预制剪力墙连接方式构造比较分析.doc

。建 筑 与 预 算月 刊第 2 期 总第 214 期 2014 年预制剪力墙连接方式构造比较分析张延年 1，马佳宝 1，王元清 2（1.沈阳建筑大学土木工程学院，沈阳 110168；2.土木工程安全与耐久教育部重点实验室，清华大学 土木工程系，北京 100084）摘要：如今，建筑工业化是我国装配式住宅发展趋势，装配式结构具有施工速度快、造价低、提高施 工效率、绿色环保等优点。实现装配式结构“工厂预制，现场安装”的关键在于，实现建筑部品多样 化，提高装配式部品间的连接技术。本文对通过对现有用于预制剪力墙连接方式，包括套筒连接、留 洞搭接连接、螺旋箍筋浆锚连接和焊接螺栓连接等几种剪力墙连接形式。分析它们连接方式及优缺 点，并从传力途径、施工做法和构造措施这几方面进行比较。同时，以沈阳宇辉构件加工厂和惠民新 城工程为实例，分析研究剪力墙板在设计、制作、施工安装这几个过程的技术要点，分析总结预制剪 力墙连接构造要点，为今后预制结构的研究提供参考。 关键词：套筒连接；钢筋浆锚连接；螺旋箍筋浆锚连接；预制剪力墙；施工技术中图分类号：TU37文献标志码：B文章编号：1673-0402（2014）02-0030-05999999999999999。1引言预制剪力墙构件1 是装配式结构中重要 承重构件，研究剪力墙构件的核心问题在于墙 体采用的连接方式，剪力墙构件如何传递力、 构造做法、是否可以协同工作关系到整体结构 的承载性能。要正确处理钢筋的连接和混凝土 界面。特别注意钢筋的锚固强度，合理选取钢 筋锚固长度、砂浆强度。2预制剪力墙几种连接形式2.1套筒连接套筒连接也是套筒浆锚连接，如图 1.1 所 示；预制墙下端预埋铸铁套筒,预制墙的竖向 钢筋插在套筒中;现场安装时,将下部结构的预 留钢筋亦插入套筒;从灌浆孔向套筒中灌注灌 浆料,即一端的钢筋在预制工厂机械连接，另 一端钢筋在施工现场灌浆连接。2.2钢筋浆锚搭接连接竖向钢筋留洞浆锚间接搭接 2 ( 以下简 称：留洞搭接)的示意图如图 1.2 所示；在预制 混凝土墙的下端,预留一定直径的孔洞,孔洞及 预 制 墙 内 连 接 的 竖 向 钢 筋 外 围 设 置 直 径 4-6mm螺距 50mm左右的螺旋箍筋。收稿日期：2013-12-10作者简介：张延年 （1976-），男，教授，博士，主要从事结构抗震、结构检测与加固、建筑节能研究。2014 年第 2 期 总第 214 期图 1.1 套筒连接图 1.2 钢筋留洞搭接连接图 1.3 螺旋箍套筒浆锚搭接连接留洞搭接钢筋搭接长度为 400mm,相比套 筒试件,留洞搭接试件所需钢筋量与灌浆量大, 施工时对精度要求较高。用螺旋箍筋将套筒钢 筋约束，对其起到套箍作用，提高连接件的承 载能力。留洞搭接连接形式剪力墙体具体工作性 态：当锚固钢筋受拉时，随着拉力增加，沿纵 向钢筋表面的应力增大直到出现应力峰值，同 时在应力最大处应变最大，拉力增加到一定阶段高应力区钢筋出现径向缩变，峰值区钢筋与 砂浆间的摩擦力和粘着力降低，钢筋产生局部 滑移。此后，钢筋锚固的握裹力峰值区向纵向 延伸，钢筋拉力仍可继续增长。这种锚固区工 作特性是只要有足够长的锚固长度，就能保证 钢筋充分发挥其强度，当达到极限强度钢筋拉 断时，不出现滑动破坏3-4。2.3螺旋箍筋套筒浆锚搭接连接 螺旋箍筋套筒浆锚搭接连接也是将上下两面墙体的纵向钢筋间隔一定距离后搭接在一 起，这种连接方式采用螺纹套筒，再插入纵向 钢筋后用螺纹箍筋绑扎一起，起到约束核心混 凝土的作用，施工完成后套筒不拆除，只起连 接件的作用。2.4焊接和螺栓连接 焊接连接的具体做法是：工厂预制剪力墙时，墙体预留焊接连接筋，待到现场安装用机 械连接的方式焊成整体，最后在连接键浇筑混 凝土密实。