探究预制装配式型钢混凝土剪力墙的设计方法

翟亚光高 林,2李炎锡王炜翰

(1华北理工大学建筑工程学院， 河北 唐山 063210； 2河北省地震工程研究中心， 河北 唐山 063210)

（3 华北理工大学以升创新教育基地， 河北 唐山 063210)

探究预制装配式型钢混凝土剪力墙的设计方法

翟亚光1高 林1,2李炎锡1王炜翰3

(1华北理工大学建筑工程学院， 河北 唐山 063210； 2河北省地震工程研究中心， 河北 唐山 063210)

（3 华北理工大学以升创新教育基地， 河北 唐山 063210)

剪力墙是建筑工程中的重要组成部分，主要承担建筑的风荷载、地震荷载，从而达到提升建筑稳定性和安全性的作用，被称之为建筑工程的抗震墙。传统剪力墙主要选择钢筋混凝土剪力墙，预制装配式型钢混凝土剪力墙是现代建筑工程提出的新型剪力墙类型，具有改善平面内受压区性能、提升延展性和墙肢受力性能的特点，还可以有效提升施工效率。故此，展开对预制装配式型钢混凝土剪力墙展开分析，并详细的对剪力墙的设计方法进行阐述。

预制；装配式型钢混凝土；剪力墙；设计方法

建筑工程是服务于人类的重要工程项目，为实现对建筑工程的安全性和稳定性提升，则需展开对剪力墙的建设，从而达到改善建筑工程受力情况，且提升建筑工程的抗震性能，进而达到提升建筑工程整体安全性和功能性的目的。预制装配式型钢混凝土剪力墙是一种抗震性能良好的剪力墙类型。但是，在实际的应用中，存在设计不够理想的情况，导致预制装配式剪力墙的功能受到干扰，亟需改进，基于此，本文对预制装配式型钢混凝土剪力墙展开分析，对具体节点连接构造和抗震性能等进行设计，具体内容如下。

1 预制装配式型钢混凝土剪力墙分析

预制装配式型钢混凝土剪力墙是将型钢加入到钢筋混凝土中，从而形成一种具有抗震性能更高和稳定性更强的剪力墙类型，并通过预制装配式结构设计和施工工艺，可以有效减少传统剪力墙施工的繁琐工序，达到提升施工效率和施工质量的目的，推动建筑工程的整体抗震性能的提升。预制装配式型钢混凝土剪力墙主要选择吊装的方式展开施工，吊装选择分段吊装的方式，上下层柱的接头位置需选择在各层楼面结构层的位置，达到便于安装测量和拼装工作。吊装完成后，则展开对型钢柱基础节的安装，具体安装中，需要保障型钢柱处于地下室底板1.6m深度的承台中，具体插入深度为1.35m。由于选择预制装配式型钢混剪力墙，则不需要展开浇筑工作，安装完成后，选择膨胀螺栓展开固定，从而实现对预制装配式型钢混凝土剪力墙的施工，降低安全隐患和质量隐患。

选择预制装配式型钢混凝土剪力墙，可以有效转变传统剪力墙的施工方式，可以达到提升剪力墙的功能性和抗震性能的目的，进而规避剪力墙的安全性问题。而且，选择预制装配式型钢混凝土剪力墙，可以有效减少施工强度，达到提升施工整体效率，降低建筑工程剪力墙施工的成本，推动项目的顺利完成。

本文为完成对预制装配式型钢混凝土剪力墙的设计，则选择某一具体的建筑工程为例，详细的对预制装配式型钢混凝土建立的设计展开分析。该建筑工程选择预制装配式型钢混凝土剪力墙，其中，具体的楼板厚度参数详见下表1：

表1：该建筑工程的楼板厚度情况表

且该建筑中，地上1～12层，均选择钢骨混凝土柱，且剪力墙主要选择强度为C45～C60的混凝土，并选择预制装配式型钢混凝土剪力墙。现针对该建筑工程的装配式型钢混凝土剪力墙的设计进行分析，解读具体的设计方法和质量控制措施。

2 预制装配式型钢混凝土剪力墙设计方法

预制装配式型钢混凝土剪力墙，比传统建筑剪力墙的抗震性能和稳定性更高，并有助于提升建筑工程的施工效率，从而推动建筑的效益与价值，现针对该类剪力墙的具体设计方法进行解读，具体内容如下。

