浅析装配整体式剪力墙结构的设计及抗震因素

浅析装配整体式剪力墙结构的设计及抗震因素

张超

（南京银城房地产开发有限公司，江苏 南京 210000）

摘要：近年来我国房地产市场快速发展，中国每年竣工的城乡房屋建筑面积约20亿平方米，是当今世界最大的建筑市场。随着适龄劳动人口的下降，以及国家大力推进“建筑节能与绿色建筑”和“建筑工业化”的政策背景下，高层住宅大量采用了装配整体式剪力墙结构形式。国内外大量研究证明装配整体式剪力墙结构完全可以达到现浇结构性能，但为了保证其抗震性能，在设计和建造过程中，仍有许多方面需要我们引起重视。本文从设计和施工过程中阐述了与抗震相关的要点。

关键词：装配整体式；剪力墙结构；高层建筑；抗震设计；抗震措施。

2008年的汶川大地震导致了大量建筑物的损毁，通过对灾区现场各类建筑物的地震破坏情况的查勘和分析，并对照《建筑抗震设计规范》的抗震设计基本要求，根据建筑物的破坏程度，判别建筑物是否达到了抗震设计的目标。实际情况分析显示，二十世纪九十年代以后设计建造的建筑物，都达到了三水准抗震设防的目标，而更早建造的房屋破损严重甚至倒塌，基本都是因为施工质量存在问题或者设计中根本未落实抗震相关要求。由此可见,只有设计中严格遵循规范，施工中严把质量,建筑物才能达到"小震不坏,中震可修,大震不倒"的三水准设防目标。

随着能源紧缺、节能环保、劳动力短缺等问题的凸显，国家政策逐渐向装配式建筑倾斜。国务院颁发的国办发〔2016〕71号文明确了需大力发展装配式建筑的若干意见。房地产企业在拿地时，政府也对建筑物的装配率作了明确要求。由于我国装配式建筑起步较晚，装配式建筑的抗震设计及施工仍然有许多需要研究解决的问题。

一、装配整体式剪力墙结构高层建筑的设计要求

1. 设计的基本原则

装配式剪力墙结构的核心是采用预制构件、 现场拼装成为整体结构，因此预制构件之间的连接是其关键技术，结构的整体性和抗地震倒塌能力主要取决于预制构件之间的连接。在地震、 偶然撞击等荷载作用下，整体稳固性对装配式结构的安全至关重要。 拼缝、节点部位的连接构造对结构的整体性的性能又起到决定性的作用。 

平面设计：装配式剪力墙结构的平面设置不应采用不规则的布局。注重建筑方案的规则性，控制建筑的高宽比。装配整体式混凝土建筑宜优先选用大开间、大进深及满足建筑功能需求的结构体系。

基础设计：根据勘察报告，选用合适的方案，防止建筑物不均匀沉降，重点考虑基础结构的整体性、刚度。

地下室：地下室作为上部建筑的嵌固端，其整体性和刚度成为结构的抗震性能的重要因素。地下室结构的刚度以及整体性作适当的加强，装配整体式剪力墙结构的地下室可以提高地震作用下上部结构的抗倾覆能力。 地下室采用装配整体式并无明显的成本和工期优势，一般采用现浇。

底部加强部位：由于结构底部的加强部位其受力复杂，采用全现浇结构可以提高装配整体式结构的抗震性能。

其他抗震措施：屋面采用现浇混凝土梁板，以便加强屋面的整体性；保证结构，为了保证结构的耗能能力，使其具备良好的延性，应严格控制剪力墙肢的剪压比以及轴压比。由于小震及中震作用的时候，层间位移角相对较小，预制墙板结构可以提高结构的弹性刚度，这样不仅可发挥预制墙板的性能优势，而且保证了结构连接的可靠性；

2. 结构计算

装配整体式剪力墙结构的结构计算分析方法和现浇剪力墙结构相同。在计算分析软件中，墙可采用专用的墙元或者壳元模拟。预制墙板间如果为整体式拼缝（拼缝后浇混凝土，拼缝两侧钢筋直接连接或者锚固在拼缝混凝土中），可将拼缝两侧预制墙板和拼缝作为同一墙肢建模计算；预制墙板之间如果没有现浇拼缝，则应作为两个独立的墙肢建模计算。

3. 预制墙板的设计

试验结果表明：装配整体式剪力墙结构等同于现浇，其抗震性能与现浇剪力墙极为相似。虽然结构的整体刚度会因为现浇拼缝的存在有所削弱，在风荷载以及地震作用的时候，其位移会略大于现浇结构，但其延性会稍好于现浇结构。在预制墙板间采用可靠的连接方式以后，其性能与现浇剪力墙结构相当。因此装配整体式剪力墙与现浇剪力墙结构的配筋计算相同。

