陳國春

(中元(廈門)工程設(shè)計研究院有限公司 福建廈門 361004)

0 引言

裝配式建筑采取構(gòu)件工廠預(yù)制，現(xiàn)場拼裝，節(jié)省模板提高勞動生產(chǎn)率，減少勞動強度，提高構(gòu)件精度及工程質(zhì)量，減少建筑垃圾及粉塵排放，綠色環(huán)保。國務(wù)院《關(guān)于大力發(fā)展裝配式建筑的指導(dǎo)意見》(國辦發(fā)〔2016〕71號)，決定大力發(fā)展裝配式建筑，推進建筑技術(shù)創(chuàng)新，促進建筑業(yè)轉(zhuǎn)型升級和可持續(xù)發(fā)展，各地積極響應(yīng)，紛紛出臺政策，裝配式建筑呈井噴現(xiàn)象。如何保證裝配式連接的質(zhì)量，關(guān)系到整棟建筑的安全。本文以龍海市某棚戶區(qū)改造工程為例，探索剪力墻預(yù)制構(gòu)件連接采用鋼結(jié)構(gòu)接頭，通過詳細分析驗算，結(jié)果可行，值得推廣。

1 案例工程概況

圖1 總體鳥瞰圖

龍海市月港新區(qū)棚戶區(qū)改造工程(內(nèi)樓點)位于龍海市海澄鎮(zhèn)內(nèi)樓村，總建筑面積69 235m2，其中地下室一層，地上面積52 835m2，由4棟9層和4棟13層住宅局部帶一層商業(yè)裙房組成，為嘉庚風格建筑，總體鳥瞰圖如圖1所示。建筑場地土類別為Ⅲ類，抗震設(shè)防烈度7度，設(shè)計地震基本加速度0.15g，設(shè)計地震分組第二組，基本風壓值0.70kN/m2，采用剪力墻結(jié)構(gòu)，建設(shè)主管部門要求該工程均采用工業(yè)化方式建造，各棟單體建筑預(yù)制率均要求大于30%，即地上各棟預(yù)制混凝土體積與總混凝土體積比大于30%。

2 裝配預(yù)制方案

該工程層數(shù)少、預(yù)制率高，加上建筑采用嘉庚風格，構(gòu)造大樣的混凝土多，豎向構(gòu)件即剪力墻需要預(yù)制才能滿足預(yù)制率的要求，依據(jù)閩建〔2015〕6號文《福建省工業(yè)化建筑認定管理(試行)辦法》，該工程采用預(yù)制剪力墻、預(yù)制疊合板、預(yù)制梁、預(yù)制樓梯、預(yù)制大樣等方案，確保預(yù)制率大于30%，如表1所示。

表1 案例工程裝配預(yù)制方案預(yù)制率詳況 %

3 問題的提出

裝配式豎向構(gòu)件連接的質(zhì)量，關(guān)系到整棟建筑的安全，《裝配式混凝土建筑技術(shù)標準》[1]和《裝配式混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》[2]的預(yù)制構(gòu)件間接縫處采用不小于20mm厚灌漿料填實，連接鋼筋采用套筒灌漿連接，《裝配式混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》第6.5.1條的條文說明指出：后澆混凝土、灌漿料或坐漿材料與預(yù)制構(gòu)件結(jié)合面的粘結(jié)抗剪強度往往低于預(yù)制構(gòu)件本身混凝土的抗剪強度。

剪力墻主要作用是承擔水平力，連接處的抗剪強度比構(gòu)件低，與“強剪弱彎，強節(jié)點、弱構(gòu)件”的抗震理念矛盾，剪力墻預(yù)制構(gòu)件間如何有效傳遞水平力讓業(yè)界的許多專家、學(xué)者感到擔憂。如何保證預(yù)制剪力墻構(gòu)件連接處的抗剪、剛度、抗震性能，值得探索。利用成熟的鋼結(jié)構(gòu)焊接工藝，裝配整體式剪力墻結(jié)構(gòu)連接處采用鋼結(jié)構(gòu)接頭，可有效解決連接處的抗剪強度大于構(gòu)件的強度。

4 鋼結(jié)構(gòu)連接方案

鋼結(jié)構(gòu)采用工廠生產(chǎn)，現(xiàn)場拼裝、焊接，其技術(shù)成熟，施工方便，質(zhì)量可靠，在預(yù)制剪力墻連接處預(yù)埋鋼板，現(xiàn)場采用焊接(圖2)。重點抓好鋼板與連接鋼筋的可靠連接，預(yù)埋的鋼板與混凝土間的抗剪強度，以及預(yù)埋的鋼板與鋼板之間焊接強度，均大于剪力墻墻體允許的抗剪強度；并于預(yù)制剪力墻構(gòu)件連接處，采用灌漿料填實，則可確保豎向構(gòu)件連接處的抗剪、剛度、抗震性能，有效解決“強剪弱彎，強節(jié)點、弱構(gòu)件”的抗震理念，實現(xiàn)“等同現(xiàn)澆”結(jié)構(gòu)。

