裝配式剪力墻節(jié)點(diǎn)連接技術(shù)

馬步真　丁芳軍

【摘要】由于裝配式建筑具備節(jié)省資源、縮短工期、綠色節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，契合當(dāng)前建筑業(yè)發(fā)展的需求，因此得到了行業(yè)廣泛的關(guān)注和國家相關(guān)政策的支持。在裝配式結(jié)構(gòu)體系中，構(gòu)件的連接方式、受力性能、抗震性能是國內(nèi)外學(xué)者研究的重點(diǎn)方向。本次主要論述了裝配式建筑及裝配式剪力墻節(jié)點(diǎn)連接技術(shù)的發(fā)展，使用的優(yōu)缺點(diǎn)及可行性，為后續(xù)工程項(xiàng)目使用裝配式剪力墻節(jié)點(diǎn)連接技術(shù)提供參考。

【關(guān)鍵詞】裝配式;剪力墻;節(jié)點(diǎn)連接;抗震性能

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.

1、引言

20世紀(jì)50年代以來，我國裝配式混凝土建筑得到了大力發(fā)展。然而，上世紀(jì)70年代的唐山大地震使人們對裝配式建筑的抗震性能產(chǎn)生了懷疑，對裝配式建筑進(jìn)行了完全否定。上世紀(jì)80年代末，我國裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展陷入低潮，產(chǎn)生這個問題的原因是裝配式混凝土結(jié)構(gòu)抗震性能的不確定性制約了該體系發(fā)展[1]。

20世紀(jì)70年代，日本神戶和美國關(guān)島發(fā)生的地震中裝配式混凝土結(jié)構(gòu)就體現(xiàn)出了大不一樣的效果，很多裝配式混凝土結(jié)構(gòu)都經(jīng)受住了高烈度地震的考驗(yàn)。從這一點(diǎn)來看，裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的整體震后性能證明了它們能夠具有優(yōu)異的抗震性能[2]。裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)是裝配式高層建筑中的主要承重部位，是裝配式建筑發(fā)展的重要結(jié)構(gòu)體系。圖1為裝配式混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)。

在裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)中，能確保整個結(jié)構(gòu)系統(tǒng)良好完整性和抗性能的關(guān)鍵就是墻板之間的有效連接，也就是墻板之間的接縫[3]。裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)的接縫主要是水平接縫、豎向接縫、連系梁接縫、樓板接縫四類。裝配式剪力墻的水平接縫是確保軸向壓力、彎矩和剪力的有效傳遞的一種連接方式，進(jìn)一步使裝配式剪力墻成為有效的抗側(cè)向力結(jié)構(gòu)構(gòu)件[4]。裝配式混凝土剪力墻的水平接縫方式目前主要有現(xiàn)澆帶連接、后張預(yù)應(yīng)力連接、螺栓連接、套筒灌漿連接等。

近些年的研究已經(jīng)提出了多種等同現(xiàn)澆的裝配式混凝土剪力墻水平連接方法，但裝配式剪力墻的連接可靠性與施工便捷性之間仍存在一些矛盾，預(yù)制構(gòu)件吊裝對接困難，現(xiàn)澆段難以澆筑密實(shí)，套筒灌漿、錨漿搭接等技術(shù)要求較高，以及干濕連接方法施工難度大導(dǎo)致力學(xué)性能不穩(wěn)定等一系列問題，使得實(shí)際裝配式結(jié)構(gòu)的建造質(zhì)量并不理想[5-6]。

2、裝配式建筑發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀

上世紀(jì)50年代，我國裝配式混凝土建筑開始興起，通過借鑒國外的一些大型模板建筑方面的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，在1970年之后的10年內(nèi)得到了快速發(fā)展，同時也為我國建筑行業(yè)以后的發(fā)展積攢了十分寶貴的經(jīng)驗(yàn)。近些年，裝配式建筑在大型模板剪力墻結(jié)構(gòu)的板與板之間的連接處存在一系列的接縫，由于當(dāng)時預(yù)制混凝土的生產(chǎn)工藝落后，接縫連接方式的研究也并不充分，導(dǎo)致存在接縫結(jié)構(gòu)的整體性相比于整體澆筑結(jié)構(gòu)較差。另外，存在這樣問題的原因還有接縫處容易產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，結(jié)構(gòu)變形不夠連續(xù)，而且結(jié)構(gòu)的抗震性能較差，外墻的防水技術(shù)落后等，諸如這樣一系列問題的出現(xiàn)，使得裝配式混凝土結(jié)構(gòu)在民用建筑中的應(yīng)用逐漸減少，最后進(jìn)入了一個相對低潮的階段[7]。近十年來，我國在裝配式混凝土建筑方面的研究也漸漸地受到了高度的重視，有關(guān)裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的研究與應(yīng)用成為了建筑行業(yè)關(guān)注的重點(diǎn)。

2.2 國外發(fā)展現(xiàn)狀

國外的裝配式建筑相較于國內(nèi)起步較早。經(jīng)過長時間研究，于20世紀(jì)末期，裝配式混凝土結(jié)構(gòu)已普遍應(yīng)用于工業(yè)建筑、水工建筑、民用建筑、橋梁道路等工程結(jié)構(gòu)領(lǐng)域。

