剪力墻抗剪、抗震及施工技術(shù)研究

李冰寬

摘要： 自我國邁入21世紀(jì)以來，城市建設(shè)的步伐愈發(fā)緊湊，高層建筑的數(shù)量不斷增多，而鋼筋混凝土的框架剪力墻結(jié)構(gòu)是其主要的建筑結(jié)構(gòu)。本文分別先研究了框架剪力墻結(jié)構(gòu)的抗剪、抗震，在明確剪力墻中各組成要素重要性的基礎(chǔ)上討論了剪力墻的施工技術(shù)要點(diǎn)，為高層建筑的施工質(zhì)量和施工安全有一定的指導(dǎo)意義和理論意義。

Abstract： Since China entered the 21st century， the pace of urban construction has become more and more compact， and the number of high-rise buildings has been on the increase. The RC frame-shear wall structure is the main building structure. In this paper， the shear strength and seismic resistance of the shear wall structure are first studied respectively. Based on the importance of each component in the shear wall， the construction techniques of the shear wall are discussed， which is of certain guiding significance and theoretical significance for the construction quality and construction safety of high-rise building.

關(guān)鍵詞： 建筑技術(shù)科學(xué);框架剪力墻; 施工技術(shù)

Key words： building technology science;frame shear wall;construction technology

中圖分類號(hào)：TU398+.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2018）07-0094-03

0 引言

現(xiàn)代高層的剪力墻結(jié)構(gòu)主要是由鋼筋和混凝土組成，由于高層建筑物的自重大、質(zhì)量要求高，而且在底部承受復(fù)雜的剪力和軸力等，所以底部剪力墻的抗震性能要求非常高。剪力墻又是整個(gè)建筑承受荷載、風(fēng)力或其他不可抗力的構(gòu)件，所以對(duì)其抗剪性能也有很高的要求。在設(shè)計(jì)滿足以上兩點(diǎn)要求的基礎(chǔ)上，通過實(shí)際施工來達(dá)到設(shè)計(jì)的效果，這就要求施工技術(shù)過關(guān)。所以，無論是設(shè)計(jì)的抗震、抗剪性能，還是施工的技術(shù)問題，都要嚴(yán)格要求，從而保證整個(gè)建筑的質(zhì)量安全。

1 剪力墻的抗震性研究

1.1 地震對(duì)剪力墻的影響

我國處于環(huán)太平洋地震帶和歐亞地震帶兩個(gè)世界上最活躍的地震帶，是一個(gè)多地震的國家。在地震發(fā)生時(shí)，框架剪力墻結(jié)構(gòu)的剪力墻承擔(dān)約80%的水平地震作用。但是剪力墻過少與過多都會(huì)影響到結(jié)構(gòu)的抗震性能——剪力墻過少，將難以承擔(dān)地震時(shí)的水平作用，但剪力墻過多，又會(huì)加大地震的額相應(yīng)作用。所以在設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)抗震等級(jí)，如何優(yōu)化剪力墻的數(shù)量，是一門比較高深的學(xué)問。即使剪力墻的設(shè)計(jì)按照“強(qiáng)剪弱彎”的原則設(shè)計(jì)，但是當(dāng)一些強(qiáng)地震突發(fā)，地震力足夠大，造成剪力墻某一部位產(chǎn)生幾種破壞。因此剪力墻地段的變形和耗能水平必須成為重點(diǎn)參考目標(biāo)。

1.2 剪力墻優(yōu)化

我們先研究一下C60混凝土下，100厘米墻和150厘米墻以及墻內(nèi)部是否安裝鋼板（3.5%的配置率）的軸壓比隨樓層增加而變化的情況，見圖1。

從圖1可以看出，在使用C60級(jí)別混凝土以及墻厚100厘米時(shí)候，在樓層接近80層時(shí)，剪力墻的軸壓比已經(jīng)超出了0.5，已經(jīng)危及到了建筑物的安全性。當(dāng)增加墻體厚度到150厘米時(shí)，或者再在其中配置鋼板，都可以滿足軸壓比的要求。單方面配置鋼板時(shí)，剪力墻的體積將會(huì)節(jié)約，減少建筑面積，還能增加使用面積。但在實(shí)際中，應(yīng)該從外觀、經(jīng)濟(jì)性和安全性等多方面考慮，選擇最優(yōu)的方案，即滿足安全使用和質(zhì)量要求的前提下，盡可能同時(shí)滿足經(jīng)濟(jì)性和外觀要求。

