裝配式混凝土剪力墻結構及應用技術綜述

裝配式混凝土剪力墻結構及應用技術綜述魯偉娜;田莉梅漲春麗【摘要】裝配式混凝土剪力墻結構由于其在結構性能、生產效率、環(huán)境保護等方面的優(yōu)勢而逐漸被廣泛應用于房屋工業(yè)化建造中.文章從預制裝配式混凝土剪力墻結構的概念、優(yōu)點、結構體系、施工工藝和研究內容等方面進行探討，指出了裝配式混凝土剪力墻結構未來的發(fā)展方向.【期刊名稱】《廊坊師范學院學報(自然科學版)》【年(卷)，期】2016(016)001【總頁?】3頁(P95-97)【關鍵詞】裝配式混凝土剪力墻結構;應用技術;結構體系;連接技術【作者】魯偉娜;田莉梅漲春麗【作者單位】廊坊師范學院，河北廊坊065000;廊坊師范學院，河北廊坊065000;廊坊師范學院，河北廊坊065000【正文語種】中文【中圖分類】TU37國民經濟持續(xù)快速發(fā)展，房屋建筑市場穩(wěn)步增長，綠色經濟節(jié)能環(huán)保的要求越來越高，加之社會人口老齡化導致的勞動力成本不斷增長，這些因素導致建筑業(yè)發(fā)展面臨環(huán)保和節(jié)能的壓力，而裝配式混凝土剪力墻結構和傳統(tǒng)現(xiàn)澆鋼筋混凝土結構相比，功能、綜合經濟效益相當，但其裝配施工效率更高，更節(jié)約資源，建筑實踐中逐步得到廣泛應用。預制裝配結構是指綜合地考慮了設計、制作、安裝和造價等方面的因素，盡可能地減少現(xiàn)場濕式作業(yè)，通過合理的方式將結構分解成很多構件單元，使用可靠的連接方式把各構件單元連接成一個共同作用的結構，這種結構稱之為裝配式結構。這些構件單元是在專門的混凝土工廠中生產的，使用過程中通過運輸工具將預制構件運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場，由起重設備將構件單元吊裝到結構對應的位置上，再進行連接，形成一個整體。剪力墻是指縱橫向主要承重構件全部為結構墻的結構。當墻體位于建筑物中一定的位置時，不僅能起到對空間的分隔作用，還能形成一種有效抵抗水平剪力的結構體系。預制裝配式剪力墻結構的主要構件是預制或半預制的墻、板，經過現(xiàn)場組裝裝配、部分現(xiàn)澆而成的混凝土結構。通過工廠化生產、現(xiàn)場裝配形成混凝土剪力墻結構，并實現(xiàn)房屋等建筑物或構筑物的建造。構件提前預制好后，運輸?shù)绞┕ひ痪€，或在現(xiàn)場預制好后，采用配套的機械進行現(xiàn)場裝配施工，通過機械來替代人工，完成構配件裝配。2.1簡化了房屋建造工藝跟傳統(tǒng)的現(xiàn)澆鋼筋混凝土房建項目來比，裝配式混凝土剪力墻結構大大簡化了房屋建造的工藝。由于構配件已經提前預制好，鋼筋按設計圖紙要求已經安裝完畢，主要剩余構配件安裝和連接等工作量，明顯減少混凝土模板架設、綁扎鋼筋和澆筑混凝土等工作，極大地簡化了房屋建造工藝。2.2降低了施工現(xiàn)場管理難度傳統(tǒng)的現(xiàn)澆鋼筋混凝土施工，工序較為復雜，管理環(huán)節(jié)多，質量控制難度較大，而裝配化施工將大大減小施工現(xiàn)場管理難度，尤其是施工預制場地有限或根本沒有預制場地的項目，通過場夕卜預制，可有效降低施工現(xiàn)場組織、管理的復雜性。2.3可在一定程度上縮短工期現(xiàn)場或場外預制，將為構配件預制工作提供更多的工作面，部分預制、加工工作可同步進行，預制的效率較高，并且在現(xiàn)場組裝前必須完成預制，提前預制將為后續(xù)組裝、連接等工作留下更充足的作業(yè)時間，有利于施工工期的優(yōu)化和安排。