翟亞光高 林,2李炎錫王煒翰

(1華北理工大學(xué)建筑工程學(xué)院， 河北 唐山 063210； 2河北省地震工程研究中心， 河北 唐山 063210)

（3 華北理工大學(xué)以升創(chuàng)新教育基地， 河北 唐山 063210)

探究預(yù)制裝配式型鋼混凝土剪力墻的設(shè)計方法

翟亞光1高 林1,2李炎錫1王煒翰3

(1華北理工大學(xué)建筑工程學(xué)院， 河北 唐山 063210； 2河北省地震工程研究中心， 河北 唐山 063210)

（3 華北理工大學(xué)以升創(chuàng)新教育基地， 河北 唐山 063210)

剪力墻是建筑工程中的重要組成部分，主要承擔(dān)建筑的風(fēng)荷載、地震荷載，從而達(dá)到提升建筑穩(wěn)定性和安全性的作用，被稱之為建筑工程的抗震墻。傳統(tǒng)剪力墻主要選擇鋼筋混凝土剪力墻，預(yù)制裝配式型鋼混凝土剪力墻是現(xiàn)代建筑工程提出的新型剪力墻類型，具有改善平面內(nèi)受壓區(qū)性能、提升延展性和墻肢受力性能的特點(diǎn)，還可以有效提升施工效率。故此，展開對預(yù)制裝配式型鋼混凝土剪力墻展開分析，并詳細(xì)的對剪力墻的設(shè)計方法進(jìn)行闡述。

預(yù)制；裝配式型鋼混凝土；剪力墻；設(shè)計方法

建筑工程是服務(wù)于人類的重要工程項目，為實現(xiàn)對建筑工程的安全性和穩(wěn)定性提升，則需展開對剪力墻的建設(shè)，從而達(dá)到改善建筑工程受力情況，且提升建筑工程的抗震性能，進(jìn)而達(dá)到提升建筑工程整體安全性和功能性的目的。預(yù)制裝配式型鋼混凝土剪力墻是一種抗震性能良好的剪力墻類型。但是，在實際的應(yīng)用中，存在設(shè)計不夠理想的情況，導(dǎo)致預(yù)制裝配式剪力墻的功能受到干擾，亟需改進(jìn)，基于此，本文對預(yù)制裝配式型鋼混凝土剪力墻展開分析，對具體節(jié)點(diǎn)連接構(gòu)造和抗震性能等進(jìn)行設(shè)計，具體內(nèi)容如下。

1 預(yù)制裝配式型鋼混凝土剪力墻分析

預(yù)制裝配式型鋼混凝土剪力墻是將型鋼加入到鋼筋混凝土中，從而形成一種具有抗震性能更高和穩(wěn)定性更強(qiáng)的剪力墻類型，并通過預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工工藝，可以有效減少傳統(tǒng)剪力墻施工的繁瑣工序，達(dá)到提升施工效率和施工質(zhì)量的目的，推動建筑工程的整體抗震性能的提升。預(yù)制裝配式型鋼混凝土剪力墻主要選擇吊裝的方式展開施工，吊裝選擇分段吊裝的方式，上下層柱的接頭位置需選擇在各層樓面結(jié)構(gòu)層的位置，達(dá)到便于安裝測量和拼裝工作。吊裝完成后，則展開對型鋼柱基礎(chǔ)節(jié)的安裝，具體安裝中，需要保障型鋼柱處于地下室底板1.6m深度的承臺中，具體插入深度為1.35m。由于選擇預(yù)制裝配式型鋼混剪力墻，則不需要展開澆筑工作，安裝完成后，選擇膨脹螺栓展開固定，從而實現(xiàn)對預(yù)制裝配式型鋼混凝土剪力墻的施工，降低安全隱患和質(zhì)量隱患。

