鄭志遠，曹 晨，趙永強

（中建三局科創(chuàng)發(fā)展有限公司，湖北 武漢 430040）

0 引言

我國是工業(yè)化建造大國，在建筑施工方面仍采用傳統(tǒng)建造方式，新建裝配式建筑的比例仍不足5%，在全球碳中和發(fā)展背景下，發(fā)展裝配式建筑意義重大。裝配整體式剪力墻結(jié)構(gòu)因其良好的受力性能和抗震性能，是目前裝配式建筑最普遍的結(jié)構(gòu)，尤其是新型墻體結(jié)構(gòu)成為國內(nèi)外學(xué)者的主要研究對象。因此以新型剪力墻結(jié)構(gòu)體系為主線，介紹新型結(jié)構(gòu)體系，并分析國內(nèi)目前研究動態(tài)。

1 豎向分布鋼筋不連續(xù)剪力墻結(jié)構(gòu)

由中國建筑第八工程局有限公司研發(fā)的豎向分布鋼筋不出筋體系，該結(jié)構(gòu)體系特點是中間預(yù)制墻體取消了豎向分布鋼筋套筒、漿錨等灌漿連接方式，樓面處采用座漿方式；現(xiàn)澆邊緣構(gòu)件通過正截面承載力等效原則加大豎向受力鋼筋，保證剪力墻構(gòu)件承載力不降低；對于剪跨比低且抗剪要求高的墻體，可增設(shè)斜向鋼筋，提高墻體延性、抗剪和耗能能力，同時可根據(jù)截面受剪承載力等效原則，降低水平鋼筋配筋率（見圖1）。

圖1 豎向分布鋼筋不連續(xù)裝配式剪力墻構(gòu)造

相關(guān)研究表明，該結(jié)構(gòu)體系的抗震性能可等同于現(xiàn)澆墻，且延性和耗能方面更優(yōu)[1]。經(jīng)濟效益方面：與傳統(tǒng)套筒灌漿連接形式的裝配式剪力墻相比，結(jié)構(gòu)投入成本降低約10%；傳統(tǒng)裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)施工5～7d/層，而采用豎向分布鋼筋不連續(xù)裝配式剪力墻施工效率可達4～6d/層，施工效率提高15%；綜合效益較傳統(tǒng)預(yù)制剪力墻結(jié)構(gòu)提高約18%。

2 雙面疊合剪力墻結(jié)構(gòu)

雙面疊合剪力墻技術(shù)體系源自德國，與源自日本的套筒灌漿技術(shù)體系共同成為混凝土裝配建筑兩大主流體系之一。雙面疊合剪力墻疊合方式是通過鋼筋桁架將兩側(cè)混凝土板聯(lián)系在一起（見圖2，3），現(xiàn)場安裝就位后再在板間空腔內(nèi)澆筑混凝土。相較套筒灌漿，該剪力墻體系可縮短50%安裝時間，墻體質(zhì)量減輕1/2，且目前國內(nèi)已有完善的雙面疊合剪力墻生產(chǎn)線。

圖2 水平拼縫處豎向分布筋連接構(gòu)造

圖3 豎向分布鋼筋連接構(gòu)造

雙面疊合剪力墻也備受國內(nèi)學(xué)者青睞，相關(guān)研究表明：雙面疊合剪力墻結(jié)構(gòu)抗震性能與現(xiàn)澆試件基本相同，但承載力更高、延性更好[2]；雙面疊合墻水平縫可靠性等同于現(xiàn)澆[3-5]。還有部分學(xué)者對雙面疊合墻的結(jié)構(gòu)形式進行優(yōu)化改進，其相關(guān)結(jié)論如下：軸壓比、混凝土強度、邊緣構(gòu)件形式、插筋面積和配箍面積等參數(shù)對該結(jié)構(gòu)的壓彎性能均有一定影響[6]；水平縫處豎向連接鋼筋增加500mm交錯搭接對墻體性能影響不大；采用不同的豎向鋼筋連接形式對其抗震性能也有較大影響，建議采用構(gòu)造2和4的搭接方式（見圖4）[7-8]；增加插筋面積和采用約束邊緣構(gòu)件可進一步提高該類墻體抗變形能力[9]。

圖4 不同豎向鋼筋連接方式

3 斜筋分布剪力墻結(jié)構(gòu)

剪力墻內(nèi)布置斜向鋼筋可有效抵抗水平剪力和裂縫擴展，文獻10，11采用試驗研究和有限元分析法對斜向鋼筋和只配置單排鋼筋網(wǎng)的剪力墻抗剪性能和抗震性能的影響進行分析，主要研究對象包括矩形配筋、對角斜向配筋和扇形布置配筋。結(jié)果表明：斜筋布置可有效控制墻體剪切變形；斜筋布置可改善墻體延性，減緩剛度衰減，其中斜筋呈扇形布置的改善效果最好；在軸壓比越大的情況下，斜筋改善效應(yīng)越明顯。

