浅谈装配整体式叠合剪力墙结构及其应用中需解决的问题

周 练，章一萍，唐丽娜

(四川省建筑设计研究院有限公司、四川省建筑工业化工程技术研究中心，四川成都 610000)

目前，我国装配式混凝土结构主要包括装配式框架结构和装配式剪力墙结构两大类，且在高层建筑工程项目中，多以装配式剪力墙结构为主。我国常用的装配式剪力墙结构中的预制剪力墙多为预制实心剪力墙，其具有自重大、预制构件三面出筋、竖向钢筋套筒灌浆连接众多等特征，存在构件生产、运输、吊装设备要求高，生产开模复杂、模具通用性差、生产效率不理想，预留钢筋易受扰动变形、不便于构件运输和储存，套筒灌浆材料昂贵，上下钢筋全部精准定位困难，施工技术要求高，施工质量难以保证，建设成本高等缺陷。

为有效规避预制实心剪力墙在生产、运输、施工中的存在的难题，目前全国各地开始逐步推广应用一种新型装配式剪力墙结构——装配整体式叠合剪力墙结构(以下简称“叠合剪力墙结构”)。本文对装配整体式叠合剪力墙结构及其优势、以及推广应用现状进行介绍，梳理在下一步推广应用需解决的关键问题，拟为下一步研究和改进提供思路和路径。

1 叠合剪力墙结构

两侧预制钢筋混凝土板通过桁架钢筋或连接件连接而成具有中间空腔的墙板构件，经现场安装固定后，后浇筑混凝土填充中间空腔形成的剪力墙称为叠合剪力墙，其中，两侧预制钢筋混凝土板不小于50 mm厚。叠合剪力墙分为双面叠合剪力墙和单面保温叠合剪力墙。其中，双面叠合剪力墙两侧预制钢筋混凝土板均参与叠合受力，通过桁架钢筋连接，与中间空腔的后浇混凝土整体受力的叠合剪力墙，如图1所示。单面保温叠合剪力墙由两侧预制钢筋混凝土板、中间空腔后浇混凝土、保温层组成，仅适用于建筑外围护承重墙；其预制外叶墙板及保温层通过连接件与预制内叶墙板连接，预制内叶墙板与中间空腔后浇混凝土通过桁架钢筋连接、整体受力，预制外叶墙板不参与叠合受力，仅作为施工时的一侧模板及保温层的外保护板，如图2所示。

图1 双面叠合剪力墙构造

图2 单面保温叠合剪力墙构造

叠合剪力墙结构则由叠合剪力墙、叠合楼板、叠合梁，辅以必要的现浇边缘构件、后浇段、后浇层构成为整体。其中，叠合剪力墙之间的水平连接采用现浇边缘构件或后浇段，通过水平连接连接钢筋进行连接，如图3所示。叠合剪力墙之间的竖向连接通过在叠合剪力墙的中间后浇层内设置竖向插筋进行连接，如图4所示。已有研究表明：在良好的连接构造设计的前提下，叠合剪力墙结构具有同传统现浇剪力墙结构相近的结构性能[1-4]，叠合剪力墙结构可采用与现浇混凝土剪力墙结构相同的方法进行结构分析。

图3 叠合剪力墙水平连接构造

图4 叠合剪力墙竖向连接构造

2 叠合剪力墙结构的优势

叠合剪力墙结构结合了预制结构施工速度快、现浇结构整体性好的优势，较传统的预制实心墙剪力墙结构还具有如下突出优势：

(1)叠合剪力墙自重轻:自重减少高达50 %，降低构件的生产、施工、运输成本。

(2)叠合剪力墙三面无预留“胡子筋”、底面无需预留灌浆洞口：生产时模具无需定制开洞，能有效提高模具重复使用率，也无生产、运输、存放等胡子筋易受扰动变形的问题。

(3)连接简便、施工质量易于保证：叠合剪力墙竖向连接利用现浇层采用竖向插筋进行连接，施工便捷，无钢筋与套筒精准定位的困难，规避钢筋灌浆套筒连接的高技术标准，同时可有效提高施工效率。

(4)经济性好：由于叠合剪力墙生产、运输、施工简便等因素，能有效规避预制构件生产时的开模成本，规避套筒连接所需的专用套筒和灌浆料的高额成本，降低预制构件的吊装、运输成本，综合造价优势明显。据不完全统计，装配整体式叠合剪力墙结构的建造成本较传统预制实心剪力墙结构综合建造成本可节约100～200 元/m2。

3 叠合剪力墙结构研究应用现状

20世纪70年代，叠合剪力墙结构在德国开始研究应用，并随后在欧洲发达国家大范围推广应用。目前，该结构在欧洲已建有相关的技术与产品规范和标准，拥有多家先进的生产、设备企业，如艾巴维、沃乐特、西伟德等，采用全自动流水线生产。但在德国等欧洲发达国家，叠合剪力墙结构多用于中低层建筑，且由于德国等地为非地震多发地区，故叠合剪力墙结构设计时多不考虑抗震设防。

