预制装配式剪力墙结构及其连接技术分析

杨 悦 济南天华建筑设计有限公司工程师

剪力墙结构是建筑中常见的结构，而预制装配式剪力墙结构指提前在工厂中预制好，再于施工现场装配而成的一种剪力墙结构。与传统现浇剪力墙相比，预制装配式剪力墙结构更能满足当今高效化、绿色化的施工要求。在预制装配式剪力墙结构的装配施工中，连接施工是最关键的环节，目前常用的连接技术有多种，各自的优点和适用范围不同。

1 预制装配式剪力墙结构分析

1.1 预制装配式结构分析

预制装配式剪力墙结构属于预制装配式结构的常见类型，预制装配式结构是指由预制构件在施工现场装配而成的建筑结构，它与传统建筑结构的主要区别在于施工流程和方式不同。预制装配式结构将大部分现场施工作业转移到了工厂中进行，先在工厂中加工制作好各类预制构件，再把这些预制构件运输到施工现场拼装成建筑结构。预制装配式结构主要具有以下几项特征：一是标准化设计，即采用共性条件对预制构件制定统一的标准和模式，进行适用范围较广的设计。二是工厂化生产，即按照一定的标准要求提前在工厂中批量化生产预制构件。三是装配化施工，即将传统的现场浇筑施工改为现场装配施工。四是一体化装修，即通过将建筑结构施工与装饰装修作业相结合来实现装修一次到位。五是信息化管理，即在设计与施工过程中充分应用先进的BIM 等信息技术来提高信息传递效率和精度[1]。

1.2 抗震结构体系分析

剪力墙是一种具有较大刚度、较强抗应力的墙体结构，一般建筑中的剪力墙都是由钢筋混凝土材料建成的，因此同时具备钢筋混凝土稳定性强的特征，是建筑中的主要抗震结构。剪力墙的抗震结构体系通常可分为两大部分：一是平面部分，即平面抗震剪力墙结构。二是筒体部分。预制装配式结构发展日益迅速，平面抗震剪力墙结构基本都已实现了现浇装配，所以整个剪力墙抗震结构体系也实现了工厂化生产，大大提高了建筑施工效率。由于预制平面抗震剪力墙结构的生产条件和生产环境远胜于传统的现浇剪力墙结构，且不易受天气、温度等外界自然因素的影响，所以其抗倒塌能力也更强。预制平面抗震剪力墙结构在装配施工过程中多是采用插入式钢筋连接法，依据拟动力子结构和拟静力子结构的时间结果分析来看，其在抗裂性方面也十分突出。综合来看，通过预制平面抗震剪力墙结构的应用，可以显著增强建筑结构的抗震能力[2]。

1.3 整体式结构体系分析

根据相关研究发现，整体式预制剪力墙结构无论在刚度上，还是在承载能力上，均超过现行规范要求，通过利用1/2 整体式预制剪力墙结构模型进行低周荷载试验也可以证实这点。在整体式预制剪力墙结构的应用实践中，取得了良好的效果，而且整体式预制剪力墙结构的最大优势是施工速度快、效率高、工期短以及低污染。可以说，整体式预制剪力墙结构的应用，大大推动了预制装配式剪力墙结构的标准化发展。

1.4 圆孔板剪力墙结构分析

圆孔板剪力墙结构是为了进一步推广普及预制装配式剪力墙结构而被研发出来的一种剪力墙结构，现阶段已在建筑体系构建中得到了非常广泛的应用。圆孔板剪力墙结构的主要优势是可以与梁相配合而强化边缘构件功能。经过拟静力试验表明，圆孔板剪力墙结构的承载能力能够有效满足抗震边缘构件的基本要求，而且圆孔板剪力墙结构的出现，进一步扩大了预制装配式剪力墙结构的应用范围。例如，基于圆孔板剪力墙结构而出现的EVE 装配式剪力墙结构体系，可以通过工业化批量生产构筑出内外承重墙，并通过与叠合板构件的配合，以现场装配施工的方式构建出剪力墙结构，既高效又环保[3]。

1.5 内部钢筋结构分析

内部钢筋结构是预制装配式剪力墙结构的重要组成部分，对于预制装配式剪力墙结构而言，其用于保障自身抗应力和弹性状态的最重要部分就是内部钢筋结构。在试验研究过程中，人们通过对内部钢筋结构应用不同的配筋率和排筋方式所产生的抗震能力影响进行对比分析，确定了最合理的配筋率和排筋方式。虽然经过拟静力试验表明，内部钢筋结构在T 形墙、板、梁等结构的中间层边节点上的水平承载力要略低于现浇剪力墙，但通过在结构中增设抗剪斜钢筋或者配合抗剪槽结构，即可有效解决此问题，从而实现较好的抗震效果。总的来说，预制装配式剪力墙结构与现浇剪力墙在内部钢筋结构方面存在较大差异[4]。

