張士前 ，陳越時(shí) ，劉亞男 ，馬昕煦 ，廖顯東 ，肖緒文

（1.中國(guó)建筑第八工程局有限公司，上海 200122；2.中國(guó)建筑股份有限公司，北京 100037；3.同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院，上海 200092）

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，我國(guó)的人口紅利正在消失，建筑行業(yè)面臨勞動(dòng)力短缺，人工成本快速上升的問題，同時(shí)傳統(tǒng)粗放的建筑施工方式已不滿足生態(tài)發(fā)展、資源節(jié)約和環(huán)境友好的要求.為解決建筑業(yè)面臨的日益嚴(yán)峻的問題，近年來政府相關(guān)部門出臺(tái)并制定一系列建筑工業(yè)化政策與舉措.如1999 年建設(shè)部聯(lián)合八家部門制訂了《關(guān)于推進(jìn)住宅產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化提高住宅質(zhì)量的若干意見》[1]；2014 年國(guó)務(wù)院提出“以住宅為重點(diǎn)，以建筑工業(yè)化為核心，加大對(duì)建筑部品生產(chǎn)的扶持力度，推進(jìn)建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化”；2016 年9 月國(guó)務(wù)院常務(wù)會(huì)議決定大力發(fā)展裝配式建筑，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整升級(jí)等.

我國(guó)建筑工業(yè)化正處于重新啟動(dòng)期[2]，裝配式混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)是一種裝配化程度較高的建筑結(jié)構(gòu)體系，不同于傳統(tǒng)現(xiàn)澆剪力墻結(jié)構(gòu)，裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)是指預(yù)制墻板在工廠加工制作，并將其運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行拼裝，與后澆混凝土連接而成的預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)，具有模數(shù)化、標(biāo)準(zhǔn)化、集成化程度高、綠色施工、快速建造等特點(diǎn).目前裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)的研究主要聚焦于剪力墻結(jié)構(gòu)體系與不同類型連接節(jié)點(diǎn)等方面，雖然裝配式剪力墻體系各不相同，如最為普遍的實(shí)心裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)體系、疊合剪力墻結(jié)構(gòu)體系、預(yù)制夾心保溫剪力墻結(jié)構(gòu)體系與無黏結(jié)后張拉裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土剪力墻等，但共同點(diǎn)是通過可靠的豎向連接方式使其抗震性能達(dá)到“等同現(xiàn)澆”的目的.本文基于豎向分布鋼筋在樓層處連接數(shù)量的不同，深入介紹了不同連接程度的裝配式剪力墻國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展與不足.另外，不同連接方式如套筒灌漿連接、漿錨連接、螺栓連接等可實(shí)現(xiàn)豎向鋼筋有效連接和傳力，然而這些連接形式往往存在連接數(shù)量多、連接配件材料成本高、制作與施工精度要求較高、安裝就位困難、施工效率低，以及現(xiàn)場(chǎng)灌漿連接施工質(zhì)量難以保證等問題.因此為了避免此類問題，結(jié)合已有研究基礎(chǔ)，提出一種基于承載力等效原則下的豎向分布鋼筋不連接的裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)體系，為裝配式混凝土剪力墻研究提供參考.

1 全部連接

剪力墻豎向分布鋼筋樓層間連接程度可分為全部連接（雙排）、部分連接（單排或梅花）與不連接（坐漿），如圖1.

圖1 不同連接程度剪力墻示意Fig.1 Shear wall with different connections

目前大部分裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)豎向分布鋼筋連接程度為全部連接，其連接形式多樣，主要有套筒灌漿連接、漿錨搭接連接、插筋連接、后澆帶連接等.

1）鋼筋套筒灌漿連接技術(shù)在歐美、日本等國(guó)家應(yīng)用已有40 多年的歷史，經(jīng)歷了大地震的考驗(yàn)，編制有成熟的標(biāo)準(zhǔn)，得到普遍的應(yīng)用.文獻(xiàn)[3-5] 開展了套筒灌漿連接的裝配式剪力試驗(yàn)，研究結(jié)果表明全部連接下套筒灌漿連接能夠有效傳遞荷載，安全可靠，裝配式剪力墻破壞模式與現(xiàn)澆相同，適當(dāng)加強(qiáng)套筒灌漿連接在邊緣構(gòu)件區(qū)域的約束，可提高其抗震性能.

