装配式密肋复合剪力墙结构的技术应用研究

苏志远，童敏

（1.上海中建申拓投资发展有限公司，上海200120；2.中国建筑土木建设有限公司，北京100070）

0 引言

装配式密肋复合墙板结构是由预制密肋复合墙板、楼板与现浇连接构件组合而成的结构体系，其本质是将密肋复合墙板等效为均质壳。根据工程需要，可直接应用于多层（<24 m）结构，或结合剪力墙技术应用于非抗震设计或抗震设防烈度为6～8度的高层结构。本文重点研究装配式密肋复合墙板剪力墙结构技术在高层住宅中的应用。

预制密肋复合墙板作为一种装配式建筑结构体系中的主要构件，由钢筋或钢骨架形成肋格，填充体做内模，浇筑混凝土而成的预制墙板。肋格可使用普通混凝土及相应等级钢筋制作；填充体可使用轻骨料混凝土、加气混凝土砌块、发泡水泥或轻质混凝土等制作[1]。肋格和填充体两种材料虽在力学性能上差异较大，但通过合理的构造措施，能充分发挥各自性能，形成适用于建筑结构的受力构件。

密肋复合墙板结构作为装配式结构的一种，密肋复合墙板或密肋复合楼板连接构造及配件可实现装配式建筑理念要求的标准化、系列化，按少规格、多组合的原则，能够满足建筑结构标准化设计、构件工厂化生产、吊装整体式施工的要求，对建筑节能减排、工业化设计与施工有着良好的推动作用，是适应我国墙体改革、推进住宅建设工业化、实现建筑业升级转型的重要创新。

1 密肋复合剪力墙结构设计

密肋复合墙板基本结构模型：密肋复合剪力墙结构设计遵循“等效均质”原则，《密肋复合板结构设计规程》（以下简称《规程》）指出：高层密肋复合板结构内力及位移计算，其抗侧力模型可采用等效均质壳模型或简化的刚架-斜压杆计算模型[2]。

图1 密肋复合墙体基本模型

将整段墙体中间的预制的密肋复合墙板进行匀质等效，见图2。

等效原则符合下式要求：

式中：Ec——混凝土弹性模量（N/mm2）；Eq——肋格内填充体弹性模量（N/mm2）；Ac——预制墙板各混凝土肋柱截面积之和；Aq——墙板填充体内的水平投影面积总和；h——预制墙板截面高度(mm)；beq——等效墙板厚度(mm)。

图2 密肋复合墙体等效均质壳示意

对于高层装配式密肋复合剪力墙结构，在工程设计中除需满足《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3中对于平面及竖向布置、扭转及剪力墙结构布置的要求外，尚需遵循以下原则：

1）应采用现浇楼盖结构；

2）抗震设计时，底部加强区的高度，应从地下室顶板算起，且高度不小于底部两层或墙体总高度的1/10（取较大值）；

3）较长的密肋复合墙体宜开设洞口，将其分为长度较为均匀的若干墙段，每个独立墙段的总高度与截面高度之比不宜小于3。

2 密肋复合剪力墙抗震性能

密肋复合墙板在抗震概念设计上遵循“整体强弯弱剪、强外框弱墙板、强肋格弱砌块”的原则。以抗震设防烈度7度时为例（上海），密肋墙板厚度应不小于200 mm（等效钢筋混凝土墙）；单块墙板宽度宜控制在1.2～4.2 m之间。

对于高层住宅密肋复合墙板结构的使用高度和高宽比，《规程》作了规定详见表1。

表1 高层住宅密肋复合墙板使用高度和高宽比限值表

由于装配式住宅密肋复合板技术目前所掌握技术资料仅《规程》及部分学术参考文献，对于施工图设计及审查的支持力度不足，因此需要对其进行抗震性能试验，以验证其等效计算方法的可行性及抗震性能指标。课题组于2015年委托大连理工大学结构实验室进行了密肋剪力墙板抗震性能试验，通过装配式密肋剪力墙在低周反复荷载下的拟静力试验，从承载能力、耗能能力、延性、试件内应力分布等方面判别和分析其抗震性能，研究其破坏机理，分析其抗震性能[3]。

