裝配式鋼筋混凝土剪力墻結構水平縫研究進展

鐘 維 浩

(廣東省建筑設計研究院,廣東 廣州 510010)

0 引言

剪力墻結構是高層建筑結構的常見結構形式之一，結構布置靈活。作為關鍵的承重和抗側力構件，剪力墻的抗震性能是整體結構安全性的基礎。近年來，由于建筑工業化的快速發展，運用裝配式預制結構的技術，結合剪力墻形成的裝配式預制鋼筋混凝土剪力墻結構體系，與現澆混凝土結構相比，具有施工質量可控，施工速度快的優點，可提高施工性能和施工質量，降低施工成本，有利于實現建筑綠色節能環保的目標[1]。裝配式鋼筋混凝土剪力墻結構體系的剪力墻構件一般在工廠預制，然后運輸至現場進行安裝，將預制墻體通過裝配拼縫連接成整體[2]，可以有效地提高施工效率和保證建筑結構質量。

由于預制構件在工廠預制，施工質量與整體性好，而預制構件之間的連接部位是受力的薄弱環節，不僅影響到整體結構的安全性，也影響裝配式預制結構體系的推廣與應用。在水平地震作用下，上下層預制剪力墻構件之間的剪力由水平縫抗剪連接傳遞。實際震害表明，在地震中裝配式預制剪力墻結構的預制構件并未出現嚴重破壞，破壞主要發生在連接處的后澆混凝土中[3]。因此，保證預制剪力墻構件之間水平縫的有效連接，是影響裝配式剪力墻結構整體抗震性能的關鍵。

本文通過歸納上下層預制剪力墻構件間的水平縫連接形式，為裝配式剪力墻結構體系的抗震性能研究及其推廣提供參考。

1 預制剪力墻構件間水平縫界面連接

預制剪力墻結構屬于裝配式大板結構，其與現澆結構相比，整體性不足，容易在接縫處應力集中，變形不連續。接縫為預制剪力墻結構的薄弱部位，接縫性能直接影響結構的整體穩定性和抗震性能。

裝配式大板結構的接縫主要有以下四種[4]：1)濕式連接：指的

是利用混凝土和砂漿灌縫連接，這種連接方式結構整體性較好，對施工精度要求不高。2)干式連接：采用焊接連接，這種連接方式對于構件尺寸及安裝偏差的精度要求較高。3)螺栓連接：即采用螺栓進行連接，此方法難以控制接縫的變形。4)預應力連接：采用施加預應力的方法將預制構件連為一體，保證結構的整體性。

上下層預制剪力墻構件間的水平縫需要保證軸壓力、彎矩和剪力的有效傳遞。水平縫以濕式連接較為常用，即采用混凝土和砂漿灌縫連接，施工精度要求低，結構整體性好[5]。連接處預制構件表面可處理成粗糙面[6]，粗糙面之間留有一定空隙進行灌漿拼縫處理，如圖1所示，或者界面處理成齒槽式連接[1]，如圖2所示。軸壓力通過水平縫中后澆的混凝土和砂漿進行傳遞。

2 預制剪力墻構件間水平縫鋼筋連接

上下層預制剪力墻構件間的彎矩傳遞則由配置于預制墻體間的豎向鋼筋承擔，剪力主要由豎向鋼筋及軸壓力產生的剪切摩擦力進行傳遞。在水平地震作用下，預制剪力墻結構的水平縫連接部位是抗剪的薄弱部位，其抗剪承載力對結構的抗剪承載力起著至關重要的作用，水平縫的抗剪承載力受多種因素的影響，包括拼縫混凝土的抗剪承載力、鋼筋消栓作用、剪切摩擦作用、軸壓力作用等[6]。豎向鋼筋的連接方式可采用焊接連接、套筒連接、漿錨連接、搭接連接等方式[7]。

2.1 焊接連接

將上下層預制墻體間需要連接的鋼筋一一匹配，然后進行焊接連接，此方法對于鋼筋位置的精度要求較高。

2.2 套筒連接

對鋼筋進行套筒擠壓連接是鋼筋機械連接的一種形式，李寧波等[8]通過對豎向鋼筋套筒擠壓連接的預制鋼筋混凝土剪力墻試件進行了擬靜力試驗，試驗結果表明：套筒擠壓連接能有效傳遞鋼筋拉、壓荷載作用。豎向鋼筋套筒擠壓連接是可以使預制鋼筋混凝土剪力墻的抗震性能滿足現行規范的要求的一種有效連接形式，如圖3所示。

2.3 漿錨連接

豎向鋼筋的漿錨連接可直接將鋼筋插入預留孔灌漿進行搭接連接，也可采用金屬波紋管預留孔漿錨連接，或者采用套筒漿錨連接。漿錨連接能夠有效地傳遞豎向鋼筋的應力，預制剪力墻構件的破壞形態與現澆剪力墻構件的破壞形態相同，剛度與耗能能力也相當，連接合理可靠，但對施工精度要求高，吊裝難度大，構件在生產、養護、運輸過程中難免會出現預留鋼筋位置偏移而使預制墻體吊裝困難[5]。