2）漿錨搭接連接一般為金屬波紋管漿錨搭接連接，廣泛應(yīng)用在新西蘭等多震國(guó)家[6]，并經(jīng)歷了2010 年—2011 年的坎特伯雷地震的檢驗(yàn)，通過對(duì)4 700 多個(gè)裝配式剪力墻的震后調(diào)研發(fā)現(xiàn)，此種連接形式下低多層建筑的抗震性能良好，但當(dāng)初設(shè)計(jì)時(shí)未能考慮到連接鋼筋配筋率的問題，導(dǎo)致連接鋼筋配筋率低于墻板鋼筋的配筋率，受力性能不理想，且邊緣構(gòu)件連接部位橫向約束不足.文獻(xiàn)[7-8]開展了全部連接下金屬波紋管漿錨搭接連接的裝配式剪力墻抗震性能研究，承載力與耗能能力較現(xiàn)澆剪力墻偏低，同時(shí)為了提高剪力墻受力性能，在邊緣構(gòu)件增加了矩形螺旋箍筋約束，試驗(yàn)結(jié)果表明，盡管矩形螺旋箍筋約束增加了剪力墻的滯回性能，但是相比現(xiàn)澆試件，試件各階段的承載力仍然有所降低.文獻(xiàn)[9-11]改進(jìn)了金屬波管紋漿錨搭接連接，通過邊緣構(gòu)件區(qū)域增加閉合扣接約束箍筋提高邊緣構(gòu)件混凝土約束能力，與現(xiàn)澆剪力墻對(duì)比發(fā)現(xiàn)，該改進(jìn)型剪力墻的承載力高于現(xiàn)澆剪力墻，延性與現(xiàn)澆構(gòu)件接近，同時(shí)通過該改進(jìn)型連接方式的2 層裝配式剪力墻空間子結(jié)構(gòu)試驗(yàn)表明，此種改進(jìn)型金屬波紋管漿錨連接方式是可靠的，承載力較高，抗震性能良好，但是只能滿足7 級(jí)抗震設(shè)防烈度的要求.

3）插筋連接一般用于雙面疊合剪力墻或裝配式空心板剪力墻的上、下層連接，此種連接形式與剪力墻豎向分布鋼筋形成間接搭接，如圖2 所示.文獻(xiàn)[12]對(duì)此種連接形式的疊合剪力開展了相關(guān)試驗(yàn)研究，結(jié)果表明：此種連接雖然整體性能好，但其承載力、延性及耗能能力均比現(xiàn)澆差.文獻(xiàn)[13-14]基于能力設(shè)計(jì)原理，通過增大插筋直徑實(shí)現(xiàn)剪力墻的強(qiáng)連接，抗震性能可接近現(xiàn)澆剪力墻，同時(shí)發(fā)現(xiàn)其抗震性能受插筋面積影響較大.文獻(xiàn)[15]開展了6 片裝配式空心板剪力墻抗震性能試驗(yàn)，剪力墻特點(diǎn)為邊緣構(gòu)件現(xiàn)澆，裝配式空心板通過插筋與基礎(chǔ)形成錨固連接，同時(shí)裝配式空心板設(shè)置齒槽增加水平抗剪，通過該剪力墻結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)研究結(jié)果看出：該剪力墻有較大變形能力，雖能夠保證其裝配式空心板的連接性能，但承載力較現(xiàn)澆剪力墻低了20.9%.

圖2 疊合剪力墻插筋連接Fig.2 Composite shear wall with indirect splicing of reinforcements

4）后澆帶連接為裝配式剪力墻底部設(shè)置一定高度的后澆區(qū)域，后澆區(qū)域內(nèi)豎向鋼筋形成搭接連接或U 型套箍連接.文獻(xiàn)[16]開展了在低軸壓比下，中間預(yù)制墻體底部設(shè)置后澆區(qū)域豎向分布鋼筋搭接連接、邊緣構(gòu)件現(xiàn)澆的裝配式剪力墻抗震性能試驗(yàn)，研究結(jié)果表明：該連接形式的剪力墻承載力略低于現(xiàn)澆墻體，其延性、耗能與現(xiàn)澆相當(dāng)，接縫處雖然開裂但尚能實(shí)現(xiàn)剪力有效傳遞.文獻(xiàn)[17]對(duì)底部留有后澆區(qū)豎向鋼筋搭接連接的裝配整體式剪力墻進(jìn)行了在高軸壓比下抗震性能試驗(yàn)，研究結(jié)果表明，裝配式剪力墻破壞模式與現(xiàn)澆剪力墻相同，均為彎剪破壞，其抗震性能指標(biāo)與現(xiàn)澆一致，水平拼縫未發(fā)生破壞，盡管產(chǎn)生滑移，但仍能有效傳遞荷載.文獻(xiàn)[18-19]中提出一種U型套箍連接裝配式剪力墻（如圖3），試驗(yàn)結(jié)果看出，采用U型套箍連接的裝配式剪力墻能獲得與現(xiàn)澆剪力墻相當(dāng)?shù)某休d能力及抗震性能，但在現(xiàn)澆段與裝配式墻體之間容易形成通縫.

