装配整体式剪力墙结构的发展与应用

孟凡林 孟祥瑞 潘 涛

(1:吉林建筑大学，长春 130118;2:吉林省中鼎建筑设计有限公司，长春 130021)

0 引言

装配整体式剪力墙结构是通过在工厂预制剪力墙构件，构件上预留连接钢筋及竖向连接孔洞，经现场装配，预制构件水平方向通过现浇连接节点，竖向方向通过套筒连接或者浆锚连接的方式，使构件拼装成整体，达到等同现浇目的.与传统房屋建造方法相比，装配整体式剪力墙结构受力性能与现浇剪力墙结构基本相同，但建造工期缩短30%以上，施工现场模板用量减少了85%以上、脚手架用量减少了50%以上，钢材节约2%，混凝土节约7%，抹灰人工费节约50%，节水40%以上，节电10%以上，耗材节约40%，管理费用节约50%，项目综合造价大约节省15%以上，经济效益十分明显［1］.近年来，装配整体式剪力墙结构由于符合住宅产业化和建筑工业化要求，同时也符合绿色、低碳理念，在我国得到越来越广泛地关注和研究［2－3］.

1 国外装配式剪力墙结构发展概况

在国外，装配整体式剪力墙结构多用于10层及10层以下建筑.此种结构形式在地震中表现出良好的抗震性能，地震中破坏程度远远低于预制装配式框架结构和钢结构.例如，智利大地震和日本阪神大地震中的很多预制装配整体式剪力墙结构几乎没有破坏，或者经过简单修复后可以马上恢复使用［4］.目前，发达国家的预制装配式混凝土结构在建筑中所占比重较大，瑞典新建住宅中通用构件占80%，美国约为35%，欧洲约35% ～40%，日本则超过50%.

美国预制混凝土结构开发与研究开始较早，目前装配式结构技术已得到大面积的应用［5］.美国联邦应急管理署2012年编写《FEMA P－751 2009 NEHRP Recommended Seismic Provisions:Design Examples》，第8章介绍了预制装配式混凝土剪力墙结构的实例，装配式结构可以在高烈度地区应用.构件在工厂预制，构件底部预埋钢筋连接套筒，构件上方竖向钢筋外甩，构件竖向拼接时，竖向构件间附加垫片和干捣实混凝土，外甩钢筋插入套筒后，灌入灌浆料，墙体构件非套筒灌浆连接部位在基础部分采用钢构件加固，完成竖向拼接.结构构件与基础部分连接部位在基础部分采用钢构件加固［6］.具体如图1所示.

图1 美国规范设计实例中装配式剪力墙结构体系

图2 日本大成建设装配式剪力墙结构体系

在欧洲，装配式结构始于二战后.目前，法国和德国所采用的预制叠合板剪力墙技术，在预制构件时，构件厚度5cm～7cm，两片墙构件间采用钢筋桁架连接，到施工现场安装就位后，向构件间空隙部分浇筑混凝土，实现结构的拼接［7］.

日本的装配整体式结构始于20世纪60年代，目前主要形式采用PC和PCa工法.大成建设株式会社采用的装配式剪力墙结构，工厂化预制剪力墙墙板构件和楼板构件，在剪力墙构件内配置双层细钢筋网，板内预埋波纹管，插入直径16mm的钢筋使结构成一体［8］，构件水平方向采用现浇节点，将结构连接为整体，达到等同现浇目的(如图2所示).

2 国内装配式剪力墙结构发展概况

在国内，有多家房地产企业和高校通过引进国外装配式剪力墙结构建造技术，加以吸收创新，形成了多种装配式剪力墙结构的建造方法.

2.1 万科集团PCF技术

万科集团较早即开始了工业化住宅建造技术的探索和试点，先后向香港及日本学习，形成了PCF技术，即预制混凝土模板技术.该技术主要用于预制混凝土剪力墙外墙模以及叠合楼板的预制板等，结构其他部分，如内部剪力墙、部分内隔墙及电梯井等仍然需要支模现浇.

万科集团的PCF技术解决了外墙模板问题，避免了外围脚手架及模板的支设，节约模板并提高施工安全性.但是，PCF技术的主体结构的剪力墙几乎全现浇，楼板为叠合楼板，现浇工作量仍然很大(如图3所示).

