装配式混凝土剪力墙结构及应用技术综述

装配式混凝土剪力墙结构及应用技术综述鲁伟娜;田莉梅涨春丽【摘要】装配式混凝土剪力墙结构由于其在结构性能、生产效率、环境保护等方面的优势而逐渐被广泛应用于房屋工业化建造中.文章从预制装配式混凝土剪力墙结构的概念、优点、结构体系、施工工艺和研究内容等方面进行探讨，指出了装配式混凝土剪力墙结构未来的发展方向.【期刊名称】《廊坊师范学院学报(自然科学版)》【年(卷)，期】2016(016)001【总页»】3页(P95-97)【关键词】装配式混凝土剪力墙结构;应用技术;结构体系;连接技术【作者】鲁伟娜;田莉梅涨春丽【作者单位】廊坊师范学院，河北廊坊065000;廊坊师范学院，河北廊坊065000;廊坊师范学院，河北廊坊065000【正文语种】中文【中图分类】TU37国民经济持续快速发展，房屋建筑市场稳步增长，绿色经济节能环保的要求越来越高，加之社会人口老龄化导致的劳动力成本不断增长，这些因素导致建筑业发展面临环保和节能的压力，而装配式混凝土剪力墙结构和传统现浇钢筋混凝土结构相比，功能、综合经济效益相当，但其装配施工效率更高，更节约资源，建筑实践中逐步得到广泛应用。预制装配结构是指综合地考虑了设计、制作、安装和造价等方面的因素，尽可能地减少现场湿式作业，通过合理的方式将结构分解成很多构件单元，使用可靠的连接方式把各构件单元连接成一个共同作用的结构，这种结构称之为装配式结构。这些构件单元是在专门的混凝土工厂中生产的，使用过程中通过运输工具将预制构件运输到施工现场，由起重设备将构件单元吊装到结构对应的位置上，再进行连接，形成一个整体。剪力墙是指纵横向主要承重构件全部为结构墙的结构。当墙体位于建筑物中一定的位置时，不仅能起到对空间的分隔作用，还能形成一种有效抵抗水平剪力的结构体系。预制装配式剪力墙结构的主要构件是预制或半预制的墙、板，经过现场组装装配、部分现浇而成的混凝土结构。通过工厂化生产、现场装配形成混凝土剪力墙结构，并实现房屋等建筑物或构筑物的建造。构件提前预制好后，运输到施工一线，或在现场预制好后，采用配套的机械进行现场装配施工，通过机械来替代人工，完成构配件装配。2.1简化了房屋建造工艺跟传统的现浇钢筋混凝土房建项目来比，装配式混凝土剪力墙结构大大简化了房屋建造的工艺。由于构配件已经提前预制好，钢筋按设计图纸要求已经安装完毕，主要剩余构配件安装和连接等工作量，明显减少混凝土模板架设、绑扎钢筋和浇筑混凝土等工作，极大地简化了房屋建造工艺。2.2降低了施工现场管理难度传统的现浇钢筋混凝土施工，工序较为复杂，管理环节多，质量控制难度较大，而装配化施工将大大减小施工现场管理难度，尤其是施工预制场地有限或根本没有预制场地的项目，通过场夕卜预制，可有效降低施工现场组织、管理的复杂性。2.3可在一定程度上缩短工期现场或场外预制，将为构配件预制工作提供更多的工作面，部分预制、加工工作可同步进行，预制的效率较高，并且在现场组装前必须完成预制，提前预制将为后续组装、连接等工作留下更充足的作业时间，有利于施工工期的优化和安排。各种构配件现场组装，各项活动的相互制约、影响程度较低，部分工序之间无明显的先后顺序，机械装配替代人工作业，施工效率较高。2.4有效节约资源和能源装配式混凝土剪力墙结构作为装配式混凝土结构中的一种形式，具备装配式结构现场装配速度快、省时省料省力、减少建筑垃圾、降低施工噪声、提高建筑结构性能和功能等优点，符合低碳、绿色环保的建设要求，因此能有效地节约资源和能源。预制装配式混凝土剪力墙结构体系包括装配式大板结构、剪力墙式框架预制钢筋混凝土结构(WR-RC)、后张无粘结预应力装配式剪力墙结构、叠合板式剪力墙结构、全预制装配式剪力墙结构、壁式框架预制钢筋混凝土结构(WR-PC)等多种形式。3.1装配式大板装配式大板结构的房屋是由预制钢筋混凝土墙板和楼板拼装而成的，工业化程度较高，虽然可以进行商品化生产，而且现场施工效率较高，但接缝处容易产生应力集中现象，造成整体性能差，变形不连续。从国内外的研究成果来看，当装配式大板的水平接缝处的剪切滑移被有效控制，竖向接缝拥有足够的耗能水平时，这种结构整体性和连续性较好，也能够满足抗震要求。上世纪80年代，我国的装配式混凝土结构住宅体系主要是装配式大板，另外还有大型屋面板、预制圆孔板、槽形板等预制构件。受模型设计、构件生产、施工与质量等方面的影响，这些结构在整体性、建筑功能和物理性能、抗震等方面存在这样或那样的问题，到90年代，我国这种结构体系逐渐被淘汰和替代。3.2后张无粘结预应力装配式剪力墙结构这种结构体系的优点是：抗震性能好，自恢复能力强。在大震情况下，结构侧向位移较大，残余变形小，破坏主要集中在预制构件连接处，有利于震后修复。