圖3 U 型套箍連接Fig.3 U-type reinforcements with ferrule connection

2 部分連接

部分連接一般指裝配式剪力墻豎向分布鋼筋單排間接搭接、梅花型連接或螺栓間接連接等.文獻(xiàn)[20]開展了兩種豎向分布鋼筋采用大直徑單排套筒約束漿錨搭接的裝配式剪力墻試驗(yàn)研究，結(jié)果表明，套筒約束漿錨搭接連接的剪力墻屈服荷載大于現(xiàn)澆墻，極限荷載與現(xiàn)澆墻一致，耗能能力略優(yōu)于現(xiàn)澆墻，但此種連接由于鋼套筒的剛度大不利于塑性鉸形成導(dǎo)致延性低.文獻(xiàn)[21]研究了單排套筒灌漿連接的裝配式剪力墻抗震性能，裝配式剪力墻單排連接鋼筋總面積與混凝土墻雙排配筋總面積相近，即連接鋼筋總強(qiáng)度與豎向分布鋼筋相近，研究結(jié)果表明，裝配式剪力墻與現(xiàn)澆剪力墻均發(fā)生壓彎破壞，裝配式剪力墻承載力較現(xiàn)澆墻體小12%，這是因?yàn)楸M管連接鋼筋總面積與墻體豎向鋼筋面積相等，但是處在邊緣構(gòu)件區(qū)單排連接的主要受力連接鋼筋面積偏小，且豎向連接鋼筋截面位置與原豎向分布鋼筋截面位置的不同導(dǎo)致受力有差異.文獻(xiàn)[22]開展了單排螺栓連接的裝配式剪力墻縮尺模型振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)研究，研究結(jié)果表明，盡管結(jié)構(gòu)破壞輕微，這種螺栓連接形式仍然發(fā)生螺栓松動(dòng)、相鄰墻板滑動(dòng)錯(cuò)位和墻板開裂，整體性較差.對(duì)2010 年—2011 年坎特伯雷地震后的調(diào)查表明，在一些裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)中單排金屬波紋管間接連接發(fā)生脆性破壞，基于此，文獻(xiàn)[23]通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在低軸壓比時(shí)，已有工程設(shè)計(jì)的單排波紋管連接能夠滿足抗震性能要求，但是當(dāng)隨著軸壓比和墻長(zhǎng)增加，此種連接將不能滿足抗震性能要求，當(dāng)將金屬波紋連接節(jié)點(diǎn)周圍增加橫向約束鋼筋（箍筋）時(shí)，能夠阻止節(jié)點(diǎn)發(fā)生脆性破壞，但是不能增加其延性性能.文獻(xiàn)[24-25]對(duì)邊緣構(gòu)件現(xiàn)澆單排插筋連接的裝配式空心板剪力墻進(jìn)行了系統(tǒng)的抗震性能研究，結(jié)果表明，此種裝配式剪力墻承載力較現(xiàn)澆剪力墻低約13%.

在國(guó)家現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《裝配式混凝土建筑技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》[26]對(duì)豎向分布鋼筋部分連接也做了相應(yīng)規(guī)定，梅花式連接時(shí)豎向分布鋼筋被連接的同側(cè)鋼筋間距不應(yīng)大于600 mm.單排連接時(shí)連接鋼筋抗拉強(qiáng)度不小于被連接鋼筋的1.1 倍.所以單排連接的剪力墻受力性能不僅受連接鋼筋位置的影響，也受連接鋼筋的抗拉強(qiáng)度影響.

