裝配式剪力墻豎向接縫形式介紹及相關(guān)研究

董超，顏孫杰，趙士瑞，劉泓睿

（北京建筑大學(xué)土木與交通工程學(xué)院，北京 100044）

1 引言

裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)作為多、高層建筑中應(yīng)用最廣泛的結(jié)構(gòu)形式，具有抗側(cè)剛度大、承載力高等優(yōu)勢，是推動住宅產(chǎn)業(yè)化發(fā)展最為有效的結(jié)構(gòu)形式[1]。裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)體系由多個墻板通過大量水平和豎向接縫連接而成，結(jié)構(gòu)的整體性能和抗震性能受接縫連接影響較大。其中豎向接縫是傳遞墻板間相互作用、保證墻板間協(xié)同工作的關(guān)鍵位置，其連接性能影響墻體剛度和承載能力。為此，本文針對裝配式剪力墻豎向接縫連接形式進行系統(tǒng)歸類，并對其各自連接性能進行歸納總結(jié)。

2 豎向接縫

豎向接縫根據(jù)連接方式不同可分為干式連接和濕式連接兩種。

2.1 干式連接

2.1.1 螺栓連接

螺栓連接是國外常用的干式連接之一，一般在國外應(yīng)用最為廣泛，該連接方式通常由高強螺栓與鋼連接件組合而成，具有連接構(gòu)造簡單、施工高效、便于維修等優(yōu)勢，但螺栓連接存在安裝精度高、長期使用易引發(fā)螺栓易松動等問題。孫建等[2]開發(fā)了一種螺栓框架體系如圖1 所示，該體系由連接鋼框、內(nèi)嵌邊框、高強螺栓組成，可用于縱橫墻體間水平連接，實現(xiàn)墻體間的協(xié)同工作。通過試驗研究表明采用高強螺栓連接的墻體具有良好的抗震性能，但采用該連接件進行連接時，腹板底部和翼緣根部出現(xiàn)脆性剪切破壞，變形能力較差。

圖1 螺栓-鋼框豎向接縫

2.1.2 焊接連接

焊接連接是一種常用的干連接方式，具有施工便捷等優(yōu)勢，但如果結(jié)構(gòu)中焊接量過大，會增加經(jīng)濟成本、影響連接質(zhì)量。黃昌輝等[3]針對剪力墻水平連接提出了“連接板焊接”和“端板邊焊接”兩種新型連接形式，通過對豎向接縫采用新連接形式的剪力墻進行抗震性能研究以及與現(xiàn)澆剪力墻進行試驗對照，發(fā)現(xiàn)新型連接形式的剪力墻承載能力與現(xiàn)澆剪力墻相當，變形能力和耗能能力均優(yōu)于現(xiàn)澆剪力墻。劉繼新等[4]提出一種新型干連接形式，如圖2 所示，該連接須在墻板內(nèi)部埋置型鋼預(yù)埋件，通過“疏型”鋼板將對應(yīng)預(yù)埋件進行焊接，依靠形成的型鋼抗剪件實現(xiàn)剪力的傳遞。研究結(jié)果表明，該連接方式能夠保證相鄰墻體件的相互作用，連接可靠，可進一步應(yīng)用于實際工程中。

圖2 “疏型”鋼板焊接連接

2.2 濕式連接

JGJ 1—2014 《裝配式混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》[5]中明確規(guī)定，樓層相鄰預(yù)制剪力墻水平連接應(yīng)采用濕式連接，以保證結(jié)構(gòu)的整體性能。豎向接縫濕式連接可分為出筋式連接和不出筋式連接。

2.2.1 出筋式連接

插銷連接是指在墻板連接側(cè)外伸U 形水平鋼筋，將環(huán)形箍筋與兩側(cè)外伸鋼筋交接形成一定空隙，在空隙內(nèi)放置豎向鋼筋并進行后澆混凝土實現(xiàn)墻板間連接，構(gòu)造如圖3 所示。萬里波等[6]對豎向接縫采用插銷連接的剪力墻試件進行擬靜力試驗，并與現(xiàn)澆剪力墻試件進行對比分析，研究發(fā)現(xiàn)，豎縫采用箍筋插銷連接的剪力墻試件具有與現(xiàn)澆剪力墻相當?shù)暮哪苣芰妥冃文芰Γ芰π阅芰己?，能夠滿足實際工程需要。為進一步提高墻體的承載能力和變形能力，Jesper H.S?rensen[7]提出了一種新型U 形環(huán)筋連接，在預(yù)制板側(cè)邊間隔設(shè)置鍵槽和U 形環(huán)筋，抗剪承載力由鍵槽間混凝土的咬合力、鋼筋的銷栓力和新舊混凝土結(jié)合面間的摩擦力提供，U 形環(huán)筋平與墻面平行設(shè)置，可有效避免拼裝時鋼筋發(fā)生碰撞，在U 形環(huán)筋內(nèi)水平插入雙T 形鋼筋，豎向插入縱向鋼筋，澆筑混凝土實現(xiàn)墻板間的水平連接，通過試驗研究表明，該連接方式可明顯改善墻體的延性和強度。

圖3 插銷連接

2.2.2 不出筋式連接

軟索連接是一種在歐洲國家應(yīng)用較為廣泛的連接方式，通過在預(yù)制墻板中預(yù)埋軟索，放置插筋并進行灌漿實現(xiàn)墻板間的連接。該連接方式具有安裝、運輸方便、現(xiàn)場用鋼量少等優(yōu)點，但其連接剛度較差。黃遠[8]對側(cè)面設(shè)置軟索連接的全裝配式剪力墻試件進行恒定軸力下的擬靜力試驗，表明拼縫處抗剪承載力由軟索自身銷栓力和界面抗剪摩擦力提供，試件延性性能良好。