選擇預(yù)制裝配式型鋼混凝土剪力墻，可以有效轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)剪力墻的施工方式，可以達(dá)到提升剪力墻的功能性和抗震性能的目的，進(jìn)而規(guī)避剪力墻的安全性問題。而且，選擇預(yù)制裝配式型鋼混凝土剪力墻，可以有效減少施工強(qiáng)度，達(dá)到提升施工整體效率，降低建筑工程剪力墻施工的成本，推動項目的順利完成。

本文為完成對預(yù)制裝配式型鋼混凝土剪力墻的設(shè)計，則選擇某一具體的建筑工程為例，詳細(xì)的對預(yù)制裝配式型鋼混凝土建立的設(shè)計展開分析。該建筑工程選擇預(yù)制裝配式型鋼混凝土剪力墻，其中，具體的樓板厚度參數(shù)詳見下表1：

表1：該建筑工程的樓板厚度情況表

且該建筑中，地上1～12層，均選擇鋼骨混凝土柱，且剪力墻主要選擇強(qiáng)度為C45～C60的混凝土，并選擇預(yù)制裝配式型鋼混凝土剪力墻?，F(xiàn)針對該建筑工程的裝配式型鋼混凝土剪力墻的設(shè)計進(jìn)行分析，解讀具體的設(shè)計方法和質(zhì)量控制措施。

2 預(yù)制裝配式型鋼混凝土剪力墻設(shè)計方法

預(yù)制裝配式型鋼混凝土剪力墻，比傳統(tǒng)建筑剪力墻的抗震性能和穩(wěn)定性更高，并有助于提升建筑工程的施工效率，從而推動建筑的效益與價值，現(xiàn)針對該類剪力墻的具體設(shè)計方法進(jìn)行解讀，具體內(nèi)容如下。

2.1 預(yù)制裝配式型鋼混凝土剪力墻節(jié)點(diǎn)連接設(shè)計

預(yù)制裝配式型鋼混凝土節(jié)點(diǎn)的性能對墻體的抗震性能和穩(wěn)定性具有直接的影響。受到地震作用的影響，剪力墻中主要由型鋼起到承載力的部分，實現(xiàn)對壓力和拉力的承擔(dān)，還能對剪力墻和樓板水平接縫處的剪力進(jìn)行承擔(dān)，并完成對剪力墻的整體約束，從而保障剪力墻的功能性。傳統(tǒng)的型鋼混凝土結(jié)構(gòu)中，對于型鋼的連接主要選擇焊接和螺栓固定的方式。但是，在預(yù)制裝配式型鋼混凝土剪力墻的設(shè)計時，如果采用傳統(tǒng)的焊接和螺栓連接方式，會受到結(jié)構(gòu)分布和空間等的干擾，導(dǎo)致型鋼連接的效果不夠理想。故此，對于預(yù)制裝配式型鋼混凝土的節(jié)點(diǎn)連接處設(shè)計，本工程選擇灌漿銷栓式套筒連接節(jié)點(diǎn)。選擇這類連接節(jié)點(diǎn)，可以達(dá)到提升預(yù)制裝配式型鋼混凝土剪力墻整體連接效果的目的。

在具體的預(yù)制裝配式型鋼混凝土剪力墻節(jié)點(diǎn)連接時選擇灌漿銷栓式套筒連接節(jié)點(diǎn)，主要是由于結(jié)構(gòu)空間較小，單純采用銷栓連接無法滿足錨固強(qiáng)度，借助套筒內(nèi)部灌注高強(qiáng)纖維灌漿材料，實現(xiàn)對連接強(qiáng)度的補(bǔ)強(qiáng)，達(dá)到提升預(yù)制裝配式型鋼混凝土剪力墻的目的。本工程中，在具體的預(yù)制裝配式型鋼混凝土剪力墻布置方式，如下圖1所示。