2.4 搭接連接

豎向鋼筋的搭接連接可以用于改善對于施工精度要求高的連接形式，例如結合直接漿錨連接，可以將部分鋼筋連接進行間接搭接連接，避免需將每根鋼筋插入各自預留的對應灌漿孔洞，加快施工進度，同時又保證了連接的可靠性。

3 新型預制剪力墻構件間水平縫連接

傳統的上下層預制剪力墻構件間的鋼筋雖然有干式連接與濕式連接，但是水平縫采用現澆混凝土或砂漿填縫，連接均需要進行濕作業，難以充分發揮預制結構的優勢。

因此，一方面可通過對傳統的連接方式進行組合改善，得到更優的水平縫連接方式。湯磊[9]通過借鑒混合裝配式剪力墻體系，豎向鋼筋采用金屬波紋管漿錨搭接連接，結合后張無粘結預應力技術、漿錨鋼筋局部無粘結技術和扣接封閉箍筋技術，提出了EHSW體系，構造如圖4所示。試驗和有限元分析結果表明，EHSW體系可以解決裝配式混凝土剪力墻與現澆剪力墻相比存在的開裂較早、混凝土破壞相對集中等問題，驗證了其有效性和可行性，為EHSW的工程應用提供初步的設計計算方法。

另一方面，可對水平縫的連接通過預埋鋼構件和后置鋼構件采用焊接或螺栓進行連接的方式，形成完全干作業連接的型鋼—混凝土組合裝配式剪力墻結構。孫健[5]通過采用高強度螺栓、連接鋼框將帶有內嵌邊框的預制剪力墻連接起來，形成有效的抗側力結構，提出一種采用干式連接的全預制裝配式剪力墻結構，構造如圖5所示。在連接上、下層預制剪力墻的水平縫時，豎向鋼筋焊接在內嵌邊框內側，將上、下層預制剪力墻插入水平連接鋼框內，用若干高強度螺栓穿入預留的螺栓孔，再將高強度螺栓施加至規定預拉力，即可完成水平接縫的拼裝。試驗和有限元分析結果表明，采用高強度螺栓、水平鋼框連接上下層預制剪力墻，可以將墻體形成可靠抗側力結構，有效地將上層剪力墻的荷載傳遞到下層剪力墻。與現澆剪力墻相比，其也具有相近的抗側力剛度與極限承載力，以及良好的延性性能，在滿足抗震性能的基礎上充分發揮裝配式結構干式連接的優勢。

4 結語

裝配式預制鋼筋混凝土剪力墻結構結合了現澆混凝土結構和預制結構的優點，保證了建筑結構質量與提高施工效率，實現建設綠色節能建筑的目標。

1)預制剪力墻構件間的水平縫是影響結構整體抗震性能的關鍵，是結構的薄弱環節，進行著上下層預制墻體間軸壓力、彎矩與剪力的傳遞。

2)預制剪力墻構件間的水平縫的界面構造以濕式連接較為常用，即采用混凝土和砂漿灌縫連接，施工精度要求低，結構整體性好。

3)預制剪力墻構件間的水平縫豎向鋼筋的連接方式主要有焊接連接、套筒連接、漿錨連接、搭接連接等。

4)通過對傳統預制剪力墻構件間的水平縫的改進，可提出新型的水平縫連接，一方面可組合傳統的連接方式，取得更優的連接效果，另一方面，通過型鋼連接，實現完全干作業連接的型鋼—混凝土組合裝配式剪力墻結構。

[1] 馬 健.裝配式剪力墻小齒高比齒槽式連接抗剪機理研究[D].天津:天津大學,2016.

[2] 廖顯東.預制鋼筋混凝土剪力墻體系研究與應用進展[J].住宅科技,2014,34(6):17-20.

[3] Sause R,Forsch R,Ghosh S K,et al.Preview of PCI’s Japan earthquake reconnaissance team report[J].PCI Journal,2012,57(1):47-51.

[4] 萬墨林.大板結構的接縫設計[J].建筑科學,1987(2):50-61.

[5] 孫 建.新型全預制裝配式剪力墻結構抗震性能研究[D].南京:東南大學,2016.

[6] 趙作周,周 劍,侯建群,等.裝配式混凝土剪力墻結構水平縫抗剪機理及承載力計算方法綜述[J].建筑結構,2015,45(12):39,40-47.

[7] JGJ 1—2014,裝配式混凝土結構技術規程[S].

[8] 李寧波,錢稼茹,葉列平,等.豎向鋼筋套筒擠壓連接的預制鋼筋混凝土剪力墻抗震性能試驗研究[J].建筑結構學報,2016,37(1):31-40.

[9] 湯 磊.預制裝配混凝土剪力墻結構新型混合裝配技術研究[D].南京:東南大學,2016.