螺栓连接方式与焊接连接相同。根 据过完研究表明，这两种连接方式的承载能力 差，连接键易破坏。3预制剪力墙连接方式特点及优 缺点比较3.1不同预制剪力墙连接方式的区别（1） 从传力路径来看 对于套筒连接剪力墙，注入套筒内的灌浆料凝结硬化后上下两根钢筋的应力通过钢筋表 面与砂浆、砂浆与套筒壁的粘结力传递，钢筋 是直接搭接在一起的。钢筋浆锚连接技术的传 力方式则是：拉力先通过剪力传递到灌浆料中 去，进一步再通过剪力传递到灌浆料和周围混 凝土之间的界面中去；属于间接锚固形式。螺 旋箍筋同钢筋浆锚搭接连接的传力途径基本一 31 2014 年第 2 期 总第 214 期致，都是间接搭接的连接方式，螺旋箍筋将搭 接的钢筋锚固在一起，提高核心混凝土承载 力，起到套箍作用。（2） 从施工做法看 套筒连接剪力墙在工厂预制要将套筒整体安装在墙体内，浇筑混凝土前要堵实注浆孔和 出浆口，以免混凝土进入。螺纹箍筋浆锚搭接 连接的套筒也采用相同制作方法，这两种连接 形式的剪力墙构件在制作完成后，套筒留在墙 体里面，不拆除。对于留洞浆锚搭接连接的预 制构件，施工用的套筒只起模板作用，制作完 成后应拆除。采取搭接连接形式的预制构件， 在按照规范要求确定搭接长度。（3） 从构造形式上看图 3.1 预制剪力墙水平接缝构造图 3.2 多层预制剪力墙结构水平接缝构造钢筋浆锚搭接连接形式同套筒连接和螺旋 箍筋浆锚连接形式水平接缝做法不同。钢筋浆 锚搭接的剪力墙在施工时，需要在墙体座浆下 现浇圈梁，圈梁与预留洞孔的出浆孔、灌浆孔相连，需要事先支模板；套筒连接和螺旋箍筋 浆锚搭接连接，施工只需在座浆浇筑 5mm 左 右水泥砂浆，不需要现浇圈梁。3.2不同预制剪力墙的优缺点 套筒连接方式具有以下优点:钢筋对接,可以节省钢筋;由于锚固长度短,可以减少灌浆料 的使用,从而节省造价;下部钢筋预留长度较短, 安装时更容易安装就位,对精度要求稍低；但 套筒造价较高,套筒内部空间较小,对灌浆料的 性能及灌浆浇筑要求更高。留洞搭接方法的优点是，钢筋连接操作简 单，只是通过简单的预留孔洞、现场插入、和 简单的灌浆过程，省去像钢筋焊接、套筒连接 等复杂成本高的连接方式，它更适用于产业化 住宅预制混凝土结构施工建造特点，建造过程 更加环保、降低成本、节约建设资金。螺旋箍筋浆锚连接的优点与留洞搭接的剪 力墙基本相同，施工简单、减低成本。螺旋箍 筋的套箍作用可以有效提高墙体承载性能，延 缓墙体裂缝出现。适和应用于装配式结构住宅 体系。4 几种预制剪力墙连接方式的工程 应用套筒连接方式最在是在国外应用较多，早 期应用的套筒是锥形套筒，随后美国、日本开 始对套筒进行改进，研制出现在通用的带有出 浆孔和灌浆孔，通过压力灌浆的套筒连接形 式；多年来，国外通过对套筒连接进行大量研 究工作，包括应力应变曲线、循环张拉疲劳 试验，灌浆料强度研究。现在这项技术广泛应 用于预制混凝土剪力墙中。国建筑科学研究院 对日本生产的套筒进行了相关实验研究，结果 表明：套筒灌浆连接技术可以满足钢筋连接要 32 2014 年第 2 期 总第 214 期求，同时，进口的套筒需要进行适当改造，以 适应国内钢筋构造。沈阳万科春河里应用的就 是采用套筒连接形式的预制剪力墙构件。螺旋箍筋浆锚搭接连接的剪力墙构件是在 钢筋浆锚搭接连接形式上的改进，后者应用的 套管在工厂预制过程中只起到磨具作用，浇筑 养护完成后拆除6。前者预埋套筒在施工过程 中作为连接件。宇辉构件加工厂生产这种连接 形式构件，已经应用在沈阳惠民工程公租房项 目中。5 预制剪力墙连接构造要点5.1灌浆料 不论是套筒连接还是浆锚搭接连接，采用的灌浆料要满足高强、早强和无收缩要求，具 有一定的变形能力和良好的力学性能，以便使 其能与套筒、被连接钢筋更好地共同工作，同 时满足装配式结构快速施工的要求。