孟凡林 孟祥瑞 潘 濤

(1:吉林建筑大學(xué)，長(zhǎng)春 130118;2:吉林省中鼎建筑設(shè)計(jì)有限公司，長(zhǎng)春 130021)

0 引言

裝配整體式剪力墻結(jié)構(gòu)是通過(guò)在工廠預(yù)制剪力墻構(gòu)件，構(gòu)件上預(yù)留連接鋼筋及豎向連接孔洞，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)裝配，預(yù)制構(gòu)件水平方向通過(guò)現(xiàn)澆連接節(jié)點(diǎn)，豎向方向通過(guò)套筒連接或者漿錨連接的方式，使構(gòu)件拼裝成整體，達(dá)到等同現(xiàn)澆目的.與傳統(tǒng)房屋建造方法相比，裝配整體式剪力墻結(jié)構(gòu)受力性能與現(xiàn)澆剪力墻結(jié)構(gòu)基本相同，但建造工期縮短30%以上，施工現(xiàn)場(chǎng)模板用量減少了85%以上、腳手架用量減少了50%以上，鋼材節(jié)約2%，混凝土節(jié)約7%，抹灰人工費(fèi)節(jié)約50%，節(jié)水40%以上，節(jié)電10%以上，耗材節(jié)約40%，管理費(fèi)用節(jié)約50%，項(xiàng)目綜合造價(jià)大約節(jié)省15%以上，經(jīng)濟(jì)效益十分明顯［1］.近年來(lái)，裝配整體式剪力墻結(jié)構(gòu)由于符合住宅產(chǎn)業(yè)化和建筑工業(yè)化要求，同時(shí)也符合綠色、低碳理念，在我國(guó)得到越來(lái)越廣泛地關(guān)注和研究［2－3］.

1 國(guó)外裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)發(fā)展概況

在國(guó)外，裝配整體式剪力墻結(jié)構(gòu)多用于10層及10層以下建筑.此種結(jié)構(gòu)形式在地震中表現(xiàn)出良好的抗震性能，地震中破壞程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于預(yù)制裝配式框架結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu).例如，智利大地震和日本阪神大地震中的很多預(yù)制裝配整體式剪力墻結(jié)構(gòu)幾乎沒(méi)有破壞，或者經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單修復(fù)后可以馬上恢復(fù)使用［4］.目前，發(fā)達(dá)國(guó)家的預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)在建筑中所占比重較大，瑞典新建住宅中通用構(gòu)件占80%，美國(guó)約為35%，歐洲約35% ～40%，日本則超過(guò)50%.

美國(guó)預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)開(kāi)發(fā)與研究開(kāi)始較早，目前裝配式結(jié)構(gòu)技術(shù)已得到大面積的應(yīng)用［5］.美國(guó)聯(lián)邦應(yīng)急管理署2012年編寫(xiě)《FEMA P－751 2009 NEHRP Recommended Seismic Provisions:Design Examples》，第8章介紹了預(yù)制裝配式混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)的實(shí)例，裝配式結(jié)構(gòu)可以在高烈度地區(qū)應(yīng)用.構(gòu)件在工廠預(yù)制，構(gòu)件底部預(yù)埋鋼筋連接套筒，構(gòu)件上方豎向鋼筋外甩，構(gòu)件豎向拼接時(shí)，豎向構(gòu)件間附加墊片和干搗實(shí)混凝土，外甩鋼筋插入套筒后，灌入灌漿料，墻體構(gòu)件非套筒灌漿連接部位在基礎(chǔ)部分采用鋼構(gòu)件加固，完成豎向拼接.結(jié)構(gòu)構(gòu)件與基礎(chǔ)部分連接部位在基礎(chǔ)部分采用鋼構(gòu)件加固［6］.具體如圖1所示.

圖1 美國(guó)規(guī)范設(shè)計(jì)實(shí)例中裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)體系

圖2 日本大成建設(shè)裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)體系

在歐洲，裝配式結(jié)構(gòu)始于二戰(zhàn)后.目前，法國(guó)和德國(guó)所采用的預(yù)制疊合板剪力墻技術(shù)，在預(yù)制構(gòu)件時(shí)，構(gòu)件厚度5cm～7cm，兩片墻構(gòu)件間采用鋼筋桁架連接，到施工現(xiàn)場(chǎng)安裝就位后，向構(gòu)件間空隙部分澆筑混凝土，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的拼接［7］.

