裝配式混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)施工及抗震性能研究

馬軍

摘 要：裝配式混凝土建筑與傳統(tǒng)現(xiàn)澆混凝土建筑相比具有節(jié)約建筑材料、降低勞動(dòng)力成本、減少環(huán)境污染等優(yōu)點(diǎn)，符合建筑產(chǎn)業(yè)化發(fā)展要求，在我國正得以廣泛應(yīng)用?；谘b配式混凝土結(jié)構(gòu)在工程應(yīng)用上還存在著諸多問題，本文就裝配式混凝土框架剪力墻結(jié)構(gòu)的整體抗震性能進(jìn)行試驗(yàn)研究。研究?jī)?nèi)容包括結(jié)構(gòu)破壞機(jī)理、承載力、變形、剛度退化、耗能等，以試驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，結(jié)合結(jié)構(gòu)抗震分析方法，分析了結(jié)構(gòu)的抗震性能。通過對(duì)模型施加水平低周往復(fù)荷載，觀察結(jié)構(gòu)構(gòu)件的破壞發(fā)展過程，通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)記錄試驗(yàn)過程中結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形及位移等相關(guān)數(shù)據(jù)信息，分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)得出了裝配式混凝土框架剪力墻結(jié)構(gòu)抗震相關(guān)的性能參數(shù)指標(biāo)，對(duì)該類結(jié)構(gòu)體系的抗震性能進(jìn)行了評(píng)估。研究結(jié)果表明：拆分形式設(shè)計(jì)合理的裝配式結(jié)構(gòu)具有較好的變形和耗能能力，其抗震性能接近現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)，部分性能指標(biāo)優(yōu)于現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)。

關(guān)鍵詞：裝配式混凝土；剪力墻結(jié)構(gòu)施工；抗震性能研究

1 引言

近年來，我國開始積極探索和發(fā)展裝配式建筑。在國家政策的大力支持和不斷推廣下，裝配式建筑的發(fā)展駛?cè)搿翱燔嚨馈?。國發(fā)辦【2016】第71號(hào)文件中明確指出，力爭(zhēng)用十年左右的時(shí)間，使我國裝配式建筑在新建建筑中所占的比例從現(xiàn)在的5%提高到30.70%?？梢钥闯?，國家對(duì)于發(fā)展裝配式建筑的決心非常堅(jiān)決。裝配式混凝土結(jié)構(gòu)是用工廠預(yù)制好的鋼筋混凝土構(gòu)件在工地上拼裝而成的建筑。它與傳統(tǒng)的現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)相比具有多方面的優(yōu)勢(shì)：彌補(bǔ)了傳統(tǒng)建筑的不足，有利于節(jié)約資源，減少施工對(duì)環(huán)境造成的污染，提升勞動(dòng)生產(chǎn)效率和質(zhì)量安全水平，降低施工成本。促進(jìn)建筑業(yè)向信息化、工業(yè)化方向發(fā)展，是推動(dòng)建筑行業(yè)改革的重要舉措。在所有建筑中，住宅建筑占得比例最大，達(dá)到80%以上，且大多為高層鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)。因此，研究和發(fā)展裝配式混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)是重中之重。本文研究的是裝配式混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)，以實(shí)際工程為研究背景，主要在施工技術(shù)和結(jié)構(gòu)抗震性能等角度做了如下幾個(gè)方面的研究：（1）對(duì)某工程項(xiàng)目在施工過程中出現(xiàn)的技術(shù)問題做出詳細(xì)的分析，包括裝配式混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)施工工藝流程、豎向構(gòu)件和水平構(gòu)件吊裝工藝流程以及注漿施工工藝流程等。針對(duì)上述問題提出了解決方案，并做出了相應(yīng)的改進(jìn)措施。同時(shí)，對(duì)項(xiàng)目中用到的灌漿套筒的構(gòu)造進(jìn)行了改進(jìn)，成功申請(qǐng)了一項(xiàng)實(shí)用新型專利。（2）將BIM技術(shù)運(yùn)用到裝配式建筑中。運(yùn)用Tekla軟件對(duì)工程項(xiàng)目建模，將模型導(dǎo)入到Navisworks里面，進(jìn)行四維施工模擬分析。通過模擬分析發(fā)現(xiàn)施工中存在的問題，并加以解決，形成合理的裝配式建筑施工組織計(jì)劃方案。