我国对套筒灌浆连接的研究结果表明，由 于钢套筒对钢筋提供了刚性的径向约束，从而 在灌浆料的耦合作用下可以产生类似焊接接头 的效果；由于钢套筒的屈服强度远高于灌浆料 的抗压强度，所以套筒接头中可以用高强度的 灌浆料以缩短锚固长度7。钢筋套筒灌浆连接用灌浆料性能应符合表 5-1 的规定:表 5-1 钢筋套筒灌浆连接用灌浆料性能要求套筒灌浆连接用套筒性能应符合下列规定:(1)屈服强度不应小于 355Mpa；抗拉强度 不应小于 600Mpa；(2)连接套筒长度允许偏差 0-4mm。 (3)套筒一端采用钢筋螺纹连接部分的精度应符合 GB/T 197 规定的 6 级精度要求。5.2搭接长度 约束浆锚搭接连接原理为混凝土中钢筋的非接触搭接，又在搭接区域进行了螺旋约束箍 筋的加强，这种连接方法经试验验证搭接性能 可靠，搭接长度在 混凝土结构设计规范 规 定5 的基础上，可以进一步缩短。在钢筋浆锚搭接连接中，周围混凝土和可 能存在的箍筋对钢筋所能够提供的径向约束远 不如钢套筒高，所以灌浆料的抗压强度不需过 高，但应高于预制构件的混凝土强度，且应采 用较长的钢筋锚固长度，以保证力的传递。受拉钢筋塔接长度根据同一连接区段内搭 接接头面积百分率按下式计算：ll=la(5.1)式中la纵向受拉钢筋的锚固长度，按公式 5-2 计算；ll纵向受拉钢筋的搭接长度； 纵向受拉钢筋搭接长度修正系数；受拉钢筋的锚固长度应按下列公式计算：la=afyd/ft（5.2）项目性能指标流动度初始 300mm30 min 260mm抗压强度1d45 Mpa7d60 Mpa28d85 Mpa竖向膨胀率24h0.06 %0.5 %对钢筋锈蚀作用无锈蚀式中 la受拉钢筋的锚固长度； d钢筋的公称直径； fy钢筋抗拉强度设计值； a钢筋的外形系数；ft混凝土轴心抗拉强度设计值； 33 2014 年第 2 期 总第 214 期表 5-2 纵向受拉钢筋搭接长度修正系数受拉钢筋搭接 接头面积百分率25%50%100%1.21.41.6根据设计原理，增加钢筋搭接长度，相当 于增加钢筋与混凝土共同传力区域，来保证钢 筋混凝土可以正常工作。但是，钢筋搭接长度 越长，钢筋与混凝土间的粘结力不一定越高， 而是钢筋与混凝土之间的粘结力在构件两端较 大，在中间区域影响力较小。加设约束箍筋、 增加保护层厚度、加强混凝土强度等都可以增 加钢筋与混凝土之间的粘结作用。因此，提出 了螺旋箍筋浆锚连接形式，以提高剪力墙的整 体承载能力。6 结论（1） 不论是国外传来的套筒连接，还是浆 锚搭接连接的预制剪力墙，其在承载性能、变 形能力都要优于焊接、螺栓连接的剪力墙体， 延缓墙体破坏。（2） 由于套筒造价较高,不能拆除回收利 用。可以采用能够替代套筒的其他材料连接， 使用后保证力的传递，同时保证墙体承载能 力。例如，钢筋间接搭接的连接方式和螺旋箍 筋浆锚连接剪力墙。（3） 对于宇辉构件加工厂目前生产的螺旋箍筋浆锚连接剪力墙，还没有进行系统研究分 析，只是在原有钢筋搭接连接、套筒连接基础 上的改进，可以对其进行研究，并改进。参考文献1 马佳宝，王元清，张延年,等.保障性住房装配式 承重部品的关键技术和研究进展 A .见：第 22 届 全 国 结 构 工 程 学 术 会 议 论 文 集 第 册C .2013.82 孙金墀.装配式结构钢筋浆锚联接的性能 J .北 京建筑设计研究院,1986.3 赵培.约束浆锚钢筋搭接连接试验研究 D .哈尔 滨：哈尔滨工业大学，2011.4 钱稼茹，彭媛媛.竖向钢筋浆锚连接的预制剪力墙 抗震性能试验 J .建筑结构学报.2011.41 （2）5 中华人民共和国建设部.GB50011-2010 混凝土结 构设计规范 S .