預(yù)制裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計及若干問題探討

余輝云，馬珂

（中鐵四局集團有限公司設(shè)計研究院，安徽 合肥 230023）

預(yù)制裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計及若干問題探討

余輝云，馬珂

（中鐵四局集團有限公司設(shè)計研究院，安徽 合肥 230023）

采用預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)，可以有效節(jié)約資源和能源，是今后建筑行業(yè)發(fā)展的必然趨勢。目前，我國預(yù)制混凝土裝配式建筑在結(jié)構(gòu)設(shè)計方面還處于探索階段。文章首先闡述了裝配式結(jié)構(gòu)發(fā)展的過程，再分析了墻身鋼筋的連接方式；豎向連接在有條件的情況下可采用單排鋼筋連接的方式；水平鋼筋連接為減少現(xiàn)澆區(qū)長度，提出了一種新型的連接方式；最后，對預(yù)制結(jié)構(gòu)設(shè)計的中相關(guān)問題進行探討并對今后發(fā)展方向提出看法。

預(yù)制結(jié)構(gòu)；裝配率；墻身鋼筋連接；全預(yù)制

隨著近年來中國城市人口的不斷擴大，建筑市場也呈現(xiàn)出一片蓬勃發(fā)展的跡象。根據(jù)研究資料，近5年來,中國城鄉(xiāng)住宅新增約64.7億m2,城鎮(zhèn)人均住宅建筑面積達到20m2，這還并不能滿足基本需求。如此龐大的建筑市場會帶來巨大的資源消耗，并且如今的建筑設(shè)計、施工、材料工藝等還是采用傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式，存在施工進度慢、勞動強度和人力成本高、模板等輔助材料消耗量大、環(huán)境依賴程度嚴重等問題。為此，產(chǎn)業(yè)運作方式急需轉(zhuǎn)變，節(jié)能減排以及工業(yè)化生產(chǎn)是今后建筑行業(yè)的必定趨勢。預(yù)制裝配式建筑與傳統(tǒng)的建筑業(yè)形式相比，具有易于施工、較好的質(zhì)量控制、降低環(huán)境影響、節(jié)約勞動力資源等優(yōu)點。并且在如今國家政策鼓勵以及行業(yè)發(fā)展的背景下，開展預(yù)制裝配式建筑結(jié)構(gòu)體系研究，進一步了解其結(jié)構(gòu)工作原理和施工工藝，具有很大的社會和經(jīng)濟效益。本文主要通過近些年來各種預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展綜合分析設(shè)計要點，對其結(jié)構(gòu)設(shè)計中若干問題提出看法，并給出了今后裝配式結(jié)構(gòu)的研究思路和方向。

早在20世紀50年代，中國就有裝配式建筑發(fā)展的萌芽，但基本是建立在蘇聯(lián)技術(shù)和美國預(yù)制混凝土手冊的基礎(chǔ)上，自我技術(shù)力量薄弱，很多設(shè)計和施工技術(shù)措施都是完全依靠國外。不過國內(nèi)仍有不少預(yù)制大板體系結(jié)構(gòu)在發(fā)展，在市場上以東北等寒冷地區(qū)為主，僅吉林省就在1979年1年之內(nèi)建成大板住宅17000多m2[1]。但后續(xù)預(yù)制大板體系卻很快停滯下來，究其原因主要是全裝配大板結(jié)構(gòu)自身漏水、不保溫等缺陷嚴重，使居住環(huán)境顯得不如現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)，再經(jīng)過唐山大地震的震害發(fā)現(xiàn)，預(yù)制大板結(jié)構(gòu)在預(yù)制接縫處破壞嚴重，給人們形成一種預(yù)制構(gòu)件不牢靠的表現(xiàn)。

