预制装配式剪力墙结构设计及若干问题探讨

余辉云，马珂

（中铁四局集团有限公司设计研究院，安徽 合肥 230023）

预制装配式剪力墙结构设计及若干问题探讨

余辉云，马珂

（中铁四局集团有限公司设计研究院，安徽 合肥 230023）

采用预制装配式混凝土结构，可以有效节约资源和能源，是今后建筑行业发展的必然趋势。目前，我国预制混凝土装配式建筑在结构设计方面还处于探索阶段。文章首先阐述了装配式结构发展的过程，再分析了墙身钢筋的连接方式；竖向连接在有条件的情况下可采用单排钢筋连接的方式；水平钢筋连接为减少现浇区长度，提出了一种新型的连接方式；最后，对预制结构设计的中相关问题进行探讨并对今后发展方向提出看法。

预制结构；装配率；墙身钢筋连接；全预制

随着近年来中国城市人口的不断扩大，建筑市场也呈现出一片蓬勃发展的迹象。根据研究资料，近5年来,中国城乡住宅新增约64.7亿m2,城镇人均住宅建筑面积达到20m2，这还并不能满足基本需求。如此庞大的建筑市场会带来巨大的资源消耗，并且如今的建筑设计、施工、材料工艺等还是采用传统的生产方式，存在施工进度慢、劳动强度和人力成本高、模板等辅助材料消耗量大、环境依赖程度严重等问题。为此，产业运作方式急需转变，节能减排以及工业化生产是今后建筑行业的必定趋势。预制装配式建筑与传统的建筑业形式相比，具有易于施工、较好的质量控制、降低环境影响、节约劳动力资源等优点。并且在如今国家政策鼓励以及行业发展的背景下，开展预制装配式建筑结构体系研究，进一步了解其结构工作原理和施工工艺，具有很大的社会和经济效益。本文主要通过近些年来各种预制装配式结构体系的发展综合分析设计要点，对其结构设计中若干问题提出看法，并给出了今后装配式结构的研究思路和方向。

早在20世纪50年代，中国就有装配式建筑发展的萌芽，但基本是建立在苏联技术和美国预制混凝土手册的基础上，自我技术力量薄弱，很多设计和施工技术措施都是完全依靠国外。不过国内仍有不少预制大板体系结构在发展，在市场上以东北等寒冷地区为主，仅吉林省就在1979年1年之内建成大板住宅17000多m2[1]。但后续预制大板体系却很快停滞下来，究其原因主要是全装配大板结构自身漏水、不保温等缺陷严重，使居住环境显得不如现浇结构，再经过唐山大地震的震害发现，预制大板结构在预制接缝处破坏严重，给人们形成一种预制构件不牢靠的表现。

从2003年开始，近10多年来，为加快预制装配式结构在我国推广和使用，相应国家和地方政府的出台的相关政策，国内多家单位也已经在实际工程或理论研究中取得相当的成功，并开发研制了自己的公司体系，形成了各具特色的技术方法。如南京大地建设集团有限责任公司的“预制预应力混凝土装配整体式框架结构体系”；北京万科企业有限公司的“装配整体式剪力墙结构体系”；南通建筑工程总承包有限公司的“全预制装配整体式剪力墙结构（NPC）体系”；西伟德混凝土预制件（合肥）有限公司的“叠合板装配整体式混凝土结构体系”；台湾润泰集团的“预制装配式框架结构”；黑龙江宇辉建设集团的“预制装配整体式混凝土剪力墙结构体系”等。这些现有的装配式结构体系中，应用最广、抗震性能试验良好以及理论研究最为成熟的为剪力墙结构体系。该体系具有构件生产简单、规格统一、装配率高等优点，是今后国内预制体系发展的主要方向。

①目前对于预制装配式结构，竖向钢筋连接分为三种方式：套筒灌浆连接、浆锚连接、机械连接［2］。结合规程要求和通过市场数据调研发现，套筒灌浆连接应用最为广泛，也最为成熟。韩超[3]等对国内目前配置套筒灌浆连接的预制构件实验进展进行了讨论，并综合分析，认为其是装配式结构中纵向受力钢筋有效且可靠的钢筋机械连接方式，可在装配式混凝土结构中推广应用。钱稼茹[4]对灌浆套筒连接做了更进一步的研究，分别做了5个试件来对比套筒灌浆连接对钢筋内力传递的影响，结果表明竖向钢筋采用灌浆套筒连接下，整体剪力墙耗能与现浇结构相差不大。