3 不連接

為了方便施工，提高裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)施工效率，減少?gòu)?fù)雜工序，節(jié)約成本，研究人員開展了豎向分布鋼筋不連接，邊緣構(gòu)件全連接、現(xiàn)澆或者干式連接的裝配式剪力墻相關(guān)抗震性能研究.1995 年，Soudki 等[27-29]開展了豎向分布鋼筋不連接的裝配式剪力墻抗震試驗(yàn)研究，考慮邊緣構(gòu)件采用套筒灌漿連接、不同的軟鋼連接件連接與后張預(yù)應(yīng)力連接的影響，同時(shí)考慮中間裝配式剪力墻是否設(shè)有齒槽剪力鍵，如圖4 所示，研究結(jié)果表明，邊緣構(gòu)件區(qū)座漿層壓潰，接縫處滑移破壞，灌漿套筒連接的鋼筋拔出或軟鋼連接件破壞，墻體本身破壞程度較??；采用套筒灌漿連接+齒槽連接效果最好，接縫破壞程度較??；豎向分布鋼筋斷開，墻體座漿層連接的形式具有表現(xiàn)出穩(wěn)定的滯回特性；采用后張預(yù)應(yīng)力連接的剪力墻抗剪承載力增加約2 倍.

圖4 一種分布鋼筋不連接的裝配式剪力墻Fig.4 Precast shear wall with unconnected reinforcement distribution

在此基礎(chǔ)上，文獻(xiàn)[30-31]開展了帶現(xiàn)澆邊緣構(gòu)件齒槽式裝配式混凝土剪力墻抗震性能試驗(yàn)研究，裝配式墻體豎向分布鋼筋斷開且設(shè)置齒槽剪力鍵增加水平抗剪，如圖5 所示，研究結(jié)果表明，通過齒槽連接的裝配式剪力墻，其破壞形態(tài)與現(xiàn)澆試件基本相同，墻體兩端邊緣構(gòu)件底部混凝土發(fā)生壓彎破壞；齒槽式連接能夠保證剪力墻在正常工作狀態(tài)下的受剪承載力；裝配式剪力墻承載力、延性較現(xiàn)澆試件相近，但耗能能力較差；當(dāng)上下層鋼筋在齒槽內(nèi)搭接時(shí)，裝配式剪力墻抗震性能與現(xiàn)澆相當(dāng).

圖5 邊緣構(gòu)件現(xiàn)澆齒槽連接裝配式剪力墻Fig.5 Precast concrete shear wall of grooves connected with cast-in-place edge components

同樣，為了避免Soudki 等[27-29]提出的裝配式剪力墻在水平往復(fù)荷載下發(fā)生接縫處剪切滑移和張開對(duì)裝配式剪力墻受力性能影響，文獻(xiàn)[32]對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)，邊緣構(gòu)件區(qū)采用單排粗鋼筋套筒灌漿連接并在墻底部一定高度范圍內(nèi)將連接鋼筋截面削弱，促成塑性鉸的形成，避免接縫過早破壞，并考慮邊緣構(gòu)件縱筋黏結(jié)與無黏結(jié)影響.研究結(jié)果表明，此新型連接設(shè)計(jì)能夠有效阻止接縫處的張開與滑移，但是對(duì)于有鋼筋無黏結(jié)段的裝配式墻體仍然發(fā)生接縫處座漿層破壞，并且承載力低于現(xiàn)澆試件30%；有黏結(jié)的裝配式剪力墻發(fā)生彎曲破壞，與現(xiàn)澆試件相比承載力相近；同時(shí)通過計(jì)算對(duì)比，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法仍然適用此種剪力墻強(qiáng)度計(jì)算.文獻(xiàn)[33]開展了豎向鋼筋采用不同連接方法的裝配式剪力墻抗震性能試驗(yàn)研究，結(jié)果表明，邊緣構(gòu)件現(xiàn)澆，豎向分布鋼筋斷開的試件承載力較現(xiàn)澆試件低6%，且延性較大，但墻體裂縫發(fā)展不充分，導(dǎo)致耗能能力較差；邊緣構(gòu)件套筒連接豎向分布鋼筋斷開試件承載力較現(xiàn)澆試件低15%.

