裝配式剪力墻結構體系研究

鄭志遠，曹 晨，趙永強

（中建三局科創發展有限公司，湖北 武漢 430040）

0 引言

我國是工業化建造大國，在建筑施工方面仍采用傳統建造方式，新建裝配式建筑的比例仍不足5%，在全球碳中和發展背景下，發展裝配式建筑意義重大。裝配整體式剪力墻結構因其良好的受力性能和抗震性能，是目前裝配式建筑最普遍的結構，尤其是新型墻體結構成為國內外學者的主要研究對象。因此以新型剪力墻結構體系為主線，介紹新型結構體系，并分析國內目前研究動態。

1 豎向分布鋼筋不連續剪力墻結構

由中國建筑第八工程局有限公司研發的豎向分布鋼筋不出筋體系，該結構體系特點是中間預制墻體取消了豎向分布鋼筋套筒、漿錨等灌漿連接方式，樓面處采用座漿方式；現澆邊緣構件通過正截面承載力等效原則加大豎向受力鋼筋，保證剪力墻構件承載力不降低；對于剪跨比低且抗剪要求高的墻體，可增設斜向鋼筋，提高墻體延性、抗剪和耗能能力，同時可根據截面受剪承載力等效原則，降低水平鋼筋配筋率（見圖1）。

圖1 豎向分布鋼筋不連續裝配式剪力墻構造

相關研究表明，該結構體系的抗震性能可等同于現澆墻，且延性和耗能方面更優[1]。經濟效益方面：與傳統套筒灌漿連接形式的裝配式剪力墻相比，結構投入成本降低約10%；傳統裝配式剪力墻結構施工5～7d/層，而采用豎向分布鋼筋不連續裝配式剪力墻施工效率可達4～6d/層，施工效率提高15%；綜合效益較傳統預制剪力墻結構提高約18%。

2 雙面疊合剪力墻結構

雙面疊合剪力墻技術體系源自德國，與源自日本的套筒灌漿技術體系共同成為混凝土裝配建筑兩大主流體系之一。雙面疊合剪力墻疊合方式是通過鋼筋桁架將兩側混凝土板聯系在一起（見圖2，3），現場安裝就位后再在板間空腔內澆筑混凝土。相較套筒灌漿，該剪力墻體系可縮短50%安裝時間，墻體質量減輕1/2，且目前國內已有完善的雙面疊合剪力墻生產線。

圖2 水平拼縫處豎向分布筋連接構造

圖3 豎向分布鋼筋連接構造

雙面疊合剪力墻也備受國內學者青睞，相關研究表明：雙面疊合剪力墻結構抗震性能與現澆試件基本相同，但承載力更高、延性更好[2]；雙面疊合墻水平縫可靠性等同于現澆[3-5]。還有部分學者對雙面疊合墻的結構形式進行優化改進，其相關結論如下：軸壓比、混凝土強度、邊緣構件形式、插筋面積和配箍面積等參數對該結構的壓彎性能均有一定影響[6]；水平縫處豎向連接鋼筋增加500mm交錯搭接對墻體性能影響不大；采用不同的豎向鋼筋連接形式對其抗震性能也有較大影響，建議采用構造2和4的搭接方式（見圖4）[7-8]；增加插筋面積和采用約束邊緣構件可進一步提高該類墻體抗變形能力[9]。

圖4 不同豎向鋼筋連接方式

3 斜筋分布剪力墻結構

剪力墻內布置斜向鋼筋可有效抵抗水平剪力和裂縫擴展，文獻10，11采用試驗研究和有限元分析法對斜向鋼筋和只配置單排鋼筋網的剪力墻抗剪性能和抗震性能的影響進行分析，主要研究對象包括矩形配筋、對角斜向配筋和扇形布置配筋。結果表明：斜筋布置可有效控制墻體剪切變形；斜筋布置可改善墻體延性，減緩剛度衰減，其中斜筋呈扇形布置的改善效果最好；在軸壓比越大的情況下，斜筋改善效應越明顯。

