装配式钢筋混凝土剪力墙结构水平缝研究进展

钟 维 浩

(广东省建筑设计研究院,广东 广州 510010)

0 引言

剪力墙结构是高层建筑结构的常见结构形式之一，结构布置灵活。作为关键的承重和抗侧力构件，剪力墙的抗震性能是整体结构安全性的基础。近年来，由于建筑工业化的快速发展，运用装配式预制结构的技术，结合剪力墙形成的装配式预制钢筋混凝土剪力墙结构体系，与现浇混凝土结构相比，具有施工质量可控，施工速度快的优点，可提高施工性能和施工质量，降低施工成本，有利于实现建筑绿色节能环保的目标[1]。装配式钢筋混凝土剪力墙结构体系的剪力墙构件一般在工厂预制，然后运输至现场进行安装，将预制墙体通过装配拼缝连接成整体[2]，可以有效地提高施工效率和保证建筑结构质量。

由于预制构件在工厂预制，施工质量与整体性好，而预制构件之间的连接部位是受力的薄弱环节，不仅影响到整体结构的安全性，也影响装配式预制结构体系的推广与应用。在水平地震作用下，上下层预制剪力墙构件之间的剪力由水平缝抗剪连接传递。实际震害表明，在地震中装配式预制剪力墙结构的预制构件并未出现严重破坏，破坏主要发生在连接处的后浇混凝土中[3]。因此，保证预制剪力墙构件之间水平缝的有效连接，是影响装配式剪力墙结构整体抗震性能的关键。

本文通过归纳上下层预制剪力墙构件间的水平缝连接形式，为装配式剪力墙结构体系的抗震性能研究及其推广提供参考。

1 预制剪力墙构件间水平缝界面连接

预制剪力墙结构属于装配式大板结构，其与现浇结构相比，整体性不足，容易在接缝处应力集中，变形不连续。接缝为预制剪力墙结构的薄弱部位，接缝性能直接影响结构的整体稳定性和抗震性能。

装配式大板结构的接缝主要有以下四种[4]：1)湿式连接：指的

是利用混凝土和砂浆灌缝连接，这种连接方式结构整体性较好，对施工精度要求不高。2)干式连接：采用焊接连接，这种连接方式对于构件尺寸及安装偏差的精度要求较高。3)螺栓连接：即采用螺栓进行连接，此方法难以控制接缝的变形。4)预应力连接：采用施加预应力的方法将预制构件连为一体，保证结构的整体性。

上下层预制剪力墙构件间的水平缝需要保证轴压力、弯矩和剪力的有效传递。水平缝以湿式连接较为常用，即采用混凝土和砂浆灌缝连接，施工精度要求低，结构整体性好[5]。连接处预制构件表面可处理成粗糙面[6]，粗糙面之间留有一定空隙进行灌浆拼缝处理，如图1所示，或者界面处理成齿槽式连接[1]，如图2所示。轴压力通过水平缝中后浇的混凝土和砂浆进行传递。

2 预制剪力墙构件间水平缝钢筋连接

上下层预制剪力墙构件间的弯矩传递则由配置于预制墙体间的竖向钢筋承担，剪力主要由竖向钢筋及轴压力产生的剪切摩擦力进行传递。在水平地震作用下，预制剪力墙结构的水平缝连接部位是抗剪的薄弱部位，其抗剪承载力对结构的抗剪承载力起着至关重要的作用，水平缝的抗剪承载力受多种因素的影响，包括拼缝混凝土的抗剪承载力、钢筋消栓作用、剪切摩擦作用、轴压力作用等[6]。竖向钢筋的连接方式可采用焊接连接、套筒连接、浆锚连接、搭接连接等方式[7]。

2.1 焊接连接

将上下层预制墙体间需要连接的钢筋一一匹配，然后进行焊接连接，此方法对于钢筋位置的精度要求较高。

2.2 套筒连接

对钢筋进行套筒挤压连接是钢筋机械连接的一种形式，李宁波等[8]通过对竖向钢筋套筒挤压连接的预制钢筋混凝土剪力墙试件进行了拟静力试验，试验结果表明：套筒挤压连接能有效传递钢筋拉、压荷载作用。竖向钢筋套筒挤压连接是可以使预制钢筋混凝土剪力墙的抗震性能满足现行规范的要求的一种有效连接形式，如图3所示。

2.3 浆锚连接

竖向钢筋的浆锚连接可直接将钢筋插入预留孔灌浆进行搭接连接，也可采用金属波纹管预留孔浆锚连接，或者采用套筒浆锚连接。浆锚连接能够有效地传递竖向钢筋的应力，预制剪力墙构件的破坏形态与现浇剪力墙构件的破坏形态相同，刚度与耗能能力也相当，连接合理可靠，但对施工精度要求高，吊装难度大，构件在生产、养护、运输过程中难免会出现预留钢筋位置偏移而使预制墙体吊装困难[5]。