各種構配件現(xiàn)場組裝，各項活動的相互制約、影響程度較低，部分工序之間無明顯的先后順序，機械裝配替代人工作業(yè)，施工效率較高。2.4有效節(jié)約資源和能源裝配式混凝土剪力墻結構作為裝配式混凝土結構中的一種形式，具備裝配式結構現(xiàn)場裝配速度快、省時省料省力、減少建筑垃圾、降低施工噪聲、提高建筑結構性能和功能等優(yōu)點，符合低碳、綠色環(huán)保的建設要求，因此能有效地節(jié)約資源和能源。預制裝配式混凝土剪力墻結構體系包括裝配式大板結構、剪力墻式框架預制鋼筋混凝土結構(WR-RC)、后張無粘結預應力裝配式剪力墻結構、疊合板式剪力墻結構、全預制裝配式剪力墻結構、壁式框架預制鋼筋混凝土結構(WR-PC)等多種形式。3.1裝配式大板裝配式大板結構的房屋是由預制鋼筋混凝土墻板和樓板拼裝而成的，工業(yè)化程度較高，雖然可以進行商品化生產，而且現(xiàn)場施工效率較高，但接縫處容易產生應力集中現(xiàn)象，造成整體性能差，變形不連續(xù)。從國內外的研究成果來看，當裝配式大板的水平接縫處的剪切滑移被有效控制，豎向接縫擁有足夠的耗能水平時，這種結構整體性和連續(xù)性較好，也能夠滿足抗震要求。上世紀80年代，我國的裝配式混凝土結構住宅體系主要是裝配式大板，另外還有大型屋面板、預制圓孔板、槽形板等預制構件。受模型設計、構件生產、施工與質量等方面的影響，這些結構在整體性、建筑功能和物理性能、抗震等方面存在這樣或那樣的問題，到90年代，我國這種結構體系逐漸被淘汰和替代。3.2后張無粘結預應力裝配式剪力墻結構這種結構體系的優(yōu)點是：抗震性能好，自恢復能力強。在大震情況下，結構側向位移較大，殘余變形小，破壞主要集中在預制構件連接處，有利于震后修復。一些國外學者對預制混凝土剪力墻豎向通過無粘結預應力筋連接、預制墻體通過預應力筋進行水平連接的連接性能進行了研究，進行了縮尺試件的反復周期荷載試驗，結果表明，結構抗震性能良好，試件在破壞時，連接角鋼斷裂，但墻體和連梁無重大破壞，卸載后結構的殘余變形很小。3.3疊合板式剪力墻由疊合式樓板和疊合式墻板組成，另外卜輔以必要的現(xiàn)澆混凝土梁板、剪力墻、邊緣構件，共同形成剪力墻結構，稱之為疊合板式剪力墻。疊合板式剪力墻低周反復試驗表明，這類結構抗側性能良好，新老混凝土能夠較好地協(xié)同工作。開洞疊合剪力墻與普通開洞剪力墻抗震性能的對比試驗研究表明，兩者受力性能基本相同，延性和耗能能力相當，疊合板式剪力墻抗震性能較好，其剪式支架將預制部分與現(xiàn)澆混凝土緊密連接，形成整體來共同工作。水平拼接的疊合板式剪力墻抗震性能研究表明，現(xiàn)澆剪力墻和帶豎向接縫的疊合剪力墻在受力過程和破壞形態(tài)方面基本一致，二者抗震指標接近，疊合板式剪力墻也具有較好的抗震性能。3.4全預制裝配式剪力墻與疊合板式剪力墻不同的是，全預制裝配式剪力墻結構體系內外墻板全部為預制，樓板為疊合樓板，墻板之間通過預留金屬波紋管進行注漿連接。此類剪力墻結構中間層邊節(jié)點抗震性能研究表明，裝配式試件的剛度、承載力、耗能能力、延性、抗震性能與現(xiàn)澆試件基本接近。縮尺平面和空間模型的低周反復荷載試驗表明，試件承載能力和剛度優(yōu)于規(guī)范要求，屈服荷載大于設計地震力，試件能夠在中震下保持彈性并達到大震不倒的效果。