裝配式混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)研究

李其廉 溫紅廣

(河北科技大學建筑工程學院，河北 石家莊 050018)

近年來，裝配式建筑在我國建筑領(lǐng)域的發(fā)展比較迅速。我國也在大力推進綠色建筑，綠色建筑是人與自然和諧共生的高質(zhì)量建筑，綠色建筑與裝配式建筑結(jié)合更突出新型建筑工業(yè)化的優(yōu)勢。在裝配式建筑中，裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)工業(yè)化程度較高，是適合我國國情的建筑結(jié)構(gòu)體系，預(yù)制比例可達70%，適用于多高層住宅[1]。裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)是由剪力墻、梁、板等主要受力構(gòu)件或全部預(yù)制混凝土構(gòu)件組成，這種結(jié)構(gòu)一直是眾多高校和科研機構(gòu)的研究重點，本文詳細介紹裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)的研究成果，為同行業(yè)人員提供參考。

1 發(fā)展現(xiàn)狀

在國外，裝配式混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)較為常見。在1995年的日本阪神大地震后，很多裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)的建筑破壞很少，有些修復后仍可繼續(xù)使用，其他國家遭遇地震災(zāi)害后的建筑中，剪力墻結(jié)構(gòu)的房屋倒塌都是極個別的。美國成功將裝配式建筑應(yīng)用于工業(yè)、住宅等領(lǐng)域，編制的《PCI設(shè)計手冊》截止到目前已經(jīng)修改到第七版，一系列的技術(shù)文件對裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法、施工工藝和質(zhì)量控制等提出要求，在美國居住工業(yè)化住宅的人口大約占總?cè)丝跀?shù)的6.3%。由于地域因素，不同國家的建筑層數(shù)不大一樣。在日本，裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)的層數(shù)一般不大于10層，而在歐洲地區(qū)，剪力墻結(jié)構(gòu)可達20層甚至更高。英國將裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)多應(yīng)用于保障性住房，法國創(chuàng)建的世構(gòu)體系(SCOPE)被我國通過聯(lián)合課題組引入國內(nèi)，并編制技術(shù)規(guī)程，德國將裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)的墻體與住宅節(jié)能技術(shù)融合，滿足“冬暖夏涼”的要求，丹麥將模數(shù)法制化應(yīng)用在裝配式混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)中，實現(xiàn)了建筑的多元化與標準化統(tǒng)一。

在國內(nèi)，朱張峰、錢稼茹等學者對裝配式鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震性能進行了深入研究，在剪力墻連接節(jié)點技術(shù)研究上有很大的突破。多家房地產(chǎn)企業(yè)與高校合作，對其進行創(chuàng)新，萬科集團PCF技術(shù)、中南集團NPC技術(shù)、宇輝集團裝配整體式預(yù)制混凝土剪力墻技術(shù)、合肥西偉德疊合板式混凝土剪力墻技術(shù)都已成功的應(yīng)用在工程中[2]。萬科PCF技術(shù)主要向日本學習，即預(yù)制混凝土模板技術(shù)，應(yīng)用在預(yù)制混凝土剪力墻外墻上，解決了外墻模板問題；中南NPC技術(shù)主要向澳大利亞學習，一定程度上降低了現(xiàn)澆量，裝配率達90%以上；宇輝集團掌握“插入式預(yù)留孔灌漿鋼筋搭接連接”技術(shù)，主要應(yīng)用于裝配式鋼筋混凝土剪力墻豎向連接；西偉德疊合板式剪力墻技術(shù)主要向德國學習，墻板和樓板均為疊合式，施工有一定難度，會存在新舊混凝土疊合強度的問題。

2 裝配式混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)體系

2.1 裝配式大板結(jié)構(gòu)

裝配式大板結(jié)構(gòu)簡要來說除基礎(chǔ)外，其外墻板、內(nèi)墻板、隔墻板、樓板、樓梯等構(gòu)件都是在工廠直接預(yù)制，運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場進行拼裝，應(yīng)用于民用建筑居多。民用的裝配式大板結(jié)構(gòu)主要有裝配式輕板框架結(jié)構(gòu)和全裝配式大板結(jié)構(gòu)兩種類型。大板結(jié)構(gòu)以豎向構(gòu)件為垂直承重構(gòu)件，以樓板為水平承重構(gòu)件，內(nèi)、外墻板應(yīng)具有一定的強度和剛度。在預(yù)制構(gòu)件的制作中，外墻板一般為復合墻板，復合墻板是在承重層的上面加上保溫層和裝飾層，可提高施工效率。與一般建筑結(jié)構(gòu)相比，大板結(jié)構(gòu)優(yōu)勢在于生產(chǎn)效率高，內(nèi)、外墻板在工廠制作，施工質(zhì)量可以得到保證，自重與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)相比減半，可節(jié)約造價10%左右；其缺點也很明顯，制作工藝單純，布局和造型缺少靈活性，整體的抗震性能不好。