一般情況下，可以通過增加墻體水平方向和豎直方向配鏡率來提升剪力墻的剪力墻的抗剪抗震力，但是這種方法成效有限。對(duì)于鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)，其構(gòu)件的受剪承載力的公式可以表示如下：

內(nèi)置鋼板的組合式剪力墻是剪力墻抗震性能優(yōu)化的有效途徑，優(yōu)化構(gòu)件的承載力，提高其延性，增強(qiáng)其耗能能力，鋼板能夠取代混凝土承受更多的剪力，從而有效提升剪力墻的抗震性能。

2 剪力墻的抗剪性研究

2.1 剪力墻抗剪性能研究現(xiàn)狀

雖然我國對(duì)剪力墻的使用已經(jīng)非常普遍了，對(duì)普通的鋼筋混凝土剪力墻研究也很多，但是對(duì)于鋼板混凝土剪力墻的研究比較缺乏。在國內(nèi)，研究鋼板混凝土剪力墻的學(xué)者孫建超等[2]、楊曉蒙等[3]和聶建國等[4]通過對(duì)不同剪力墻結(jié)構(gòu)在不同情況下的試驗(yàn)和研究，提出了內(nèi)嵌鋼板混凝土墻受剪承載力的計(jì)算公式、通過研究內(nèi)嵌鋼板混凝土墻的變形能力和耗能能力給出了鋼板含鋼率、分布鋼筋配筋率等構(gòu)造措施建議，以及發(fā)現(xiàn)了外包鋼板混凝土墻受剪承載力高、延展性大等特點(diǎn)。

由上，已有的部分試驗(yàn)不能完全反映墻體的剪切破壞性能，因?yàn)樵谠囼?yàn)中試件的最終破壞取決于墻底部的彎壓破壞。

2.2 剪力墻抗剪性能的計(jì)算endprint

在我國，計(jì)算剪力墻抗剪性能之前，一般先作如下假定：

①混凝土所承擔(dān)的剪力和形成腹剪斜裂縫或彎剪斜裂縫的剪力相同;

②驗(yàn)算截面以上h0/2處受拉邊緣的應(yīng)力達(dá)到0.3 fc時(shí)認(rèn)為是形成彎剪斜裂縫的條件;腹板中的主拉應(yīng)力達(dá)到fc時(shí)認(rèn)為達(dá)到形成腹剪斜裂縫的條件;

③混凝土所承擔(dān)的剪力+45°桁架模型計(jì)算的水平分布鋼筋所承擔(dān)的剪力=剪力墻的抗剪承載力;

④與單調(diào)加載的情況相比，反復(fù)加載下的受剪承載力降低20%;

⑤偏心受拉剪力墻的受剪承載力未進(jìn)行試驗(yàn)，根據(jù)受力性能，參照偏心受壓剪力墻承載力規(guī)律經(jīng)折減后給出計(jì)算公式[5]。

在以上假定適用的情況下，鋼筋混凝土偏心受壓剪力墻斜截面受設(shè)計(jì)表達(dá)式如下：

VW？燮■（0.5ftbh0+0.13N■）+fyv■h0

鋼筋混凝土偏心受拉剪力墻斜截面受剪承載力設(shè)計(jì)表達(dá)式如下：

VW？燮■（0.5ftbh0-0.13N■）+fyv■h0

國外的剪力墻受剪承載力計(jì)算方法和我國的計(jì)算方法差距略大，我們不再研究討論。

2.3 剪力墻抗剪抗剪性能研究

剪力墻受剪受剪承載力計(jì)算模式可以由混凝土抗剪力和抗剪鋼筋的抗剪力兩項(xiàng)組成。其中混凝土混凝土抗力考慮必須考慮鋼筋混凝土強(qiáng)度、剪跨比和軸向力的影響。宜考慮混凝土強(qiáng)度降低系數(shù)和縱筋的作用，抗剪鋼筋的抗力可以采用桁架模型計(jì)算。

