裝配式密肋復合剪力墻結構的技術應用研究

蘇志遠，童敏

（1.上海中建申拓投資發(fā)展有限公司，上海200120；2.中國建筑土木建設有限公司，北京100070）

0 引言

裝配式密肋復合墻板結構是由預制密肋復合墻板、樓板與現(xiàn)澆連接構件組合而成的結構體系，其本質是將密肋復合墻板等效為均質殼。根據(jù)工程需要，可直接應用于多層（<24 m）結構，或結合剪力墻技術應用于非抗震設計或抗震設防烈度為6～8度的高層結構。本文重點研究裝配式密肋復合墻板剪力墻結構技術在高層住宅中的應用。

預制密肋復合墻板作為一種裝配式建筑結構體系中的主要構件，由鋼筋或鋼骨架形成肋格，填充體做內模，澆筑混凝土而成的預制墻板。肋格可使用普通混凝土及相應等級鋼筋制作；填充體可使用輕骨料混凝土、加氣混凝土砌塊、發(fā)泡水泥或輕質混凝土等制作[1]。肋格和填充體兩種材料雖在力學性能上差異較大，但通過合理的構造措施，能充分發(fā)揮各自性能，形成適用于建筑結構的受力構件。

密肋復合墻板結構作為裝配式結構的一種，密肋復合墻板或密肋復合樓板連接構造及配件可實現(xiàn)裝配式建筑理念要求的標準化、系列化，按少規(guī)格、多組合的原則，能夠滿足建筑結構標準化設計、構件工廠化生產(chǎn)、吊裝整體式施工的要求，對建筑節(jié)能減排、工業(yè)化設計與施工有著良好的推動作用，是適應我國墻體改革、推進住宅建設工業(yè)化、實現(xiàn)建筑業(yè)升級轉型的重要創(chuàng)新。

1 密肋復合剪力墻結構設計

密肋復合墻板基本結構模型：密肋復合剪力墻結構設計遵循“等效均質”原則，《密肋復合板結構設計規(guī)程》（以下簡稱《規(guī)程》）指出：高層密肋復合板結構內力及位移計算，其抗側力模型可采用等效均質殼模型或簡化的剛架-斜壓桿計算模型[2]。

圖1 密肋復合墻體基本模型

將整段墻體中間的預制的密肋復合墻板進行勻質等效，見圖2。

等效原則符合下式要求：

式中：Ec——混凝土彈性模量（N/mm2）；Eq——肋格內填充體彈性模量（N/mm2）；Ac——預制墻板各混凝土肋柱截面積之和；Aq——墻板填充體內的水平投影面積總和；h——預制墻板截面高度(mm)；beq——等效墻板厚度(mm)。

圖2 密肋復合墻體等效均質殼示意

對于高層裝配式密肋復合剪力墻結構，在工程設計中除需滿足《高層建筑混凝土結構技術規(guī)程》JGJ3中對于平面及豎向布置、扭轉及剪力墻結構布置的要求外，尚需遵循以下原則：

1）應采用現(xiàn)澆樓蓋結構；

2）抗震設計時，底部加強區(qū)的高度，應從地下室頂板算起，且高度不小于底部兩層或墻體總高度的1/10（取較大值）；

3）較長的密肋復合墻體宜開設洞口，將其分為長度較為均勻的若干墻段，每個獨立墻段的總高度與截面高度之比不宜小于3。

2 密肋復合剪力墻抗震性能

密肋復合墻板在抗震概念設計上遵循“整體強彎弱剪、強外框弱墻板、強肋格弱砌塊”的原則。以抗震設防烈度7度時為例（上海），密肋墻板厚度應不小于200 mm（等效鋼筋混凝土墻）；單塊墻板寬度宜控制在1.2～4.2 m之間。

對于高層住宅密肋復合墻板結構的使用高度和高寬比，《規(guī)程》作了規(guī)定詳見表1。

表1 高層住宅密肋復合墻板使用高度和高寬比限值表

由于裝配式住宅密肋復合板技術目前所掌握技術資料僅《規(guī)程》及部分學術參考文獻，對于施工圖設計及審查的支持力度不足，因此需要對其進行抗震性能試驗，以驗證其等效計算方法的可行性及抗震性能指標。課題組于2015年委托大連理工大學結構實驗室進行了密肋剪力墻板抗震性能試驗，通過裝配式密肋剪力墻在低周反復荷載下的擬靜力試驗，從承載能力、耗能能力、延性、試件內應力分布等方面判別和分析其抗震性能，研究其破壞機理，分析其抗震性能[3]。