圖1：本工程中預(yù)制裝配式型鋼混凝土剪力墻的布置方式

根據(jù)本工程的具體施工條件，得到預(yù)留后澆筑樓板結(jié)構(gòu)的施工空間較小，選擇常規(guī)節(jié)點(diǎn)連接方式的效果不夠理想，故此，針對預(yù)制裝配式型鋼混凝土剪力墻則選擇灌漿銷栓式套筒連接節(jié)點(diǎn)的方式，并展開上下兩部分剪力墻同時施工的方式，進(jìn)而完成對預(yù)制裝配式型鋼混凝土剪力墻的設(shè)計。

具體的設(shè)計方式為：上下兩片剪力墻，在縱向和橫向均選擇灌漿銷栓式套筒連接節(jié)點(diǎn)，選擇方形鋼套筒對上、下剪力墻的頂部預(yù)留的型鋼展開套箍作業(yè)，再選擇銷栓將型鋼和套筒進(jìn)行穿過，從而達(dá)到類似螺栓的緊固作用。完成后，則向套筒內(nèi)部進(jìn)行高強(qiáng)纖維灌漿料的灌注，待其達(dá)到一定時間后，則展開二次灌漿的方式。針對工程的基本情況，需要結(jié)合具體的工程情況，完成對型鋼截面棉結(jié)的選取和套筒與型鋼截面比的選擇。

2.2 預(yù)制裝配式型鋼混凝土剪力墻節(jié)點(diǎn)連接試驗研究

本文選擇Strainbook數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)作為預(yù)制裝配式型鋼混凝土連接節(jié)點(diǎn)單向拉伸試驗的基礎(chǔ)，并選擇加載5000kN的壓力機(jī)，展開荷載實驗，并保持荷載加持過程中的軸向力勻速增加，直到型鋼或是連接點(diǎn)出現(xiàn)損壞的情況。從而完成對具體型鋼截面積、型鋼與套筒截面比的選擇。具體試驗?zāi)Ｐ瓦x擇1:1的正常模型。

（1）對于型鋼截面面積的選取，預(yù)制裝配式型鋼混凝土剪力墻的承載能力和抗震性能的影響，也就使得型鋼的截面尺寸存在差異。通過試驗研究，可以得到滿足本工程的型鋼尺寸圖如下圖2所示。

圖2：型鋼尺寸圖

（2）在獲取型鋼尺寸后，則需要對具體的型鋼截面與套筒的截面比進(jìn)行選擇。相關(guān)實踐表明，套筒的壁厚是影響套筒力學(xué)性能的關(guān)鍵因素，而截面比則是影響連接節(jié)點(diǎn)力學(xué)性能的重要數(shù)值。如果截面比過小，則會導(dǎo)致套筒發(fā)生破壞過早的情況，從而造成連接節(jié)點(diǎn)性能不佳，進(jìn)而威脅預(yù)制裝配式型鋼混凝土剪力墻的功能。但是，如果截面比過大，能夠?qū)B接節(jié)點(diǎn)的性能進(jìn)行保障，卻會造成鋼材浪費(fèi)的情況。故此，本文在具體的截面比設(shè)計中，結(jié)合已選擇型鋼尺寸情況，分別對套筒的厚度選擇0.4cm和0.5cm兩種，并得到具體的截面比。具體套筒和型鋼尺寸如下 圖3所示。

圖3：套筒和型鋼尺寸情況圖

（3）錨固長度設(shè)計。為了保預(yù)制裝備是型鋼混凝土剪力墻的功能性和安全性，必須展開對型鋼錨固長度的設(shè)計。主要是因為型鋼的錨固長度對型鋼和灌漿料之間的結(jié)合水平具有直接影響。且由于剪力墻的橫向連接高度150mm≤l≤200mm，故此，可以得到l錨固≤100mm。結(jié)合展開的試驗，并展開相關(guān)計算，可以將錨固長度的取值固定在修70mm≤l錨固≤100mm。

