預制裝配式剪力墻結構及其連接技術分析

楊 悅 濟南天華建筑設計有限公司工程師

剪力墻結構是建筑中常見的結構，而預制裝配式剪力墻結構指提前在工廠中預制好，再于施工現場裝配而成的一種剪力墻結構。與傳統現澆剪力墻相比，預制裝配式剪力墻結構更能滿足當今高效化、綠色化的施工要求。在預制裝配式剪力墻結構的裝配施工中，連接施工是最關鍵的環節，目前常用的連接技術有多種，各自的優點和適用范圍不同。

1 預制裝配式剪力墻結構分析

1.1 預制裝配式結構分析

預制裝配式剪力墻結構屬于預制裝配式結構的常見類型，預制裝配式結構是指由預制構件在施工現場裝配而成的建筑結構，它與傳統建筑結構的主要區別在于施工流程和方式不同。預制裝配式結構將大部分現場施工作業轉移到了工廠中進行，先在工廠中加工制作好各類預制構件，再把這些預制構件運輸到施工現場拼裝成建筑結構。預制裝配式結構主要具有以下幾項特征：一是標準化設計，即采用共性條件對預制構件制定統一的標準和模式，進行適用范圍較廣的設計。二是工廠化生產，即按照一定的標準要求提前在工廠中批量化生產預制構件。三是裝配化施工，即將傳統的現場澆筑施工改為現場裝配施工。四是一體化裝修，即通過將建筑結構施工與裝飾裝修作業相結合來實現裝修一次到位。五是信息化管理，即在設計與施工過程中充分應用先進的BIM 等信息技術來提高信息傳遞效率和精度[1]。

1.2 抗震結構體系分析

剪力墻是一種具有較大剛度、較強抗應力的墻體結構，一般建筑中的剪力墻都是由鋼筋混凝土材料建成的，因此同時具備鋼筋混凝土穩定性強的特征，是建筑中的主要抗震結構。剪力墻的抗震結構體系通常可分為兩大部分：一是平面部分，即平面抗震剪力墻結構。二是筒體部分。預制裝配式結構發展日益迅速，平面抗震剪力墻結構基本都已實現了現澆裝配，所以整個剪力墻抗震結構體系也實現了工廠化生產，大大提高了建筑施工效率。由于預制平面抗震剪力墻結構的生產條件和生產環境遠勝于傳統的現澆剪力墻結構，且不易受天氣、溫度等外界自然因素的影響，所以其抗倒塌能力也更強。預制平面抗震剪力墻結構在裝配施工過程中多是采用插入式鋼筋連接法，依據擬動力子結構和擬靜力子結構的時間結果分析來看，其在抗裂性方面也十分突出。綜合來看，通過預制平面抗震剪力墻結構的應用，可以顯著增強建筑結構的抗震能力[2]。

1.3 整體式結構體系分析

根據相關研究發現，整體式預制剪力墻結構無論在剛度上，還是在承載能力上，均超過現行規范要求，通過利用1/2 整體式預制剪力墻結構模型進行低周荷載試驗也可以證實這點。在整體式預制剪力墻結構的應用實踐中，取得了良好的效果，而且整體式預制剪力墻結構的最大優勢是施工速度快、效率高、工期短以及低污染。可以說，整體式預制剪力墻結構的應用，大大推動了預制裝配式剪力墻結構的標準化發展。

1.4 圓孔板剪力墻結構分析

圓孔板剪力墻結構是為了進一步推廣普及預制裝配式剪力墻結構而被研發出來的一種剪力墻結構，現階段已在建筑體系構建中得到了非常廣泛的應用。圓孔板剪力墻結構的主要優勢是可以與梁相配合而強化邊緣構件功能。經過擬靜力試驗表明，圓孔板剪力墻結構的承載能力能夠有效滿足抗震邊緣構件的基本要求，而且圓孔板剪力墻結構的出現，進一步擴大了預制裝配式剪力墻結構的應用范圍。例如，基于圓孔板剪力墻結構而出現的EVE 裝配式剪力墻結構體系，可以通過工業化批量生產構筑出內外承重墻，并通過與疊合板構件的配合，以現場裝配施工的方式構建出剪力墻結構，既高效又環保[3]。

1.5 內部鋼筋結構分析

內部鋼筋結構是預制裝配式剪力墻結構的重要組成部分，對于預制裝配式剪力墻結構而言，其用于保障自身抗應力和彈性狀態的最重要部分就是內部鋼筋結構。在試驗研究過程中，人們通過對內部鋼筋結構應用不同的配筋率和排筋方式所產生的抗震能力影響進行對比分析，確定了最合理的配筋率和排筋方式。雖然經過擬靜力試驗表明，內部鋼筋結構在T 形墻、板、梁等結構的中間層邊節點上的水平承載力要略低于現澆剪力墻，但通過在結構中增設抗剪斜鋼筋或者配合抗剪槽結構，即可有效解決此問題，從而實現較好的抗震效果。總的來說，預制裝配式剪力墻結構與現澆剪力墻在內部鋼筋結構方面存在較大差異[4]。