3、裝配式剪力墻水平接縫研究

3.1 國內(nèi)研究

吳濤[8]等對國內(nèi)出現(xiàn)的一種裝配式構(gòu)件鋼筋連接技術(shù)，即約束漿錨連接法，如圖2，進(jìn)行了工作機(jī)理以及技術(shù)特點(diǎn)方面的分析研究，他們認(rèn)為，約束漿錨連接技術(shù)雖具有施工簡便，節(jié)省成本，抗震性能優(yōu)良的優(yōu)點(diǎn)，然其還具備承載能力較低，灌漿料消耗量較大等缺點(diǎn)，該項(xiàng)連接技術(shù)有待進(jìn)一步研究。

鮑磊[9-10]等對采用鋼板螺栓連接形式的裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行了試驗(yàn)研究，設(shè)計(jì)了1：1的試驗(yàn)構(gòu)件進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)，用ABAQUS軟件進(jìn)行等同試驗(yàn)工況模擬，最后將試驗(yàn)與模擬的抗震性能進(jìn)行對比，得出了該種連接方式的可行性，提出了鋼板與混凝土界面接觸處理的不足與后續(xù)研究期望。圖3為鋼板螺栓連接剪力墻。

孫建、邱洪興[11-12]等基于裝配式混凝土剪力墻濕接縫連接的缺陷，提出了一種水平干接縫類型，即高強(qiáng)螺栓、連接鋼框組合連接形式的預(yù)制剪力墻構(gòu)件，這種方式能有效解決濕接縫產(chǎn)生的缺陷。連接形式見圖4。

a）水平接縫試件詳圖

b）現(xiàn)場試驗(yàn)照片

裝配式剪力墻連接方式作為裝配式結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵技術(shù)，目前的研究雖然已經(jīng)取得很大的進(jìn)展，但各類連接形式不同程度的存在著造價高、施工工藝復(fù)雜等不足之處仍有待改進(jìn)，且在預(yù)制構(gòu)件產(chǎn)品制作、運(yùn)輸、吊裝和裝配等過程缺乏成熟的規(guī)范體系，限制了其進(jìn)一步的推廣。

3.2 國外研究

TonyHolden[13]等提出了鋼筋漿錨連接以及部分預(yù)應(yīng)力裝配式剪力墻構(gòu)件，其中鋼筋漿錨剪力墻構(gòu)件中使用高強(qiáng)灌漿料來填充預(yù)留連接縫隙處;對部分應(yīng)力裝配式剪力墻構(gòu)件的墻體混凝土使用鋼纖維混凝土;隨后他們進(jìn)行了抗震試驗(yàn)，結(jié)果顯示兩種剪力墻構(gòu)件都具有等同整體現(xiàn)澆剪力墻構(gòu)件的抗震性能。

CanB.[14]等提出了通過螺栓在凹槽中產(chǎn)生的摩擦力來抵抗豎向力的一種新型連接方式，如圖5。通過試驗(yàn)研究得出了很好的效果，對較薄的預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土墻板或預(yù)制空必墻板與基礎(chǔ)的連接有很好的設(shè)計(jì)參考意義。

SuM.K.[15-16]等基于裝配式混凝土剪力墻水平接縫處容易產(chǎn)生水平滑移的設(shè)計(jì)問題，提出了幾種新型水平連接方式，如圖6。這種連接方式可以減小水平接縫處產(chǎn)生的水平滑移，提高剪力墻的延性和耗能能力。

SoudkiK.A.[17]等為了深入了解不同連接形式對裝配式剪力墻抗震性能的影響，分別對鋼筋連接、預(yù)應(yīng)力連接、螺栓連接等多種連接方式下的裝配式混凝土剪力墻，進(jìn)行了低周往復(fù)荷載試驗(yàn)研究，結(jié)果表明，在軟鋼與后張預(yù)應(yīng)力鋼筋混合的連接中，軟鋼連接在地震中主要起著耗能的作用，后張預(yù)應(yīng)力鋼筋主要起著連接的作用。

WeldonB.D.[18]等將裝配式剪力墻墻體間通過預(yù)應(yīng)力鋼筋進(jìn)行連接，鋼連梁與預(yù)制墻體通過角鋼和混凝土中預(yù)埋鋼板進(jìn)行螺栓連接，然后通過低周往復(fù)荷載試驗(yàn)，對該新型剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震性能進(jìn)行了研究。

結(jié)論：

裝配式混凝土建筑因節(jié)省資源、縮短工期、綠色節(jié)能而得到了大力發(fā)展，且其整體震后性能證明了它們能夠具有優(yōu)異的抗震性能。在裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)中，能確保整個結(jié)構(gòu)系統(tǒng)良好完整性和抗性能的關(guān)鍵就是墻板之間的有效連接，也就是墻板之間的接縫，雖然其已取得很大的進(jìn)展，但各類連接形式不同程度的存在著造價高、施工工藝復(fù)雜等不足之處仍有待改進(jìn)，且在預(yù)制構(gòu)件產(chǎn)品制作、運(yùn)輸、吊裝和裝配等過程缺乏成熟的規(guī)范體系，限制其進(jìn)一步的推廣。

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作者簡介：

馬步真（1963-），男，正高級工程師，工程碩士。

丁芳軍（1983-），男，副高級工程師，學(xué)士學(xué)位。