4. 预制墙板之间的连接设计

上层预制墙板和楼板间的水平缝采用灌浆连接，必须保证使用的灌浆材料抗压强度高于预制墙板，而且灌浆材料性能与约束浆锚和套筒连接使用的灌浆料性能须接近。因此预制墙体上端和水平现浇带的接缝无需抗剪承载力计算。

南京地区高层剪力墙结构的抗震等级为三级，正常需进行以下几种情况接缝的抗剪承载力验算：

持久、短暂设计时，其设计值应大于相应剪力设计值的1.2倍；

小震时，其设计值大于相应地震作用组合时的剪力设计值的1.2倍；

中震时，其设计值大于相应地震作用组合时的剪力标准值的1.2倍；

经实践证实，预制墙板间接缝的受剪、受拉、受弯性能均符合相应规范要求。

5. 楼梯、叠合板和叠合梁的设计

预制连梁应当与水平现浇板连成整体形成叠合连梁。预制连梁上应预留出外露的箍筋，现浇带的纵筋应从外露箍筋内穿过。

叠合板按照相同厚度的现浇板设计。但当其跨度较大时，应当考虑拼缝对楼板内力和挠度的影响。通过计算增加抗剪钢筋，预制板面采用钢筋桁架板的形式。

楼梯斜板使用混整体预制的形式。其一端为固定铰，另一端为滑动铰，须注意预留转动的位移尺寸。

二、装配整体式剪力墙结构抗震性能关键因素

1.连接节点在装配式剪力墙结构体系中的重要性

大量研究表明装配整体式剪力墙结构的抗震性能等同于完全现浇的剪力墙结构，预制剪力墙、叠合梁、叠合板等预制构件由于均在工厂流水线生产，其质量可靠性高，反而各预制件与现场现浇部分的连接节点成为整个建筑物结构相对薄弱的部分，而且此部分施工均在现场完成，不可控因素相对复杂，应成为关注的重点。

2.套筒灌浆连接

装配式剪力墙结构中，边缘构件宜现浇，当边缘构件采用预制墙板时，边缘构件内竖向钢筋的连接优先采用灌浆套筒连接。

钢筋套筒灌浆连接已经在日美等发达国家实践使用了几十年。 他们对钢筋套筒灌浆连接相关技术性能进行了大量的研究， 此类建筑物在多次地震中经受主了考验，是一项成熟的技术。钢筋套筒灌浆连接涉及套筒、 灌浆料以及被连接的钢筋，其各个组成部分的技术性能不仅有明确的要求，而且对接头组合整体应有具体规定。套筒灌浆连接是装配式建筑中的关键技术，不仅要严格把控套筒、灌浆料的材料质量，而且必须规范施工工艺的流程。由于对于灌浆完成后还没有有效的质量检验方法，所以施工工艺的过程控制非常重要。预制工厂生产预制墙板是应严控钢筋丝头的加工质量，现场施工过程中灌浆工艺是质量控制的重点。

3.钢筋浆锚搭接连接

浆锚搭接连接包括螺旋箍筋约束浆锚搭接连接、金属波纹管浆锚搭接连接以及其它采用预留孔洞插筋后灌浆的间接搭接连接方式。钢筋浆锚属于多重界面体系，其包含了钢筋与锚固材料之间的界面、锚固材料与波纹管之间的界面以及波纹管与预制构件之间的界面。因此锚固材料和钢筋间的握裹力、波纹管和灌浆料间的连接、波纹管和预制构件间的连接均是浆锚搭接性能的重要因素。

结束语：

装配整体式剪力墙结构作为一种重要的结构体系，其具有批量生产精确、施工速度快、大量减少了湿作业、绿色环保等优点，不少国家已作为主要的结构形式。相比装配式框架结构，由于其连接形式种类多，存有大量的水平和竖向接缝，因此有效、可靠、施工方便的连接方式是保证装配式剪力墙结构安全的前提。

针对目前的研究进展，对于装配整体式剪力墙的连接和抗震性能研究，本人认为还存在以下问题：一方面，我国对预制剪力墙连接的研究不够充分，研究以试验为主，理论分析不够深入。不同规范规程对剪力墙连接的要求各不相同，且部分规程构造要求缺乏必要的研究基础，实际设计与施工中存在明显不足，仍需要改进。另一方面，目前关于装配整体式剪力墙连接方式的研究主要针对“湿连接”方法展开，而对于“干连接”方法的研究较少。今后可进一步在此方面深入研究，提出新型连接方式。

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