2 預制裝配式剪力墻結構的連接技術

2.1 套筒連接技術

套筒連接技術是預制裝配式剪力墻結構在裝配施工中最常用的連接技術之一。其主要原理是通過在預制裝配式剪力墻結構的預制混凝土構件中預埋上金屬套筒，并在金屬套筒中插入鋼筋進行水泥基灌漿料灌注，從而對鋼筋進行連接。灌漿料的主要材料是水泥，輔料是細骨料、外加劑等，通過將上述材料進行合理配比并混合均勻，即可得到灌漿連接干混料。頂部插筋和底部套筒的預埋工作均必須在工廠預制的過程中完成，也就是說在加工預制墻板時就要提前對頂部做好插筋的預埋，對底部做好套筒的預埋。然后在頂部鋼筋與底部套筒之間填充上微膨脹結構的砂漿，即能完成鋼筋續接作業。由于水泥灌漿料的膨脹作用會受到套筒作用的限制，在鋼筋表面與套筒內壁形成一種作用力，實現受力鋼筋與鋼筋之間力的傳遞。鋼筋連接接頭接受灌漿充填后，也可以保證剪力墻結構受力的合理性。在套筒連接技術的實際應用中還需注意以下幾項要點：第一，金屬套筒的兩端均需要實施灌漿連接。第二，頂部插筋和底部套筒的預埋需定位準確。第三，預制墻板與基礎結構之間的連接鋼筋要確保垂直吊裝。第四，要控制好垂直度偏差，確保誤差在允許范圍內[5]。

2.2 漿錨連接技術

漿錨連接技術又稱間接搭接技術，因為該技術在應用中要先把搭接鋼筋拉開一定的距離后再實施搭接，先利用剪力結構向灌漿位置傳輸鋼筋拉力，繼而再將拉力傳輸至周邊混凝土結構中，從而形成結構承載力。目前在實際裝配施工中，多是通過插入式預留孔灌漿鋼筋搭接法，依靠螺旋箍筋來強化結構力約束。大致步驟是：在預制構件工廠加工時提前在下端預留好粗糙的內壁孔洞，在安裝時插入下部墻體預留鋼筋，之后灌入漿料，完成對結構錨固的連接。通過在孔洞方向設置螺旋鋼筋，可以大大提高鋼筋連接接頭的性能。但由于這種連接結構能夠有效傳遞縱筋和分布鋼筋應力，需強化其中間墻體結構，避免發生性能減損。需合理保留特定強度墻體的結構應力，從而避免在鋼筋發生屈服時外力破壞混凝土結構。還需在螺旋箍筋中對預埋鋼筋和套管同步進行安置，并于水泥硬化前拔出套管。此外，并非所有情況下都適合應用漿錨連接技術，如果是縱向鋼筋，或者鋼筋的直徑≥20 mm，則不適用該技術。總體來說，漿錨連接技術可以在一定程度上優化預制裝配式剪力墻結構的整體性和抗震性能[6]。

2.3 機械連接技術

機械連接技術是一種出現時間較早、比較傳統的預制裝配式剪力墻結構連接技術，目前該技術已經發展的非常成熟。機械連接顧名思義就是通過機械來進行鋼筋的咬合連接，其優勢是比較靈活，能夠對不同類型的結構部位進行有效連接，從而實現結構整體的鋼筋受力傳遞。機械連接技術在實際應用中必須要按照規范的施工流程進行作業，這樣才能夠確保連接質量。目前，在傳統機械連接技術的基礎上，又衍生出了更加先進的錐螺紋接頭技術、套筒擠壓接頭技術等，它們不但可以保證預制裝配式剪力墻結構的良好抗震性能，而且均擁有非常廣泛的適用面。

2.4 后張預應力連接技術

后張預應力連接技術的原理是通過施加豎向預應力來增加水平接縫處的壓力，以提高接合面的摩擦抗剪強度。其又可分為兩種：一種是后張無粘結預應力連接技術，一種是后張有粘結預應力連接技術。前者是對預制墻體分段預制并預埋預應力筋導管，同時在墻段內設置適量的構造鋼筋，在實際裝配過程中，墻體間無需以鋼筋進行連通，裝配完成后再以預應力鋼筋對墻段進行拼接，其優點是施工操作簡單、在地震作用下損傷較小，缺點是耗能能力和抗火性能不足。后者是在預制墻體內留出孔道，在實際施工過程中澆筑混凝土，之后以張拉設備對預應力筋進行張拉，再以錨具將之錨固在構件端部，其優點是可靠性強、安全性高，缺點是施工工藝復雜、造價成本高。

3 結語

綜上所述，預制裝配式剪力墻結構的出現大大方便了現代建筑結構施工，但它的應用必須要把握好連接技術，目前常用的連接技術有套筒連接技術、漿錨連接技術、機械連接技術以及后張預應力連接技術等，結合實際情況選擇合理的連接技術是保證施工質量的關鍵。