装配式混凝土剪力墙结构研究

李其廉 温红广

(河北科技大学建筑工程学院，河北 石家庄 050018)

近年来，装配式建筑在我国建筑领域的发展比较迅速。我国也在大力推进绿色建筑，绿色建筑是人与自然和谐共生的高质量建筑，绿色建筑与装配式建筑结合更突出新型建筑工业化的优势。在装配式建筑中，装配式剪力墙结构工业化程度较高，是适合我国国情的建筑结构体系，预制比例可达70%，适用于多高层住宅[1]。装配式剪力墙结构是由剪力墙、梁、板等主要受力构件或全部预制混凝土构件组成，这种结构一直是众多高校和科研机构的研究重点，本文详细介绍装配式剪力墙结构的研究成果，为同行业人员提供参考。

1 发展现状

在国外，装配式混凝土剪力墙结构较为常见。在1995年的日本阪神大地震后，很多装配式剪力墙结构的建筑破坏很少，有些修复后仍可继续使用，其他国家遭遇地震灾害后的建筑中，剪力墙结构的房屋倒塌都是极个别的。美国成功将装配式建筑应用于工业、住宅等领域，编制的《PCI设计手册》截止到目前已经修改到第七版，一系列的技术文件对装配式混凝土结构的设计方法、施工工艺和质量控制等提出要求，在美国居住工业化住宅的人口大约占总人口数的6.3%。由于地域因素，不同国家的建筑层数不大一样。在日本，装配式剪力墙结构的层数一般不大于10层，而在欧洲地区，剪力墙结构可达20层甚至更高。英国将装配式剪力墙结构多应用于保障性住房，法国创建的世构体系(SCOPE)被我国通过联合课题组引入国内，并编制技术规程，德国将装配式剪力墙结构的墙体与住宅节能技术融合，满足“冬暖夏凉”的要求，丹麦将模数法制化应用在装配式混凝土剪力墙结构中，实现了建筑的多元化与标准化统一。

在国内，朱张峰、钱稼茹等学者对装配式钢筋混凝土剪力墙结构的抗震性能进行了深入研究，在剪力墙连接节点技术研究上有很大的突破。多家房地产企业与高校合作，对其进行创新，万科集团PCF技术、中南集团NPC技术、宇辉集团装配整体式预制混凝土剪力墙技术、合肥西伟德叠合板式混凝土剪力墙技术都已成功的应用在工程中[2]。万科PCF技术主要向日本学习，即预制混凝土模板技术，应用在预制混凝土剪力墙外墙上，解决了外墙模板问题；中南NPC技术主要向澳大利亚学习，一定程度上降低了现浇量，装配率达90%以上；宇辉集团掌握“插入式预留孔灌浆钢筋搭接连接”技术，主要应用于装配式钢筋混凝土剪力墙竖向连接；西伟德叠合板式剪力墙技术主要向德国学习，墙板和楼板均为叠合式，施工有一定难度，会存在新旧混凝土叠合强度的问题。

2 装配式混凝土剪力墙结构体系

2.1 装配式大板结构

装配式大板结构简要来说除基础外，其外墙板、内墙板、隔墙板、楼板、楼梯等构件都是在工厂直接预制，运输到施工现场进行拼装，应用于民用建筑居多。民用的装配式大板结构主要有装配式轻板框架结构和全装配式大板结构两种类型。大板结构以竖向构件为垂直承重构件，以楼板为水平承重构件，内、外墙板应具有一定的强度和刚度。在预制构件的制作中，外墙板一般为复合墙板，复合墙板是在承重层的上面加上保温层和装饰层，可提高施工效率。与一般建筑结构相比，大板结构优势在于生产效率高，内、外墙板在工厂制作，施工质量可以得到保证，自重与传统结构相比减半，可节约造价10%左右；其缺点也很明显，制作工艺单纯，布局和造型缺少灵活性，整体的抗震性能不好。

