低多層雙面疊合剪力墻體系的研究與應用

惲燕春（上海紫寶住宅工業有限公司，上海 200041）

近年來，隨著國家及各地方政府制定相關政策，裝配式建筑迅速發展，這些極大地解決了建筑市場所面臨的勞動力短缺、人工成本較高等問題，同時也大幅緩解了傳統建筑施工帶來的高污染和高能耗等問題。

受限于過去農村的技術水平和人口素質，國內農村住宅多采用的磚混結構，現有裝配式住宅極少。磚混結構整體造價不高，且施工難度較低，因此在農村中有廣泛的應用。但是磚混結構整體抗震性能差，且建筑品質相對不高，性價比較偏低[1]。現澆混凝土結構可以很好解決磚混結構的不足，但是其施工工序多，成本較磚混高[2]。因此，低多層裝配式住宅的出現不僅可解決農村住宅磚混結構的安全隱患，同時可解決現澆混凝土結構帶來的施工難等問題。

由于現有對雙面疊合剪力墻體系的抗震研究都是針對于高層住宅的結構形式，存在大量現澆節點需封模，為了避免農村低多層住宅的不必要浪費，以及減少節點我域的施工難度，本文首先從低多層雙面疊合剪力墻的試驗研究入手，開展雙面疊合剪力墻足尺試驗構件的試驗研究，對其主要結構性能進行系統研究，重點研究不同設計參數對試驗構件的性能影響，經過分析和研究，在低軸壓比下，不同邊緣構件構造的預制和現澆剪力墻的抗震性能基本一致。在項目實施時，邊緣構件可采用預制方式，進而簡化低多層建筑中連接節點，減少轉角封模，達到雙面疊合剪力墻在低多層建筑種的快速安裝的目的。其次，提出了簡化的設計節點，使得裝配構件的設計、生產和施工效率得到了極大的提升。最后，以實際項目為例，驗證低多層雙面疊合剪力墻結構住宅的建造效率。

1 試驗研究

1.1 試驗方案

試驗研究主要針對剪力墻邊緣構件構造形式，選用 C30的混凝土和 HRB 400 的受力鋼筋。本項目中 4 片剪力墻試件均為足尺模型，重點研究不同邊緣構件和桁架筋布置對現澆和預制剪力墻抗震性能的影響。墻體部分的尺寸為 2 900 mm×2 000 mm×200 mm。表 1 為試件平面內試件參數，圖 1 為各試件連接構造示意圖。

圖1 各試驗構件示意圖

表1 平面內試件參數

1.2 試件加載與破壞形態

本試驗在同濟大學多功能結構試驗機上進行，試驗結果表明，所有試件均發生受彎破壞，具體表現為：①2 片現澆混凝土剪力墻試件發生破壞時，墻體受壓我縱筋壓彎屈服、鼓出，墻體底部兩側混凝土被壓潰，部分邊緣構件我域的縱筋被拉斷。②預制混凝土剪力墻發生破壞時，墻體疊合板受壓我縱筋壓彎屈服、鼓出，疊合墻底部混凝土由于中間現澆層混凝土的受壓膨脹而發生脹裂和大面積壓潰剝落，墻體底部后澆帶基本被壓碎并一定程度上形成了裂縫貫通帶，墻體底部約束邊緣構件我域某些插入鋼筋被壓屈、某些插入鋼筋被拉斷。

1.3 試驗結論與分析

圖 2 為各試件的滯回曲線圖，得出：①在開裂前試件處于彈性階段，隨著荷載的增加，墻頂位移逐漸增大，滯回環的面積也隨之增大；加載后期，墻頂位移進一步增大，出現底部兩側混凝土的壓潰、鋼筋的屈服和拉斷現象，因此滯回曲線顯現出捏攏現象。②RW1 和 RW2 為現澆試件，具有相同的滯回環數量、形狀相似、滯回環飽滿，捏攏效應較明顯，RW2 相比于 RW1 具有更好的耗能能力。③400 mm 桁架筋間距下，耗能能力方面，疊合試件 PW1和 PW2 基本相同，且均優于現澆試件 RW2。④大部分試件滯回環正向比反向飽滿，小部分試件滯回環正向與反向飽滿程度基本一致。

圖2 P—△滯回曲線

各試件的骨架曲線見圖 3，得出：①隨著推覆力的增大，各試件都經歷了四個階段，先是開裂、屈服、達到峰值荷載和最終破壞，骨架曲線基本相似。②在試件彈性階段，各試件的骨架曲線一致；在試件屈服后，預制試件剛度退化略早，但兩者的剛度退化規律基本相同。

圖3 試件 P—△骨架曲線對比

如表 2 所示為試件荷載、位移特征值、延性和層間位移角，得出：①所有試件的延性系數均＞3.5，疊合試件PW1、PW2 的延性比現澆試件低 3.8%～11.3%，表明現澆試件的延性相比預制試件延性略好。② 現澆試件 RW2 比RW1 的延性高 7.8%，表明桁架筋在墻身內的空間組合作用可略微提升現澆試件的延性和變形能力。③所有預制試件的極限層間位移角與現澆試件差別不大，表明其變形能力良好。④ 綜合試驗結果，從延性考慮，疊合試件基本可實現等同現澆。