2.4 搭接连接

竖向钢筋的搭接连接可以用于改善对于施工精度要求高的连接形式，例如结合直接浆锚连接，可以将部分钢筋连接进行间接搭接连接，避免需将每根钢筋插入各自预留的对应灌浆孔洞，加快施工进度，同时又保证了连接的可靠性。

3 新型预制剪力墙构件间水平缝连接

传统的上下层预制剪力墙构件间的钢筋虽然有干式连接与湿式连接，但是水平缝采用现浇混凝土或砂浆填缝，连接均需要进行湿作业，难以充分发挥预制结构的优势。

因此，一方面可通过对传统的连接方式进行组合改善，得到更优的水平缝连接方式。汤磊[9]通过借鉴混合装配式剪力墙体系，竖向钢筋采用金属波纹管浆锚搭接连接，结合后张无粘结预应力技术、浆锚钢筋局部无粘结技术和扣接封闭箍筋技术，提出了EHSW体系，构造如图4所示。试验和有限元分析结果表明，EHSW体系可以解决装配式混凝土剪力墙与现浇剪力墙相比存在的开裂较早、混凝土破坏相对集中等问题，验证了其有效性和可行性，为EHSW的工程应用提供初步的设计计算方法。

另一方面，可对水平缝的连接通过预埋钢构件和后置钢构件采用焊接或螺栓进行连接的方式，形成完全干作业连接的型钢—混凝土组合装配式剪力墙结构。孙健[5]通过采用高强度螺栓、连接钢框将带有内嵌边框的预制剪力墙连接起来，形成有效的抗侧力结构，提出一种采用干式连接的全预制装配式剪力墙结构，构造如图5所示。在连接上、下层预制剪力墙的水平缝时，竖向钢筋焊接在内嵌边框内侧，将上、下层预制剪力墙插入水平连接钢框内，用若干高强度螺栓穿入预留的螺栓孔，再将高强度螺栓施加至规定预拉力，即可完成水平接缝的拼装。试验和有限元分析结果表明，采用高强度螺栓、水平钢框连接上下层预制剪力墙，可以将墙体形成可靠抗侧力结构，有效地将上层剪力墙的荷载传递到下层剪力墙。与现浇剪力墙相比，其也具有相近的抗侧力刚度与极限承载力，以及良好的延性性能，在满足抗震性能的基础上充分发挥装配式结构干式连接的优势。

4 结语

装配式预制钢筋混凝土剪力墙结构结合了现浇混凝土结构和预制结构的优点，保证了建筑结构质量与提高施工效率，实现建设绿色节能建筑的目标。

1)预制剪力墙构件间的水平缝是影响结构整体抗震性能的关键，是结构的薄弱环节，进行着上下层预制墙体间轴压力、弯矩与剪力的传递。

2)预制剪力墙构件间的水平缝的界面构造以湿式连接较为常用，即采用混凝土和砂浆灌缝连接，施工精度要求低，结构整体性好。

3)预制剪力墙构件间的水平缝竖向钢筋的连接方式主要有焊接连接、套筒连接、浆锚连接、搭接连接等。

4)通过对传统预制剪力墙构件间的水平缝的改进，可提出新型的水平缝连接，一方面可组合传统的连接方式，取得更优的连接效果，另一方面，通过型钢连接，实现完全干作业连接的型钢—混凝土组合装配式剪力墙结构。

[1] 马 健.装配式剪力墙小齿高比齿槽式连接抗剪机理研究[D].天津:天津大学,2016.

[2] 廖显东.预制钢筋混凝土剪力墙体系研究与应用进展[J].住宅科技,2014,34(6):17-20.

[3] Sause R,Forsch R,Ghosh S K,et al.Preview of PCI’s Japan earthquake reconnaissance team report[J].PCI Journal,2012,57(1):47-51.

[4] 万墨林.大板结构的接缝设计[J].建筑科学,1987(2):50-61.

[5] 孙 建.新型全预制装配式剪力墙结构抗震性能研究[D].南京:东南大学,2016.

[6] 赵作周,周 剑,侯建群,等.装配式混凝土剪力墙结构水平缝抗剪机理及承载力计算方法综述[J].建筑结构,2015,45(12):39,40-47.

[7] JGJ 1—2014,装配式混凝土结构技术规程[S].

[8] 李宁波,钱稼茹,叶列平,等.竖向钢筋套筒挤压连接的预制钢筋混凝土剪力墙抗震性能试验研究[J].建筑结构学报,2016,37(1):31-40.

[9] 汤 磊.预制装配混凝土剪力墙结构新型混合装配技术研究[D].南京:东南大学,2016.