2.1 预制装配式型钢混凝土剪力墙节点连接设计

预制装配式型钢混凝土节点的性能对墙体的抗震性能和稳定性具有直接的影响。受到地震作用的影响，剪力墙中主要由型钢起到承载力的部分，实现对压力和拉力的承担，还能对剪力墙和楼板水平接缝处的剪力进行承担，并完成对剪力墙的整体约束，从而保障剪力墙的功能性。传统的型钢混凝土结构中，对于型钢的连接主要选择焊接和螺栓固定的方式。但是，在预制装配式型钢混凝土剪力墙的设计时，如果采用传统的焊接和螺栓连接方式，会受到结构分布和空间等的干扰，导致型钢连接的效果不够理想。故此，对于预制装配式型钢混凝土的节点连接处设计，本工程选择灌浆销栓式套筒连接节点。选择这类连接节点，可以达到提升预制装配式型钢混凝土剪力墙整体连接效果的目的。

在具体的预制装配式型钢混凝土剪力墙节点连接时选择灌浆销栓式套筒连接节点，主要是由于结构空间较小，单纯采用销栓连接无法满足锚固强度，借助套筒内部灌注高强纤维灌浆材料，实现对连接强度的补强，达到提升预制装配式型钢混凝土剪力墙的目的。本工程中，在具体的预制装配式型钢混凝土剪力墙布置方式，如下图1所示。

图1：本工程中预制装配式型钢混凝土剪力墙的布置方式

根据本工程的具体施工条件，得到预留后浇筑楼板结构的施工空间较小，选择常规节点连接方式的效果不够理想，故此，针对预制装配式型钢混凝土剪力墙则选择灌浆销栓式套筒连接节点的方式，并展开上下两部分剪力墙同时施工的方式，进而完成对预制装配式型钢混凝土剪力墙的设计。

具体的设计方式为：上下两片剪力墙，在纵向和横向均选择灌浆销栓式套筒连接节点，选择方形钢套筒对上、下剪力墙的顶部预留的型钢展开套箍作业，再选择销栓将型钢和套筒进行穿过，从而达到类似螺栓的紧固作用。完成后，则向套筒内部进行高强纤维灌浆料的灌注，待其达到一定时间后，则展开二次灌浆的方式。针对工程的基本情况，需要结合具体的工程情况，完成对型钢截面棉结的选取和套筒与型钢截面比的选择。

2.2 预制装配式型钢混凝土剪力墙节点连接试验研究

本文选择Strainbook数据采集系统作为预制装配式型钢混凝土连接节点单向拉伸试验的基础，并选择加载5000kN的压力机，展开荷载实验，并保持荷载加持过程中的轴向力匀速增加，直到型钢或是连接点出现损坏的情况。从而完成对具体型钢截面积、型钢与套筒截面比的选择。具体试验模型选择1:1的正常模型。

（1）对于型钢截面面积的选取，预制装配式型钢混凝土剪力墙的承载能力和抗震性能的影响，也就使得型钢的截面尺寸存在差异。通过试验研究，可以得到满足本工程的型钢尺寸图如下图2所示。

图2：型钢尺寸图

（2）在获取型钢尺寸后，则需要对具体的型钢截面与套筒的截面比进行选择。相关实践表明，套筒的壁厚是影响套筒力学性能的关键因素，而截面比则是影响连接节点力学性能的重要数值。如果截面比过小，则会导致套筒发生破坏过早的情况，从而造成连接节点性能不佳，进而威胁预制装配式型钢混凝土剪力墙的功能。但是，如果截面比过大，能够对连接节点的性能进行保障，却会造成钢材浪费的情况。故此，本文在具体的截面比设计中，结合已选择型钢尺寸情况，分别对套筒的厚度选择0.4cm和0.5cm两种，并得到具体的截面比。具体套筒和型钢尺寸如下 图3所示。

图3：套筒和型钢尺寸情况图

（3）锚固长度设计。为了保预制装备是型钢混凝土剪力墙的功能性和安全性，必须展开对型钢锚固长度的设计。主要是因为型钢的锚固长度对型钢和灌浆料之间的结合水平具有直接影响。且由于剪力墙的横向连接高度150mm≤l≤200mm，故此，可以得到l锚固≤100mm。结合展开的试验，并展开相关计算，可以将锚固长度的取值固定在修70mm≤l锚固≤100mm。