從2003年開始，近10多年來，為加快預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)在我國推廣和使用，相應(yīng)國家和地方政府的出臺的相關(guān)政策，國內(nèi)多家單位也已經(jīng)在實際工程或理論研究中取得相當?shù)某晒?，并開發(fā)研制了自己的公司體系，形成了各具特色的技術(shù)方法。如南京大地建設(shè)集團有限責任公司的“預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土裝配整體式框架結(jié)構(gòu)體系”；北京萬科企業(yè)有限公司的“裝配整體式剪力墻結(jié)構(gòu)體系”；南通建筑工程總承包有限公司的“全預(yù)制裝配整體式剪力墻結(jié)構(gòu)（NPC）體系”；西偉德混凝土預(yù)制件（合肥）有限公司的“疊合板裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)體系”；臺灣潤泰集團的“預(yù)制裝配式框架結(jié)構(gòu)”；黑龍江宇輝建設(shè)集團的“預(yù)制裝配整體式混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)體系”等。這些現(xiàn)有的裝配式結(jié)構(gòu)體系中，應(yīng)用最廣、抗震性能試驗良好以及理論研究最為成熟的為剪力墻結(jié)構(gòu)體系。該體系具有構(gòu)件生產(chǎn)簡單、規(guī)格統(tǒng)一、裝配率高等優(yōu)點，是今后國內(nèi)預(yù)制體系發(fā)展的主要方向。

①目前對于預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)，豎向鋼筋連接分為三種方式：套筒灌漿連接、漿錨連接、機械連接［2］。結(jié)合規(guī)程要求和通過市場數(shù)據(jù)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，套筒灌漿連接應(yīng)用最為廣泛，也最為成熟。韓超[3]等對國內(nèi)目前配置套筒灌漿連接的預(yù)制構(gòu)件實驗進展進行了討論，并綜合分析，認為其是裝配式結(jié)構(gòu)中縱向受力鋼筋有效且可靠的鋼筋機械連接方式，可在裝配式混凝土結(jié)構(gòu)中推廣應(yīng)用。錢稼茹[4]對灌漿套筒連接做了更進一步的研究，分別做了5個試件來對比套筒灌漿連接對鋼筋內(nèi)力傳遞的影響，結(jié)果表明豎向鋼筋采用灌漿套筒連接下，整體剪力墻耗能與現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)相差不大。

②為使豎向鋼筋連接施工方便，減少套筒數(shù)量，結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)使用較大的鋼筋直徑，采用間隔交錯放置套筒的方法，從而減少鋼筋根數(shù)，以提高工業(yè)化施工進度。當結(jié)構(gòu)剛度富裕量較大時，可將上層墻體與下層墻體之間按半剛性連接設(shè)計，即此段墻體對結(jié)構(gòu)整體剛度的影響可以部分考慮，將兩排鋼筋變?yōu)橐慌糯咒摻?。張微敬[5]等通過3個試件的擬靜力試驗，研究預(yù)制墻體豎向鋼筋連接筋采用單排布置時的抗震性能試驗，結(jié)果表明此種連接方式是可行的，能有效傳遞鋼筋應(yīng)力。

圖1 預(yù)制墻體單根縱筋連接示意

圖2 附加矩形箍與短鋼筋連接示意

①對于剪力墻水平鋼筋連接，由于在現(xiàn)場操作較為方便，故在規(guī)程和實際施工中均采用搭接連接，其最常用的方式為預(yù)留U型鋼筋連接。但現(xiàn)場施工過程中，會存在工人在吊裝預(yù)制墻體時，出現(xiàn)兩邊預(yù)留鋼筋打架的情況，極大影響施工質(zhì)量和工期。為此，宜采用水平鋼筋預(yù)留直線錨固的方式，但為滿足錨固長度，會早造成現(xiàn)澆區(qū)域過大的情況，降低裝配率。日本藤田公司[6]在自發(fā)研制的FPRC-II預(yù)制框架結(jié)構(gòu)施工工法中，也遇到框架梁底部鋼筋直線錨固不足的情況。對此，藤田公司對梁底部鋼筋周圍一圈采取附加鋼筋的方式來解決，認為附加插筋和螺旋箍筋的作用能夠有效的限制鋼筋相對于混凝土的滑移，其錨固長度的降低所帶來的抗滑移摩擦力能夠被外部附加鋼筋和柱內(nèi)混凝土咬合來補上，并做了專項結(jié)構(gòu)審查和大量試驗論證。

