預(yù)制型鋼混凝土剪力墻研究概況

翟亞光 王 茜/華北理工大學(xué)

預(yù)制型鋼混凝土剪力墻研究概況

翟亞光 王 茜/華北理工大學(xué)

預(yù)制裝配式型鋼剪力墻同時具備預(yù)制結(jié)構(gòu)和型鋼混凝土剪力墻各自的優(yōu)點(diǎn)，承載力高，抗震性好，有助于實(shí)現(xiàn)住宅的產(chǎn)業(yè)化和建筑領(lǐng)域的節(jié)能減排。本文通過對型鋼混凝土剪力墻的研究現(xiàn)狀和預(yù)制結(jié)構(gòu)的研究現(xiàn)狀的介紹，引出目前對預(yù)制型鋼混凝土剪力墻研究現(xiàn)狀以及研究中存在的一些主要難點(diǎn)。

型鋼混凝土剪力墻； 預(yù)制裝配式

前言

隨著我國國民經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，城市化進(jìn)程不斷深入，城區(qū)狹小的面積內(nèi)要容納大量不斷涌入的人口，多高層建筑的應(yīng)用越來越廣泛。剪力墻結(jié)構(gòu)是多高層建筑中最常見的結(jié)構(gòu)形式，也是多高層建筑中中主要的抗側(cè)力構(gòu)件，剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震性能直接影響建筑的抗震能力。在傳統(tǒng)的鋼筋混凝土剪力墻中，因?yàn)槎喔邔咏ㄖ袅Y(jié)構(gòu)的承載力相對較高，而鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中含鋼率有限制，在一些多高層建筑的剪力墻中鋼筋混凝土難以滿足承載力的要求。而在預(yù)制型鋼混凝土中的型鋼可以不受含鋼率的限制，所以型鋼混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力可以高于同樣外形尺寸的鋼筋混凝土構(gòu)件的承載力1倍以上,進(jìn)而也可以減少剪力墻構(gòu)件的截面尺寸,減輕剪力墻結(jié)構(gòu)的自重,具有更高的經(jīng)濟(jì)效益[1]。而且由于型鋼的設(shè)置，結(jié)構(gòu)抗震性能好,其延伸性比鋼筋混凝土剪力墻有明顯提高,型鋼混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)在地震中呈現(xiàn)出良好的抗震性能[2]。同時，在人口密集的城區(qū)施工，需要嚴(yán)格控制施工時間，減少在人口密集的地區(qū)對周圍人口的影響，這時，如果將型鋼混凝土剪力墻做成預(yù)制結(jié)構(gòu)，就可以充分發(fā)揮型鋼混凝土結(jié)構(gòu)和預(yù)制結(jié)構(gòu)共同的優(yōu)點(diǎn)，很大程度上滿足城區(qū)內(nèi)對多高層建筑施工的要求。

預(yù)制型鋼混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)工廠預(yù)制、現(xiàn)場裝配，適合在人口密集的城區(qū)作業(yè)，在工廠預(yù)制減少了對施工周邊環(huán)境的影響，減少了建筑垃圾對周圍環(huán)境的不良影響。節(jié)省了大量的施工時間，極大地降低了對周圍人口的影響。還可以使建設(shè)過程的分工更加明確，更加科學(xué)，有利于提高建筑的專業(yè)化、產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。符合國家對低碳、節(jié)能、綠色、生態(tài)和可持續(xù)發(fā)展等理念的要求。

一、型鋼混凝土剪力墻特點(diǎn)及研究現(xiàn)狀

型鋼混凝土結(jié)構(gòu)是把型鋼埋入鋼筋混凝土中的一種獨(dú)立的結(jié)構(gòu)形式,也是鋼與混凝土組合的一種新形式。由該結(jié)構(gòu)制造的型鋼混凝土剪力墻相比傳統(tǒng)上常用的鋼筋混凝土剪力墻最大的優(yōu)勢就是承載力大，進(jìn)而可以減少剪力墻構(gòu)件的截面尺寸。

同時，相比如今也被廣泛運(yùn)用的鋼結(jié)構(gòu)來說，型鋼混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)擁有更好的耐久性和耐火性，位于型鋼外部包裹的混凝土可以有效地抵抗有害介質(zhì)侵蝕，防止鋼筋銹蝕，進(jìn)而有效提高結(jié)構(gòu)的耐久性。其次，型鋼混凝土的受力性能更好，因?yàn)榘弯摰幕炷翆π弯摼哂屑s束作用，解決了型鋼受壓易失穩(wěn)的問題。由于型鋼混凝土中型鋼和混凝土共同承擔(dān)荷載的作用，相比鋼結(jié)構(gòu)可以一定程度地節(jié)約鋼材[3]。

西南交通大學(xué)黃雄軍[4]等在1998年進(jìn)行過5個帶邊框低剪力墻的試驗(yàn)研究，對勁性混凝土邊框低剪力墻的極限承載力、破壞形態(tài)、耗能能力以及延性進(jìn)行了考察。得出的結(jié)論是: 勁性混凝土邊框低剪力墻與鋼筋混凝土邊框低剪力墻在達(dá)到極限承載力以前以剪切變形為主且破壞呈脆性。

長安大學(xué)的馬愷澤[5]對5個剪跨比為2.5的型鋼混凝土剪力墻試件的擬靜力試驗(yàn)。通過改變試件的配箍特征、值軸壓比和配鋼率，對試件在往復(fù)水平荷載的作用下的滯回性能、破壞機(jī)理、變形能力和耗能能力進(jìn)行了研究，并根據(jù)對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析，給出了對配箍特征值和約束邊緣構(gòu)件長度的建議。