图3为密肋复合墙基本试验模型，其中密肋复合墙板填充砌筑材料为A5.0加气混凝土砌块，试件混凝土强度为C30，钢筋牌号为HRB400级。

图3 密肋复合墙板基本试验模型

试验结果显示，底梁和框架一、二层基本未出现大范围破坏。密肋填充墙从下往上破坏越来越严重。一层有轻微裂缝，保护层剥落；二层裂缝明显，填充墙破坏；三层密肋填充墙完全压碎和破坏并往下掉落。左右柱往两侧扩张，到最顶端时已经脱离梁的连接，梁柱节点完全破坏，整体性从下往上呈现减弱趋势，图4为该试验模型在抗震试验下的位移曲线。

图4 密肋复合墙抗震性能试验位移曲线

该结构上下层连接通过灌浆套筒进行竖向连接，对上下层连接柱的柱脚灌浆套筒区域观察，未见明显破坏，验证了灌浆套筒在密肋复合墙板结构中连接的可靠性。

3 工程应用

为推动装配整体式住宅的应用，开展不同结构形式装配式体系的研究，在上海某小区选定一栋12层住宅楼进行装配式密肋复合剪力墙技术的设计和施工实践。结构高度为33.55 m，设计使用年限50年，抗震设防类别为丙类，抗震设防烈度为7度。结构模型见图5。

图5 密肋复合墙板结构模型

该单体预制构件种类为PC剪力墙（预制密肋复合墙板，内外墙）、预制外挂墙板、预制叠合阳台、预制楼梯、预制空调板，预制率为32.24%。装配式拆分图如图6。工程按照《密肋复合板结构设计规程》（JGJ/T 275-2013）、结合大连理工大学结构实验室进行的密肋剪力墙板抗震性能试验结果进行施工图设计和审查。

图6 装配式建筑户型拆分示意

该工程的密肋复合墙板按平面尺寸900 mm伊2 500 mm、1 600 mm伊2 500 mm、2 300 mm伊2 500 mm和3 000 mm伊2 500 mm分为YMQA-D共4种类型密肋墙板，具体布置如图7，各密肋墙板截面宽度为200 mm，按式（1）的匀质等效公式计算，其等效墙板厚度beq见表2。

该工程于2015年11月开工，2016年10月主体验收合格。项目主体施工历时12个月，工程通过精心策划、施工管控，各方面质量可控。在密肋复合墙板构件生产、吊装施工、二次装饰装修过程中进行了不断的技术总结和改进，对该体系的技术难点和质量控制有以下几点需要重点控制：

图7 密肋复合墙板平面布置图

表2 密肋复合墙板结构等效墙板计算及轴压比控制表

1）预制密肋复合墙板肋梁、肋柱处钢筋较多较密，在预制构件生产时，该处的钢筋排布较为复杂；当墙板上下层连接采用灌浆套筒时，套筒型号和布置要求更高，对质量控制提出较高要求。

2）该工程密肋复合墙板填充体为加气混凝土砌块，尺寸为500 mm伊600 mm伊200 mm，而加气轻质砌块标准规格最大为600 mm伊200 mm伊200 mm，考虑到砌块砖整体性以及与肋梁、肋柱的连接性能，不能进行裁切、拼装，需要进行定制。

3）密肋复合墙板填充体砌筑材料为A5.0加气混凝土砌块、混凝土强度为C30、钢筋牌号为HRB400级。材料中部分地区因生产原因可能无法使用A7.5加气混凝土砌块，理论上不能降低砌块的强度等级；确实需要，至多只能降低一个强度级别，且要注意观察预制构件在出厂时是否有竖向和斜向裂缝，如有，该构件则不应使用。