一些国外学者对预制混凝土剪力墙竖向通过无粘结预应力筋连接、预制墙体通过预应力筋进行水平连接的连接性能进行了研究，进行了缩尺试件的反复周期荷载试验，结果表明，结构抗震性能良好，试件在破坏时，连接角钢断裂，但墙体和连梁无重大破坏，卸载后结构的残余变形很小。3.3叠合板式剪力墙由叠合式楼板和叠合式墙板组成，另外卜辅以必要的现浇混凝土梁板、剪力墙、边缘构件，共同形成剪力墙结构，称之为叠合板式剪力墙。叠合板式剪力墙低周反复试验表明，这类结构抗侧性能良好，新老混凝土能够较好地协同工作。开洞叠合剪力墙与普通开洞剪力墙抗震性能的对比试验研究表明，两者受力性能基本相同，延性和耗能能力相当，叠合板式剪力墙抗震性能较好，其剪式支架将预制部分与现浇混凝土紧密连接，形成整体来共同工作。水平拼接的叠合板式剪力墙抗震性能研究表明，现浇剪力墙和带竖向接缝的叠合剪力墙在受力过程和破坏形态方面基本一致，二者抗震指标接近，叠合板式剪力墙也具有较好的抗震性能。3.4全预制装配式剪力墙与叠合板式剪力墙不同的是，全预制装配式剪力墙结构体系内外墙板全部为预制，楼板为叠合楼板，墙板之间通过预留金属波纹管进行注浆连接。此类剪力墙结构中间层边节点抗震性能研究表明，装配式试件的刚度、承载力、耗能能力、延性、抗震性能与现浇试件基本接近。缩尺平面和空间模型的低周反复荷载试验表明，试件承载能力和刚度优于规范要求，屈服荷载大于设计地震力，试件能够在中震下保持弹性并达到大震不倒的效果。3.5WR-PC等其他结构体系如日本研发了壁式预制钢筋混凝土结构(W-PC)、壁式框架预制钢筋混凝土结构WR-PC、现浇同等型预制钢筋混凝土结构(R-PC)等结构体系。其中，壁式框架预制钢筋混凝土结构(WR-PC)是在装配式大板结构的基础上发展演变而来的，此类结构在纵向上是由扁平壁状的梁、柱形成刚架，在横向上则是由连层的独立剪力墙构成。壁柱、梁、剪力墙、墙板及屋面板作为结构主要承载构件，部分或全部由钢筋混凝土构件来预制。4.1竖向构件装配施工工艺预制墙体、预制柱是预制装配式剪力墙结构主要的竖向构件，剪力墙结构、墙体是传递竖向荷载的主要构件。装配与连接施工的质量情况直接决定着结构的传力机制以及抗震性能。预制装配式剪力墙结构竖向构件主要施工工艺包括：定位放线和标高抄测、预留插筋并校正、构件吊装、斜撑安装及垂直度校正、水平缝封堵、浆锚孔灌浆等。4.2水平构件装配施工工艺叠合梁、叠合板、阳台、空调板、楼梯等是预制装配式剪力墙结构主要的水平构件。水平构件的施工使整个结构形成整体。预制装配式剪力墙结构水平构件施工工艺包括：测量放线、构件吊装、垂直支撑安装、管线安装、钢筋绑扎及预埋件安装、节点模板安装、节点及叠合板混凝土浇筑等。装配式混凝土剪力墙应用技术研究通常包括以下内容：①装配式混凝土剪力墙结构体系及整体设计技术研究；②装配式混凝土剪力墙结构构件连接技术研究；③装配式混凝土剪力墙结构体系的抗震性能评价。上文中对剪力墙结构体系进行了介绍，这里从接缝作用、构件连接技术进行简要阐述。从接缝对预制剪力墙结构的作用和影响来看，水平接缝的作用是传递竖向荷载并承受水平剪力，竖向接缝的主要作用是传递墙身之间的剪力。可以通过现浇混凝土边缘构件或预埋钢板等连接方式处理竖向接缝。这样既能影响水平接缝受力性能，又制约预制剪力墙整体性能的竖向受力钢筋的连接接头质量将极大的影响混凝土结构的发展。装配式混凝土剪力墙构件连接方式主要包括：预埋钢板焊接、钢筋套筒灌浆连接、设置抗剪键、预埋钢板螺栓连接等。有学者通过对不同钢筋连接方式的预制混凝土墙体进行拟静力试验，从破坏模式、连接刚度退化、滞回性能、强度、耗能能力、延性等方面进行分析对比，结果显示，对于不同钢筋连接方式的装配式剪力墙结构，连接均能满足上述技术要求。目前，我国在装配式混凝土剪力墙结构的研发方面取得了一定的成绩，也积累了大量工程应用经验，今后还应当在以下方面不断完善。进一步引进、研发新型的结构体系，如将钢构件与混凝土结构相结合，在装配式结构体系中引入钢连梁等钢构件，发挥钢构件自重轻、塑性好、可靠性好、连接方便的特点，实现结构体系多样化，科学化。继续优化和深入研究装配式混凝土剪力墙结构构件之间钢筋的连接方式和连接构造，如钢筋套筒灌浆连接就是一种抗震性能优越、经济型指标较好的连接方式，要加大研究力度，在适用的情况下批量应用。⑶提高装配式混凝土剪力墙结构整体性，不拘泥于全预制装配式，结合部分现浇，加强装配式混凝土剪力墙结构整体抗震性能研究，使之在高烈度地震区也能得到推广应用。⑷大力研发先进预制装备和施工工艺，提升预制和装配效率，提升施工设备吊装能力，实现建筑工业化的同时保证预制构件的品质、构件安装精度等。(5)引入信息化施工与管理技术，通过BIM技术实现在装配式混凝土结构建