疊合板剪力墻和空心模剪力墻預(yù)制板間的水平連接通常通過在空腔內(nèi)放置水平連接鋼筋來實現(xiàn)。疊合板剪力墻是指將兩側(cè)預(yù)制混凝土墻板作為模板，在施工時在墻體中間澆筑混凝土形成整體，其具有施工周期短、模板用量少及抗震性能好等優(yōu)勢，但其現(xiàn)場澆筑量較大。連星等[9]對不同邊緣約束形式和不同軸壓比的疊合板剪力進行抗震性能試驗研究，并與現(xiàn)澆剪力墻試件進行對比分析，結(jié)果表明，疊合板剪力墻現(xiàn)澆和預(yù)制部分混凝土協(xié)同工作性能良好，并且疊合板剪力墻具有與現(xiàn)澆剪力墻相似的破壞形態(tài)，均以彎曲破壞為主。

空心模剪力墻結(jié)構(gòu)在內(nèi)部開設(shè)平行于墻面的水平和豎向貫通孔洞，兩方向孔洞相互交叉形成空間骨架，相鄰墻板間通過在水平孔洞內(nèi)放置連接鋼筋，在豎向孔洞內(nèi)放置豎向鋼筋，然后澆筑混凝土實現(xiàn)水平連接?？招哪＜袅哂匈|(zhì)量輕、運輸安裝方便等優(yōu)點，但其開孔率較大，因此現(xiàn)場澆筑量較大。初明進等[10]還研究了不同構(gòu)造豎縫對空心模剪力墻的抗震性能的影響，研究結(jié)果表明，空心模剪力墻破壞時，沿豎向接縫處產(chǎn)生宏觀豎向裂縫，墻體從整截面受力狀態(tài)逐漸演變成組合體受力階段，墻體變形能力提高；豎向接縫處部分混凝土由木條代替可以改善墻體受力性能。

榫卯剪力墻以榫卯板作為基本裝配單元，側(cè)邊間隔布置橫向凹槽，在榫卯板側(cè)邊設(shè)置縱向孔洞。水平連接時，將兩側(cè)榫卯板相對布置，將橫向鋼筋放入橫向凹槽內(nèi)，在縱向孔洞內(nèi)放置縱向鋼筋并與橫向鋼筋進行綁扎固定，澆筑混凝土后水平連接，連接形式如圖4 所示。

圖4 榫卯連接方式

在連接性能方面，劉繼良等通過開展直剪試驗[11]和擬靜力試驗[12]研究了不同構(gòu)造豎縫對榫卯剪力墻連接性能和受力性能的影響，結(jié)果表明榫卯接縫構(gòu)造合理，整體性良好，榫卯構(gòu)造對榫卯接縫的受力性能影響顯著。

齒槽預(yù)制剪力墻以齒槽板為基本裝配單元，內(nèi)部設(shè)置豎向貫通槽孔、水平不貫通槽孔和中部插筋孔。墻體水平連接時，將齒槽預(yù)制剪力墻對位放置，在橫向槽孔中放置水平連接鋼筋，在豎向槽孔內(nèi)放入豎向插筋與水平連接鋼筋形成鋼筋骨架，連接構(gòu)造如圖5 所示。熊賅博[13]和虞曉雪[14]分別對裝配整體式齒槽剪力墻抗震性能和豎向接縫連接性能進行試驗研究，研究表明，齒槽剪力墻承載能力和剛度與現(xiàn)澆剪力墻基本相當，可以滿足“等同現(xiàn)澆”的設(shè)計目標；豎向接縫連接性能良好，峰值狀態(tài)時，墻體以分縫墻的形式受力，阻止了主斜裂縫的產(chǎn)生，有效改善墻體的變形能力。

圖5 齒槽剪力墻連接示意圖

3 結(jié)論

本文從干、濕連接角度出發(fā)，對裝配式剪力墻豎向接縫形式和連接性能進行綜述總結(jié)，并得到以下結(jié)論。

1）螺栓連接和焊接連接是剪力墻水平連接中應(yīng)用最廣泛的兩種干式連接形式，具有構(gòu)造簡單、施工快捷等優(yōu)點，但螺栓連接對安裝精度要求較高且后期易引起螺栓松動等，而焊接連接施工質(zhì)量難以把控，易引起應(yīng)力集中現(xiàn)象，施工質(zhì)量不易保證。

2）濕式連接中，出筋式連接裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)整體性較好，連接較為簡單，但預(yù)制板通常存在外伸鋼筋，在生產(chǎn)、運輸和安裝過程中易引起鋼筋碰撞、彎折現(xiàn)象，降低施工效率。

3）不出筋式連接的裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)具有良好的整體性能和連接性能，其優(yōu)化了鋼筋外伸的缺陷，施工效率和施工質(zhì)量可大幅提升。疊合板剪力墻和預(yù)制空心模剪力墻在實際工程中應(yīng)用最多，但其具有預(yù)制率較低，現(xiàn)場濕作業(yè)量大等缺陷，不易滿足我國建筑業(yè)綠色、節(jié)能、環(huán)保、低碳的政策要求；榫卯剪力墻和齒槽剪力墻是兩種全預(yù)制、不出筋的新型剪力墻結(jié)構(gòu)，既能保證墻體預(yù)制率，又能夠避免墻體出筋的問題，因此，在實際工程中具有良好的發(fā)展前景，值得大力推廣和應(yīng)用。