4 不同連接程度的影響

文獻(xiàn)[34] 研究了豎向分布鋼筋連接程度對(duì)剪力墻抗震性能的影響，豎向分布鋼筋采用單排半灌漿套筒連接，每根連接鋼筋的截面面積大于被間接搭接的豎向分布鋼筋截面面積之和，即采用原位等強(qiáng)的間接連接方法，研究結(jié)果表明，裝配式墻發(fā)生壓彎破壞，滯回曲線均較為飽滿，延性性能較好，這種基于鋼筋總強(qiáng)度不降低單排連接形成的豎向分布鋼筋間接搭接是可行的，同時(shí)即使水平接縫出現(xiàn)通縫，但也能有效傳遞豎向荷載.文獻(xiàn)[35]在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步開展了此種連接方式下一系列的裝配式剪力墻抗震試驗(yàn)，研究結(jié)果表明，此種連接方式中間墻體可與邊緣構(gòu)件整體受力，連接鋼筋強(qiáng)度對(duì)剪力墻承載力影響較大，而墻體豎向分布鋼筋的影響可以忽略；當(dāng)連接鋼筋的間距不大于豎向分布鋼筋間距的2 倍，強(qiáng)度應(yīng)不小于分布鋼筋承載力的1.1 倍時(shí)，部分連接與全部連接的剪力墻抗震性能差別不大.文獻(xiàn)[36]研究豎向分布鋼筋連接程度對(duì)裝配式剪力墻的抗震性能影響，連接程度分別為100%、67%、50%與33%，研究結(jié)果表明，與現(xiàn)澆相比，裝配式剪力墻承載力略低，延性、耗能略優(yōu)，且抗震性能受豎向分布鋼筋連接程度影響較小.采用全連接和部分連接的剪力墻滯回曲線的飽滿度與現(xiàn)澆試件相近，但采用部分連接的裝配式剪力墻承載力低于現(xiàn)澆剪力墻試件，這是因?yàn)椴糠重Q向分布鋼筋斷開，降低了承載力[37].

5 豎向分布鋼筋連接程度現(xiàn)狀分析

通過豎向分布鋼筋連接程度對(duì)裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)相關(guān)研究進(jìn)行了深入的總結(jié)分析，盡管裝配式剪力墻抗震性能與現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)等同或者接近，但是目前國(guó)內(nèi)學(xué)者們對(duì)豎向受力構(gòu)件的連接節(jié)點(diǎn)在實(shí)際施工過程中質(zhì)量如何保證，存在著較大爭(zhēng)議，尤其在套筒灌漿不密實(shí)或部分灌漿缺失情況下，構(gòu)件的抗震性能會(huì)大大降低[38].

豎向分布鋼筋采用全部連接，無論采用套筒灌漿連接或漿錨連接，還是疊合剪力墻豎向鋼筋搭接等，目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)抗震性能與現(xiàn)澆等同，只要保證連接質(zhì)量，這些連接形式對(duì)剪力墻抗震性能影響可以忽略，目前隨著監(jiān)管部門對(duì)套筒灌漿等連接形式進(jìn)行的嚴(yán)格監(jiān)管，同時(shí)工人操作水平的提高，灌漿質(zhì)量也得到相應(yīng)保證，但是由于復(fù)雜連接形式施工效率依然低下.例如套筒灌漿連接一般插入鋼筋后套筒內(nèi)部間隙約為5～6 mm，施工精度要求高，大大增加了施工難度，尤其多根鋼筋“一一對(duì)應(yīng)”連接，容易產(chǎn)生誤差累計(jì)，造成就位困難無法安裝，如圖6 所示.波紋管漿錨連接適用范圍有限，一般適用于抗震烈度7 度以下的低多層建筑，尤其邊緣構(gòu)件區(qū)的波紋管漿錨連接對(duì)其橫向約束要求較高，易造成材料浪費(fèi).插筋連接的裝配式剪力墻抗震性能受插筋面積影響較大，且存在較大濕作業(yè).后澆帶連接盡管抗震性能與現(xiàn)澆剪力墻接近，但現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)難度較大，且容易增加新舊混凝土結(jié)合面，對(duì)水平縫抗剪不利.

圖6 裝配式剪力墻就位質(zhì)量問題Fig.6 Quality problem of precast shear wall installation

豎向分布鋼筋部分連接，在國(guó)內(nèi)外規(guī)范有相關(guān)規(guī)定，但不同連接形式下，裝配式剪力墻抗震性能受連接鋼筋抗拉強(qiáng)度和截面位置影響較大.研究發(fā)現(xiàn)，部分連接裝配式剪力墻承載力等相關(guān)抗震性能略低于現(xiàn)澆剪力墻，若要接近現(xiàn)澆剪力墻抗震性能，對(duì)搭接鋼筋抗拉強(qiáng)度與截面位置要求較高；且部分連接并不能根本解決全部連接產(chǎn)生的諸多問題，仍然存在全部連接的相應(yīng)的弊端.對(duì)于螺栓等干式連接的容易發(fā)生連接件松動(dòng)或者破壞，不宜在較高烈度地區(qū)應(yīng)用.