日本的裝配整體式結(jié)構(gòu)始于20世紀(jì)60年代，目前主要形式采用PC和PCa工法.大成建設(shè)株式會(huì)社采用的裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)，工廠化預(yù)制剪力墻墻板構(gòu)件和樓板構(gòu)件，在剪力墻構(gòu)件內(nèi)配置雙層細(xì)鋼筋網(wǎng)，板內(nèi)預(yù)埋波紋管，插入直徑16mm的鋼筋使結(jié)構(gòu)成一體［8］，構(gòu)件水平方向采用現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn)，將結(jié)構(gòu)連接為整體，達(dá)到等同現(xiàn)澆目的(如圖2所示).

2 國(guó)內(nèi)裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)發(fā)展概況

在國(guó)內(nèi)，有多家房地產(chǎn)企業(yè)和高校通過(guò)引進(jìn)國(guó)外裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)建造技術(shù)，加以吸收創(chuàng)新，形成了多種裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)的建造方法.

2.1 萬(wàn)科集團(tuán)PCF技術(shù)

萬(wàn)科集團(tuán)較早即開(kāi)始了工業(yè)化住宅建造技術(shù)的探索和試點(diǎn)，先后向香港及日本學(xué)習(xí)，形成了PCF技術(shù)，即預(yù)制混凝土模板技術(shù).該技術(shù)主要用于預(yù)制混凝土剪力墻外墻模以及疊合樓板的預(yù)制板等，結(jié)構(gòu)其他部分，如內(nèi)部剪力墻、部分內(nèi)隔墻及電梯井等仍然需要支模現(xiàn)澆.

萬(wàn)科集團(tuán)的PCF技術(shù)解決了外墻模板問(wèn)題，避免了外圍腳手架及模板的支設(shè)，節(jié)約模板并提高施工安全性.但是，PCF技術(shù)的主體結(jié)構(gòu)的剪力墻幾乎全現(xiàn)澆，樓板為疊合樓板，現(xiàn)澆工作量仍然很大(如圖3所示).

圖3 萬(wàn)科集團(tuán)PCF技術(shù)

圖4 中南集團(tuán)NPC技術(shù)

2.2 中南集團(tuán)NPC技術(shù)

中南集團(tuán)引進(jìn)澳大利亞技術(shù)，結(jié)合我國(guó)的實(shí)際，形成了具有自身特色的NPC技術(shù)體系.剪力墻、填充墻等構(gòu)件采用全預(yù)制，梁、板采用疊合形式.構(gòu)件豎向連接通過(guò)下部構(gòu)件的預(yù)留鋼筋插筋、上部構(gòu)件預(yù)留金屬波紋漿錨管實(shí)現(xiàn)鋼筋漿錨連接，水平向連接通過(guò)適當(dāng)部位設(shè)置現(xiàn)澆混凝土連接節(jié)點(diǎn)，水平構(gòu)件與豎向構(gòu)件通過(guò)豎向構(gòu)件預(yù)留插筋伸入梁、板疊合層及疊合層現(xiàn)澆混凝土實(shí)現(xiàn)連接(如圖4所示).

中南集團(tuán)NPC技術(shù)體系較為系統(tǒng)和完善，結(jié)構(gòu)豎向構(gòu)件基本采用全預(yù)制、水平構(gòu)件采用疊合形式，大大降低了現(xiàn)澆量，裝配率達(dá)90%以上.但是，剪力墻構(gòu)件完全通過(guò)豎向漿錨鋼筋連接，現(xiàn)場(chǎng)存在大量的灌漿孔，要保證各個(gè)孔的灌漿質(zhì)量較困難.因此，需對(duì)NPC技術(shù)體系中的剪力墻豎向連接做進(jìn)一步改進(jìn)，從而減少現(xiàn)場(chǎng)工作量，同時(shí)可靠地保證結(jié)構(gòu)安全.

2.3 宇輝集團(tuán)裝配整體式預(yù)制混凝土剪力墻技術(shù)

黑龍江宇輝集團(tuán)基于剪力墻豎向連接專利技術(shù)“插入式預(yù)留孔灌漿鋼筋搭接連接”，形成了裝配整體式預(yù)制混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)技術(shù).其預(yù)制構(gòu)件主要包括豎向剪力墻板、水平疊合樓板、樓梯板及陽(yáng)臺(tái)等.裝配整體式預(yù)制混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)構(gòu)件形式簡(jiǎn)單、制作方便，但同時(shí)也存在構(gòu)件較大且重，需配置較高要求的吊裝設(shè)備及構(gòu)件形式單一等問(wèn)題(如圖5所示).