此外，張建偉等[12]進一步對剪力墻底部布置斜筋進行了振動試驗研究，對比矩形配筋、對角斜向配筋和底部斜向配筋的影響（見圖5）。研究結(jié)果表明：剪力墻底部布置斜筋能有效減少底部接縫處的剪切滑移，但易使墻體中部出現(xiàn)配筋突變，導(dǎo)致中部水平截面出現(xiàn)較大的剪切滑移。

圖5 剪力墻局部配置斜筋

4 柱式配筋剪力墻結(jié)構(gòu)

柱式配筋剪力墻結(jié)構(gòu)形式是采用柱式配筋的模式替代傳統(tǒng)鋼筋網(wǎng)配筋，然后通過斜筋和水平拉筋將柱筋連接為整體。其中，柱式配筋能夠提高豎向承載力，斜筋能有效抵抗水平剪力，整體結(jié)構(gòu)有很好的抗震耗能能力。

趙楠楠等[13-14]對該剪力墻結(jié)構(gòu)進行試驗和有限元研究，對比傳統(tǒng)配筋與斜向柱式配筋剪力墻的抗震性能。相較普通剪力墻，帶斜筋的柱式配筋剪力墻的承載能力和剪切位移均有所增大，剪力墻的耗能和剛度衰退有所改善，因此抗震性能要好；同時帶斜筋的柱式配筋剪力墻整體性能較好，能夠充分發(fā)揮混凝土、斜筋、柱式配筋的協(xié)同工作性能。

5 螺旋箍筋約束剪力墻結(jié)構(gòu)

近年來，部分學(xué)者針對剪力墻內(nèi)布置螺旋鋼筋進行了研究。如趙花靜等[15]在剪力墻約束邊緣構(gòu)件內(nèi)采用矩形螺旋箍筋代替?zhèn)鹘y(tǒng)箍筋、在墻體中采用螺旋箍筋代替水平分布筋（見圖6），通過試驗手段研究了其對抗震性能的影響，試驗結(jié)果顯示：該螺旋箍筋約束形式可使剪力墻的邊緣構(gòu)件混凝土達到極限壓應(yīng)變，承載力得到發(fā)揮；該約束形式下剪力墻的整體性能更佳，抗震性能更好，螺旋箍筋代替水平分布鋼筋能更好地延緩裂縫擴展。

圖6 螺旋箍筋約束形式

6 SPCS預(yù)制空腔剪力墻結(jié)構(gòu)

三一筑工開發(fā)的“空腔+搭接+現(xiàn)澆”核心技術(shù)，實現(xiàn)主體結(jié)構(gòu)全裝配，地上地下墻柱梁板全預(yù)制。工廠預(yù)制含鋼筋籠的空腔構(gòu)件代替現(xiàn)場綁扎鋼筋、支模板工作；空腔內(nèi)安放成型連接鋼筋籠，通過搭接實現(xiàn)預(yù)制構(gòu)件間的連接；空腔內(nèi)澆筑混凝土，形成疊合受力體，確保整體安全，形成一種工業(yè)化現(xiàn)澆過程（見圖7），既保留傳統(tǒng)現(xiàn)澆做法，整體安全，防水性能好，品質(zhì)高，又采用工業(yè)化生產(chǎn)方式，提升了生產(chǎn)效率，降低建造成本[16]。

圖7 預(yù)制空腔剪力墻結(jié)構(gòu)

7 總結(jié)及展望

7.1 總結(jié)

1）剪力墻結(jié)構(gòu)的研究主要集中在提高施工效率和結(jié)構(gòu)性能上的改進，其中雙面疊合墻的應(yīng)用相較傳統(tǒng)裝配式施工雖增加濕作業(yè)，但提高了施工效率，同時提高墻體的承載能力；豎向鋼筋不連續(xù)體系也采用暗柱現(xiàn)澆的方式取代了套筒灌漿，提高了施工效率，在綜合效益上有一定改善。

2）在結(jié)構(gòu)性能方面，適當(dāng)布置斜向鋼筋可增大墻體結(jié)構(gòu)的水平抗剪承載力和整體性能；適當(dāng)加密箍筋或配置螺旋箍筋有助于提高剪力墻結(jié)構(gòu)的延性和延緩裂縫擴展；柱式配筋可充分發(fā)揮柱的抗壓性能，同時能提高墻體結(jié)構(gòu)的耗能能力。

7.2 展望

對于剪力墻結(jié)構(gòu)可研發(fā)一種新型異型鋼筋骨架，該骨架可通過機械化批量生產(chǎn)，提高生產(chǎn)效率，減少墻體鋼筋網(wǎng)施工誤差，同時能保障結(jié)構(gòu)受力性能。如一種新型柱式鋼筋骨架，通過鋼筋籠生產(chǎn)設(shè)備進行機械化生產(chǎn)骨架單元，再通過標(biāo)準(zhǔn)連接件連接至一起，相較傳統(tǒng)墻體鋼筋結(jié)構(gòu)，省去拉筋從而減小墻體厚度，同時柱筋也使墻體豎向承載力和耗能能力得到提高。