②為增加裝配率而解決墻體水平鋼筋錨固長度不足的情況，現(xiàn)場可僅預(yù)留250mm長的現(xiàn)澆區(qū)域，待預(yù)制墻體現(xiàn)場吊裝就位后，在附加封閉矩形箍，最后在箍筋中部焊接上橫向短鋼筋，如圖二所示。對于附加的鋼筋能否增加現(xiàn)澆區(qū)域內(nèi)混凝土與剪力墻水平鋼筋的握裹力，減少鋼筋的滑移，函待試驗的驗證，但此種連接工藝應(yīng)是今后預(yù)制剪力墻水平鋼筋連接的設(shè)計思路。

①對于一些層數(shù)不高的居住建筑，可將框架結(jié)構(gòu)較為簡潔的設(shè)計思路與“一”字型預(yù)制剪力墻板結(jié)合起來，形成帶預(yù)制端柱的剪力墻結(jié)構(gòu)體系，能夠有效的解決現(xiàn)有端部轉(zhuǎn)角處剪力墻邊緣構(gòu)件仍采用現(xiàn)澆的方式。另外如果對設(shè)計進行進一步優(yōu)化，可將所有的端柱尺寸標準化，大大提高裝配率。預(yù)制端柱和“一”字型預(yù)制剪力墻板的豎向鋼筋連接可采用灌漿套筒連接，墻體一端預(yù)留250mm長的現(xiàn)場澆筑區(qū)用于連接端柱；對于一些簡單規(guī)則并且跨度不大的結(jié)構(gòu)，可將一半跨度的框架梁與節(jié)點區(qū)預(yù)制端柱整體預(yù)制，形成柱梁結(jié)合部位一體型預(yù)制方式，如圖3所示。整個預(yù)制柱就由3段預(yù)制節(jié)點構(gòu)成，進一步提高裝配率。但由于此種結(jié)構(gòu)方式理論上等同于框剪結(jié)構(gòu)，對于高度的限制和端柱剪力的放大在設(shè)計時也應(yīng)重點考慮。

圖3 預(yù)制柱梁結(jié)合部位一體型預(yù)制方式連接示意

②現(xiàn)階段而言，對于所有預(yù)制剪力墻結(jié)構(gòu)體系來說，邊緣構(gòu)件位置仍然采用傳統(tǒng)現(xiàn)澆方式，限制了裝配率的提高。筆者認為今后預(yù)制剪力墻結(jié)構(gòu)體系攻克的重點是全預(yù)制剪力墻結(jié)構(gòu)，即剪力墻墻身構(gòu)件全部在工廠預(yù)制而成。以最為常見的“L”型剪力墻為例，設(shè)計中可將墻體優(yōu)化成統(tǒng)一尺寸的構(gòu)件，對于一些長度較長的構(gòu)件，從中部對稱分割成兩種型號一致的墻體，待到現(xiàn)場在進行拼裝。至于在預(yù)制工廠中養(yǎng)護工藝，可將“L型”墻板構(gòu)件采用“正反澆筑”方式，同批預(yù)制量的一半采用正澆，另一半構(gòu)件采用反澆。預(yù)養(yǎng)護3h～4h后，疊加為“互扣”構(gòu)件，再進入蒸養(yǎng)室養(yǎng)護，最大限度提高了養(yǎng)護效率。

TU391

A

1007-7359（2016）05-0212-02

10.16330/j.cnki.1007-7359.2016.05.075

余輝云（1977-），男，安徽合肥人，畢業(yè)于中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)，碩士；工程師，國家一級注冊人防工程師。