁兩側的安裝牛腿上，然后澆筑疊合層，保證樓層結構的整體性。調(diào)相機廠房的圍護結構采用外掛混凝土預制墻板，安裝方便、施工快速。墻板可以選用輕質(zhì)的多氣孔混凝土成型板材，滿足圍護結構對保溫隔熱性、耐火性的要求[2]。外掛單層壓型鋼板，保證外立面效果與特高壓直流換流站的整體要求保持一致。樓梯選用預制樓梯。

3 連接節(jié)點試驗及有限元分析

我國是多地震國家，連接節(jié)點的抗震性能是裝配式結構研究的重點[3-5]。裝配式調(diào)相機廠房選取柱-柱連接節(jié)點和梁柱連接節(jié)點，分別進行了有限元分析和節(jié)點試驗，對節(jié)點的抗震性能進行研究。

3.1 柱-柱連接節(jié)點

以某鋼筋混凝土裝配式調(diào)相機廠房為工程背景，選取框架柱的單榫柱-柱節(jié)點為研究對象，見圖3裝配式單榫柱-柱節(jié)點的簡圖：上柱底部中央設置榫頭，下柱頂部中央設置凹槽。安裝時，上柱下柱通過榫卯結構固定，焊接預埋鋼板完成節(jié)點安裝。

從圖4可以得出：在加載初期，滯回曲線較為尖銳，表明節(jié)點處于彈性階段；隨著荷載逐級增加，滯回曲線接近梭形，表明節(jié)點已進入塑性變形階段；當節(jié)點進入破壞階段時，滯回曲線變?yōu)閆形，表明節(jié)點剛度退化，耗能能力大幅降低?？傮w而言，節(jié)點滯回曲線較為豐滿,各個滯回環(huán)等效粘滯系數(shù)隨著荷載步逐漸增大，表明試件抗震耗能能力較好。

3.2 梁-柱連接節(jié)點

以某鋼筋混凝土裝配式調(diào)相機廠房為工程背景，設計的直螺紋套筒梁柱節(jié)點，如圖5所示。梁頂部縱向受力鋼筋通過直螺紋套筒與柱連接，梁底通過牛腿及梁底的預埋鋼板焊接，二次澆注疊合層后，梁柱形成整體結構。此節(jié)點預制梁的疊合層可與樓板一同澆注，施工方便；由于有疊合層，節(jié)點整體性能較好?；诖斯?jié)點建立有限元模型，如圖6所示，對螺紋套筒采用了薄殼單元模擬。

從圖7可以看出：在周期反復荷載作用下，滯回曲線類似于梭形，節(jié)點處于彈性階段；隨著荷載逐級增加，滯回環(huán)產(chǎn)生“捏縮”，節(jié)點的強度和剛度均退化；當節(jié)點進入破壞階段時，荷載位移曲線的斜率急劇下降，構件耗能能力逐漸喪失至最終破壞?？傮w而言，試件滯回環(huán)形狀較為飽滿，表明其耗能性能較好，各個滯回環(huán)等效粘滯系數(shù)隨著荷載步逐漸增大，說明試件抗震耗能能力較好。節(jié)點的延性系數(shù)與普通現(xiàn)澆混凝土結構相當。

從圖8可以發(fā)現(xiàn)，節(jié)點試驗與有限元模擬的位移-荷載曲線，兩者在試件屈服前的曲線基本吻合；隨著荷載增加，試件混凝土開裂、鋼筋與混凝土相對滑移等因素導致兩者偏差越來越大。因為牛腿的存在，位移-荷載曲線不對稱，即正向與反向承載力不相等。

4 結 論

裝配式混凝土結構是未來建筑工業(yè)化發(fā)展的趨勢，特高壓直流換流站調(diào)相機區(qū)域主要建筑物的裝配式設計研究順應了這一趨勢，發(fā)揮裝配式結構生產(chǎn)、施工效率高，減少環(huán)境污染，降低工人勞動強度等優(yōu)點。同時，也對火力發(fā)電廠建構筑物的裝配式研究提供參考。