預制型鋼混凝土剪力墻研究概況

翟亞光 王 茜/華北理工大學

預制型鋼混凝土剪力墻研究概況

翟亞光 王 茜/華北理工大學

預制裝配式型鋼剪力墻同時具備預制結(jié)構(gòu)和型鋼混凝土剪力墻各自的優(yōu)點，承載力高，抗震性好，有助于實現(xiàn)住宅的產(chǎn)業(yè)化和建筑領域的節(jié)能減排。本文通過對型鋼混凝土剪力墻的研究現(xiàn)狀和預制結(jié)構(gòu)的研究現(xiàn)狀的介紹，引出目前對預制型鋼混凝土剪力墻研究現(xiàn)狀以及研究中存在的一些主要難點。

型鋼混凝土剪力墻； 預制裝配式

前言

隨著我國國民經(jīng)濟不斷發(fā)展，城市化進程不斷深入，城區(qū)狹小的面積內(nèi)要容納大量不斷涌入的人口，多高層建筑的應用越來越廣泛。剪力墻結(jié)構(gòu)是多高層建筑中最常見的結(jié)構(gòu)形式，也是多高層建筑中中主要的抗側(cè)力構(gòu)件，剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震性能直接影響建筑的抗震能力。在傳統(tǒng)的鋼筋混凝土剪力墻中，因為多高層建筑對剪力墻結(jié)構(gòu)的承載力相對較高，而鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中含鋼率有限制，在一些多高層建筑的剪力墻中鋼筋混凝土難以滿足承載力的要求。而在預制型鋼混凝土中的型鋼可以不受含鋼率的限制，所以型鋼混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力可以高于同樣外形尺寸的鋼筋混凝土構(gòu)件的承載力1倍以上,進而也可以減少剪力墻構(gòu)件的截面尺寸,減輕剪力墻結(jié)構(gòu)的自重,具有更高的經(jīng)濟效益[1]。而且由于型鋼的設置，結(jié)構(gòu)抗震性能好,其延伸性比鋼筋混凝土剪力墻有明顯提高,型鋼混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)在地震中呈現(xiàn)出良好的抗震性能[2]。同時，在人口密集的城區(qū)施工，需要嚴格控制施工時間，減少在人口密集的地區(qū)對周圍人口的影響，這時，如果將型鋼混凝土剪力墻做成預制結(jié)構(gòu)，就可以充分發(fā)揮型鋼混凝土結(jié)構(gòu)和預制結(jié)構(gòu)共同的優(yōu)點，很大程度上滿足城區(qū)內(nèi)對多高層建筑施工的要求。

預制型鋼混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)工廠預制、現(xiàn)場裝配，適合在人口密集的城區(qū)作業(yè)，在工廠預制減少了對施工周邊環(huán)境的影響，減少了建筑垃圾對周圍環(huán)境的不良影響。節(jié)省了大量的施工時間，極大地降低了對周圍人口的影響。還可以使建設過程的分工更加明確，更加科學，有利于提高建筑的專業(yè)化、產(chǎn)業(yè)化進程。符合國家對低碳、節(jié)能、綠色、生態(tài)和可持續(xù)發(fā)展等理念的要求。

一、型鋼混凝土剪力墻特點及研究現(xiàn)狀

型鋼混凝土結(jié)構(gòu)是把型鋼埋入鋼筋混凝土中的一種獨立的結(jié)構(gòu)形式,也是鋼與混凝土組合的一種新形式。由該結(jié)構(gòu)制造的型鋼混凝土剪力墻相比傳統(tǒng)上常用的鋼筋混凝土剪力墻最大的優(yōu)勢就是承載力大，進而可以減少剪力墻構(gòu)件的截面尺寸。

同時，相比如今也被廣泛運用的鋼結(jié)構(gòu)來說，型鋼混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)擁有更好的耐久性和耐火性，位于型鋼外部包裹的混凝土可以有效地抵抗有害介質(zhì)侵蝕，防止鋼筋銹蝕，進而有效提高結(jié)構(gòu)的耐久性。其次，型鋼混凝土的受力性能更好，因為包裹型鋼的混凝土對型鋼具有約束作用，解決了型鋼受壓易失穩(wěn)的問題。由于型鋼混凝土中型鋼和混凝土共同承擔荷載的作用，相比鋼結(jié)構(gòu)可以一定程度地節(jié)約鋼材[3]。

西南交通大學黃雄軍[4]等在1998年進行過5個帶邊框低剪力墻的試驗研究，對勁性混凝土邊框低剪力墻的極限承載力、破壞形態(tài)、耗能能力以及延性進行了考察。得出的結(jié)論是: 勁性混凝土邊框低剪力墻與鋼筋混凝土邊框低剪力墻在達到極限承載力以前以剪切變形為主且破壞呈脆性。

長安大學的馬愷澤[5]對5個剪跨比為2.5的型鋼混凝土剪力墻試件的擬靜力試驗。通過改變試件的配箍特征、值軸壓比和配鋼率，對試件在往復水平荷載的作用下的滯回性能、破壞機理、變形能力和耗能能力進行了研究，并根據(jù)對實驗結(jié)果的分析，給出了對配箍特征值和約束邊緣構(gòu)件長度的建議。