2 裝配式混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)的相關(guān)概念

預(yù)制裝配結(jié)構(gòu)是指綜合地考慮了設(shè)計(jì)、制作、安裝和造價(jià)等方面的因素，盡可能地減少現(xiàn)場(chǎng)濕式作業(yè)，通過合理的方式將結(jié)構(gòu)分解成很多構(gòu)件單元，使用可靠的連接方式把各構(gòu)件單元連接成一個(gè)共同作用的結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)稱之為裝配式結(jié)構(gòu)。這些構(gòu)件單元是在專門的混凝土工廠中生產(chǎn)的，使用過程中通過運(yùn)輸工具將預(yù)制構(gòu)件運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)，由起重設(shè)備將構(gòu)件單元吊裝到結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的位置上，再進(jìn)行連接，形成一個(gè)整體。剪力墻是指縱橫向主要承重構(gòu)件全部為結(jié)構(gòu)墻的結(jié)構(gòu)。當(dāng)墻體位于建筑物中一定的位置時(shí)，不僅能起到對(duì)空間的分隔作用，還能形成一種有效抵抗水平剪力的結(jié)構(gòu)體系。預(yù)制裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)的主要構(gòu)件是預(yù)制或半預(yù)制的墻、板，經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)組裝裝配、部分現(xiàn)澆而成的混凝土結(jié)構(gòu)。通過工廠化生產(chǎn)、現(xiàn)場(chǎng)裝配形成混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)，并實(shí)現(xiàn)房屋等建筑物或構(gòu)筑物的建造。構(gòu)件提前預(yù)制好后，運(yùn)輸?shù)绞┕ひ痪€，或在現(xiàn)場(chǎng)預(yù)制好后，采用配套的機(jī)械進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)裝配施工，通過機(jī)械來替代人工，完成構(gòu)配件裝配。

3 裝配式混凝土剪力墻的結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)

3.1 簡(jiǎn)化了房屋建造工藝

跟傳統(tǒng)的現(xiàn)澆鋼筋混凝土房建項(xiàng)目來比，裝配式混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)大大簡(jiǎn)化了房屋建造的工藝。由于構(gòu)配件已經(jīng)提前預(yù)制好，鋼筋按設(shè)計(jì)圖紙要求已經(jīng)安裝完畢，主要剩余構(gòu)配件安裝和連接等工作量，明顯減少混凝土模板架設(shè)、綁扎鋼筋和澆筑混凝土等工作，極大地簡(jiǎn)化了房屋建造工藝。

3.2 降低了施工現(xiàn)場(chǎng)管理難度

傳統(tǒng)的現(xiàn)澆鋼筋混凝土施工，工序較為復(fù)雜，管理環(huán)節(jié)多，質(zhì)量控制難度較大，而裝配化施工將大大減小施工現(xiàn)場(chǎng)管理難度，尤其是施工預(yù)制場(chǎng)地有限或根本沒有預(yù)制場(chǎng)地的項(xiàng)目，通過場(chǎng)外預(yù)制，可有效降低施工現(xiàn)場(chǎng)組織、管理的復(fù)雜性。

3.3 可在一定程度上縮短工期

部分預(yù)制、加工工作可同步進(jìn)行，預(yù)制的效率較高，并且在現(xiàn)場(chǎng)組裝前必須完成預(yù)制，提前預(yù)制將為后續(xù)組裝、連接等工作留下更充足的作業(yè)時(shí)間，有利于施工工期的優(yōu)化和安排。各種構(gòu)配件現(xiàn)場(chǎng)組裝，各項(xiàng)活動(dòng)的相互制約、影響程度較低，部分工序之間無明顯的先后順序，機(jī)械裝配替代人工作業(yè)，施工效率較高。