圖3為密肋復合墻基本試驗模型，其中密肋復合墻板填充砌筑材料為A5.0加氣混凝土砌塊，試件混凝土強度為C30，鋼筋牌號為HRB400級。

圖3 密肋復合墻板基本試驗模型

試驗結果顯示，底梁和框架一、二層基本未出現(xiàn)大范圍破壞。密肋填充墻從下往上破壞越來越嚴重。一層有輕微裂縫，保護層剝落；二層裂縫明顯，填充墻破壞；三層密肋填充墻完全壓碎和破壞并往下掉落。左右柱往兩側擴張，到最頂端時已經(jīng)脫離梁的連接，梁柱節(jié)點完全破壞，整體性從下往上呈現(xiàn)減弱趨勢，圖4為該試驗模型在抗震試驗下的位移曲線。

圖4 密肋復合墻抗震性能試驗位移曲線

該結構上下層連接通過灌漿套筒進行豎向連接，對上下層連接柱的柱腳灌漿套筒區(qū)域觀察，未見明顯破壞，驗證了灌漿套筒在密肋復合墻板結構中連接的可靠性。

3 工程應用

為推動裝配整體式住宅的應用，開展不同結構形式裝配式體系的研究，在上海某小區(qū)選定一棟12層住宅樓進行裝配式密肋復合剪力墻技術的設計和施工實踐。結構高度為33.55 m，設計使用年限50年，抗震設防類別為丙類，抗震設防烈度為7度。結構模型見圖5。

圖5 密肋復合墻板結構模型

該單體預制構件種類為PC剪力墻（預制密肋復合墻板，內外墻）、預制外掛墻板、預制疊合陽臺、預制樓梯、預制空調板，預制率為32.24%。裝配式拆分圖如圖6。工程按照《密肋復合板結構設計規(guī)程》（JGJ/T 275-2013）、結合大連理工大學結構實驗室進行的密肋剪力墻板抗震性能試驗結果進行施工圖設計和審查。

圖6 裝配式建筑戶型拆分示意

該工程的密肋復合墻板按平面尺寸900 mm伊2 500 mm、1 600 mm伊2 500 mm、2 300 mm伊2 500 mm和3 000 mm伊2 500 mm分為YMQA-D共4種類型密肋墻板，具體布置如圖7，各密肋墻板截面寬度為200 mm，按式（1）的勻質等效公式計算，其等效墻板厚度beq見表2。

該工程于2015年11月開工，2016年10月主體驗收合格。項目主體施工歷時12個月，工程通過精心策劃、施工管控，各方面質量可控。在密肋復合墻板構件生產(chǎn)、吊裝施工、二次裝飾裝修過程中進行了不斷的技術總結和改進，對該體系的技術難點和質量控制有以下幾點需要重點控制：

圖7 密肋復合墻板平面布置圖

表2 密肋復合墻板結構等效墻板計算及軸壓比控制表

1）預制密肋復合墻板肋梁、肋柱處鋼筋較多較密，在預制構件生產(chǎn)時，該處的鋼筋排布較為復雜；當墻板上下層連接采用灌漿套筒時，套筒型號和布置要求更高，對質量控制提出較高要求。

2）該工程密肋復合墻板填充體為加氣混凝土砌塊，尺寸為500 mm伊600 mm伊200 mm，而加氣輕質砌塊標準規(guī)格最大為600 mm伊200 mm伊200 mm，考慮到砌塊磚整體性以及與肋梁、肋柱的連接性能，不能進行裁切、拼裝，需要進行定制。

3）密肋復合墻板填充體砌筑材料為A5.0加氣混凝土砌塊、混凝土強度為C30、鋼筋牌號為HRB400級。材料中部分地區(qū)因生產(chǎn)原因可能無法使用A7.5加氣混凝土砌塊，理論上不能降低砌塊的強度等級；確實需要，至多只能降低一個強度級別，且要注意觀察預制構件在出廠時是否有豎向和斜向裂縫，如有，該構件則不應使用。

