装配式剪力墙竖向接缝形式介绍及相关研究

董超，颜孙杰，赵士瑞，刘泓睿

（北京建筑大学土木与交通工程学院，北京 100044）

1 引言

装配式剪力墙结构作为多、高层建筑中应用最广泛的结构形式，具有抗侧刚度大、承载力高等优势，是推动住宅产业化发展最为有效的结构形式[1]。装配式剪力墙结构体系由多个墙板通过大量水平和竖向接缝连接而成，结构的整体性能和抗震性能受接缝连接影响较大。其中竖向接缝是传递墙板间相互作用、保证墙板间协同工作的关键位置，其连接性能影响墙体刚度和承载能力。为此，本文针对装配式剪力墙竖向接缝连接形式进行系统归类，并对其各自连接性能进行归纳总结。

2 竖向接缝

竖向接缝根据连接方式不同可分为干式连接和湿式连接两种。

2.1 干式连接

2.1.1 螺栓连接

螺栓连接是国外常用的干式连接之一，一般在国外应用最为广泛，该连接方式通常由高强螺栓与钢连接件组合而成，具有连接构造简单、施工高效、便于维修等优势，但螺栓连接存在安装精度高、长期使用易引发螺栓易松动等问题。孙建等[2]开发了一种螺栓框架体系如图1 所示，该体系由连接钢框、内嵌边框、高强螺栓组成，可用于纵横墙体间水平连接，实现墙体间的协同工作。通过试验研究表明采用高强螺栓连接的墙体具有良好的抗震性能，但采用该连接件进行连接时，腹板底部和翼缘根部出现脆性剪切破坏，变形能力较差。

图1 螺栓-钢框竖向接缝

2.1.2 焊接连接

焊接连接是一种常用的干连接方式，具有施工便捷等优势，但如果结构中焊接量过大，会增加经济成本、影响连接质量。黄昌辉等[3]针对剪力墙水平连接提出了“连接板焊接”和“端板边焊接”两种新型连接形式，通过对竖向接缝采用新连接形式的剪力墙进行抗震性能研究以及与现浇剪力墙进行试验对照，发现新型连接形式的剪力墙承载能力与现浇剪力墙相当，变形能力和耗能能力均优于现浇剪力墙。刘继新等[4]提出一种新型干连接形式，如图2 所示，该连接须在墙板内部埋置型钢预埋件，通过“疏型”钢板将对应预埋件进行焊接，依靠形成的型钢抗剪件实现剪力的传递。研究结果表明，该连接方式能够保证相邻墙体件的相互作用，连接可靠，可进一步应用于实际工程中。

图2 “疏型”钢板焊接连接

2.2 湿式连接

JGJ 1—2014 《装配式混凝土结构技术规程》[5]中明确规定，楼层相邻预制剪力墙水平连接应采用湿式连接，以保证结构的整体性能。竖向接缝湿式连接可分为出筋式连接和不出筋式连接。

2.2.1 出筋式连接

插销连接是指在墙板连接侧外伸U 形水平钢筋，将环形箍筋与两侧外伸钢筋交接形成一定空隙，在空隙内放置竖向钢筋并进行后浇混凝土实现墙板间连接，构造如图3 所示。万里波等[6]对竖向接缝采用插销连接的剪力墙试件进行拟静力试验，并与现浇剪力墙试件进行对比分析，研究发现，竖缝采用箍筋插销连接的剪力墙试件具有与现浇剪力墙相当的耗能能力和变形能力，受力性能良好，能够满足实际工程需要。为进一步提高墙体的承载能力和变形能力，Jesper H.SØrensen[7]提出了一种新型U 形环筋连接，在预制板侧边间隔设置键槽和U 形环筋，抗剪承载力由键槽间混凝土的咬合力、钢筋的销栓力和新旧混凝土结合面间的摩擦力提供，U 形环筋平与墙面平行设置，可有效避免拼装时钢筋发生碰撞，在U 形环筋内水平插入双T 形钢筋，竖向插入纵向钢筋，浇筑混凝土实现墙板间的水平连接，通过试验研究表明，该连接方式可明显改善墙体的延性和强度。

图3 插销连接

2.2.2 不出筋式连接

软索连接是一种在欧洲国家应用较为广泛的连接方式，通过在预制墙板中预埋软索，放置插筋并进行灌浆实现墙板间的连接。该连接方式具有安装、运输方便、现场用钢量少等优点，但其连接刚度较差。黄远[8]对侧面设置软索连接的全装配式剪力墙试件进行恒定轴力下的拟静力试验，表明拼缝处抗剪承载力由软索自身销栓力和界面抗剪摩擦力提供，试件延性性能良好。