3.4 有效節(jié)約資源和能源

裝配式混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)作為裝配式混凝土結(jié)構(gòu)中的一種形式，具備裝配式結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)裝配速度快、省時(shí)省料省力、減少建筑垃圾、降低施工噪聲、提高建筑結(jié)構(gòu)性能和功能等優(yōu)點(diǎn)，符合低碳、綠色環(huán)保的建設(shè)要求，因此能有效地節(jié)約資源和能源。

4 裝配式混凝土剪力墻的結(jié)構(gòu)體系

預(yù)制裝配式混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)體系包括裝配式大板結(jié)構(gòu)、剪力墻式框架預(yù)制鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)（WR-RC）、后張無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)、疊合板式剪力墻結(jié)構(gòu)、全預(yù)制裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)、壁式框架預(yù)制鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)（WR-PC）等多種形式。

4.1 裝配式大板

裝配式大板結(jié)構(gòu)的房屋是由預(yù)制鋼筋混凝土墻板和樓板拼裝而成的，工業(yè)化程度較高，雖然可以進(jìn)行商品化生產(chǎn)，而且現(xiàn)場(chǎng)施工效率較高，但接縫處容易產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，造成整體性能差，變形不連續(xù)。從國內(nèi)外的研究成果來看，當(dāng)裝配式大板的水平接縫處的剪切滑移被有效控制，豎向接縫擁有足夠的耗能水平時(shí)，這種結(jié)構(gòu)整體性和連續(xù)性較好，也能夠滿足抗震要求。上世紀(jì)80年代，我國的裝配式混凝土結(jié)構(gòu)住宅體系主要是裝配式大板，另外還有大型屋面板、預(yù)制圓孔板、槽形板等預(yù)制構(gòu)件。受模型設(shè)計(jì)、構(gòu)件生產(chǎn)、施工與質(zhì)量等方面的影響，這些結(jié)構(gòu)在整體性、建筑功能和物理性能、抗震等方面存在這樣或那樣的問題，到90年代，我國這種結(jié)構(gòu)體系逐漸被淘汰和替代。

4.2 后張無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)

這種結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)點(diǎn)是：抗震性能好，自恢復(fù)能力強(qiáng)。在大震情況下，結(jié)構(gòu)側(cè)向位移較大，殘余變形小，破壞主要集中在預(yù)制構(gòu)件連接處，有利于震后修復(fù)。一些國外學(xué)者對(duì)預(yù)制混凝土剪力墻豎向通過無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋連接、預(yù)制墻體通過預(yù)應(yīng)力筋進(jìn)行水平連接的連接性能進(jìn)行了研究，進(jìn)行了縮尺試件的反復(fù)周期荷載試驗(yàn)，結(jié)果表明，結(jié)構(gòu)抗震性能良好，試件在破壞時(shí)，連接角鋼斷裂，但墻體和連梁無重大破壞，卸載后結(jié)構(gòu)的殘余變形很小。

5 結(jié)語

目前，我國在裝配式混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)的研發(fā)方面取得了一定的成績(jī)，也積累了大量工程應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，今后還應(yīng)當(dāng)在以下方面不斷完善。進(jìn)一步引進(jìn)、研發(fā)新型的結(jié)構(gòu)體系，如將鋼構(gòu)件與混凝土結(jié)構(gòu)相結(jié)合，在裝配式結(jié)構(gòu)體系中引入鋼連梁等鋼構(gòu)件，發(fā)揮鋼構(gòu)件自重輕、塑性好、可靠性好、連接方便的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)體系多樣化，科學(xué)化。繼續(xù)優(yōu)化和深入研究裝配式混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)構(gòu)件之間鋼筋的連接方式和連接構(gòu)造，如鋼筋套筒灌漿連接就是一種抗震性能優(yōu)越、經(jīng)濟(jì)型指標(biāo)較好的連接方式，要加大研究力度，在適用的情況下批量應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 郭正興.裝配式混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)階段性研究成果及應(yīng)用[J].施工技術(shù)，2016（11）.