2 预制装配式剪力墙结构的连接技术

2.1 套筒连接技术

套筒连接技术是预制装配式剪力墙结构在装配施工中最常用的连接技术之一。其主要原理是通过在预制装配式剪力墙结构的预制混凝土构件中预埋上金属套筒，并在金属套筒中插入钢筋进行水泥基灌浆料灌注，从而对钢筋进行连接。灌浆料的主要材料是水泥，辅料是细骨料、外加剂等，通过将上述材料进行合理配比并混合均匀，即可得到灌浆连接干混料。顶部插筋和底部套筒的预埋工作均必须在工厂预制的过程中完成，也就是说在加工预制墙板时就要提前对顶部做好插筋的预埋，对底部做好套筒的预埋。然后在顶部钢筋与底部套筒之间填充上微膨胀结构的砂浆，即能完成钢筋续接作业。由于水泥灌浆料的膨胀作用会受到套筒作用的限制，在钢筋表面与套筒内壁形成一种作用力，实现受力钢筋与钢筋之间力的传递。钢筋连接接头接受灌浆充填后，也可以保证剪力墙结构受力的合理性。在套筒连接技术的实际应用中还需注意以下几项要点：第一，金属套筒的两端均需要实施灌浆连接。第二，顶部插筋和底部套筒的预埋需定位准确。第三，预制墙板与基础结构之间的连接钢筋要确保垂直吊装。第四，要控制好垂直度偏差，确保误差在允许范围内[5]。

2.2 浆锚连接技术

浆锚连接技术又称间接搭接技术，因为该技术在应用中要先把搭接钢筋拉开一定的距离后再实施搭接，先利用剪力结构向灌浆位置传输钢筋拉力，继而再将拉力传输至周边混凝土结构中，从而形成结构承载力。目前在实际装配施工中，多是通过插入式预留孔灌浆钢筋搭接法，依靠螺旋箍筋来强化结构力约束。大致步骤是：在预制构件工厂加工时提前在下端预留好粗糙的内壁孔洞，在安装时插入下部墙体预留钢筋，之后灌入浆料，完成对结构锚固的连接。通过在孔洞方向设置螺旋钢筋，可以大大提高钢筋连接接头的性能。但由于这种连接结构能够有效传递纵筋和分布钢筋应力，需强化其中间墙体结构，避免发生性能减损。需合理保留特定强度墙体的结构应力，从而避免在钢筋发生屈服时外力破坏混凝土结构。还需在螺旋箍筋中对预埋钢筋和套管同步进行安置，并于水泥硬化前拔出套管。此外，并非所有情况下都适合应用浆锚连接技术，如果是纵向钢筋，或者钢筋的直径≥20 mm，则不适用该技术。总体来说，浆锚连接技术可以在一定程度上优化预制装配式剪力墙结构的整体性和抗震性能[6]。

2.3 机械连接技术

机械连接技术是一种出现时间较早、比较传统的预制装配式剪力墙结构连接技术，目前该技术已经发展的非常成熟。机械连接顾名思义就是通过机械来进行钢筋的咬合连接，其优势是比较灵活，能够对不同类型的结构部位进行有效连接，从而实现结构整体的钢筋受力传递。机械连接技术在实际应用中必须要按照规范的施工流程进行作业，这样才能够确保连接质量。目前，在传统机械连接技术的基础上，又衍生出了更加先进的锥螺纹接头技术、套筒挤压接头技术等，它们不但可以保证预制装配式剪力墙结构的良好抗震性能，而且均拥有非常广泛的适用面。

2.4 后张预应力连接技术

后张预应力连接技术的原理是通过施加竖向预应力来增加水平接缝处的压力，以提高接合面的摩擦抗剪强度。其又可分为两种：一种是后张无粘结预应力连接技术，一种是后张有粘结预应力连接技术。前者是对预制墙体分段预制并预埋预应力筋导管，同时在墙段内设置适量的构造钢筋，在实际装配过程中，墙体间无需以钢筋进行连通，装配完成后再以预应力钢筋对墙段进行拼接，其优点是施工操作简单、在地震作用下损伤较小，缺点是耗能能力和抗火性能不足。后者是在预制墙体内留出孔道，在实际施工过程中浇筑混凝土，之后以张拉设备对预应力筋进行张拉，再以锚具将之锚固在构件端部，其优点是可靠性强、安全性高，缺点是施工工艺复杂、造价成本高。

3 结语

综上所述，预制装配式剪力墙结构的出现大大方便了现代建筑结构施工，但它的应用必须要把握好连接技术，目前常用的连接技术有套筒连接技术、浆锚连接技术、机械连接技术以及后张预应力连接技术等，结合实际情况选择合理的连接技术是保证施工质量的关键。