北京工業(yè)大學(xué)曹萬林[6]等總結(jié)了近些年國內(nèi)外有關(guān)型鋼混凝土剪力墻抗震方面的研究成果，在此基礎(chǔ)上，對較高軸壓比下內(nèi)藏鋼桁架混凝土組合高剪力墻的抗震性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究。研究結(jié)果表明：內(nèi)藏鋼桁架的存在對高軸壓比下型鋼混凝土高剪力墻的抗震性能有明顯的改善。

二、預(yù)制式型鋼混凝土剪力墻

預(yù)制裝配式型鋼混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)是把預(yù)先制作好的型鋼混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)通在現(xiàn)場組合成所需要的建筑結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)同時具備了型鋼混凝土結(jié)構(gòu)和預(yù)制結(jié)構(gòu)各自的優(yōu)點(diǎn)，如較高的承載力，良好的耐久性和耐火性，實(shí)現(xiàn)了工廠預(yù)制、現(xiàn)場裝配，大幅度地縮短施工時間，極大地減少城區(qū)施工對人口密集地區(qū)對周圍人口的影響以及對施工環(huán)境的影響。

三、預(yù)制結(jié)構(gòu)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

在20世紀(jì)80年代初期，預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)體系開始最早應(yīng)用于建筑行業(yè)。囿于當(dāng)時經(jīng)濟(jì)水平和技術(shù)水平的限制，體系接頭處理不善，極易造成漏水等問題發(fā)生，削弱了其受力性能，在地震設(shè)防區(qū)的影響更大。在這些有益的實(shí)踐過后，這些新工藝都沒有大規(guī)模的推廣。目前，在有預(yù)制結(jié)構(gòu)的建筑中，一般只是一些初級的預(yù)制產(chǎn)品，主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件仍然是現(xiàn)澆構(gòu)件。甚至科研機(jī)構(gòu)對預(yù)制結(jié)構(gòu)研究也不多，一些結(jié)構(gòu)專家認(rèn)為該結(jié)構(gòu)有無法彌補(bǔ)的性能缺陷，研究意義較小。

國外也曾有過預(yù)制式結(jié)構(gòu)成功的案例，在澳大利亞悉尼坐落著一棟十三層的樓房，樓房的大部分結(jié)構(gòu)都采用的是預(yù)制構(gòu)件，只有承臺和基礎(chǔ)梁采用了現(xiàn)澆混凝土，其全部施工僅用了三個月。

在國內(nèi)，隨著國家經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速發(fā)展，節(jié)能環(huán)保的要求日益提高，十年來，預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)在我國逐漸升溫，萬科企業(yè)股份有限公司、南通建筑工程總承包有限公司、上海瑞安集團(tuán)等多家公司對預(yù)制構(gòu)件開展了研究，對我國的預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展起到了極大的促進(jìn)作用[7]。

隨著預(yù)制結(jié)構(gòu)的不斷成熟和發(fā)展，將預(yù)制結(jié)構(gòu)用于型鋼混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)是型鋼混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)的重要課題。目前我國對預(yù)制型鋼混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)的研究成果還不多，結(jié)構(gòu)體系有待完善。

四、預(yù)制型鋼混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)的主要難點(diǎn)

預(yù)制構(gòu)件本身具有節(jié)能環(huán)保，產(chǎn)業(yè)化程度高，效率高等諸多優(yōu)點(diǎn)，可是目前在國內(nèi)，有預(yù)制結(jié)構(gòu)的建筑中很多也只是一些初級的預(yù)制產(chǎn)品，主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件依然是現(xiàn)澆構(gòu)件。甚至科研機(jī)構(gòu)對預(yù)制結(jié)構(gòu)的研究也不多，很大一部分原因在于預(yù)制結(jié)構(gòu)在現(xiàn)有的技術(shù)條件下整體性較差，連接節(jié)點(diǎn)位置處理不善，會嚴(yán)重影響其受力性能，在地震設(shè)防區(qū)的影響更大。預(yù)制型鋼混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)作為一種預(yù)制結(jié)構(gòu)，型鋼的連接節(jié)點(diǎn)問題是決定整個結(jié)構(gòu)整體性的重要部分。在多高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)中，存在大量的節(jié)點(diǎn)連接，預(yù)制型鋼混凝土剪力墻連接成整體，使整個結(jié)構(gòu)具有足夠的承載力、剛度、延性和抗震能力。這些節(jié)點(diǎn)的受力性能直接決定了剪力墻結(jié)構(gòu)的整體性能，所以施工方便的型鋼連接節(jié)點(diǎn)是預(yù)制型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，是決定該結(jié)構(gòu)是否能夠推廣應(yīng)用的重要影響因素。

[1]方華.淺談型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)施工技術(shù)中國新技術(shù)新產(chǎn)品[J].2015,9:108-109

[2]鄭亮,王獻(xiàn)云,楊其偉.型鋼混凝土剪力墻抗震性能研究綜述,北方工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)[J].2008，3 20（1）

[3]郭華軍.型鋼混凝土剪力墻抗震性能的試驗(yàn)研究,山東建筑大學(xué)碩士學(xué)位論文題目2016,4

[4]黃雄軍,趙世春.帶勁性鋼筋混凝土邊框低剪力墻的試驗(yàn)研究,西南交通大學(xué)學(xué)報(bào)[J].1999,34(5): 535-539

[5]馬愷澤,劉伯.混凝土剪力墻的設(shè)計(jì)方法,中南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版) [J].2013.44(9):3807-3814

[6]曹萬林,范燕飛,張建偉,王新杰,王志惠,宋義平.型鋼混凝土剪力墻的抗震性能研究,地震工程與工程振動[J].2007,27(2):81-84

[7]黃小坤,田春雨.預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)研究,住宅產(chǎn)業(yè)[J]2010，9：28-32