21世纪初，我国引进叠合剪力墙结构，针对我国特有的抗震设防需求，开始对叠合剪力墙结构进行系统研究。国内以同济大学、南京工业大学、合肥工业大学等为代表的高校及科研院所对叠合剪力墙的轴心受压承载力、偏心受压承载力、斜截面抗剪承载力以及现浇层与叠合层界面受力性能等进行了系列试验与数值模拟分析，并提出了相应的设计方法[1-6]。同时，国内学者也对叠合剪力的水平连接节点抗震性能、竖向连接节点抗震性能进行了系列研究，并提出了相应的连接构造设计方法与建议[3-4][6-10]。在研究论证的基础上，近年来在安徽、上海、北京、浙江、哈尔滨、湖北等地也进行了叠合剪力墙结构的工程应用示范，已有的工程案例包括：合肥天门湖公租房项目、上海宝业爱多邦大型居住项目、中纺CBD商业中心、哈尔滨劳动技校项目、武汉建和村城中村改造K3地块项目等，其中武汉建和村城中村改造K3地块项目11#楼地下二层层高3.75 m，地上31层，层高3.00 m，主体高度97.8 m，建筑面积13 467.20 m2。同时，国家和各地相继发布了相关设计标准，包括：GB/T 51231-2016《装配式混凝土建筑技术标准》，安徽省地方标准DB 34/T810-2008《叠合板混凝土剪力墙结构技术规程》、浙江省地方标准DB33/T 1120-2016《叠合板式混凝土剪力墙结构技术规程》、湖北省地方标准DB42/T 1483-2018《装配整体式混凝土叠合剪力墙结构技术规程》、四川省地方标准DB J51/T113-2019《四川省装配整体式叠合剪力墙结构技术标准》等。

4 目前需解决的问题

虽然我国对叠合剪力墙结构目前有较深入的研究，并拥有一定的工程应用示范，但还有一些关键问题仍需进一步探究和改进。

4.1 水平拼缝抗剪性能研究

叠合剪力墙的竖向连接节点是传递剪力和竖向荷载的关键部位，叠合剪力墙的竖向连接的水平拼缝部位是其薄弱环节，目前相关的研究多针对叠合剪力墙整体受力性能，针对叠合剪力墙竖向连接节点处水平拼缝抗剪的界面受力传递机理和破坏模式研究甚少，对于叠合剪力墙水平接缝处的受剪承载力计算，现行国家和地方标准中多沿用JGJ 3-2010《高层建筑混凝土结构技术规程》中现浇剪力墙水平施工缝的抗滑移设计公式。但叠合剪力墙中竖向连接节点的构造与现浇剪力墙竖向连接节点的构造不同。现浇剪力墙的水平连接节点处通常采用钢筋绑扎搭接、机械连接或者焊接，连接部位的钢筋与剪力墙中纵向钢筋的连接均是“直接连接”，同时此处也存在上部剪力墙混凝土与下部剪力墙混凝土连接的一层界面。而叠合剪力墙水平连接节点是通过插筋的“间接搭接”完成，叠合剪力墙还存在两侧预制钢筋混凝土板与中间后浇层的界面、竖向连接拼缝处后浇层与预制墙板上下端的界面等多层界面影响。因此，下一步需同时考虑钢筋“间接搭接”、后浇混凝土与预制混凝土之间的多层界面、拼缝处混凝土干缩不均匀、轴压比等多重影响因素，开展叠合剪力墙的水平拼缝抗剪机理和破坏模式系统研究，对现行标准中的抗剪承载力计算公式进行验证或改进。

4.2 增强平面外刚度

叠合剪力墙无论是水平连接还是竖向连接，均是通过在叠合剪力墙中间空腔现浇混凝土中设置连接钢筋间接与预制墙板中的钢筋连接，在连接节点处，连接钢筋沿墙厚方向的距离在一定范围内缩小(可达100 mm)，导致叠合剪力墙平面外的刚度降低。虽然现行标准中，针对叠合剪力墙平面外刚度降低规定了系列措施，例如当楼面梁与叠合剪力墙在平面外单侧连接时，应采取设置扶壁柱、暗柱等措施，同时加严叠合剪力墙结构中楼层层间最大水平位移与层高之比的限值。但为了叠合剪力墙在某些特殊情况下的平面外刚度和承载力，应结合生产、施工工艺，进一步研究连接处平面外刚度增强方法与构造，并进行专项研究验证其可行性。

4.3 连接钢筋的定位

现行标准对叠合剪力墙的竖向连接钢筋、水平连接钢筋的间距、锚固长度均作了详细规定，同时规定：竖向连接钢筋、水平连接钢筋与相邻预制墙板内表面的净距离宜为15 mm。现场向叠合剪力墙中间空腔浇筑混凝土时，在后浇混凝土的重力和侧压力作用下，由于连接钢筋长细比大，连接钢筋易存在水平面上或竖向的变形，连接钢筋端部的间距易改变，连接钢筋与预制墙板内表面的净距离不易保证，进而导致后浇混凝土与预制混凝土之间无法有效粘结、连接钢筋与后浇混凝土之间无法有效握裹，存在一定的工程质量安全隐患。因此下一步应针对这一难题，结合生产、施工工艺，研究制订连接钢筋定位、限位的措施或发明相关配套附属产品，保证叠合剪力墙连接的可靠性。

5 结束语

叠合剪力墙结构结合了预制结构施工速度快、现浇结构整体性好的优势，较传统预制实心剪力墙具有预制构件自重轻、生产效率高、装配施工简便、综合造价低等突出优点，使其在我国正逐步推广应用。目前，虽然我国对叠合剪力墙结构有较深入的研究，并拥有一定的工程应用示范经验，但仍需进一步对以下问题进行深入研究，推动叠合剪力墙在国内的应用进程。

(1)考虑多重影响因素，开展叠合剪力墙竖向连接的水平拼缝抗剪机理和破坏模式系统研究，对现行标准中的抗剪承载力计算公式进行验证或改进。

(2)结合生产、施工工艺，进一步研究叠合剪力墙连接处平面外刚度增强方法与构造。

(3)结合生产、施工工艺，制订连接钢筋定位、限位的措施或发明相关配套附属产品，保证叠合剪力墙连接的可靠性。