2.2 叠合板式剪力墙结构体系

叠合板式结构体系是将预制叠合构件和全现浇构件融合于一体的结构体系。预制叠合构件主要包括叠合墙板、叠合楼板，叠合式墙板是由两层预制板和格构梁钢筋组成，施工现场安装就位后在两层预制板中浇筑混凝土，叠合式楼板是由底层的预制板和格构梁钢筋制作而成，施工现场安装就位后，再浇筑混凝土叠合层，叠合楼板可作为后浇混凝土的模板[3]。格构梁钢筋是将三根钢筋组成等腰三角形，在制作墙板时可作为两层预制片和新浇筑混凝土之间的拉接筋，施工时还可作为起吊构件的吊点，有很强的实际应用价值。全现浇构件主要包括暗柱、连梁、楼梯、阳台等。钢筋混凝土叠合楼板的技术在国外较成熟，一些发达国家中使用广泛。这种结构体系优势在于构件可在工厂的流水线上生产，安装简单快捷，可建造高质量住宅。

3 装配式混凝土剪力墙结构连接技术

装配式剪力墙的连接十分重要，墙墙节点和墙板节点的连接设计是一项十分重要的环节。在连接设计中，首先要满足结构的承载力和规范的要求，满足结构的整体性要求，保证在荷载作用下连接部位的自身强度，连接破坏不先于构件破坏，连接部位可传递内力，符合结构的受力模式，并且连接节点还要有足够的刚度和良好的恢复力。

装配式剪力墙结构节点连接方法有现浇带连接、套筒连接、浆锚连接、预留孔浆锚连接、螺栓连接、后张预应力连接、键槽连接和Wall Shoes连接。方法居多，应用于实际工程的较少，主要连接方法还是以套筒连接、浆锚搭接和螺栓连接为主[4]。

套筒连接原理是将金属套筒预埋至预制构件中，然后把需要连接构件的钢筋插入套筒内部，通过灌浆机将以水泥为主的灌浆料注入套筒内，待灌浆硬化后实现钢筋连接，这种方法具有较高的抗拉、抗压强度。在实际施工中，需要准确定位套筒和预埋插筋的位置，保证接头连接质量，使钢筋应力更好传递。GB 50011建筑抗震设计规范规定了剪力墙分布钢筋的最小配筋率[5]，剪力墙的边缘构件的竖向钢筋宜采用套筒灌浆连接。

浆锚搭接原理是在上层墙体的下部预留内壁粗糙的孔洞，孔洞一般为波纹状或螺旋状，这样可以使接头连接性能提高，下层墙体上部预留钢筋，插入孔洞后通过灌浆孔进行灌浆，灌浆料硬化使上下层墙体成为一个整体。此种连接方法的两种钢筋并非挨在一起，而是需要将搭接的钢筋拉开一定距离，又称“间接搭接”。浆锚搭接的关键在于锚固长度和搭接长度的选取，这对结构整体抗震性能有很大影响。

螺栓连接原理是上层预制墙体预留孔洞，下层预制剪力墙上安装螺纹钢筋或螺纹杆，连接时将螺纹钢筋穿过上层墙体预留孔洞，然后通过螺母固定在一起，最后通过预留孔洞进行灌浆。螺栓连接是一种较为理想的连接方式，具有施工效率高、操作时连接构造简单等特点，但对施工精度要求较高，对施工人员有要求，还需要有其他措施来保证连接可靠度。此种连接方法无法适应于大变形，常用于围护结构的墙板与承重墙板的连接。

4 结语

我国在装配式混凝土剪力墙结构的研究技术水平已经与发达国家技术水平比较接近，多家房产企业和高校强强联合，引进国外装配式混凝土剪力墙结构相关技术，并结合我国的实际情况，形成了具有自己特色的技术体系，在发展建筑工业化的道路上迈出了一大步。大板结构体系和叠合板式剪力墙结构体系自身的特点和优势较为明显，随着剪力墙结构体系的发展与改良，两种结构体系会在建筑结构体系中更加突出优势。

装配式剪力墙结构连接节点技术是影响施工质量的关键问题，其对于装配式剪力墙结构的整体性及抗震性能的影响越来越大，套筒连接、浆锚搭接和螺栓连接三种节点连接方法相对来说比较成熟，施工难度不大，但要提高施工质量，保证结构整体性，还应加大对连接节点的技术研究，提出更多适用于装配式剪力墙结构工程的理论与方法。