裝配式混凝土剪力墻結構研究

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域的發展比較迅速。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量建筑，綠色建筑與裝配式建筑結合更突出新型建筑工業化的優勢。在裝配式建筑中，裝配式剪力墻結構工業化程度較高，是適合我國國情的建筑結構體系，預制比例可達70%，適用于多高層住宅[1]。裝配式剪力墻結構是由剪力墻、梁、板等主要受力構件或全部預制混凝土構件組成，這種結構一直是眾多高校和科研機構的研究重點，本文詳細介紹裝配式剪力墻結構的研究成果，為同行業人員提供參考。

1 發展現狀

在國外，裝配式混凝土剪力墻結構較為常見。在1995年的日本阪神大地震后，很多裝配式剪力墻結構的建筑破壞很少，有些修復后仍可繼續使用，其他國家遭遇地震災害后的建筑中，剪力墻結構的房屋倒塌都是極個別的。美國成功將裝配式建筑應用于工業、住宅等領域，編制的《PCI設計手冊》截止到目前已經修改到第七版，一系列的技術文件對裝配式混凝土結構的設計方法、施工工藝和質量控制等提出要求，在美國居住工業化住宅的人口大約占總人口數的6.3%。由于地域因素，不同國家的建筑層數不大一樣。在日本，裝配式剪力墻結構的層數一般不大于10層，而在歐洲地區，剪力墻結構可達20層甚至更高。英國將裝配式剪力墻結構多應用于保障性住房，法國創建的世構體系(SCOPE)被我國通過聯合課題組引入國內，并編制技術規程，德國將裝配式剪力墻結構的墻體與住宅節能技術融合，滿足“冬暖夏涼”的要求，丹麥將模數法制化應用在裝配式混凝土剪力墻結構中，實現了建筑的多元化與標準化統一。

在國內，朱張峰、錢稼茹等學者對裝配式鋼筋混凝土剪力墻結構的抗震性能進行了深入研究，在剪力墻連接節點技術研究上有很大的突破。多家房地產企業與高校合作，對其進行創新，萬科集團PCF技術、中南集團NPC技術、宇輝集團裝配整體式預制混凝土剪力墻技術、合肥西偉德疊合板式混凝土剪力墻技術都已成功的應用在工程中[2]。萬科PCF技術主要向日本學習，即預制混凝土模板技術，應用在預制混凝土剪力墻外墻上，解決了外墻模板問題；中南NPC技術主要向澳大利亞學習，一定程度上降低了現澆量，裝配率達90%以上；宇輝集團掌握“插入式預留孔灌漿鋼筋搭接連接”技術，主要應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構體系

2.1 裝配式大板結構

裝配式大板結構簡要來說除基礎外，其外墻板、內墻板、隔墻板、樓板、樓梯等構件都是在工廠直接預制，運輸到施工現場進行拼裝，應用于民用建筑居多。民用的裝配式大板結構主要有裝配式輕板框架結構和全裝配式大板結構兩種類型。大板結構以豎向構件為垂直承重構件，以樓板為水平承重構件，內、外墻板應具有一定的強度和剛度。在預制構件的制作中，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。與一般建筑結構相比，大板結構優勢在于生產效率高，內、外墻板在工廠制作，施工質量可以得到保證，自重與傳統結構相比減半，可節約造價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 疊合板式剪力墻結構體系

疊合板式結構體系是將預制疊合構件和全現澆構件融合于一體的結構體系。預制疊合構件主要包括疊合墻板、疊合樓板，疊合式墻板是由兩層預制板和格構梁鋼筋組成，施工現場安裝就位后在兩層預制板中澆筑混凝土，疊合式樓板是由底層的預制板和格構梁鋼筋制作而成，施工現場安裝就位后，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件的吊點，有很強的實際應用價值。全現澆構件主要包括暗柱、連梁、樓梯、陽臺等。鋼筋混凝土疊合樓板的技術在國外較成熟，一些發達國家中使用廣泛。這種結構體系優勢在于構件可在工廠的流水線上生產，安裝簡單快捷，可建造高質量住宅。

3 裝配式混凝土剪力墻結構連接技術

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

裝配式剪力墻結構節點連接方法有現澆帶連接、套筒連接、漿錨連接、預留孔漿錨連接、螺栓連接、后張預應力連接、鍵槽連接和Wall Shoes連接。方法居多，應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埋至預制構件中，然后把需要連接構件的鋼筋插入套筒內部，通過灌漿機將以水泥為主的灌漿料注入套筒內，待灌漿硬化后實現鋼筋連接，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埋插筋的位置，保證接頭連接質量，使鋼筋應力更好傳遞。GB 50011建筑抗震設計規范規定了剪力墻分布鋼筋的最小配筋率[5]，剪力墻的邊緣構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留內壁粗糙的孔洞，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”。漿錨搭接的關鍵在于錨固長度和搭接長度的選取，這對結構整體抗震性能有很大影響。

螺栓連接原理是上層預制墻體預留孔洞，下層預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留孔洞，然后通過螺母固定在一起，最后通過預留孔洞進行灌漿。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于大變形，常用于圍護結構的墻板與承重墻板的連接。

4 結語

我國在裝配式混凝土剪力墻結構的研究技術水平已經與發達國家技術水平比較接近，多家房產企業和高校強強聯合，引進國外裝配式混凝土剪力墻結構相關技術，并結合我國的實際情況，形成了具有自己特色的技術體系，在發展建筑工業化的道路上邁出了一大步。大板結構體系和疊合板式剪力墻結構體系自身的特點和優勢較為明顯，隨著剪力墻結構體系的發展與改良，兩種結構體系會在建筑結構體系中更加突出優勢。

裝配式剪力墻結構連接節點技術是影響施工質量的關鍵問題，其對于裝配式剪力墻結構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，但要提高施工質量，保證結構整體性，還應加大對連接節點的技術研究，提出更多適用于裝配式剪力墻結構工程的理論與方法。