劉亞樓/華北理工大學

裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)拼縫現(xiàn)狀的研究

劉亞樓/華北理工大學

裝配式建筑是實現(xiàn)住宅產(chǎn)業(yè)化和建筑節(jié)能節(jié)排的有效途徑，也是未來建筑行業(yè)發(fā)展的重要方向，因為長期以來，混凝土建筑主要采用現(xiàn)場施工的傳統(tǒng)作業(yè)方式，工作效率比較低，對材料的浪費和環(huán)境的污染等現(xiàn)象較為嚴重，不符合國家節(jié)能和環(huán)保的可持續(xù)發(fā)展政策。而裝配式結(jié)構(gòu)，可以在工廠預先制作現(xiàn)場組裝等優(yōu)點，同時可以有效提高材料在建筑節(jié)能和結(jié)構(gòu)性能的效率、節(jié)約能源與資源，減少建筑垃圾和環(huán)境的不良影響、降低施工場地限制等。本文主要介紹預制裝配式建筑中的預制剪力墻結(jié)構(gòu)以及剪力墻間的拼縫的種類和處理方法。

裝配式建筑；摩擦阻尼器；耗能豎縫

前言

縱觀國內(nèi)外學者的研究成果及以往經(jīng)驗的分析，裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)與裝配式框架結(jié)構(gòu)相比更符合我國目前建筑業(yè)的發(fā)展需求，但是其中構(gòu)件之間的拼接面存在大量接縫，如果這些接縫處理不夠好，直接影響到結(jié)構(gòu)的整體性和抗震性能。就目前對水平縫的處理已相對成熟基本可以達到等同于現(xiàn)澆剪力墻結(jié)構(gòu)的強度效果，對豎向縫的處理也可以使豎縫在地震中起到耗能減震的作用，基于此觀點，提出新型耗能豎縫剪力墻結(jié)構(gòu)“強水平縫弱豎縫”的實施方法，采用已有“濕式設(shè)計”形成強水平縫，采用耗能金屬或者摩擦阻尼器形成弱耗能豎縫，形成“半干式結(jié)構(gòu)”。通過實際試驗，理論分析和仿真模擬得出最終結(jié)論同時建立裝配式剪力墻抗剪承載力公式，進一步完善裝配式剪力墻抗震性能的理論體系。

一、研究背景

隨著經(jīng)濟的口益發(fā)展，人們的生活水平不斷提高，對居住的環(huán)境和住房的性能質(zhì)量提出了更高的要求，同時，傳統(tǒng)施工現(xiàn)場繁重而又危險的體力勞動，給建筑工人造成了極大傷害，再加上現(xiàn)在資源和能源的過度消耗導致資源、能源緊缺，如何能夠既快速又節(jié)能降耗、省力、安全地建造高質(zhì)量住宅的課題被提上口程?！白≌a(chǎn)業(yè)化”的概念應(yīng)運而生。

住宅產(chǎn)業(yè)化主要研究方向是預制混凝土結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)施工過程中能耗高、污染大、占地面積多、現(xiàn)場濕作業(yè)多、工作效率低、工作環(huán)境差和危險度高等缺陷，與之相比，預制混凝土結(jié)構(gòu)具有占地少、施工便捷、住宅質(zhì)量高、現(xiàn)場濕作業(yè)少、對環(huán)境影響小等優(yōu)點，而且建設(shè)周期能夠縮短40%以上，預制構(gòu)件尺寸偏差在2～3mm以內(nèi)，表面平整度偏差小于0.1%，住宅的性能質(zhì)量表現(xiàn)更優(yōu)，主體結(jié)構(gòu)偏差基本小于0.1%的優(yōu)勢。

剪力墻結(jié)構(gòu)是多高層住宅常用結(jié)構(gòu)形式，因此發(fā)展適合于產(chǎn)業(yè)化的裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)住宅建筑顯的非常重要，同時也更符合我國的實際情況。

二、裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)接縫研究現(xiàn)狀

制裝配式混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)體系的特點是主要混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件在工廠里提前預制好，到現(xiàn)場用現(xiàn)澆混凝土和灌漿料等連接成整體。這樣一來，預制構(gòu)件之間就會存在大量拼接縫，嚴重影響了結(jié)構(gòu)的整體、承載力性和抗震性甚至影響到整個結(jié)構(gòu)的可靠性，所以預制混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)體系中各預制剪力墻構(gòu)件間的連接成為關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

裝配式混凝土結(jié)構(gòu)接縫的形式綜合起來可分為干式、半干式和濕式三類，干式和半干式常見于美國、加拿大和日本等國，而我國和歐洲多用濕式。我國采用的接縫連接基本是以濕縫實現(xiàn)剛連接為主，實質(zhì)上實現(xiàn)的是裝配整體式剪力墻結(jié)構(gòu)。而美國主要強調(diào)的是干的節(jié)點和快速施工，所以他們的拼縫連接是偏柔的，基本實現(xiàn)了預制構(gòu)件拼裝裝配。

