劉海靜

（張家口市住房和城鄉(xiāng)建設(shè)局，張家口 075000）

1 前言

隨著碳中和、碳達峰戰(zhàn)略在建筑產(chǎn)業(yè)的逐步落實，為大力發(fā)展綠色建筑，提升建造的綠色環(huán)保水平，裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)逐步開始發(fā)展起來。由于裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)具有模數(shù)統(tǒng)一、可在工廠內(nèi)統(tǒng)一預(yù)制，其生產(chǎn)過程的碳排放水平明顯較低，是建筑節(jié)能的主要發(fā)展方向。目前，我國的裝配整體式剪力墻結(jié)構(gòu)主要采用剪力墻身在工廠預(yù)制，運輸?shù)浆F(xiàn)場之后，通過預(yù)埋的套筒與下層剪力墻之間建立灌漿套筒連接，并在現(xiàn)場澆筑剪力墻邊緣構(gòu)件。大量的實踐已經(jīng)證明裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)的可行性與優(yōu)越性。然而，裝配式剪力墻上下層鋼筋之間的連接在實際施工中存在著兩大難點：

（1）下層鋼筋與預(yù)埋套管之間的對接難度較大，很難一次性對準(zhǔn)，同時對工人的施工工藝要求也較高。

（2）灌漿連接的質(zhì)量難以得到有效保障，從而導(dǎo)致剪力墻結(jié)構(gòu)的整體性存在缺陷，嚴重時甚至?xí)绊懠袅Y(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度，從而造成安全事故。為了解決這些問題，學(xué)術(shù)界、工程界也展開了大量的研究，并先后提出了機械連接等新型連接方法，但是由于傳統(tǒng)裝配式剪力墻墻身鋼筋多而細、施工空間狹小等因素，一直難以從根本上解決這一問題。

近年來，隨著混凝土材料的發(fā)展以及有限元仿真計算精確性的提升，陸續(xù)有學(xué)者提出可以直接將傳統(tǒng)剪力墻墻身豎向分布鋼筋在樓面處直接截斷，并加大邊緣構(gòu)件配筋，從而從根本上解決施工難題。隨著研究的逐步拓展，在同濟大學(xué)、中建八局等單位的協(xié)同配合下提出了一種剪力墻豎向分布筋不連續(xù)的裝配整體式剪力墻結(jié)構(gòu)（SGBL 裝配式剪力墻），并已經(jīng)被應(yīng)用在實踐中，但應(yīng)用規(guī)模尚不足10 萬平方米。為了進一步驗證此種結(jié)構(gòu)形式的有效性，在本文的研究當(dāng)中采用“理論+實踐”的方式對SGBL 裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能進行了分析。此外，為了提升SGBL 裝配整體式剪力墻建造的綠色節(jié)能水平，還對其一體化建造技術(shù)進行了分析，以期通過管理技術(shù)的創(chuàng)新來降低生產(chǎn)能耗。

2 SGBL 裝配整體式剪力墻的力學(xué)性能分析

2.1 SGBL 裝配整體式剪力墻的力學(xué)設(shè)計原理

剪力墻結(jié)構(gòu)由墻身與邊緣構(gòu)件兩部分組成，在豎向荷載作用下，二者均受壓力，但由于鋼筋的抗壓強度并不明顯強于混凝土，因此，在墻身內(nèi)部配置大量的鋼筋并不合理。在水平地震力作用下，剪力墻為壓彎構(gòu)件，兩邊的邊緣構(gòu)件形成抵抗彎矩，剪力墻墻身對于結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力也沒有明顯的作用。因此，從理論上來看，剪力墻墻身的分布鋼筋對于結(jié)構(gòu)的承載力并不存在突出貢獻，因此，適當(dāng)削弱墻身分布筋配置在理論上具有可行性。但考慮混凝土開裂、收縮徐變等因素，完全取消剪力墻墻身分布筋也是不合理的。為解決裝配式剪力墻豎向鋼筋灌漿套筒等連接方式的不便性，考慮將墻身豎向分布筋在樓層拼接處截斷，并采用坐漿連接剪力墻墻身，同時加大邊緣構(gòu)件配筋的方式來建造一種新型剪力墻結(jié)構(gòu)，此種結(jié)構(gòu)即為SGBL 裝配整體式剪力墻結(jié)構(gòu)。