2.2 疊合板式剪力墻結(jié)構(gòu)體系

疊合板式結(jié)構(gòu)體系是將預(yù)制疊合構(gòu)件和全現(xiàn)澆構(gòu)件融合于一體的結(jié)構(gòu)體系。預(yù)制疊合構(gòu)件主要包括疊合墻板、疊合樓板，疊合式墻板是由兩層預(yù)制板和格構(gòu)梁鋼筋組成，施工現(xiàn)場安裝就位后在兩層預(yù)制板中澆筑混凝土，疊合式樓板是由底層的預(yù)制板和格構(gòu)梁鋼筋制作而成，施工現(xiàn)場安裝就位后，再澆筑混凝土疊合層，疊合樓板可作為后澆混凝土的模板[3]。格構(gòu)梁鋼筋是將三根鋼筋組成等腰三角形，在制作墻板時可作為兩層預(yù)制片和新澆筑混凝土之間的拉接筋，施工時還可作為起吊構(gòu)件的吊點，有很強的實際應(yīng)用價值。全現(xiàn)澆構(gòu)件主要包括暗柱、連梁、樓梯、陽臺等。鋼筋混凝土疊合樓板的技術(shù)在國外較成熟，一些發(fā)達國家中使用廣泛。這種結(jié)構(gòu)體系優(yōu)勢在于構(gòu)件可在工廠的流水線上生產(chǎn)，安裝簡單快捷，可建造高質(zhì)量住宅。

3 裝配式混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)連接技術(shù)

裝配式剪力墻的連接十分重要，墻墻節(jié)點和墻板節(jié)點的連接設(shè)計是一項十分重要的環(huán)節(jié)。在連接設(shè)計中，首先要滿足結(jié)構(gòu)的承載力和規(guī)范的要求，滿足結(jié)構(gòu)的整體性要求，保證在荷載作用下連接部位的自身強度，連接破壞不先于構(gòu)件破壞，連接部位可傳遞內(nèi)力，符合結(jié)構(gòu)的受力模式，并且連接節(jié)點還要有足夠的剛度和良好的恢復力。

裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)節(jié)點連接方法有現(xiàn)澆帶連接、套筒連接、漿錨連接、預(yù)留孔漿錨連接、螺栓連接、后張預(yù)應(yīng)力連接、鍵槽連接和Wall Shoes連接。方法居多，應(yīng)用于實際工程的較少，主要連接方法還是以套筒連接、漿錨搭接和螺栓連接為主[4]。

套筒連接原理是將金屬套筒預(yù)埋至預(yù)制構(gòu)件中，然后把需要連接構(gòu)件的鋼筋插入套筒內(nèi)部，通過灌漿機將以水泥為主的灌漿料注入套筒內(nèi)，待灌漿硬化后實現(xiàn)鋼筋連接，這種方法具有較高的抗拉、抗壓強度。在實際施工中，需要準確定位套筒和預(yù)埋插筋的位置，保證接頭連接質(zhì)量，使鋼筋應(yīng)力更好傳遞。GB 50011建筑抗震設(shè)計規(guī)范規(guī)定了剪力墻分布鋼筋的最小配筋率[5]，剪力墻的邊緣構(gòu)件的豎向鋼筋宜采用套筒灌漿連接。

漿錨搭接原理是在上層墻體的下部預(yù)留內(nèi)壁粗糙的孔洞，孔洞一般為波紋狀或螺旋狀，這樣可以使接頭連接性能提高，下層墻體上部預(yù)留鋼筋，插入孔洞后通過灌漿孔進行灌漿，灌漿料硬化使上下層墻體成為一個整體。此種連接方法的兩種鋼筋并非挨在一起，而是需要將搭接的鋼筋拉開一定距離，又稱“間接搭接”。漿錨搭接的關(guān)鍵在于錨固長度和搭接長度的選取，這對結(jié)構(gòu)整體抗震性能有很大影響。

螺栓連接原理是上層預(yù)制墻體預(yù)留孔洞，下層預(yù)制剪力墻上安裝螺紋鋼筋或螺紋桿，連接時將螺紋鋼筋穿過上層墻體預(yù)留孔洞，然后通過螺母固定在一起，最后通過預(yù)留孔洞進行灌漿。螺栓連接是一種較為理想的連接方式，具有施工效率高、操作時連接構(gòu)造簡單等特點，但對施工精度要求較高，對施工人員有要求，還需要有其他措施來保證連接可靠度。此種連接方法無法適應(yīng)于大變形，常用于圍護結(jié)構(gòu)的墻板與承重墻板的連接。

4 結(jié)語

我國在裝配式混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)的研究技術(shù)水平已經(jīng)與發(fā)達國家技術(shù)水平比較接近，多家房產(chǎn)企業(yè)和高校強強聯(lián)合，引進國外裝配式混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)相關(guān)技術(shù)，并結(jié)合我國的實際情況，形成了具有自己特色的技術(shù)體系，在發(fā)展建筑工業(yè)化的道路上邁出了一大步。大板結(jié)構(gòu)體系和疊合板式剪力墻結(jié)構(gòu)體系自身的特點和優(yōu)勢較為明顯，隨著剪力墻結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展與改良，兩種結(jié)構(gòu)體系會在建筑結(jié)構(gòu)體系中更加突出優(yōu)勢。

裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)連接節(jié)點技術(shù)是影響施工質(zhì)量的關(guān)鍵問題，其對于裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)的整體性及抗震性能的影響越來越大，套筒連接、漿錨搭接和螺栓連接三種節(jié)點連接方法相對來說比較成熟，施工難度不大，但要提高施工質(zhì)量，保證結(jié)構(gòu)整體性，還應(yīng)加大對連接節(jié)點的技術(shù)研究，提出更多適用于裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)工程的理論與方法。