豎向分布鋼筋不連接裝配式剪力墻的研究還處于初期階段，水平拼縫易發(fā)生剪切滑移破壞，墻體本身抗震性能不能充分發(fā)揮，盡管一些研究人員通過改進(jìn)邊緣構(gòu)件連接形式或者邊緣構(gòu)件現(xiàn)澆，但其承載力、耗能等較現(xiàn)澆剪力墻低，且并不能根本上解決缺乏豎向分布鋼筋導(dǎo)致受力性能低的缺點(diǎn).

無論豎向分布鋼筋全部連接還是部分連接，盡管能有效傳遞荷載，但接縫處均易發(fā)生滑移，需要進(jìn)一步加強(qiáng)，防止正常使用狀態(tài)下開裂.

6 一種基于“承載力等效原則”的豎向分布鋼筋不連接裝配式剪力墻

為了避免傳統(tǒng)裝配式剪力墻連接形式施工的諸多弊端，提高豎向分布鋼筋不連接裝配式剪力墻抗震性能，本文提出一種基于正截面受壓、斜截面受剪承載力等效原則的豎向分布鋼筋不連接裝配式剪力墻結(jié)構(gòu).

6.1 體系的介紹

相關(guān)研究指出，與剪力墻中間墻體相比，邊緣構(gòu)件配筋率對(duì)延性的影響更為顯著，將豎向鋼筋集中在墻兩端邊緣構(gòu)件中，在抗彎情況下有利于次生裂縫的開展與塑性鉸的形成[39].新西蘭結(jié)構(gòu)工程協(xié)會(huì)建議，豎向分布鋼筋采用最小配筋率，超出最小配筋率的部分應(yīng)該集中在墻的兩端，從而增加次生裂縫的形成，有利于提高墻體延性[40].因此在保證最小配筋率的情況下，將剪力墻豎向分布鋼筋移至剪力墻兩端的做法是合理的.基于此，本文提出一種基于正截面受壓和斜截面受剪承載力等效原則的豎向分布鋼筋不連接裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)，如圖7 所示.

圖7 豎向分布鋼筋不連接的裝配式剪力墻Fig.7 Precast concrete shear wall structure with unconnected vertically distributed reinforcements

圖7 所示裝配式剪力墻具有如下特點(diǎn)：

1）剪力墻中間墻體預(yù)制，邊緣構(gòu)件現(xiàn)澆，豎向分布鋼筋上、下層不連接，通過正截面承載力等效加大邊緣構(gòu)件縱向鋼筋保證剪力墻承載力不降低；

2）避免了套筒、漿錨等灌漿連接方式，采用坐漿；

3）豎向分布鋼筋因不起主要受力作用，可按構(gòu)造要求配筋；

4）對(duì)于剪跨比低（剪跨比 λ ≤ 0.8）且抗剪要求高的墻體，可增設(shè)斜向鋼筋，以延緩斜裂縫的開展，提高墻體延性及耗能能力，并作為墻體斜截面受剪的主要受力鋼筋之一，同時(shí)可根據(jù)受剪承載力等效，降低水平分布鋼筋的配筋率.

6.2 計(jì)算方法改進(jìn)

對(duì)于現(xiàn)澆剪力墻，國(guó)內(nèi)現(xiàn)行規(guī)范給出了正截面受壓承載力與斜截面受剪承載力簡(jiǎn)化計(jì)算方法，在正截面受壓承載力計(jì)算方法中僅考慮一部分豎向分布鋼筋受拉屈服的貢獻(xiàn).根據(jù)文獻(xiàn)[41]對(duì)豎向分布鋼筋不連接的裝配式剪力墻進(jìn)行受力性能有限元分析看出，豎向分布鋼筋應(yīng)變遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于邊緣構(gòu)件鋼筋應(yīng)變，豎向分布鋼筋作用可以忽略.已有研究結(jié)果表明，豎向分布鋼筋斷開的剪力墻采用傳統(tǒng)方法計(jì)算仍然適用[32].本文提出的裝配式剪力墻豎向分布鋼筋斷開連接，上、下層鋼筋不能有效傳力，同時(shí)斜向鋼筋也是在水平拼縫處斷開，不能有效傳遞豎向力，因此豎向分布鋼筋或斜向鋼筋不參與正截面受壓承載力貢獻(xiàn)，其受壓承載力按式（1）和式（2）計(jì)算，其受力如圖8（a）所示.圖中：fyw為剪力墻豎向分布鋼筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；ρw為豎向分布鋼筋配筋率；fyh、fyb分別為水平分布鋼筋和斜向鋼筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；Ash、Asb分別為水平分布筋和同方向斜向鋼筋截面面積；s為力墻水平分布鋼筋間距；α為斜筋水平夾角；V為斜截面受剪承載力；ft為混凝土抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值.