2.2 SGBL 裝配式剪力墻構(gòu)件承載力分析

關(guān)于剪力墻墻身豎向分布筋的連接問題，我國現(xiàn)行規(guī)范沒有對此給予明確的說明，只有《高層建筑混凝土技術(shù)規(guī)程（JGJ 3-2010）》第7.2.8 條中在計算剪力墻墻身承載力時對剪力墻分布筋的配置提出了一定的要求，但也沒有明確要求豎向必須搭接。為了對SGBL 裝配式剪力墻的承載力進行分析，基于anasys 軟件建立了有限元分析模型，對豎向分布筋連續(xù)與不連續(xù)兩種剪力墻的受壓承載力進行了計算，結(jié)果如下圖1 中所示，從中可以發(fā)現(xiàn)，SGBL 裝配式剪力墻與傳統(tǒng)裝配式剪力墻的豎向承載力沒有被明顯削弱。

圖1 SGBL 裝配整體式剪力墻承載力分析

2.3 SGBL 裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)的性能分析

實際上，在剪力墻結(jié)構(gòu)中，剪力墻構(gòu)件作為主要的抗側(cè)力構(gòu)件，是影響結(jié)構(gòu)性能的重要因素。為此，不僅需要從承載力的角度出發(fā)來分析構(gòu)件性能，還需要對結(jié)構(gòu)的整體進行多全面評價。在本文的研究當(dāng)中以某一傳統(tǒng)裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)有限元模型為基礎(chǔ)，基于盈建科的裝配式設(shè)計模塊將剪力墻的連接改為豎向分布筋不連接，從而對兩個模型的計算結(jié)果進行對比分析。該工程項目為抗震設(shè)防烈度為7 度（0.1g），層高2.9m，共計11 層，建筑高度31.9m，體型規(guī)則性滿足《高規(guī)》中的相關(guān)規(guī)定，均未發(fā)生超限，相關(guān)計算結(jié)果如表1 中所示。

表1 抗震性能對比分析

從下表中的統(tǒng)計數(shù)據(jù)中可以發(fā)現(xiàn)，在三階段抗震設(shè)防設(shè)計中，將傳統(tǒng)灌漿套筒連接裝配式剪力墻方式改為SGBL 裝配式剪力墻，其層間位移比并未發(fā)生明顯增大，這說明結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力水平基本保持不變，即SGBL 裝配式剪力墻與傳統(tǒng)采用灌漿套筒連接的裝配式結(jié)構(gòu)在抗側(cè)力性能方面并未發(fā)生明顯削弱。

此外，從結(jié)構(gòu)的破壞形態(tài)來看，SGBL 裝配整體式剪力墻的延性與灌漿套筒連接的裝配式剪力墻并無明顯差異，從理論上來看，剪力墻身混凝土的塑性破壞可能更有利于提升的耗能，從而保障結(jié)構(gòu)在地震力作用下的變形。

3 SGBL 裝配整體式剪力墻的一體化建造

裝配式剪力墻由于采用工廠預(yù)制、現(xiàn)場拼接施工等方式，不僅提升了結(jié)構(gòu)的成型質(zhì)量，同時工廠內(nèi)的規(guī)?；a(chǎn)有效降低了生產(chǎn)成本與能耗，從而實現(xiàn)了綠色建造的重要目標(biāo)。SGBL 裝配式剪力墻由于通過調(diào)整約束邊緣構(gòu)件配筋的方式解決了傳統(tǒng)裝配式剪力墻灌漿套筒連接方式的缺陷，提升了項目的裝配率，其一體化建造技術(shù)也更為復(fù)雜，同時綠色建造水平也能得以大幅度提升。為進一步探索SGBL 裝配式剪力墻一體化建造技術(shù)，在本文的研究當(dāng)中以某一具體項目為例展開了研究與分析。

3.1 標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計

裝配式結(jié)構(gòu)生產(chǎn)能耗較低的根本原因在于工廠內(nèi)的流水線化構(gòu)件制造能夠更好地控制成本，提升質(zhì)量。采用工業(yè)化的生產(chǎn)方式來替代現(xiàn)場施工，其環(huán)保效能與工業(yè)化規(guī)模密切相關(guān)，只有裝配式剪力墻構(gòu)件的預(yù)制規(guī)模越大，則其成本與能耗就越低。

在建筑產(chǎn)業(yè)中，設(shè)計是生產(chǎn)的起點，SGBL 裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)遵循“少規(guī)格、多組合”的基本設(shè)計原則，減少構(gòu)件的規(guī)格數(shù)量，盡量通過組合的方式來構(gòu)建完整的剪力墻墻肢，從而達到提升模板利用率、降低人工成本的目標(biāo)。具體而言，結(jié)構(gòu)工程師在進行SGBL 裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)全面貫徹構(gòu)件的模數(shù)化、通用化、標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計方法，提升構(gòu)件的通用性，降低構(gòu)件的種類數(shù)量。