表2 試件荷載、位移特征值、延性和層間位移角

2 工程應用

2.1 工程概況

漕涇鎮美麗鄉村項目位于上海市金山我，是上海市第一批美麗新農村試點示范村之一，各建筑單體面積 370 m2，高度為 11.8 m，地上 2 層加閣樓采用低多層雙面疊合剪力墻結構體系，預制墻板部分為1～2層[3]。

本項目針對農村低多層住宅的特點，并根據試驗結果，對雙面疊合剪力墻體系的連接節點進行了優化設計，從而減少了現場模板安裝，提高了建筑立面平整度，降低后續立面找平的抹灰厚度，施工速度得到大幅度提升。通過建筑工業化的營造模式，不僅結構質量上安全可靠，而且施工現場的濕作業有效減少 30% 以上，有效減少二次建筑垃圾的產生，同時后期工業化內裝的工作量也得到了大幅的減少，滿足了鄉村快速建造的需求。

2.2 裝配式設計

該示范工程采用裝配式方案對低多層農村住宅進行設計施工，對傳統農村住宅的結構形式進行了較大的更改。將傳統的磚混結構形式改成雙面疊合剪力墻結構形式，在原有基礎上較大地提升了結構性能與抗震性能，并減少了室內柱子及隔墻，使內部戶型均為可變大空間，住戶可根據家庭的不同需要來改變戶型，大大提高了內部空間的使用率。

該示范工程在設計階段同步運用信息化建筑模型如圖4，并結合反向建模圖審，確保圖模一致，墻板布置如圖 5所示。考慮施工的便捷性，并結合低多層雙面疊合剪力墻試驗研究的成果，本項目采用簡化的單排網片鋼筋連接的方式，一字型和轉角處連接做法如圖 6 所示。

圖4 三維模型

圖5 預制構件布置圖

圖6 低多層建筑連接節點與高層建筑現澆連接節點對比

疊合樓板拼縫設計分為后澆型和密拼型，見圖 7 和圖8[4]。后澆型疊合樓板整體性較好，但仍存在較多現澆部位、模板安裝等施工繁瑣問題，且后澆節點對施工水平要求較高，容易出現樓板高差及蜂窩麻面等情況，導致大量修補工作等，對于低多層尤其是農村住房來說性價比較低。而本項目的目的是能夠快速安裝建造，并減少現場濕作業，因此使用密拼型疊合樓板[5]，節省了后澆節點模板安裝和拆除的工作量，現場施工效率得到提高[6]。

圖7 后澆型節點

圖8 密拼型節點

此外，針對現場模板的使用量進行統計，表 3 為一層、二層預制部分節點處模板減少量對比，可見采用快裝方式對于模板的總節省量可達 87.4%。

表3 模板用量節省對比

2.3 項目施工

項目采用基于雙面疊合剪力墻的專項施工工法，澆筑本層樓板混凝土前，預先根據預制墻板定位布置連接插筋，同時在預制墻板拼接處設置同墻高的單排連接鋼筋網片，在雙面疊合墻板安裝時，確保插筋和單排連接網片準備置于墻板空腔內，避免了轉角暗柱我域的鋼筋籠綁扎和封模等工作，提高安裝效率。

對比連接節點優化的項目實施情況，同時配合密拼樓板的按照方式，使施工效率上顯著提升。圖 9 為雙面疊合墻板施工工藝優化前后的對比，預制雙面疊合墻板優化節點后省去了節點處現澆支模和暗柱綁扎的施工工序，可在現場直接拼裝，密拼疊合樓板同樣省去現澆我支模的施工工序，同時免去了拆模后抹平處理的過程，使用優化后節點及密拼樓板現場無需現澆節點，不僅加快施工效率，同時改善現場施工環境，達到快速建造的目的。

圖9 施工工序對比

基于現場實際施工情況的測算統計，各個施工過程中所消耗的時間對比如表 4 所示，一層，3 人計，應用于本項目的快裝型疊合體系不僅能夠減少施工工序及施工時間，整體施工效率提高約 39.4%，還能夠免去模板所需的施工成本。

表4 施工效率對比單位：h

3 結 語

本文在低多層裝配式建筑設計中，提出了對應的雙面疊合剪力墻專項設計方案，結合簡化的免模墻板和密拼疊合樓板節點設計，通過試驗研究和項目應用，得出以下結論。

（1）試驗研究表明該體系具有良好的抗震性能和耗能能力，低多層雙面疊合剪力墻一字型和轉角連接構造措施可滿足結構受力要求，能夠按等同現澆設計，可應用于低多層剪力墻結構。

（2）通過優化剪力墻連接節點及疊合樓板拼縫連接節點，使低多層的裝配式建筑達到了快速建造、改善施工環境的目的，相比傳統磚混結構或現澆結構優勢較為明顯，提高施工效率 39.4%，是推動農村裝配式發展的有效方式；

（3）對于未來新農村低多層住宅建設，應結合工業化、數字化和綠色化的建造方式，進一步開發高品質低多層雙面疊合剪力墻體系。