（4）銷栓直徑的設(shè)計。銷栓直徑d對于銷栓的抗剪性能具有直接影響，還會對節(jié)點(diǎn)的整體性能造成影響。結(jié)合具體試驗和空間情況，則d=6mm或d=8mm。并選擇單側(cè)4只銷栓，完成對型鋼和套筒的固定。

（5）灌漿料強(qiáng)度設(shè)計。灌漿料是影響預(yù)制裝配式型鋼混凝土剪力墻的關(guān)鍵，針對這一部分，必須重視對灌漿料強(qiáng)度的設(shè)計。本文在強(qiáng)度設(shè)計時，在綜合分析后，選擇80Mpa和100Mpa的兩種強(qiáng)度的灌漿材料。并借助最終試驗結(jié)果完成對材料強(qiáng)度的選擇。

（6）預(yù)制裝配式型鋼混凝土節(jié)點(diǎn)連接抗震性能設(shè)計。節(jié)點(diǎn)的抗震性能設(shè)計是影響裝配式型鋼混凝土剪力墻設(shè)計質(zhì)量的關(guān)鍵。為完成對節(jié)點(diǎn)連接抗震性能設(shè)計，需要展開抗震性能連接實驗。選擇模型比例為1:3，具體的混凝土強(qiáng)度為C40，鋼筋為HRB400級，箍筋為HRB335級。并對其展開拉、壓，運(yùn)用Strainbook數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，完成對各項參數(shù)的分析，具體的裝置圖如下圖4所示。

圖4：節(jié)點(diǎn)連接的抗震性能試驗

具體實驗動作器選擇250kN液壓動作器，并在每個級荷載狀態(tài)下，展開試驗，分析試件的開裂情況。其中試件的最終承載力，≤最大承載力85%時，則可以斷定試件發(fā)生破壞。試驗結(jié)果表明，選擇灌漿銷栓式套筒連接節(jié)點(diǎn)滿足剪力墻抗震性能的基本需求，達(dá)到提升裝配式型鋼混凝土節(jié)點(diǎn)整體性能的目的。

2.3 預(yù)制裝配式型鋼混凝土剪力墻的承載力設(shè)計

為了完成對裝配式型鋼混凝土剪力墻的設(shè)計，需要對具體的剪力墻承載能力展開計算。根據(jù)計算結(jié)果，實現(xiàn)對各部分內(nèi)容的設(shè)計。在具體的承載力計算主要按照如下公式（1）（2）展開對剪力墻的整體設(shè)計，從而保障裝配式型鋼混凝土剪力墻的功能性。

其中VU主要是表抗剪能力，VN主要表示抗剪能力的負(fù)增量，VSV表示抗剪能力。

公式（2）主要是表示剪力墻在偏心受壓時的截面抗剪承載力情況，其中l(wèi)代表截面的剪跨比，且λ在不同情況下λ取值也有差異，如果λ＜1.5，則取值為1.5，如果λ＞2.2，則λ可以取值為2.2。其中N表示地震作用，A表示剪力墻的截面面積，Ash表示型所有水平鋼筋的截面面積，Aa暗柱型鋼的截面面積，S表示水平鋼筋的間距。

在獲取各項參數(shù)后，則可以將參數(shù)代入到具體的公式中，從而完成對不同預(yù)制裝配式型鋼混凝土剪力墻型號進(jìn)行選擇，并將計算的結(jié)果與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，從而完成對各個類型的預(yù)制剪力墻的分析，確認(rèn)試件抗剪切承載力與工程相符合后，則完成對具體的預(yù)制裝配式型鋼混凝土剪力墻的選型。

3 預(yù)制裝配式型鋼混凝土剪力墻質(zhì)量控制方法

在完成對預(yù)制裝配式型鋼設(shè)計和施工過程中，需要合理的展開質(zhì)量控制措施，降低設(shè)計和施工質(zhì)量問題。

（1）誤差控制。對于設(shè)計試驗的相關(guān)誤差，必須展開有效的控制措施，對于Strainbook數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，需要在詳細(xì)的理解系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，展開操作，并嚴(yán)格的按照規(guī)范的試驗流程展開操作，并保障各類試驗器械處于較好的運(yùn)行狀態(tài)。對于250kN液壓動作器，必須保障且工作質(zhì)量。