下圖2 為該SGBL 裝配式剪力墻預(yù)制構(gòu)件布置圖，該項目的結(jié)構(gòu)體系在方案設(shè)計階段就強調(diào)了標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計思路，充分考慮了設(shè)計、施工等多方面的要素，遵循了模數(shù)化設(shè)計的根本思路。從中可以發(fā)現(xiàn)，該項目的預(yù)制墻板規(guī)格只有3 種，門窗規(guī)格則有6 種，整體規(guī)格相對較少，從而在一定程度上降低了工廠預(yù)制的難度與成本。從圖3 中也可以發(fā)現(xiàn)，通過拼接的方式也能有效組合出與初始結(jié)構(gòu)設(shè)計相匹配的剪力墻墻身布置。在該項目當(dāng)中預(yù)制墻體共計需要132 塊，預(yù)制門窗為265 塊，構(gòu)件的連接應(yīng)按照標(biāo)準(zhǔn)化的節(jié)點連接方法。

圖2 剪力墻預(yù)制構(gòu)件布置圖

3.2 自動化生產(chǎn)

SGBL 裝配整體式剪力墻由于豎向分布筋只分別在兩側(cè)保留兩根，這就導(dǎo)致剪力墻預(yù)制構(gòu)件的工廠預(yù)制效率也能得以大幅度提升。在該項目當(dāng)中，為了進一步提升生產(chǎn)以及后期現(xiàn)場預(yù)制拼裝施工的難度，還強化了信息編碼、物聯(lián)網(wǎng)等現(xiàn)代化信息技術(shù)應(yīng)用，以自動化理論為基礎(chǔ)對預(yù)制墻體工藝進行分解，并通過RFID 技術(shù)等進行自動識別，從而提升自動化生產(chǎn)水平。由于SGBL 裝配式剪力墻相較于傳統(tǒng)的預(yù)埋套管的剪力墻構(gòu)件更為簡單，可以直接對傳統(tǒng)的預(yù)制剪力墻生產(chǎn)線進行改造升級即可直接使用。

3.3 裝配化施工

便捷的裝配化施工是裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)最大的特征，由于取消了豎向分布筋的連接，SGBL 裝配式剪力墻只需要在兩側(cè)將下層預(yù)留插筋插入到上層剪力墻墻身底部的預(yù)留盲孔之中即可，底部連接則采用坐漿連接，從而大幅度降低了施工難度。由于預(yù)制構(gòu)件吊裝會造成應(yīng)力集中以及荷載偏置，從而導(dǎo)致構(gòu)件的受力方式發(fā)生突變，因此，應(yīng)按照設(shè)計要求完成吊裝運輸。在進行裝配施工之前，應(yīng)制定完善的施工方案與流程，并對具體的施工參數(shù)進行完善與修訂，并要求施工技術(shù)人員必須在現(xiàn)場監(jiān)督并給予工人必要的指導(dǎo)，確保套筒與鋼筋對接的精準(zhǔn)性與坐漿連接的可靠性。為了確保預(yù)制剪力墻墻身的精準(zhǔn)定位，在該項目當(dāng)中還設(shè)計了一套智能化調(diào)直設(shè)備，通過該設(shè)備能夠精準(zhǔn)定位墻體、調(diào)直鋼筋，從而加速裝配施工效率。

4 結(jié)論

隨著建筑產(chǎn)業(yè)升級的不斷發(fā)展，裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)在高層建筑，尤其是居住類住宅建筑中的應(yīng)用將得以進一步提升，SGBL 裝配式剪力墻解決了傳統(tǒng)剪力墻豎向鋼筋連接施工的難題，也符合剪力墻結(jié)構(gòu)的基本力學(xué)性能要求，可以在實踐中進行大力推廣，從而推動綠色建筑產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級。從綠色建筑深化發(fā)展的需求來看，SGBL 裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)還存在進一步發(fā)展的空間，從目前來看主要包含如下幾個方面：

4.1 BIM 技術(shù)的深度融合

SGBL 裝配整體式剪力墻與結(jié)構(gòu)由于預(yù)制化程度較高，且具備信息化施工需求，加強BIM 技術(shù)的應(yīng)用能進一步提升生產(chǎn)建造效率。

4.2 預(yù)制范圍的深度拓展

目前，SGBL 裝配式剪力墻的預(yù)制構(gòu)件使用范圍依然集中在主體結(jié)構(gòu)方面，未來應(yīng)進一步加大外部節(jié)點、線條構(gòu)造以及給排水、暖通預(yù)留管道等預(yù)制預(yù)埋一體化施工技術(shù)應(yīng)用。

4.3 加快裝配式構(gòu)件拼接設(shè)備研發(fā)與應(yīng)用

鑒于裝配式剪力墻施工拼接的難題，應(yīng)以機械、自動化等專業(yè)為引領(lǐng)，加快施工輔助裝置設(shè)計研發(fā)。