混凝土強(qiáng)度指標(biāo)采用其軸心抗壓強(qiáng)度的0.5次方較為合理。

3 剪力墻的施工技術(shù)

在研究完剪力墻的抗震性能和抗剪性能之后，我們討論剪力墻實(shí)際施工中的技術(shù)。

3.1 高層剪力墻的施工特點(diǎn)

剪力墻的施工特點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：

①受自身的特點(diǎn)所決定，剪力墻在施工的過程中缺乏靈活性，對(duì)于一部分公共建筑來說，難以滿足空間的布局要求，這就需要在施工作業(yè)過程中利用有效的科學(xué)方法和科學(xué)技術(shù)加以完善，例如在滿足要求的情況下對(duì)梁和板的布局稍加改動(dòng)。對(duì)普通的剪力墻來說，采用建筑結(jié)構(gòu)矩形結(jié)構(gòu)、L形結(jié)構(gòu)和T形結(jié)構(gòu)的同時(shí)，必須確保剪力墻的主軸是正交的布局方式;當(dāng)建筑結(jié)構(gòu)采用三角形結(jié)構(gòu)或者Y形結(jié)構(gòu)時(shí)，要沿著剪力墻的三個(gè)方向進(jìn)行合理的布局;當(dāng)建筑結(jié)構(gòu)采用的是正多邊形、圓形或者弧形結(jié)構(gòu)時(shí)，要采取沿剪力墻的方向進(jìn)行環(huán)向布局的方式。

②在剪力墻結(jié)構(gòu)的施工作業(yè)環(huán)境中，受剪力墻自身的長度因素的影響也要進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚?。剪力墻必須根?jù)實(shí)際施工作業(yè)情況來判定其大小、長短。

③剪力墻的高度也必須要符合剪力墻自身的受力情況，確保抗震能力在設(shè)計(jì)和規(guī)定的范圍內(nèi)。

3.2 高層剪力墻施工技術(shù)要點(diǎn)

3.2.1 高層剪力墻建筑施工中的大模板施工技術(shù)要點(diǎn)

建筑施工中的核心內(nèi)容之一，就是大模板施工，它也是建筑施工中的要點(diǎn)所在。大模板施工技術(shù)的好壞，對(duì)整個(gè)建筑施工剪力墻的質(zhì)量好壞有非常重要的影響，所以在大模板施工作業(yè)的時(shí)候必須嚴(yán)格按照質(zhì)量要求進(jìn)行施工作業(yè)。首先就是要對(duì)控制線進(jìn)行嚴(yán)格的把控工作——在實(shí)際施工場地，由于會(huì)收到各種外部因素的影響，放線的工作比預(yù)想的往往要困難許多，使得難以按照設(shè)計(jì)合理并且精準(zhǔn)地放線，剪力墻鋼筋和預(yù)留孔洞的位置要求精度非常高，所以必須嚴(yán)格把握放線的精度。其次是科學(xué)、合理地管控模板的安裝組裝——模板安裝工程作為一項(xiàng)需要專項(xiàng)方案支持的的分部工程，其重要性不言而喻，它直接關(guān)系到后期混凝土澆筑時(shí)的安全和混凝土建筑完成后的外觀和質(zhì)量，在組裝過程中要按照不同型號(hào)進(jìn)行標(biāo)號(hào)拼裝，然后對(duì)拼裝好的模板重新進(jìn)行編號(hào);在混凝土澆筑之前，為方便后期拆模和保證混凝土的質(zhì)量，要在模板使用之前涂抹一層隔離劑，并且確保隔離劑的隔離效果;模板安裝一般遵循“從內(nèi)至外，從橫向至縱向，保障安裝到位”的原則。

內(nèi)墻模板的安裝必須按照由橫向至縱向的原則安裝，先安裝門窗位置的模板，利用科學(xué)的一些技術(shù)進(jìn)行臨時(shí)加固，然后進(jìn)行墻體模板的安裝。外墻模板安裝同樣也需要精密的技術(shù)支持，首先對(duì)門、窗、洞口和穿墻管等進(jìn)行檢查，確保無雜物，有雜物的須清理干凈，確保墻體內(nèi)側(cè)模板的安裝完好無誤，然后在外墻進(jìn)行腳手架或三腳架的安裝。施工過程要求技術(shù)精度高，避免出現(xiàn)漏漿現(xiàn)象，模板安裝必須嚴(yán)密和牢固。

