預(yù)制型鋼混凝土剪力墻研究概況

翟亞光+王茜

【摘 要】預(yù)制裝配式型鋼剪力墻同時(shí)具備預(yù)制結(jié)構(gòu)和型鋼混凝土剪力墻各自的優(yōu)點(diǎn)，承載力高，抗震性好，有助于實(shí)現(xiàn)住宅的產(chǎn)業(yè)化和建筑領(lǐng)域的節(jié)能減排。本文通過對(duì)型鋼混凝土剪力墻的研究現(xiàn)狀和預(yù)制結(jié)構(gòu)的研究現(xiàn)狀的介紹，引出目前對(duì)預(yù)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(diǎn)。

【關(guān)鍵詞】型鋼混凝土剪力墻； 預(yù)制裝配式

前言

隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，城市化進(jìn)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(yīng)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?yàn)槎喔邔咏ㄖ?duì)剪力墻結(jié)構(gòu)的承載力相對(duì)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(yù)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(jìn)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(jì)效益[1] 。而且由于型鋼的設(shè)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(shí)，在人口密集的城區(qū)施工，需要嚴(yán)格控制施工時(shí)間，減少在人口密集的地區(qū)對(duì)周圍人口的影響，這時(shí)，如果將型鋼混凝土剪力墻做成預(yù)制結(jié)構(gòu)，就可以充分發(fā)揮型鋼混凝土結(jié)構(gòu)和預(yù)制結(jié)構(gòu)共同的優(yōu)點(diǎn)，很大程度上滿足城區(qū)內(nèi)對(duì)多高層建筑施工的要求。

預(yù)制型鋼混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)工廠預(yù)制、現(xiàn)場(chǎng)裝配，適合在人口密集的城區(qū)作業(yè)，在工廠預(yù)制減少了對(duì)施工周邊環(huán)境的影響，減少了建筑垃圾對(duì)周圍環(huán)境的不良影響。節(jié)省了大量的施工時(shí)間，極大地降低了對(duì)周圍人口的影響。還可以使建設(shè)過程的分工更加明確，更加科學(xué)，有利于提高建筑的專業(yè)化、產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。符合國(guó)家對(duì)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(diǎn)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(dú)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(shì)就是承載力大，進(jìn)而可以減少剪力墻構(gòu)件的截面尺寸。

同時(shí)，相比如今也被廣泛運(yùn)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(jìn)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?yàn)榘弯摰幕炷翆?duì)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(dān)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(xué)黃雄軍[4]等在1998年進(jìn)行過5個(gè)帶邊框低剪力墻的試驗(yàn)研究，對(duì)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(jìn)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(dá)到極限承載力以前以剪切變形為主且破壞呈脆性。

長(zhǎng)安大學(xué)的馬愷澤[5]對(duì)5個(gè)剪跨比為2.5的型鋼混凝土剪力墻試件的擬靜力試驗(yàn)。通過改變?cè)嚰呐涔刻卣?、值軸壓比和配鋼率，對(duì)試件在往復(fù)水平荷載的作用下的滯回性能、破壞機(jī)理、變形能力和耗能能力進(jìn)行了研究，并根據(jù)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析，給出了對(duì)配箍特征值和約束邊緣構(gòu)件長(zhǎng)度的建議。

北京工業(yè)大學(xué)曹萬(wàn)林[6]等總結(jié)了近些年國(guó)內(nèi)外有關(guān)型鋼混凝土剪力墻抗震方面的研究成果，在此基礎(chǔ)上，對(duì)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(jìn)行了試驗(yàn)研究。研究結(jié)果表明：內(nèi)藏鋼桁架的存在對(duì)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(yù)制式型鋼混凝土剪力墻

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

三、預(yù)制結(jié)構(gòu)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

在20世紀(jì)80年代初期，預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)體系開始最早應(yīng)用于建筑行業(yè)。囿于當(dāng)時(shí)經(jīng)濟(jì)水平和技術(shù)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(shè)防區(qū)的影響更大。在這些有益的實(shí)踐過后，這些新工藝都沒有大規(guī)模的推廣。目前，在有預(yù)制結(jié)構(gòu)的建筑中，一般只是一些初級(jí)的預(yù)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(jī)構(gòu)對(duì)預(yù)制結(jié)構(gòu)研究也不多，一些結(jié)構(gòu)專家認(rèn)為該結(jié)構(gòu)有無法彌補(bǔ)的性能缺陷，研究意義較小。

國(guó)外也曾有過預(yù)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(yù)制構(gòu)件，只有承臺(tái)和基礎(chǔ)梁采用了現(xiàn)澆混凝土，其全部施工僅用了三個(gè)月。

在國(guó)內(nèi)，隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)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(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)在我國(guó)逐漸升溫，萬(wàn)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(tuán)等多家公司對(duì)預(yù)制構(gòu)件開展了研究，對(duì)我國(guó)的預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展起到了極大的促進(jìn)作用[7]。

隨著預(yù)制結(jié)構(gòu)的不斷成熟和發(fā)展，將預(yù)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(guó)對(duì)預(yù)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(yù)制型鋼混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)的主要難點(diǎn)

預(yù)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(diǎn)，可是目前在國(guó)內(nèi)，有預(yù)制結(jié)構(gòu)的建筑中很多也只是一些初級(jí)的預(yù)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(jī)構(gòu)對(duì)預(yù)制結(jié)構(gòu)的研究也不多，很大一部分原因在于預(yù)制結(jié)構(gòu)在現(xiàn)有的技術(shù)條件下整體性較差，連接節(jié)點(diǎn)位置處理不善，會(huì)嚴(yán)重影響其受力性能，在地震設(shè)防區(qū)的影響更大。預(yù)制型鋼混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)作為一種預(yù)制結(jié)構(gòu)，型鋼的連接節(jié)點(diǎn)問題是決定整個(gè)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(diǎn)連接，預(yù)制型鋼混凝土剪力墻連接成整體，使整個(gè)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(diǎn)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(diǎn)是預(yù)制型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，是決定該結(jié)構(gòu)是否能夠推廣應(yīng)用的重要影響因素。

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