叠合板剪力墙和空心模剪力墙预制板间的水平连接通常通过在空腔内放置水平连接钢筋来实现。叠合板剪力墙是指将两侧预制混凝土墙板作为模板，在施工时在墙体中间浇筑混凝土形成整体，其具有施工周期短、模板用量少及抗震性能好等优势，但其现场浇筑量较大。连星等[9]对不同边缘约束形式和不同轴压比的叠合板剪力进行抗震性能试验研究，并与现浇剪力墙试件进行对比分析，结果表明，叠合板剪力墙现浇和预制部分混凝土协同工作性能良好，并且叠合板剪力墙具有与现浇剪力墙相似的破坏形态，均以弯曲破坏为主。

空心模剪力墙结构在内部开设平行于墙面的水平和竖向贯通孔洞，两方向孔洞相互交叉形成空间骨架，相邻墙板间通过在水平孔洞内放置连接钢筋，在竖向孔洞内放置竖向钢筋，然后浇筑混凝土实现水平连接。空心模剪力墙具有质量轻、运输安装方便等优点，但其开孔率较大，因此现场浇筑量较大。初明进等[10]还研究了不同构造竖缝对空心模剪力墙的抗震性能的影响，研究结果表明，空心模剪力墙破坏时，沿竖向接缝处产生宏观竖向裂缝，墙体从整截面受力状态逐渐演变成组合体受力阶段，墙体变形能力提高；竖向接缝处部分混凝土由木条代替可以改善墙体受力性能。

榫卯剪力墙以榫卯板作为基本装配单元，侧边间隔布置横向凹槽，在榫卯板侧边设置纵向孔洞。水平连接时，将两侧榫卯板相对布置，将横向钢筋放入横向凹槽内，在纵向孔洞内放置纵向钢筋并与横向钢筋进行绑扎固定，浇筑混凝土后水平连接，连接形式如图4 所示。

图4 榫卯连接方式

在连接性能方面，刘继良等通过开展直剪试验[11]和拟静力试验[12]研究了不同构造竖缝对榫卯剪力墙连接性能和受力性能的影响，结果表明榫卯接缝构造合理，整体性良好，榫卯构造对榫卯接缝的受力性能影响显著。

齿槽预制剪力墙以齿槽板为基本装配单元，内部设置竖向贯通槽孔、水平不贯通槽孔和中部插筋孔。墙体水平连接时，将齿槽预制剪力墙对位放置，在横向槽孔中放置水平连接钢筋，在竖向槽孔内放入竖向插筋与水平连接钢筋形成钢筋骨架，连接构造如图5 所示。熊赅博[13]和虞晓雪[14]分别对装配整体式齿槽剪力墙抗震性能和竖向接缝连接性能进行试验研究，研究表明，齿槽剪力墙承载能力和刚度与现浇剪力墙基本相当，可以满足“等同现浇”的设计目标；竖向接缝连接性能良好，峰值状态时，墙体以分缝墙的形式受力，阻止了主斜裂缝的产生，有效改善墙体的变形能力。

图5 齿槽剪力墙连接示意图

3 结论

本文从干、湿连接角度出发，对装配式剪力墙竖向接缝形式和连接性能进行综述总结，并得到以下结论。

1）螺栓连接和焊接连接是剪力墙水平连接中应用最广泛的两种干式连接形式，具有构造简单、施工快捷等优点，但螺栓连接对安装精度要求较高且后期易引起螺栓松动等，而焊接连接施工质量难以把控，易引起应力集中现象，施工质量不易保证。

2）湿式连接中，出筋式连接装配式剪力墙结构整体性较好，连接较为简单，但预制板通常存在外伸钢筋，在生产、运输和安装过程中易引起钢筋碰撞、弯折现象，降低施工效率。

3）不出筋式连接的装配式剪力墙结构具有良好的整体性能和连接性能，其优化了钢筋外伸的缺陷，施工效率和施工质量可大幅提升。叠合板剪力墙和预制空心模剪力墙在实际工程中应用最多，但其具有预制率较低，现场湿作业量大等缺陷，不易满足我国建筑业绿色、节能、环保、低碳的政策要求；榫卯剪力墙和齿槽剪力墙是两种全预制、不出筋的新型剪力墙结构，既能保证墙体预制率，又能够避免墙体出筋的问题，因此，在实际工程中具有良好的发展前景，值得大力推广和应用。