（4）销栓直径的设计。销栓直径d对于销栓的抗剪性能具有直接影响，还会对节点的整体性能造成影响。结合具体试验和空间情况，则d=6mm或d=8mm。并选择单侧4只销栓，完成对型钢和套筒的固定。

（5）灌浆料强度设计。灌浆料是影响预制装配式型钢混凝土剪力墙的关键，针对这一部分，必须重视对灌浆料强度的设计。本文在强度设计时，在综合分析后，选择80Mpa和100Mpa的两种强度的灌浆材料。并借助最终试验结果完成对材料强度的选择。

（6）预制装配式型钢混凝土节点连接抗震性能设计。节点的抗震性能设计是影响装配式型钢混凝土剪力墙设计质量的关键。为完成对节点连接抗震性能设计，需要展开抗震性能连接实验。选择模型比例为1:3，具体的混凝土强度为C40，钢筋为HRB400级，箍筋为HRB335级。并对其展开拉、压，运用Strainbook数据采集系统，完成对各项参数的分析，具体的装置图如下图4所示。

图4：节点连接的抗震性能试验

具体实验动作器选择250kN液压动作器，并在每个级荷载状态下，展开试验，分析试件的开裂情况。其中试件的最终承载力，≤最大承载力85%时，则可以断定试件发生破坏。试验结果表明，选择灌浆销栓式套筒连接节点满足剪力墙抗震性能的基本需求，达到提升装配式型钢混凝土节点整体性能的目的。

2.3 预制装配式型钢混凝土剪力墙的承载力设计

为了完成对装配式型钢混凝土剪力墙的设计，需要对具体的剪力墙承载能力展开计算。根据计算结果，实现对各部分内容的设计。在具体的承载力计算主要按照如下公式（1）（2）展开对剪力墙的整体设计，从而保障装配式型钢混凝土剪力墙的功能性。

其中VU主要是表抗剪能力，VN主要表示抗剪能力的负增量，VSV表示抗剪能力。

公式（2）主要是表示剪力墙在偏心受压时的截面抗剪承载力情况，其中l代表截面的剪跨比，且λ在不同情况下λ取值也有差异，如果λ＜1.5，则取值为1.5，如果λ＞2.2，则λ可以取值为2.2。其中N表示地震作用，A表示剪力墙的截面面积，Ash表示型所有水平钢筋的截面面积，Aa暗柱型钢的截面面积，S表示水平钢筋的间距。

在获取各项参数后，则可以将参数代入到具体的公式中，从而完成对不同预制装配式型钢混凝土剪力墙型号进行选择，并将计算的结果与相关标准进行比较，从而完成对各个类型的预制剪力墙的分析，确认试件抗剪切承载力与工程相符合后，则完成对具体的预制装配式型钢混凝土剪力墙的选型。

3 预制装配式型钢混凝土剪力墙质量控制方法

在完成对预制装配式型钢设计和施工过程中，需要合理的展开质量控制措施，降低设计和施工质量问题。

（1）误差控制。对于设计试验的相关误差，必须展开有效的控制措施，对于Strainbook数据采集系统，需要在详细的理解系统的基础上，展开操作，并严格的按照规范的试验流程展开操作，并保障各类试验器械处于较好的运行状态。对于250kN液压动作器，必须保障且工作质量。

（2）设计完成后，需要由专业的审核人员完成对预制装配式型钢混凝土剪力墙的设计进行审核，详细的对设计中的具体参数情况进行分析。如果条件允许，则可以选择BIM技术展开对剪力墙的建模，从而完成对设计的审核，保证设计的可靠性和可行性。

（3）具体施工的质量控制。在设计完成后，需要展开预制装配式型钢混凝土剪力墙的技术交底，并根据各项设计的需求，完成对材料的准备，严格按照设计规范展开施工，从而保障剪力墙的功能性和可靠性。

结束语：

分析预制装配式型钢混凝土剪力墙的基本情况，并结合工程具体参数，完成对预制装配式型钢混凝土剪力墙的设计，详细的对剪力墙的节点连接方式进行设计，并根据具体抗剪荷载计算情况，完成对剪力墙的选型。从而保障预制装配式型钢混凝土剪力墙的功能性和可靠性，推动建筑工程的服务质量。

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TU7

：B

1007-6344（2017）08-0104-02

河北省高等学校科学技术研究青年基金项目（QN2017121）；华北理工大学大学生创新创业训练计划项目（X2016055）