（2）設(shè)計完成后，需要由專業(yè)的審核人員完成對預(yù)制裝配式型鋼混凝土剪力墻的設(shè)計進(jìn)行審核，詳細(xì)的對設(shè)計中的具體參數(shù)情況進(jìn)行分析。如果條件允許，則可以選擇BIM技術(shù)展開對剪力墻的建模，從而完成對設(shè)計的審核，保證設(shè)計的可靠性和可行性。

（3）具體施工的質(zhì)量控制。在設(shè)計完成后，需要展開預(yù)制裝配式型鋼混凝土剪力墻的技術(shù)交底，并根據(jù)各項設(shè)計的需求，完成對材料的準(zhǔn)備，嚴(yán)格按照設(shè)計規(guī)范展開施工，從而保障剪力墻的功能性和可靠性。

結(jié)束語：

分析預(yù)制裝配式型鋼混凝土剪力墻的基本情況，并結(jié)合工程具體參數(shù)，完成對預(yù)制裝配式型鋼混凝土剪力墻的設(shè)計，詳細(xì)的對剪力墻的節(jié)點(diǎn)連接方式進(jìn)行設(shè)計，并根據(jù)具體抗剪荷載計算情況，完成對剪力墻的選型。從而保障預(yù)制裝配式型鋼混凝土剪力墻的功能性和可靠性，推動建筑工程的服務(wù)質(zhì)量。

[1]胡文博, 翟希梅, 姜洪斌. 預(yù)制裝配式鋼筋混凝土一體化剪力墻抗震性能研究及構(gòu)造方案優(yōu)化[J]. 建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報, 2016, 37(8):1-10.

[2]韓啟浩. 預(yù)制裝配式內(nèi)藏鋼板—外掛混凝土板組合剪力墻性能試驗與數(shù)值模擬研究[D]. 廣州大學(xué), 2016:23-24.

[3]蔡柳鶴. 型鋼—混凝土裝配式剪力墻節(jié)點(diǎn)抗震性能研究[D]. 北京建筑工程學(xué)院, 2012:18-19.

[4]陳建偉, 蘇幼坡, 陳海彬,等. 帶邊框預(yù)制裝配式剪力墻關(guān)鍵技術(shù)研究進(jìn)展[J]. 河北聯(lián)合大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版), 2013, 35(3):96-101.

[5]韋瑋. 全預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)研究[D]. 東北大學(xué), 2014:24-25.

[6]孫銳. 型鋼自密實混凝土疊合剪力墻低周反復(fù)荷載試驗研究[D]. 南京工業(yè)大學(xué), 2014.

[7]李文碩, 蒙武楠, 馬旭. 淺談預(yù)制裝配式型鋼混凝土異形柱結(jié)構(gòu)的發(fā)展[J].裝飾裝修天地, 2016(14):35-36.

[8]周天華, 吳函恒, 白亮,等. 鋼框架-型鋼混凝土抗側(cè)力墻裝配式結(jié)構(gòu)抗震性能試驗研究[J]. 建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報, 2014, 35(7):131-137.

[9]曹楊, 孫千偉, 宮文軍,等. 新型裝配式混凝土框架型鋼節(jié)點(diǎn)試驗[J]. 建筑科學(xué)與工程學(xué)報, 2016, 33(2):15-23.

[10]張航飛. 預(yù)制裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)受力性能有限元分析[D]. 西安理工大學(xué), 2015:45-46

TU7

：B

1007-6344（2017）08-0104-02

河北省高等學(xué)?？茖W(xué)技術(shù)研究青年基金項目（QN2017121）；華北理工大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目（X2016055）