圖8 受力簡(jiǎn)圖Fig.8 Force distribution

式（1）～（3）中：N為剪力墻截面軸向壓力設(shè)計(jì)值；As、分別為邊緣構(gòu)件受拉區(qū)、受壓區(qū)的鋼筋截面面積；fy、分別為剪力墻端部受拉及受壓的鋼筋強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；fc為混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；σs為受拉區(qū)鋼筋應(yīng)力；α1為受壓區(qū)混凝土矩形應(yīng)力圖的應(yīng)力與混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值的比值；x為受壓區(qū)高度；as′ 為剪力墻偏心受壓區(qū)端部鋼筋合力點(diǎn)到受壓區(qū)邊緣的距離；e0為偏心距，e0=M/N，其中M為截面彎矩設(shè)計(jì)值；bw為剪力墻厚度；hw、hw0分別為剪力墻截面高度、截面有效高度；ξb為界限相對(duì)受壓區(qū)高度；β1為受壓區(qū)混凝土矩形應(yīng)力圖高度調(diào)整系數(shù)，當(dāng)混凝土強(qiáng)度等級(jí)不超過C50 時(shí)取0.8，當(dāng)混凝土強(qiáng)度等級(jí)不超過C80 時(shí)取0.7，期間按線性內(nèi)插法取值.

由相關(guān)研究看出，對(duì)于剪力墻斜截面受剪承載力計(jì)算，即使豎向分布鋼筋斷開，只要保證水平分布鋼筋錨入邊緣構(gòu)件形成整體，剪力墻抗剪性能不會(huì)有降低[42-44].對(duì)于增加斜向鋼筋剪力墻在受剪過程中，其受力模型為斜壓桿模型，斜向鋼筋受力模型可簡(jiǎn)化為交叉支撐模型，當(dāng)斜壓桿受壓時(shí)，斜向鋼筋貢獻(xiàn)遠(yuǎn)小于受壓混凝土貢獻(xiàn)[45]，所以本文僅僅考慮斜向鋼筋受拉一側(cè)貢獻(xiàn)，其斜截面受剪承載力按式（4）計(jì)算，式中當(dāng)N大于0.2fcbwhw時(shí)，取0.2fcbwhw；計(jì)算截面的剪跨比 λ 小于1.5 時(shí)，取1.5，大于2.2 時(shí)取2.2，計(jì)算截面與墻底之間距離小于0.5hw0時(shí)，λ 應(yīng)按距墻底0.5hw0處的彎矩值和剪力值確定.斜截面受力如圖8（b）所示.

式中：γRE為抗震調(diào)整系數(shù).

另外，由于豎向分布鋼筋斷開，截面水平接縫抗剪可能會(huì)削弱，根據(jù)規(guī)范《裝配式混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》[46]水平接縫抗剪計(jì)算方法，水平接縫抗剪主要包括界面摩擦與穿過結(jié)合面的豎向鋼筋的消栓作用，如果此體系界面抗剪不滿足要求時(shí)，可以適當(dāng)增加插筋增加接縫抗剪.

6.3 正截面受壓承載力等效原則

正截面受壓承載力等效原則，即按照一定原則將現(xiàn)澆剪力墻配筋替換成裝配式剪力墻配筋后，裝配式剪力墻的正截面受壓承載力不降低.根據(jù)已有對(duì)最小豎向鋼筋配筋率剪力墻開展了抗震性能試驗(yàn)研究[44]看出，單純減少豎向分布鋼筋對(duì)剪力墻延性性能是不利的，尤其不考慮邊緣構(gòu)件加強(qiáng)情況下，其變形能力受邊緣縱筋配筋率控制.因此本文提出基于正截面受壓承載力等效原則，加大邊緣構(gòu)件鋼筋的正截面受壓承載力等效計(jì)算方法如式（5）.