北京工業(yè)大學曹萬林[6]等總結(jié)了近些年國內(nèi)外有關型鋼混凝土剪力墻抗震方面的研究成果，在此基礎上，對較高軸壓比下內(nèi)藏鋼桁架混凝土組合高剪力墻的抗震性能進行了試驗研究。研究結(jié)果表明：內(nèi)藏鋼桁架的存在對高軸壓比下型鋼混凝土高剪力墻的抗震性能有明顯的改善。

二、預制式型鋼混凝土剪力墻

預制裝配式型鋼混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)是把預先制作好的型鋼混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)通在現(xiàn)場組合成所需要的建筑結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)同時具備了型鋼混凝土結(jié)構(gòu)和預制結(jié)構(gòu)各自的優(yōu)點，如較高的承載力，良好的耐久性和耐火性，實現(xiàn)了工廠預制、現(xiàn)場裝配，大幅度地縮短施工時間，極大地減少城區(qū)施工對人口密集地區(qū)對周圍人口的影響以及對施工環(huán)境的影響。

三、預制結(jié)構(gòu)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

在20世紀80年代初期，預制裝配式結(jié)構(gòu)體系開始最早應用于建筑行業(yè)。囿于當時經(jīng)濟水平和技術水平的限制，體系接頭處理不善，極易造成漏水等問題發(fā)生，削弱了其受力性能，在地震設防區(qū)的影響更大。在這些有益的實踐過后，這些新工藝都沒有大規(guī)模的推廣。目前，在有預制結(jié)構(gòu)的建筑中，一般只是一些初級的預制產(chǎn)品，主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件仍然是現(xiàn)澆構(gòu)件。甚至科研機構(gòu)對預制結(jié)構(gòu)研究也不多，一些結(jié)構(gòu)專家認為該結(jié)構(gòu)有無法彌補的性能缺陷，研究意義較小。

國外也曾有過預制式結(jié)構(gòu)成功的案例，在澳大利亞悉尼坐落著一棟十三層的樓房，樓房的大部分結(jié)構(gòu)都采用的是預制構(gòu)件，只有承臺和基礎梁采用了現(xiàn)澆混凝土，其全部施工僅用了三個月。

在國內(nèi)，隨著國家經(jīng)濟持續(xù)快速發(fā)展，節(jié)能環(huán)保的要求日益提高，十年來，預制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)在我國逐漸升溫，萬科企業(yè)股份有限公司、南通建筑工程總承包有限公司、上海瑞安集團等多家公司對預制構(gòu)件開展了研究，對我國的預制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展起到了極大的促進作用[7]。

隨著預制結(jié)構(gòu)的不斷成熟和發(fā)展，將預制結(jié)構(gòu)用于型鋼混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)是型鋼混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)的重要課題。目前我國對預制型鋼混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)的研究成果還不多，結(jié)構(gòu)體系有待完善。

四、預制型鋼混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)的主要難點

預制構(gòu)件本身具有節(jié)能環(huán)保，產(chǎn)業(yè)化程度高，效率高等諸多優(yōu)點，可是目前在國內(nèi)，有預制結(jié)構(gòu)的建筑中很多也只是一些初級的預制產(chǎn)品，主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件依然是現(xiàn)澆構(gòu)件。甚至科研機構(gòu)對預制結(jié)構(gòu)的研究也不多，很大一部分原因在于預制結(jié)構(gòu)在現(xiàn)有的技術條件下整體性較差，連接節(jié)點位置處理不善，會嚴重影響其受力性能，在地震設防區(qū)的影響更大。預制型鋼混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)作為一種預制結(jié)構(gòu)，型鋼的連接節(jié)點問題是決定整個結(jié)構(gòu)整體性的重要部分。在多高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)中，存在大量的節(jié)點連接，預制型鋼混凝土剪力墻連接成整體，使整個結(jié)構(gòu)具有足夠的承載力、剛度、延性和抗震能力。這些節(jié)點的受力性能直接決定了剪力墻結(jié)構(gòu)的整體性能，所以施工方便的型鋼連接節(jié)點是預制型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的一項關鍵技術，是決定該結(jié)構(gòu)是否能夠推廣應用的重要影響因素。

[1]方華.淺談型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)施工技術中國新技術新產(chǎn)品[J].2015,9:108-109

[2]鄭亮,王獻云,楊其偉.型鋼混凝土剪力墻抗震性能研究綜述,北方工業(yè)大學學報[J].2008，3 20（1）

[3]郭華軍.型鋼混凝土剪力墻抗震性能的試驗研究,山東建筑大學碩士學位論文題目2016,4

[4]黃雄軍,趙世春.帶勁性鋼筋混凝土邊框低剪力墻的試驗研究,西南交通大學學報[J].1999,34(5): 535-539

[5]馬愷澤,劉伯.混凝土剪力墻的設計方法,中南大學學報(自然科學版) [J].2013.44(9):3807-3814

[6]曹萬林,范燕飛,張建偉,王新杰,王志惠,宋義平.型鋼混凝土剪力墻的抗震性能研究,地震工程與工程振動[J].2007,27(2):81-84

[7]黃小坤,田春雨.預制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)研究,住宅產(chǎn)業(yè)[J]2010，9：28-32