3.5WR-PC等其他結構體系如日本研發(fā)了壁式預制鋼筋混凝土結構(W-PC)、壁式框架預制鋼筋混凝土結構WR-PC、現(xiàn)澆同等型預制鋼筋混凝土結構(R-PC)等結構體系。其中，壁式框架預制鋼筋混凝土結構(WR-PC)是在裝配式大板結構的基礎上發(fā)展演變而來的，此類結構在縱向上是由扁平壁狀的梁、柱形成剛架，在橫向上則是由連層的獨立剪力墻構成。壁柱、梁、剪力墻、墻板及屋面板作為結構主要承載構件，部分或全部由鋼筋混凝土構件來預制。4.1豎向構件裝配施工工藝預制墻體、預制柱是預制裝配式剪力墻結構主要的豎向構件，剪力墻結構、墻體是傳遞豎向荷載的主要構件。裝配與連接施工的質量情況直接決定著結構的傳力機制以及抗震性能。預制裝配式剪力墻結構豎向構件主要施工工藝包括：定位放線和標高抄測、預留插筋并校正、構件吊裝、斜撐安裝及垂直度校正、水平縫封堵、漿錨孔灌漿等。4.2水平構件裝配施工工藝疊合梁、疊合板、陽臺、空調板、樓梯等是預制裝配式剪力墻結構主要的水平構件。水平構件的施工使整個結構形成整體。預制裝配式剪力墻結構水平構件施工工藝包括：測量放線、構件吊裝、垂直支撐安裝、管線安裝、鋼筋綁扎及預埋件安裝、節(jié)點模板安裝、節(jié)點及疊合板混凝土澆筑等。裝配式混凝土剪力墻應用技術研究通常包括以下內容：①裝配式混凝土剪力墻結構體系及整體設計技術研究；②裝配式混凝土剪力墻結構構件連接技術研究；③裝配式混凝土剪力墻結構體系的抗震性能評價。上文中對剪力墻結構體系進行了介紹，這里從接縫作用、構件連接技術進行簡要闡述。從接縫對預制剪力墻結構的作用和影響來看，水平接縫的作用是傳遞豎向荷載并承受水平剪力，豎向接縫的主要作用是傳遞墻身之間的剪力?？梢酝ㄟ^現(xiàn)澆混凝土邊緣構件或預埋鋼板等連接方式處理豎向接縫。這樣既能影響水平接縫受力性能，又制約預制剪力墻整體性能的豎向受力鋼筋的連接接頭質量將極大的影響混凝土結構的發(fā)展。裝配式混凝土剪力墻構件連接方式主要包括：預埋鋼板焊接、鋼筋套筒灌漿連接、設置抗剪鍵、預埋鋼板螺栓連接等。有學者通過對不同鋼筋連接方式的預制混凝土墻體進行擬靜力試驗，從破壞模式、連接剛度退化、滯回性能、強度、耗能能力、延性等方面進行分析對比，結果顯示，對于不同鋼筋連接方式的裝配式剪力墻結構，連接均能滿足上述技術要求。目前，我國在裝配式混凝土剪力墻結構的研發(fā)方面取得了一定的成績，也積累了大量工程應用經驗，今后還應當在以下方面不斷完善。進一步引進、研發(fā)新型的結構體系，如將鋼構件與混凝土結構相結合，在裝配式結構體系中引入鋼連梁等鋼構件，發(fā)揮鋼構件自重輕、塑性好、可靠性好、連接方便的特點，實現(xiàn)結構體系多樣化，科學化。繼續(xù)優(yōu)化和深入研究裝配式混凝土剪力墻結構構件之間鋼筋的連接方式和連接構造，如鋼筋套筒灌漿連接就是一種抗震性能優(yōu)越、經濟型指標較好的連接方式，要加大研究力度，在適用的情況下批量應用。⑶提高裝配式混凝土剪力墻結構整體性，不拘泥于全預制裝配式，結合部分現(xiàn)澆，加強裝配式混凝土剪力墻結構整體抗震性能研究，使之在高烈度地震區(qū)也能得到推廣應用。⑷大力研發(fā)先進預制裝備和施工工藝，提升預制和裝配效率，提升施工設備吊裝能力，實現(xiàn)建筑工業(yè)化的同時保證預制構件的品質、構件安裝精度等。(5)引入信息化施工與管理技術，通過BIM技術實現(xiàn)在裝配式混凝土結構建