②为使竖向钢筋连接施工方便，减少套筒数量，结构设计中应使用较大的钢筋直径，采用间隔交错放置套筒的方法，从而减少钢筋根数，以提高工业化施工进度。当结构刚度富裕量较大时，可将上层墙体与下层墙体之间按半刚性连接设计，即此段墙体对结构整体刚度的影响可以部分考虑，将两排钢筋变为一排粗钢筋。张微敬[5]等通过3个试件的拟静力试验，研究预制墙体竖向钢筋连接筋采用单排布置时的抗震性能试验，结果表明此种连接方式是可行的，能有效传递钢筋应力。

图1 预制墙体单根纵筋连接示意

图2 附加矩形箍与短钢筋连接示意

①对于剪力墙水平钢筋连接，由于在现场操作较为方便，故在规程和实际施工中均采用搭接连接，其最常用的方式为预留U型钢筋连接。但现场施工过程中，会存在工人在吊装预制墙体时，出现两边预留钢筋打架的情况，极大影响施工质量和工期。为此，宜采用水平钢筋预留直线锚固的方式，但为满足锚固长度，会早造成现浇区域过大的情况，降低装配率。日本藤田公司[6]在自发研制的FPRC-II预制框架结构施工工法中，也遇到框架梁底部钢筋直线锚固不足的情况。对此，藤田公司对梁底部钢筋周围一圈采取附加钢筋的方式来解决，认为附加插筋和螺旋箍筋的作用能够有效的限制钢筋相对于混凝土的滑移，其锚固长度的降低所带来的抗滑移摩擦力能够被外部附加钢筋和柱内混凝土咬合来补上，并做了专项结构审查和大量试验论证。

②为增加装配率而解决墙体水平钢筋锚固长度不足的情况，现场可仅预留250mm长的现浇区域，待预制墙体现场吊装就位后，在附加封闭矩形箍，最后在箍筋中部焊接上横向短钢筋，如图二所示。对于附加的钢筋能否增加现浇区域内混凝土与剪力墙水平钢筋的握裹力，减少钢筋的滑移，函待试验的验证，但此种连接工艺应是今后预制剪力墙水平钢筋连接的设计思路。

①对于一些层数不高的居住建筑，可将框架结构较为简洁的设计思路与“一”字型预制剪力墙板结合起来，形成带预制端柱的剪力墙结构体系，能够有效的解决现有端部转角处剪力墙边缘构件仍采用现浇的方式。另外如果对设计进行进一步优化，可将所有的端柱尺寸标准化，大大提高装配率。预制端柱和“一”字型预制剪力墙板的竖向钢筋连接可采用灌浆套筒连接，墙体一端预留250mm长的现场浇筑区用于连接端柱；对于一些简单规则并且跨度不大的结构，可将一半跨度的框架梁与节点区预制端柱整体预制，形成柱梁结合部位一体型预制方式，如图3所示。整个预制柱就由3段预制节点构成，进一步提高装配率。但由于此种结构方式理论上等同于框剪结构，对于高度的限制和端柱剪力的放大在设计时也应重点考虑。

图3 预制柱梁结合部位一体型预制方式连接示意

②现阶段而言，对于所有预制剪力墙结构体系来说，边缘构件位置仍然采用传统现浇方式，限制了装配率的提高。笔者认为今后预制剪力墙结构体系攻克的重点是全预制剪力墙结构，即剪力墙墙身构件全部在工厂预制而成。以最为常见的“L”型剪力墙为例，设计中可将墙体优化成统一尺寸的构件，对于一些长度较长的构件，从中部对称分割成两种型号一致的墙体，待到现场在进行拼装。至于在预制工厂中养护工艺，可将“L型”墙板构件采用“正反浇筑”方式，同批预制量的一半采用正浇，另一半构件采用反浇。预养护3h～4h后，叠加为“互扣”构件，再进入蒸养室养护，最大限度提高了养护效率。

TU391

A

1007-7359（2016）05-0212-02

10.16330/j.cnki.1007-7359.2016.05.075

余辉云（1977-），男，安徽合肥人，毕业于中国科学技术大学，硕士；工程师，国家一级注册人防工程师。