（一）水平縫

水平縫傳遞豎向荷載、承受水平剪力。水平縫處豎向鋼筋連接方法有插入式預留孔灌漿鋼筋搭接連接、豎向鋼筋套箍連接、套筒漿錨連接和留洞漿錨間接搭接等。

（二）豎向縫

豎向接縫在裝配剪力墻結(jié)構(gòu)中起到傳遞預制剪力墻墻片剪力的作用，并且具有一定的變形能力，在墻體受荷時會發(fā)生相對的豎向和橫向變形，對結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分布、變形和耗能能力有較大影響。

關(guān)于裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)豎向縫的類型及力學性能研究，國外一般是采用干式連接，國內(nèi)則采用濕式連接。

在國內(nèi)，萬墨林[1]等進行了大板結(jié)構(gòu)接縫強度和剛度方面的試驗研究，包括混凝土的純剪切強度和接縫材料的粘結(jié)抗剪強度、剪跨比對截面抗剪強度的影響。

以上所述的這些豎向縫大都是“仿現(xiàn)澆”的濕連接方式，其目的是為了確保結(jié)構(gòu)的整體性、連續(xù)性而將連接處設(shè)計成強連接。具有整體性能較好、設(shè)計方法簡便等優(yōu)點。但是構(gòu)件加工制作復雜，要想實現(xiàn)等同于現(xiàn)澆的目的，需要在預制板外甩出較長的鋼筋或者封閉箍，運輸不便，縫內(nèi)鋼筋綁扎困難等施工方面的不便之處，另外復合墻板技術(shù)在現(xiàn)場的濕作業(yè)量太大，工序繁瑣。

（三）耗能剪力墻研究現(xiàn)狀

在現(xiàn)澆混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)中，許多學者研究了改善剪力墻抗震性能的方法，總體來看，已有研究主要集中在剪力墻設(shè)縫和連梁采用耗能裝置方面。

1.豎縫剪力墻 。

我國研究者也做出了相應(yīng)的一些研究，并多與鋼框架配合使用，組成鋼框架-帶縫剪力墻體系。1999 年清華大學葉列平等提出了一種新型雙功能剪力墻結(jié)構(gòu)[3-5]。哈爾濱工業(yè)大學張耀春等[6]認為帶豎縫鋼筋混凝土剪力墻板在彈性狀態(tài)下有較大剛度，而在彈塑性狀態(tài)下又有較好的延性，是一種抗震性能較好的結(jié)構(gòu)單元。

2.連梁耗能 。

國外的研究者們?yōu)樵鰪娺B梁耗能能力，對延性連梁的配筋形式問題作了大量的研究，有研究者提出過多種形式的改進配筋的連梁，雖然能夠增加結(jié)構(gòu)體系的延性，但由于配筋復雜、施工工序過多，推廣應(yīng)用受到限制，所以一些國內(nèi)外研究者開始轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)耗能減震技術(shù)尋求解決方案。最適于用于建筑結(jié)構(gòu)耗能減震作用的是位移型阻尼器—金屬阻尼器及摩擦阻尼器。

從結(jié)構(gòu)的屈服機制看,結(jié)構(gòu)在側(cè)力的作用下,由于水平縫較強，豎縫首先屈服,與“強柱弱梁”相似,不致形成引起結(jié)構(gòu)倒塌的屈服機制。另外從施工角度考慮，由于裝配式結(jié)構(gòu)中存在大量的豎向接縫，阻尼器的設(shè)置和安裝非常方便于該種結(jié)構(gòu)推廣應(yīng)用。

[1] 萬墨林,曾兵.大板結(jié)構(gòu)接縫的強度和剛度[J].建筑結(jié)構(gòu)學報,1986(4):54-69.

[2] 王嘯霆.新型裝配式型鋼剪力墻組合結(jié)構(gòu)抗震性能研究[D].北京建筑大學,北京,2013.

[3] 武藤清.結(jié)構(gòu)物動力設(shè)計,滕家祿譯[M],北京:中國建筑工業(yè)出版社,1984.

[4] 葉列平,康勝,曾勇.雙功能帶縫剪力墻的彈性受力性能分析[J].清華大學(版),1999,39(12):79-81.

[5] 康勝,曾勇,葉列平,雙功能帶縫剪力墻的剛度和承載力研究[J].工程力學,2001,18(02):27-34.

[6] 葉列平,曾勇,雙功能帶縫剪力墻的彈塑性地震動力反應(yīng)分析[J].工程力學,2002,19(03):74-77.