装配式剪力墙结构体系研究

郑志远，曹 晨，赵永强

（中建三局科创发展有限公司，湖北 武汉 430040）

0 引言

我国是工业化建造大国，在建筑施工方面仍采用传统建造方式，新建装配式建筑的比例仍不足5%，在全球碳中和发展背景下，发展装配式建筑意义重大。装配整体式剪力墙结构因其良好的受力性能和抗震性能，是目前装配式建筑最普遍的结构，尤其是新型墙体结构成为国内外学者的主要研究对象。因此以新型剪力墙结构体系为主线，介绍新型结构体系，并分析国内目前研究动态。

1 竖向分布钢筋不连续剪力墙结构

由中国建筑第八工程局有限公司研发的竖向分布钢筋不出筋体系，该结构体系特点是中间预制墙体取消了竖向分布钢筋套筒、浆锚等灌浆连接方式，楼面处采用座浆方式；现浇边缘构件通过正截面承载力等效原则加大竖向受力钢筋，保证剪力墙构件承载力不降低；对于剪跨比低且抗剪要求高的墙体，可增设斜向钢筋，提高墙体延性、抗剪和耗能能力，同时可根据截面受剪承载力等效原则，降低水平钢筋配筋率（见图1）。

图1 竖向分布钢筋不连续装配式剪力墙构造

相关研究表明，该结构体系的抗震性能可等同于现浇墙，且延性和耗能方面更优[1]。经济效益方面：与传统套筒灌浆连接形式的装配式剪力墙相比，结构投入成本降低约10%；传统装配式剪力墙结构施工5～7d/层，而采用竖向分布钢筋不连续装配式剪力墙施工效率可达4～6d/层，施工效率提高15%；综合效益较传统预制剪力墙结构提高约18%。

2 双面叠合剪力墙结构

双面叠合剪力墙技术体系源自德国，与源自日本的套筒灌浆技术体系共同成为混凝土装配建筑两大主流体系之一。双面叠合剪力墙叠合方式是通过钢筋桁架将两侧混凝土板联系在一起（见图2，3），现场安装就位后再在板间空腔内浇筑混凝土。相较套筒灌浆，该剪力墙体系可缩短50%安装时间，墙体质量减轻1/2，且目前国内已有完善的双面叠合剪力墙生产线。

图2 水平拼缝处竖向分布筋连接构造

图3 竖向分布钢筋连接构造

双面叠合剪力墙也备受国内学者青睐，相关研究表明：双面叠合剪力墙结构抗震性能与现浇试件基本相同，但承载力更高、延性更好[2]；双面叠合墙水平缝可靠性等同于现浇[3-5]。还有部分学者对双面叠合墙的结构形式进行优化改进，其相关结论如下：轴压比、混凝土强度、边缘构件形式、插筋面积和配箍面积等参数对该结构的压弯性能均有一定影响[6]；水平缝处竖向连接钢筋增加500mm交错搭接对墙体性能影响不大；采用不同的竖向钢筋连接形式对其抗震性能也有较大影响，建议采用构造2和4的搭接方式（见图4）[7-8]；增加插筋面积和采用约束边缘构件可进一步提高该类墙体抗变形能力[9]。

图4 不同竖向钢筋连接方式

3 斜筋分布剪力墙结构

剪力墙内布置斜向钢筋可有效抵抗水平剪力和裂缝扩展，文献10，11采用试验研究和有限元分析法对斜向钢筋和只配置单排钢筋网的剪力墙抗剪性能和抗震性能的影响进行分析，主要研究对象包括矩形配筋、对角斜向配筋和扇形布置配筋。结果表明：斜筋布置可有效控制墙体剪切变形；斜筋布置可改善墙体延性，减缓刚度衰减，其中斜筋呈扇形布置的改善效果最好；在轴压比越大的情况下，斜筋改善效应越明显。

此外，张建伟等[12]进一步对剪力墙底部布置斜筋进行了振动试验研究，对比矩形配筋、对角斜向配筋和底部斜向配筋的影响（见图5）。研究结果表明：剪力墙底部布置斜筋能有效减少底部接缝处的剪切滑移，但易使墙体中部出现配筋突变，导致中部水平截面出现较大的剪切滑移。

图5 剪力墙局部配置斜筋

4 柱式配筋剪力墙结构

柱式配筋剪力墙结构形式是采用柱式配筋的模式替代传统钢筋网配筋，然后通过斜筋和水平拉筋将柱筋连接为整体。其中，柱式配筋能够提高竖向承载力，斜筋能有效抵抗水平剪力，整体结构有很好的抗震耗能能力。

赵楠楠等[13-14]对该剪力墙结构进行试验和有限元研究，对比传统配筋与斜向柱式配筋剪力墙的抗震性能。相较普通剪力墙，带斜筋的柱式配筋剪力墙的承载能力和剪切位移均有所增大，剪力墙的耗能和刚度衰退有所改善，因此抗震性能要好；同时带斜筋的柱式配筋剪力墙整体性能较好，能够充分发挥混凝土、斜筋、柱式配筋的协同工作性能。

5 螺旋箍筋约束剪力墙结构

近年来，部分学者针对剪力墙内布置螺旋钢筋进行了研究。如赵花静等[15]在剪力墙约束边缘构件内采用矩形螺旋箍筋代替传统箍筋、在墙体中采用螺旋箍筋代替水平分布筋（见图6），通过试验手段研究了其对抗震性能的影响，试验结果显示：该螺旋箍筋约束形式可使剪力墙的边缘构件混凝土达到极限压应变，承载力得到发挥；该约束形式下剪力墙的整体性能更佳，抗震性能更好，螺旋箍筋代替水平分布钢筋能更好地延缓裂缝扩展。

图6 螺旋箍筋约束形式

6 SPCS预制空腔剪力墙结构

三一筑工开发的“空腔+搭接+现浇”核心技术，实现主体结构全装配，地上地下墙柱梁板全预制。工厂预制含钢筋笼的空腔构件代替现场绑扎钢筋、支模板工作；空腔内安放成型连接钢筋笼，通过搭接实现预制构件间的连接；空腔内浇筑混凝土，形成叠合受力体，确保整体安全，形成一种工业化现浇过程（见图7），既保留传统现浇做法，整体安全，防水性能好，品质高，又采用工业化生产方式，提升了生产效率，降低建造成本[16]。

图7 预制空腔剪力墙结构

7 总结及展望

7.1 总结

1）剪力墙结构的研究主要集中在提高施工效率和结构性能上的改进，其中双面叠合墙的应用相较传统装配式施工虽增加湿作业，但提高了施工效率，同时提高墙体的承载能力；竖向钢筋不连续体系也采用暗柱现浇的方式取代了套筒灌浆，提高了施工效率，在综合效益上有一定改善。

2）在结构性能方面，适当布置斜向钢筋可增大墙体结构的水平抗剪承载力和整体性能；适当加密箍筋或配置螺旋箍筋有助于提高剪力墙结构的延性和延缓裂缝扩展；柱式配筋可充分发挥柱的抗压性能，同时能提高墙体结构的耗能能力。

7.2 展望

对于剪力墙结构可研发一种新型异型钢筋骨架，该骨架可通过机械化批量生产，提高生产效率，减少墙体钢筋网施工误差，同时能保障结构受力性能。如一种新型柱式钢筋骨架，通过钢筋笼生产设备进行机械化生产骨架单元，再通过标准连接件连接至一起，相较传统墙体钢筋结构，省去拉筋从而减小墙体厚度，同时柱筋也使墙体竖向承载力和耗能能力得到提高。