圖5 宇輝集團(tuán)裝配式剪力墻技術(shù)

圖6 西偉德疊合板式剪力墻技術(shù)

2.4 合肥西偉德疊合板式混凝土剪力墻技術(shù)

西偉德混凝土預(yù)制有限公司引進(jìn)德國(guó)技術(shù)，形成了疊合板式混凝土剪力墻結(jié)構(gòu).結(jié)構(gòu)構(gòu)件分為疊合式樓板、疊合式墻板以及預(yù)制樓梯等.疊合式樓板由底層預(yù)制板和格構(gòu)鋼筋組成，可作為后澆混凝土的模板;疊合式墻板由2層預(yù)制板與格構(gòu)鋼筋制作而成，現(xiàn)場(chǎng)安裝就位后可在2層預(yù)制板中間澆筑混凝土;格構(gòu)鋼筋可作為預(yù)制板的受力鋼筋以及吊點(diǎn).如圖6所示.

合肥西偉德引進(jìn)了德國(guó)的全套生產(chǎn)線，其構(gòu)件預(yù)制設(shè)備先進(jìn)、制作精良，但由于其引進(jìn)時(shí)間較晚、預(yù)制構(gòu)件形式簡(jiǎn)單，現(xiàn)澆的工作量仍然很大，墻板內(nèi)混凝土澆筑質(zhì)量也不便檢查，有一定的施工難度，存在新舊混凝土疊合強(qiáng)度問(wèn)題.

3 結(jié)語(yǔ)

在綠色、低碳理念和節(jié)能環(huán)保趨勢(shì)的要求下，眾多建筑企業(yè)開(kāi)展了房屋建筑裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的探索和研發(fā)，逐漸形成了具有企業(yè)特色的結(jié)構(gòu)建造新技術(shù)，加快了住宅產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展步伐，形成適合我國(guó)國(guó)情的新技術(shù)，但仍有一些問(wèn)題亟待解決.

(1)裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、模數(shù)化制作問(wèn)題成為推廣住宅產(chǎn)業(yè)化的難題;

(2)裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)的預(yù)制構(gòu)件間的連接和連接處的抗震設(shè)計(jì)問(wèn)題;

(3)水電專業(yè)的管線預(yù)埋、預(yù)留問(wèn)題通過(guò)何種方式解決.

裝配整體式剪力墻結(jié)構(gòu)是解決住宅產(chǎn)業(yè)化和節(jié)能環(huán)保的有效途徑之一，對(duì)提高資源利用率、減小環(huán)境污染有較好的促進(jìn)作用.同時(shí)，我國(guó)目前城市化進(jìn)程加快，每年新建的住宅面積約17億m2，若實(shí)現(xiàn)1/3的裝配率，其應(yīng)用規(guī)模也很巨大，節(jié)約的建設(shè)成本相當(dāng)可觀，工程化的生產(chǎn)方式還可以提供大量的就業(yè)機(jī)會(huì)，因此，裝配整體式剪力墻結(jié)構(gòu)具有良好的應(yīng)用前景.

［1］曹霽陽(yáng)，王 濤.住宅工業(yè)化生產(chǎn)可解決傳統(tǒng)建房方式諸多弊端［EB/OL］.http://jjckb.xinhuanet.com/invest/2010－09/03/content_256612.htm.

［2］郭正興，董年才.房屋建筑裝配式混凝土結(jié)構(gòu)建造技術(shù)新進(jìn)展［J］.施工技術(shù)，2011(40):1－3.

［3］陳建偉，蘇幼坡.預(yù)制裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)及其連接技術(shù)［J］.世界地震工程，2013，29(1):38－47.

［4］Ned M.Cleland.Design for lateral force resistance with precast concrete shear walls［J］.PCI Jounal，1997(5):44 －64.

［5］李曉明.裝配式混凝土結(jié)構(gòu)關(guān)鍵技術(shù)在國(guó)外的發(fā)展與應(yīng)用［J］.住宅產(chǎn)業(yè)，2011(6):16－18.

［6］National Institute of Building Sciences Building Seismic Safety Council.2009 NEHRP Recommended Seismic Provisions:Design Examples［M］.FEMA，2012:26 －45.

［7］德國(guó) vollert網(wǎng)站［EB/OL］.http://www.vollert.de/.

［8］郭正興.裝配整體式剪力墻結(jié)構(gòu)體系建造技術(shù)的新研究與新發(fā)展［R］.南京:東南大學(xué)土木工程施工研究所，2011.