预制型钢混凝土剪力墙研究概况

翟亚光 王 茜/华北理工大学

预制型钢混凝土剪力墙研究概况

翟亚光 王 茜/华北理工大学

预制装配式型钢剪力墙同时具备预制结构和型钢混凝土剪力墙各自的优点，承载力高，抗震性好，有助于实现住宅的产业化和建筑领域的节能减排。本文通过对型钢混凝土剪力墙的研究现状和预制结构的研究现状的介绍，引出目前对预制型钢混凝土剪力墙研究现状以及研究中存在的一些主要难点。

型钢混凝土剪力墙； 预制装配式

前言

随着我国国民经济不断发展，城市化进程不断深入，城区狭小的面积内要容纳大量不断涌入的人口，多高层建筑的应用越来越广泛。剪力墙结构是多高层建筑中最常见的结构形式，也是多高层建筑中中主要的抗侧力构件，剪力墙结构的抗震性能直接影响建筑的抗震能力。在传统的钢筋混凝土剪力墙中，因为多高层建筑对剪力墙结构的承载力相对较高，而钢筋混凝土结构中含钢率有限制，在一些多高层建筑的剪力墙中钢筋混凝土难以满足承载力的要求。而在预制型钢混凝土中的型钢可以不受含钢率的限制，所以型钢混凝土结构构件的承载力可以高于同样外形尺寸的钢筋混凝土构件的承载力1倍以上,进而也可以减少剪力墙构件的截面尺寸,减轻剪力墙结构的自重,具有更高的经济效益[1]。而且由于型钢的设置，结构抗震性能好,其延伸性比钢筋混凝土剪力墙有明显提高,型钢混凝土剪力墙结构在地震中呈现出良好的抗震性能[2]。同时，在人口密集的城区施工，需要严格控制施工时间，减少在人口密集的地区对周围人口的影响，这时，如果将型钢混凝土剪力墙做成预制结构，就可以充分发挥型钢混凝土结构和预制结构共同的优点，很大程度上满足城区内对多高层建筑施工的要求。

预制型钢混凝土剪力墙结构可以实现工厂预制、现场装配，适合在人口密集的城区作业，在工厂预制减少了对施工周边环境的影响，减少了建筑垃圾对周围环境的不良影响。节省了大量的施工时间，极大地降低了对周围人口的影响。还可以使建设过程的分工更加明确，更加科学，有利于提高建筑的专业化、产业化进程。符合国家对低碳、节能、绿色、生态和可持续发展等理念的要求。

一、型钢混凝土剪力墙特点及研究现状

型钢混凝土结构是把型钢埋入钢筋混凝土中的一种独立的结构形式,也是钢与混凝土组合的一种新形式。由该结构制造的型钢混凝土剪力墙相比传统上常用的钢筋混凝土剪力墙最大的优势就是承载力大，进而可以减少剪力墙构件的截面尺寸。

同时，相比如今也被广泛运用的钢结构来说，型钢混凝土剪力墙结构拥有更好的耐久性和耐火性，位于型钢外部包裹的混凝土可以有效地抵抗有害介质侵蚀，防止钢筋锈蚀，进而有效提高结构的耐久性。其次，型钢混凝土的受力性能更好，因为包裹型钢的混凝土对型钢具有约束作用，解决了型钢受压易失稳的问题。由于型钢混凝土中型钢和混凝土共同承担荷载的作用，相比钢结构可以一定程度地节约钢材[3]。

西南交通大学黄雄军[4]等在1998年进行过5个带边框低剪力墙的试验研究，对劲性混凝土边框低剪力墙的极限承载力、破坏形态、耗能能力以及延性进行了考察。得出的结论是: 劲性混凝土边框低剪力墙与钢筋混凝土边框低剪力墙在达到极限承载力以前以剪切变形为主且破坏呈脆性。

长安大学的马恺泽[5]对5个剪跨比为2.5的型钢混凝土剪力墙试件的拟静力试验。通过改变试件的配箍特征、值轴压比和配钢率，对试件在往复水平荷载的作用下的滞回性能、破坏机理、变形能力和耗能能力进行了研究，并根据对实验结果的分析，给出了对配箍特征值和约束边缘构件长度的建议。