4）密肋复合墙板肋梁、肋柱的宽度一般在200 mm以内，且钢筋较密，不宜布置安装所需的预留预埋。墙体确需预留预埋线盒、管件时，应设在一个填充体内，不宜布置在肋梁、肋柱处，也不得跨填充体和混凝土体布置；且留置的位置需准确无误，不得在二次装饰装修过程中进行后开槽，避免对构件的抗震性能造成破坏。

4 结构技术对比分析

为对多种装配式住宅技术体系进行比较，在该小区的另外3栋楼实施预制夹芯保温剪力墙技术，单体除外墙类型、层数不同外，建筑平面、结构布置、预制构件分类完全相同。同时，在该工程附近的另一项目实施了预制剪力墙技术。

通过对3种装配整体式剪力墙技术体系的设计、施工应用过程比较，根据结构技术对比分析，密肋复合墙板有如下特点：

1）密肋复合墙板结构由于其构件特点，主要材料为肋梁、肋柱加填充砌块；预制剪力墙为钢筋、混凝土；预制夹芯保温剪力墙为200 mm，钢筋混凝土墙板+30 mm，保温板+70 mm混凝土墙板，外墙厚度增加。相比，密肋复合墙板结构自重较低，对地下工程的成本节约有优势。

2）预制构件均为免抹灰设计，当外立面设计为石材或面砖时，密肋复合墙板体系也可采用石材反打或者面砖与构件一体化预制，形成预制、装饰一体化效果。

3）预制夹芯保温剪力墙使用连接件将剪力墙和外墙板拉接在一起，当采用钢制连接件时，存在冷热桥问题；当采用FRP连接件时，对外叶板存在拉结性能隐患。而密肋复合墙板无外叶板，不存在这样的风险。

4）密肋复合板孔洞区域需要填充砌筑，形成砌筑面，增加抹灰工序，与装配式住宅追求高效、节约的观念相违背；预制夹芯保温剪力墙当采用挤塑板作为保温材料时，三明治结合处不易处理，有裂缝和渗水隐患；密肋复合墙板的保温材料可直接埋入墙体内或附在墙体内外表面，免除质量隐患。考虑类似因素，可以对密肋复合板进行创新，形成密肋复合壳墙体系，即密肋复合墙板两侧增加30 mm耀50 mm厚混凝土壳，形成如图8所示的墙板解决抹灰问题和三明治开裂现象，该技术也在大连理工大学得到了抗震试验论证[4]。

图8 密肋复合壳墙体体系

5 结语

通过本工程的实践证明，按照《规程》、理论技术及抗震试验结果进行高层密肋复合墙板结构的工程应用是完全可行的。其建筑设计、结构技术、施工技术在装配整体式剪力墙结构各种体系上有一定的优势。

经测算（按2017年市场价折算），预制夹芯保温剪力墙的构件成本约3 998元/m3；预制剪力墙的构件成本约3 800元/m3；而密肋复合墙板的构件成本仅为约3 570元/m3。可见，装配式密肋复合剪力墙结构在成本方面也是有一定优势，随着国家和行业装配式产业链上下游产品的逐步完善和提高，密肋复合剪力墙板结构技术会有较强的应用前景。

[1] JGJ/T 275-2013，密肋复合板结构技术规程[S].北京：中国建筑工业出版社，2013

[2] 赵玮、陆烜，苏志远.密肋复合板结构在某小高层住宅中的应用[J].住宅科技，2017，439（02）：19-22.

[3] 马荣全，范新海，黄宙.装配式密肋复合墙板抗震性能试验研究[J].建筑结构，2016，45（04）：5-9．

[4] 姚谦峰，庞乃勇，夏雷，郭猛.基于抗震概念设计的密肋复合墙新型抗震结构体系[J].北京交通大学学报，2010，34（04）：50-55．

[5] 贾英杰.密肋复合板结构体系研究及应用[J].建设科技，2014，62（05）：32-35.