此外，張建偉等[12]進一步對剪力墻底部布置斜筋進行了振動試驗研究，對比矩形配筋、對角斜向配筋和底部斜向配筋的影響（見圖5）。研究結果表明：剪力墻底部布置斜筋能有效減少底部接縫處的剪切滑移，但易使墻體中部出現配筋突變，導致中部水平截面出現較大的剪切滑移。

圖5 剪力墻局部配置斜筋

4 柱式配筋剪力墻結構

柱式配筋剪力墻結構形式是采用柱式配筋的模式替代傳統鋼筋網配筋，然后通過斜筋和水平拉筋將柱筋連接為整體。其中，柱式配筋能夠提高豎向承載力，斜筋能有效抵抗水平剪力，整體結構有很好的抗震耗能能力。

趙楠楠等[13-14]對該剪力墻結構進行試驗和有限元研究，對比傳統配筋與斜向柱式配筋剪力墻的抗震性能。相較普通剪力墻，帶斜筋的柱式配筋剪力墻的承載能力和剪切位移均有所增大，剪力墻的耗能和剛度衰退有所改善，因此抗震性能要好；同時帶斜筋的柱式配筋剪力墻整體性能較好，能夠充分發揮混凝土、斜筋、柱式配筋的協同工作性能。

5 螺旋箍筋約束剪力墻結構

近年來，部分學者針對剪力墻內布置螺旋鋼筋進行了研究。如趙花靜等[15]在剪力墻約束邊緣構件內采用矩形螺旋箍筋代替傳統箍筋、在墻體中采用螺旋箍筋代替水平分布筋（見圖6），通過試驗手段研究了其對抗震性能的影響，試驗結果顯示：該螺旋箍筋約束形式可使剪力墻的邊緣構件混凝土達到極限壓應變，承載力得到發揮；該約束形式下剪力墻的整體性能更佳，抗震性能更好，螺旋箍筋代替水平分布鋼筋能更好地延緩裂縫擴展。

圖6 螺旋箍筋約束形式

6 SPCS預制空腔剪力墻結構

三一筑工開發的“空腔+搭接+現澆”核心技術，實現主體結構全裝配，地上地下墻柱梁板全預制。工廠預制含鋼筋籠的空腔構件代替現場綁扎鋼筋、支模板工作；空腔內安放成型連接鋼筋籠，通過搭接實現預制構件間的連接；空腔內澆筑混凝土，形成疊合受力體，確保整體安全，形成一種工業化現澆過程（見圖7），既保留傳統現澆做法，整體安全，防水性能好，品質高，又采用工業化生產方式，提升了生產效率，降低建造成本[16]。

圖7 預制空腔剪力墻結構

7 總結及展望

7.1 總結

1）剪力墻結構的研究主要集中在提高施工效率和結構性能上的改進，其中雙面疊合墻的應用相較傳統裝配式施工雖增加濕作業，但提高了施工效率，同時提高墻體的承載能力；豎向鋼筋不連續體系也采用暗柱現澆的方式取代了套筒灌漿，提高了施工效率，在綜合效益上有一定改善。

2）在結構性能方面，適當布置斜向鋼筋可增大墻體結構的水平抗剪承載力和整體性能；適當加密箍筋或配置螺旋箍筋有助于提高剪力墻結構的延性和延緩裂縫擴展；柱式配筋可充分發揮柱的抗壓性能，同時能提高墻體結構的耗能能力。

7.2 展望

對于剪力墻結構可研發一種新型異型鋼筋骨架，該骨架可通過機械化批量生產，提高生產效率，減少墻體鋼筋網施工誤差，同時能保障結構受力性能。如一種新型柱式鋼筋骨架，通過鋼筋籠生產設備進行機械化生產骨架單元，再通過標準連接件連接至一起，相較傳統墻體鋼筋結構，省去拉筋從而減小墻體厚度，同時柱筋也使墻體豎向承載力和耗能能力得到提高。