裝配式混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)及應(yīng)用技術(shù)綜述

裝配式混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)及應(yīng)用技術(shù)綜述魯偉娜;田莉梅漲春麗【摘要】裝配式混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)由于其在結(jié)構(gòu)性能、生產(chǎn)效率、環(huán)境保護(hù)等方面的優(yōu)勢而逐漸被廣泛應(yīng)用于房屋工業(yè)化建造中.文章從預(yù)制裝配式混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)的概念、優(yōu)點(diǎn)、結(jié)構(gòu)體系、施工工藝和研究內(nèi)容等方面進(jìn)行探討，指出了裝配式混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)未來的發(fā)展方向.【期刊名稱】《廊坊師范學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版)》【年(卷)，期】2016(016)001【總頁?】3頁(P95-97)【關(guān)鍵詞】裝配式混凝土剪力墻結(jié)構(gòu);應(yīng)用技術(shù);結(jié)構(gòu)體系;連接技術(shù)【作者】魯偉娜;田莉梅漲春麗【作者單位】廊坊師范學(xué)院，河北廊坊065000;廊坊師范學(xué)院，河北廊坊065000;廊坊師范學(xué)院，河北廊坊065000【正文語種】中文【中圖分類】TU37國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速發(fā)展，房屋建筑市場穩(wěn)步增長，綠色經(jīng)濟(jì)節(jié)能環(huán)保的要求越來越高，加之社會人口老齡化導(dǎo)致的勞動力成本不斷增長，這些因素導(dǎo)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(jié)構(gòu)和傳統(tǒng)現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比，功能、綜合經(jīng)濟(jì)效益相當(dāng)，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(yīng)用。預(yù)制裝配結(jié)構(gòu)是指綜合地考慮了設(shè)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(jié)構(gòu)分解成很多構(gòu)件單元，使用可靠的連接方式把各構(gòu)件單元連接成一個共同作用的結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)稱之為裝配式結(jié)構(gòu)。這些構(gòu)件單元是在專門的混凝土工廠中生產(chǎn)的，使用過程中通過運(yùn)輸工具將預(yù)制構(gòu)件運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場，由起重設(shè)備將構(gòu)件單元吊裝到結(jié)構(gòu)對應(yīng)的位置上，再進(jìn)行連接，形成一個整體。剪力墻是指縱橫向主要承重構(gòu)件全部為結(jié)構(gòu)墻的結(jié)構(gòu)。當(dāng)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(jié)構(gòu)體系。預(yù)制裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)的主要構(gòu)件是預(yù)制或半預(yù)制的墻、板，經(jīng)過現(xiàn)場組裝裝配、部分現(xiàn)澆而成的混凝土結(jié)構(gòu)。通過工廠化生產(chǎn)、現(xiàn)場裝配形成混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)，并實現(xiàn)房屋等建筑物或構(gòu)筑物的建造。構(gòu)件提前預(yù)制好后，運(yùn)輸?shù)绞┕ひ痪€，或在現(xiàn)場預(yù)制好后，采用配套的機(jī)械進(jìn)行現(xiàn)場裝配施工，通過機(jī)械來替代人工，完成構(gòu)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(jié)構(gòu)大大簡化了房屋建造的工藝。由于構(gòu)配件已經(jīng)提前預(yù)制好，鋼筋按設(shè)計圖紙要求已經(jīng)安裝完畢，主要剩余構(gòu)配件安裝和連接等工作量，明顯減少混凝土模板架設(shè)、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(fù)雜，管理環(huán)節(jié)多，質(zhì)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(yù)制場地有限或根本沒有預(yù)制場地的項目，通過場夕卜預(yù)制，可有效降低施工現(xiàn)場組織、管理的復(fù)雜性。