圖2 預(yù)制剪力墻及連接

5 連接處設(shè)計

預(yù)制剪力墻連接處，間隔一定距離設(shè)一個鋼板焊接連接，墻底部兩側(cè)各預(yù)埋一塊鋼板，并設(shè)穿墻鋼筋錨固于剪力墻；墻頂部預(yù)埋一個鋼板(鋼板位于后澆混凝土樓板上面)，鋼板與預(yù)制剪力墻內(nèi)的連接鋼筋采用穿孔塞焊，墻頂部預(yù)埋的鋼板下加設(shè)抗剪鍵用于傳遞水平力，如圖2所示?，F(xiàn)場拼裝時，把墻底部兩側(cè)預(yù)埋的鋼板與下一層剪力墻頂部預(yù)埋的鋼板焊接成一體，如圖2～圖3所示。

圖3 預(yù)制剪力墻連接大樣

6 連接處驗算

6.1 墻體允許最大抗剪承載力

按200mm厚剪力墻間隔中心距離L=150+600=750mm設(shè)一個鋼結(jié)構(gòu)連接,剪力墻混凝土強度C40，鋼筋為三級鋼，驗算該長度L混凝土墻體允許的最大抗剪承載力。

(1)根據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》[3]第7.2.10條規(guī)定，取最不利λ=1.5、N=0.2fcbwhw,則間隔距離L=750剪力墻永久、短暫設(shè)計狀況下斜截面受剪承載力V：

V≤0.5ftbwhw0+0.13NAw/A+fyhAsh/shw0=311.82kN

(2)根據(jù)《混凝土設(shè)計規(guī)范》[4]第6.3.21和第6.3.22條規(guī)定，偏心受壓取最不利λ=1.5、N=0.2fcbh,偏心受拉取最不利λ=1.5、N=0,則間隔距離L=750墻肢混凝土斜截面受剪承載力V：

偏心受壓時：

fyvAsh/Svh0=339.1kN

偏心受拉時：

fyvAsh/svh0=164.6kN

綜上可見，允許最大抗剪強度取上述最大剪力值339.1kN驗算。

6.2 墻底部預(yù)埋驗算

底部墻兩側(cè)各預(yù)埋一塊鋼板200mm×250mm，并設(shè)穿墻鋼筋錨固于剪力墻。

(1)根據(jù)《混凝土設(shè)計規(guī)范》第9.7.2條規(guī)定，錨筋即穿墻筋的截面面積：

穿墻筋采用4Φ16，As=804mm，滿足要求。

(2)根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計標準》[5]第6.1.3條規(guī)定，預(yù)埋鋼板厚度：

取8mm厚即兩側(cè)鋼板截面為200×8，滿足要求。

6.3 墻頂部預(yù)埋驗算

墻頂部預(yù)埋一個鋼板，鋼板截面同墻底部兩側(cè)預(yù)埋鋼板，其下加設(shè)兩個抗剪鍵用于傳遞水平力。根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計標準》第6.1.3條規(guī)定，抗剪鍵鋼板厚度[5]：

取12mm厚即設(shè)兩個抗剪鍵125×12，滿足要求。

6.4 墻上下鋼板焊接驗算

根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計標準》第11.2.2條規(guī)定，兩個側(cè)面角焊縫的最小厚度[5]：

取8mm厚兩側(cè)兩條角焊縫，滿足要求。

6.5 小結(jié)

上述連接處驗算可見，采用預(yù)埋鋼板現(xiàn)場焊接(無焊接處暫按斷開考慮)的鋼結(jié)構(gòu)接頭方案，其水平承載力可滿足現(xiàn)澆鋼筋混凝土剪力墻墻體允許的最大抗剪承載力要求，即裝配整體式剪力墻結(jié)構(gòu)連接處采用鋼結(jié)構(gòu)接頭能達到“等同現(xiàn)澆”結(jié)構(gòu)的要求，可確保剪力墻預(yù)制構(gòu)件連接處的抗剪、剛度、抗震的性能，有效解決“強剪弱彎，強節(jié)點、弱構(gòu)件”的抗震理念。

該連接做法用于龍海市月港新區(qū)棚戶區(qū)改造工程(內(nèi)樓點)，該工程設(shè)計圖紙于2018年4月通過福建省建科院施工圖審查有限公司審查合格，該連接做法于2018年10月在漳州市建設(shè)局組織的裝配式認定專家論證會上，3位結(jié)構(gòu)專家給予認定通過。本文每個鋼結(jié)構(gòu)接頭的用鋼量統(tǒng)計為8.62kg。

7 結(jié)構(gòu)加強措施

為了實現(xiàn)預(yù)制剪力墻構(gòu)件連接處“等同現(xiàn)澆”結(jié)構(gòu)的抗震性能設(shè)計目標，確保結(jié)構(gòu)的可靠連接，結(jié)構(gòu)設(shè)計還采取以下相應(yīng)的加強措施。

(1)剪力墻的邊緣構(gòu)件采用現(xiàn)澆。

(2)剪力墻連接處混凝土表面設(shè)置粗糙面，接縫處采用專用的灌漿料填實，以便上下剪力墻完全連成一體，其作為連接處承載力的儲備，實現(xiàn)“強剪弱彎，強節(jié)點、弱構(gòu)件”的抗震理念。

(3)剪力墻頂部預(yù)埋鋼板的中間開孔形成凹口，加強上下剪力墻灌漿連接質(zhì)量。

8 結(jié)論

裝配整體式剪力墻結(jié)構(gòu)連接處采用鋼結(jié)構(gòu)接頭的方案可行，實現(xiàn)連接處的抗剪強度大于構(gòu)件本身，有效地解決了“強剪弱彎，強節(jié)點、弱構(gòu)件”的抗震理念，實現(xiàn)“等同現(xiàn)澆”結(jié)構(gòu)，可推廣使用。