模板安裝應(yīng)滿足下列要求：

①模板的接縫不應(yīng)漏漿，在澆筑混凝土前，木模板應(yīng)澆水濕潤，但模板內(nèi)不應(yīng)有積水;

②模板與混凝土的接觸面應(yīng)清理干凈并涂刷隔離劑，但不得采用影響結(jié)構(gòu)性能或妨礙裝飾工程施工的隔離劑;

③澆筑混凝土前，模板內(nèi)的雜物應(yīng)清理干凈;

④對(duì)清水混凝土工程及裝飾混凝土工程，應(yīng)使用能達(dá)到設(shè)計(jì)效果的模板。

模板拆除應(yīng)該注意模板拆除順序，一般按照“先縱向、后橫向”，“先支后拆、后支先拆”，“先拆非承重模板、后拆承重模板”“先側(cè)板、后底板”，拆除豎直面模板應(yīng)自上而下進(jìn)行等原則。在混凝土模板拆除過程中務(wù)必要保證不能對(duì)墻體表面造成影響。

3.2.2 高層剪力墻建筑施工中的混凝土施工技術(shù)要點(diǎn)

一般意義上來說，混凝土的原材料使用對(duì)整個(gè)高層建筑的剪力墻施工作業(yè)有著極其重要的影響，原材料的質(zhì)量直接關(guān)系到建筑工程的質(zhì)量，所以在高層建筑的剪力墻施工作業(yè)中必須加強(qiáng)管控原材料的質(zhì)量，確保原材料的質(zhì)量符合設(shè)計(jì)要求和建筑施工的要求。著重監(jiān)管原材料進(jìn)場，明確和嚴(yán)格實(shí)施原材料進(jìn)場制度。再施工作業(yè)過程中一旦發(fā)現(xiàn)任何一種原材料存在有質(zhì)量問題，就必須及時(shí)找出問題發(fā)生的原因并采取相應(yīng)的管理措施，嚴(yán)禁不合格的材料進(jìn)場或者繼續(xù)被使用。在施工中，尤其是高層的剪力墻施工過程中，施工組織模式也會(huì)對(duì)工程質(zhì)量產(chǎn)生很大的影響，根據(jù)混凝土施工的工序和步驟，在施工工藝上進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整和有效的協(xié)調(diào)，就可以在很大程度上避免混凝土問題引起的模板變形和位置偏移等現(xiàn)象。高層剪力墻中鋼筋在焊接時(shí)也要注意其經(jīng)濟(jì)性和效率，氣壓焊在這種工程中的技術(shù)要求相對(duì)偏高，因此在焊接鋼筋過程中應(yīng)著重注意焊接方式的選擇，在經(jīng)濟(jì)性、質(zhì)量和進(jìn)度中找到一個(gè)最優(yōu)的焊接方式。

4 結(jié)束語

現(xiàn)階段我國各式工程在剪力墻的應(yīng)用方面已經(jīng)非常普遍，幾乎沒有太大的理論問題，但是在實(shí)際施工過程中，返修和重做的事也經(jīng)常發(fā)生。本文通過對(duì)剪力墻抗震性能和抗剪性能的概述，以及對(duì)剪力墻施工技術(shù)要點(diǎn)的概括，闡述了剪力墻結(jié)構(gòu)中每個(gè)細(xì)節(jié)對(duì)工程質(zhì)量的重要性，給更多同行提供一定的理論和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，從而幫助施工時(shí)在短時(shí)間內(nèi)保證質(zhì)量、節(jié)約成本，讓剪力墻在普通高層乃至其它應(yīng)用剪力墻結(jié)構(gòu)的建筑中發(fā)揮其應(yīng)有的價(jià)值[6]。

參考文獻(xiàn)：

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[6]俞錫成.高層剪力墻施工技術(shù)要點(diǎn)研究[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2016（17）：246.endprint