2.3可在一定程度上縮短工期現(xiàn)場或場外預(yù)制，將為構(gòu)配件預(yù)制工作提供更多的工作面，部分預(yù)制、加工工作可同步進(jìn)行，預(yù)制的效率較高，并且在現(xiàn)場組裝前必須完成預(yù)制，提前預(yù)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(gòu)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(jī)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(jié)構(gòu)作為裝配式混凝土結(jié)構(gòu)中的一種形式，具備裝配式結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)性能和功能等優(yōu)點(diǎn)，符合低碳、綠色環(huán)保的建設(shè)要求，因此能有效地節(jié)約資源和能源。預(yù)制裝配式混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)體系包括裝配式大板結(jié)構(gòu)、剪力墻式框架預(yù)制鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)(WR-RC)、后張無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)、疊合板式剪力墻結(jié)構(gòu)、全預(yù)制裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)、壁式框架預(yù)制鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)(WR-PC)等多種形式。3.1裝配式大板裝配式大板結(jié)構(gòu)的房屋是由預(yù)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(jìn)行商品化生產(chǎn)，而且現(xiàn)場施工效率較高，但接縫處容易產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，造成整體性能差，變形不連續(xù)。從國內(nèi)外的研究成果來看，當(dāng)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(jié)構(gòu)整體性和連續(xù)性較好，也能夠滿足抗震要求。上世紀(jì)80年代，我國的裝配式混凝土結(jié)構(gòu)住宅體系主要是裝配式大板，另外還有大型屋面板、預(yù)制圓孔板、槽形板等預(yù)制構(gòu)件。受模型設(shè)計、構(gòu)件生產(chǎn)、施工與質(zhì)量等方面的影響，這些結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)體系逐漸被淘汰和替代。3.2后張無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)這種結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)點(diǎn)是：抗震性能好，自恢復(fù)能力強(qiáng)。在大震情況下，結(jié)構(gòu)側(cè)向位移較大，殘余變形小，破壞主要集中在預(yù)制構(gòu)件連接處，有利于震后修復(fù)。一些國外學(xué)者對預(yù)制混凝土剪力墻豎向通過無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋連接、預(yù)制墻體通過預(yù)應(yīng)力筋進(jìn)行水平連接的連接性能進(jìn)行了研究，進(jìn)行了縮尺試件的反復(fù)周期荷載試驗，結(jié)果表明，結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(gòu)件，共同形成剪力墻結(jié)構(gòu)，稱之為疊合板式剪力墻。疊合板式剪力墻低周反復(fù)試驗表明，這類結(jié)構(gòu)抗側(cè)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(dāng)，疊合板式剪力墻抗震性能較好，其剪式支架將預(yù)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(biāo)接近，疊合板式剪力墻也具有較好的抗震性能。3.4全預(yù)制裝配式剪力墻與疊合板式剪力墻不同的是，全預(yù)制裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)體系內(nèi)外墻板全部為預(yù)制，樓板為疊合樓板，墻板之間通過預(yù)留金屬波紋管進(jìn)行注漿連接。此類剪力墻結(jié)構(gòu)中間層邊節(jié)點(diǎn)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?？s尺平面和空間模型的低周反復(fù)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(shè)計地震力，試件能夠在中震下保持彈性并達(dá)到大震不倒的效果。3.5WR-PC等其他結(jié)構(gòu)體系如日本研發(fā)了壁式預(yù)制鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)(W-PC)、壁式框架預(yù)制鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)WR-PC、現(xiàn)澆同等型預(yù)制鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)(R-PC)等結(jié)構(gòu)體系。其中，壁式框架預(yù)制鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)(WR-PC)是在裝配式大板結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上發(fā)展演變而來的，此類結(jié)構(gòu)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(dú)立剪力墻構(gòu)成。