4）密肋復合墻板肋梁、肋柱的寬度一般在200 mm以內，且鋼筋較密，不宜布置安裝所需的預留預埋。墻體確需預留預埋線盒、管件時，應設在一個填充體內，不宜布置在肋梁、肋柱處，也不得跨填充體和混凝土體布置；且留置的位置需準確無誤，不得在二次裝飾裝修過程中進行后開槽，避免對構件的抗震性能造成破壞。

4 結構技術對比分析

為對多種裝配式住宅技術體系進行比較，在該小區(qū)的另外3棟樓實施預制夾芯保溫剪力墻技術，單體除外墻類型、層數(shù)不同外，建筑平面、結構布置、預制構件分類完全相同。同時，在該工程附近的另一項目實施了預制剪力墻技術。

通過對3種裝配整體式剪力墻技術體系的設計、施工應用過程比較，根據(jù)結構技術對比分析，密肋復合墻板有如下特點：

1）密肋復合墻板結構由于其構件特點，主要材料為肋梁、肋柱加填充砌塊；預制剪力墻為鋼筋、混凝土；預制夾芯保溫剪力墻為200 mm，鋼筋混凝土墻板+30 mm，保溫板+70 mm混凝土墻板，外墻厚度增加。相比，密肋復合墻板結構自重較低，對地下工程的成本節(jié)約有優(yōu)勢。

2）預制構件均為免抹灰設計，當外立面設計為石材或面磚時，密肋復合墻板體系也可采用石材反打或者面磚與構件一體化預制，形成預制、裝飾一體化效果。

3）預制夾芯保溫剪力墻使用連接件將剪力墻和外墻板拉接在一起，當采用鋼制連接件時，存在冷熱橋問題；當采用FRP連接件時，對外葉板存在拉結性能隱患。而密肋復合墻板無外葉板，不存在這樣的風險。

4）密肋復合板孔洞區(qū)域需要填充砌筑，形成砌筑面，增加抹灰工序，與裝配式住宅追求高效、節(jié)約的觀念相違背；預制夾芯保溫剪力墻當采用擠塑板作為保溫材料時，三明治結合處不易處理，有裂縫和滲水隱患；密肋復合墻板的保溫材料可直接埋入墻體內或附在墻體內外表面，免除質量隱患?？紤]類似因素，可以對密肋復合板進行創(chuàng)新，形成密肋復合殼墻體系，即密肋復合墻板兩側增加30 mm耀50 mm厚混凝土殼，形成如圖8所示的墻板解決抹灰問題和三明治開裂現(xiàn)象，該技術也在大連理工大學得到了抗震試驗論證[4]。

圖8 密肋復合殼墻體體系

5 結語

通過本工程的實踐證明，按照《規(guī)程》、理論技術及抗震試驗結果進行高層密肋復合墻板結構的工程應用是完全可行的。其建筑設計、結構技術、施工技術在裝配整體式剪力墻結構各種體系上有一定的優(yōu)勢。

經(jīng)測算（按2017年市場價折算），預制夾芯保溫剪力墻的構件成本約3 998元/m3；預制剪力墻的構件成本約3 800元/m3；而密肋復合墻板的構件成本僅為約3 570元/m3。可見，裝配式密肋復合剪力墻結構在成本方面也是有一定優(yōu)勢，隨著國家和行業(yè)裝配式產(chǎn)業(yè)鏈上下游產(chǎn)品的逐步完善和提高，密肋復合剪力墻板結構技術會有較強的應用前景。

[1] JGJ/T 275-2013，密肋復合板結構技術規(guī)程[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2013

[2] 趙瑋、陸烜，蘇志遠.密肋復合板結構在某小高層住宅中的應用[J].住宅科技，2017，439（02）：19-22.

[3] 馬榮全，范新海，黃宙.裝配式密肋復合墻板抗震性能試驗研究[J].建筑結構，2016，45（04）：5-9．

[4] 姚謙峰，龐乃勇，夏雷，郭猛.基于抗震概念設計的密肋復合墻新型抗震結構體系[J].北京交通大學學報，2010，34（04）：50-55．

[5] 賈英杰.密肋復合板結構體系研究及應用[J].建設科技，2014，62（05）：32-35.