图3 万科集团PCF技术

图4 中南集团NPC技术

2.2 中南集团NPC技术

中南集团引进澳大利亚技术，结合我国的实际，形成了具有自身特色的NPC技术体系.剪力墙、填充墙等构件采用全预制，梁、板采用叠合形式.构件竖向连接通过下部构件的预留钢筋插筋、上部构件预留金属波纹浆锚管实现钢筋浆锚连接，水平向连接通过适当部位设置现浇混凝土连接节点，水平构件与竖向构件通过竖向构件预留插筋伸入梁、板叠合层及叠合层现浇混凝土实现连接(如图4所示).

中南集团NPC技术体系较为系统和完善，结构竖向构件基本采用全预制、水平构件采用叠合形式，大大降低了现浇量，装配率达90%以上.但是，剪力墙构件完全通过竖向浆锚钢筋连接，现场存在大量的灌浆孔，要保证各个孔的灌浆质量较困难.因此，需对NPC技术体系中的剪力墙竖向连接做进一步改进，从而减少现场工作量，同时可靠地保证结构安全.

2.3 宇辉集团装配整体式预制混凝土剪力墙技术

黑龙江宇辉集团基于剪力墙竖向连接专利技术“插入式预留孔灌浆钢筋搭接连接”，形成了装配整体式预制混凝土剪力墙结构技术.其预制构件主要包括竖向剪力墙板、水平叠合楼板、楼梯板及阳台等.装配整体式预制混凝土剪力墙结构构件形式简单、制作方便，但同时也存在构件较大且重，需配置较高要求的吊装设备及构件形式单一等问题(如图5所示).

图5 宇辉集团装配式剪力墙技术

图6 西伟德叠合板式剪力墙技术

2.4 合肥西伟德叠合板式混凝土剪力墙技术

西伟德混凝土预制有限公司引进德国技术，形成了叠合板式混凝土剪力墙结构.结构构件分为叠合式楼板、叠合式墙板以及预制楼梯等.叠合式楼板由底层预制板和格构钢筋组成，可作为后浇混凝土的模板;叠合式墙板由2层预制板与格构钢筋制作而成，现场安装就位后可在2层预制板中间浇筑混凝土;格构钢筋可作为预制板的受力钢筋以及吊点.如图6所示.

合肥西伟德引进了德国的全套生产线，其构件预制设备先进、制作精良，但由于其引进时间较晚、预制构件形式简单，现浇的工作量仍然很大，墙板内混凝土浇筑质量也不便检查，有一定的施工难度，存在新旧混凝土叠合强度问题.

3 结语

在绿色、低碳理念和节能环保趋势的要求下，众多建筑企业开展了房屋建筑装配式混凝土结构的探索和研发，逐渐形成了具有企业特色的结构建造新技术，加快了住宅产业化的发展步伐，形成适合我国国情的新技术，但仍有一些问题亟待解决.

(1)装配式剪力墙结构的标准化设计、模数化制作问题成为推广住宅产业化的难题;

(2)装配式剪力墙结构的预制构件间的连接和连接处的抗震设计问题;

(3)水电专业的管线预埋、预留问题通过何种方式解决.

装配整体式剪力墙结构是解决住宅产业化和节能环保的有效途径之一，对提高资源利用率、减小环境污染有较好的促进作用.同时，我国目前城市化进程加快，每年新建的住宅面积约17亿m2，若实现1/3的装配率，其应用规模也很巨大，节约的建设成本相当可观，工程化的生产方式还可以提供大量的就业机会，因此，装配整体式剪力墙结构具有良好的应用前景.

［1］曹霁阳，王 涛.住宅工业化生产可解决传统建房方式诸多弊端［EB/OL］.http://jjckb.xinhuanet.com/invest/2010－09/03/content_256612.htm.

［2］郭正兴，董年才.房屋建筑装配式混凝土结构建造技术新进展［J］.施工技术，2011(40):1－3.

［3］陈建伟，苏幼坡.预制装配式剪力墙结构及其连接技术［J］.世界地震工程，2013，29(1):38－47.

［4］Ned M.Cleland.Design for lateral force resistance with precast concrete shear walls［J］.PCI Jounal，1997(5):44 －64.

［5］李晓明.装配式混凝土结构关键技术在国外的发展与应用［J］.住宅产业，2011(6):16－18.

［6］National Institute of Building Sciences Building Seismic Safety Council.2009 NEHRP Recommended Seismic Provisions:Design Examples［M］.FEMA，2012:26 －45.

［7］德国 vollert网站［EB/OL］.http://www.vollert.de/.

［8］郭正兴.装配整体式剪力墙结构体系建造技术的新研究与新发展［R］.南京:东南大学土木工程施工研究所，2011.