北京工业大学曹万林[6]等总结了近些年国内外有关型钢混凝土剪力墙抗震方面的研究成果，在此基础上，对较高轴压比下内藏钢桁架混凝土组合高剪力墙的抗震性能进行了试验研究。研究结果表明：内藏钢桁架的存在对高轴压比下型钢混凝土高剪力墙的抗震性能有明显的改善。

二、预制式型钢混凝土剪力墙

预制装配式型钢混凝土剪力墙结构是把预先制作好的型钢混凝土剪力墙结构通在现场组合成所需要的建筑结构，该结构同时具备了型钢混凝土结构和预制结构各自的优点，如较高的承载力，良好的耐久性和耐火性，实现了工厂预制、现场装配，大幅度地缩短施工时间，极大地减少城区施工对人口密集地区对周围人口的影响以及对施工环境的影响。

三、预制结构国内外研究现状

在20世纪80年代初期，预制装配式结构体系开始最早应用于建筑行业。囿于当时经济水平和技术水平的限制，体系接头处理不善，极易造成漏水等问题发生，削弱了其受力性能，在地震设防区的影响更大。在这些有益的实践过后，这些新工艺都没有大规模的推广。目前，在有预制结构的建筑中，一般只是一些初级的预制产品，主要结构构件仍然是现浇构件。甚至科研机构对预制结构研究也不多，一些结构专家认为该结构有无法弥补的性能缺陷，研究意义较小。

国外也曾有过预制式结构成功的案例，在澳大利亚悉尼坐落着一栋十三层的楼房，楼房的大部分结构都采用的是预制构件，只有承台和基础梁采用了现浇混凝土，其全部施工仅用了三个月。

在国内，随着国家经济持续快速发展，节能环保的要求日益提高，十年来，预制装配式混凝土结构在我国逐渐升温，万科企业股份有限公司、南通建筑工程总承包有限公司、上海瑞安集团等多家公司对预制构件开展了研究，对我国的预制装配式混凝土结构的发展起到了极大的促进作用[7]。

随着预制结构的不断成熟和发展，将预制结构用于型钢混凝土剪力墙结构是型钢混凝土剪力墙结构的重要课题。目前我国对预制型钢混凝土剪力墙结构的研究成果还不多，结构体系有待完善。

四、预制型钢混凝土剪力墙结构的主要难点

预制构件本身具有节能环保，产业化程度高，效率高等诸多优点，可是目前在国内，有预制结构的建筑中很多也只是一些初级的预制产品，主体结构构件依然是现浇构件。甚至科研机构对预制结构的研究也不多，很大一部分原因在于预制结构在现有的技术条件下整体性较差，连接节点位置处理不善，会严重影响其受力性能，在地震设防区的影响更大。预制型钢混凝土剪力墙结构作为一种预制结构，型钢的连接节点问题是决定整个结构整体性的重要部分。在多高层建筑剪力墙结构中，存在大量的节点连接，预制型钢混凝土剪力墙连接成整体，使整个结构具有足够的承载力、刚度、延性和抗震能力。这些节点的受力性能直接决定了剪力墙结构的整体性能，所以施工方便的型钢连接节点是预制型钢混凝土结构的一项关键技术，是决定该结构是否能够推广应用的重要影响因素。

[1]方华.浅谈型钢混凝土组合结构施工技术中国新技术新产品[J].2015,9:108-109

[2]郑亮,王献云,杨其伟.型钢混凝土剪力墙抗震性能研究综述,北方工业大学学报[J].2008，3 20（1）

[3]郭华军.型钢混凝土剪力墙抗震性能的试验研究,山东建筑大学硕士学位论文题目2016,4

[4]黄雄军,赵世春.带劲性钢筋混凝土边框低剪力墙的试验研究,西南交通大学学报[J].1999,34(5): 535-539

[5]马恺泽,刘伯.混凝土剪力墙的设计方法,中南大学学报(自然科学版) [J].2013.44(9):3807-3814

[6]曹万林,范燕飞,张建伟,王新杰,王志惠,宋义平.型钢混凝土剪力墙的抗震性能研究,地震工程与工程振动[J].2007,27(2):81-84

[7]黄小坤,田春雨.预制装配式混凝土结构研究,住宅产业[J]2010，9：28-32