壁柱、梁、剪力墻、墻板及屋面板作為結(jié)構(gòu)主要承載構(gòu)件，部分或全部由鋼筋混凝土構(gòu)件來預(yù)制。4.1豎向構(gòu)件裝配施工工藝預(yù)制墻體、預(yù)制柱是預(yù)制裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)主要的豎向構(gòu)件，剪力墻結(jié)構(gòu)、墻體是傳遞豎向荷載的主要構(gòu)件。裝配與連接施工的質(zhì)量情況直接決定著結(jié)構(gòu)的傳力機(jī)制以及抗震性能。預(yù)制裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)豎向構(gòu)件主要施工工藝包括：定位放線和標(biāo)高抄測、預(yù)留插筋并校正、構(gòu)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(gòu)件裝配施工工藝疊合梁、疊合板、陽臺、空調(diào)板、樓梯等是預(yù)制裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)主要的水平構(gòu)件。水平構(gòu)件的施工使整個結(jié)構(gòu)形成整體。預(yù)制裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)水平構(gòu)件施工工藝包括：測量放線、構(gòu)件吊裝、垂直支撐安裝、管線安裝、鋼筋綁扎及預(yù)埋件安裝、節(jié)點(diǎn)模板安裝、節(jié)點(diǎn)及疊合板混凝土澆筑等。裝配式混凝土剪力墻應(yīng)用技術(shù)研究通常包括以下內(nèi)容：①裝配式混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)體系及整體設(shè)計技術(shù)研究；②裝配式混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)構(gòu)件連接技術(shù)研究；③裝配式混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)體系的抗震性能評價。上文中對剪力墻結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行了介紹，這里從接縫作用、構(gòu)件連接技術(shù)進(jìn)行簡要闡述。從接縫對預(yù)制剪力墻結(jié)構(gòu)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(gòu)件或預(yù)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(yù)制剪力墻整體性能的豎向受力鋼筋的連接接頭質(zhì)量將極大的影響混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展。裝配式混凝土剪力墻構(gòu)件連接方式主要包括：預(yù)埋鋼板焊接、鋼筋套筒灌漿連接、設(shè)置抗剪鍵、預(yù)埋鋼板螺栓連接等。有學(xué)者通過對不同鋼筋連接方式的預(yù)制混凝土墻體進(jìn)行擬靜力試驗，從破壞模式、連接剛度退化、滯回性能、強(qiáng)度、耗能能力、延性等方面進(jìn)行分析對比，結(jié)果顯示，對于不同鋼筋連接方式的裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)，連接均能滿足上述技術(shù)要求。目前，我國在裝配式混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)的研發(fā)方面取得了一定的成績，也積累了大量工程應(yīng)用經(jīng)驗，今后還應(yīng)當(dāng)在以下方面不斷完善。進(jìn)一步引進(jìn)、研發(fā)新型的結(jié)構(gòu)體系，如將鋼構(gòu)件與混凝土結(jié)構(gòu)相結(jié)合，在裝配式結(jié)構(gòu)體系中引入鋼連梁等鋼構(gòu)件，發(fā)揮鋼構(gòu)件自重輕、塑性好、可靠性好、連接方便的特點(diǎn)，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)體系多樣化，科學(xué)化。繼續(xù)優(yōu)化和深入研究裝配式混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)構(gòu)件之間鋼筋的連接方式和連接構(gòu)造，如鋼筋套筒灌漿連接就是一種抗震性能優(yōu)越、經(jīng)濟(jì)型指標(biāo)較好的連接方式，要加大研究力度，在適用的情況下批量應(yīng)用。⑶提高裝配式混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)整體性，不拘泥于全預(yù)制裝配式，結(jié)合部分現(xiàn)澆，加強(qiáng)裝配式混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)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(yīng)用。⑷大力研發(fā)先進(jìn)預(yù)制裝備和施工工藝，提升預(yù)制和裝配效率，提升施工設(shè)備吊裝能力，實現(xiàn)建筑工業(yè)化的同時保證預(yù)制構(gòu)件的品質(zhì)、構(gòu)件安裝精度等。(5)引入信息化施工與管理技術(shù)，通過BIM技術(shù)實現(xiàn)在裝配式混凝土結(jié)構(gòu)建