式（5）、（6）中：x1、x2分別為現(xiàn)澆剪力墻受壓區(qū)高度、等效后剪力墻受壓區(qū)高度；A′s1、As1分別為現(xiàn)澆縱向受壓筋面積和縱向受拉筋面積；A′s2、As2分別為等效的縱向受壓鋼筋面積和縱向受拉鋼筋面積.

6.4 斜截面受剪等效原則

曹萬(wàn)林等[45,47]從1998 年起對(duì)帶斜向鋼筋現(xiàn)澆剪力墻進(jìn)行了系統(tǒng)的試驗(yàn)研究和理論分析，取得了許多重要的研究成果，將斜向鋼筋應(yīng)用在矮墻上時(shí)，抗剪承載力較無斜向鋼筋剪力墻增長(zhǎng)了約40%，延性提高了約45%；當(dāng)斜向鋼筋傾角在45°～60° 時(shí)能較好的改善剪力墻的抗震性能.張建偉[48]將斜向鋼筋進(jìn)一步推廣應(yīng)用于中高剪力墻中，研究發(fā)現(xiàn)：斜向鋼筋的引入可以在一定程度上限制墻體斜裂縫的開展，引導(dǎo)水平彎曲裂縫從構(gòu)件底部向上移動(dòng)，進(jìn)一步增大底部塑性耗能區(qū)域，提高剪力墻的承載力、延性和耗能能力，改善剪力墻的抗震性能.汪夢(mèng)甫等[49-51]對(duì)斜向鋼筋的裝配式疊合剪力墻開展了抗震性能試驗(yàn)研究，結(jié)果表明：斜向鋼筋的引入優(yōu)化了裝配式疊合剪力墻的節(jié)點(diǎn)構(gòu)造，約束和限制了墻體裂縫開展，墻體的變形能力更強(qiáng)、耗能能力更好.文獻(xiàn)[52]開展了塑性鉸范圍內(nèi)布置交叉斜向鋼筋相關(guān)研究，結(jié)果表明：裝配式剪力墻等同現(xiàn)澆，增加斜向鋼筋的含鋼率可以提高剪力墻承載力，延緩邊緣構(gòu)件縱筋的屈服，一定程度上可以提高試件的延性.

為了保證等效配筋后的裝配式剪力墻具有與現(xiàn)澆墻相同的斜截面受剪性能，斜截面等效計(jì)算方法如式（7）.

式中：Ash1、s1分別為現(xiàn)澆剪力墻水平分布鋼筋面積與間距；Ash2、s2分別為裝配式剪力墻水平分布鋼筋面積與間距；Asb2為受拉斜向鋼筋總面積.

從式（7）可以看出，當(dāng)配置斜筋時(shí)，水平分布鋼筋的配筋率可適當(dāng)減??；當(dāng)無需設(shè)置斜筋時(shí)，水平分布鋼筋保持原配筋.

7 結(jié)束語(yǔ)

本文系統(tǒng)地總結(jié)了3 種豎向分布鋼筋連接程度下（全部連接、部分連接與不連接）裝配式剪力墻的研究現(xiàn)狀，并對(duì)其抗震性能進(jìn)行了對(duì)比分析.目前大部分研究主要集中在全部連接裝配式剪力墻上，使其抗震性能達(dá)到與現(xiàn)澆等同的目的，但是施工過程中存在諸多質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)，連接質(zhì)量難以保證；部分連接裝配式剪力墻承載力等相關(guān)抗震性能略低于現(xiàn)澆剪力墻；不連接的裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)可避免全連接、部分連接施工過程中存在的弊端，但抗震性能差強(qiáng)人意，相關(guān)的研究尚處于起步階段，需要系統(tǒng)深入研究.

本文在已有研究基礎(chǔ)上，提出一種基于正截面受壓、斜截面受剪承載力等效原則的豎向分布鋼筋不連接裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)和其設(shè)計(jì)計(jì)算方法.此結(jié)構(gòu)連接構(gòu)造簡(jiǎn)單、質(zhì)量可靠、施工方便，既避免了傳統(tǒng)全連接剪力墻諸多問題，又保證了豎向分布鋼筋斷開承載力不降低，是未來裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)重要發(fā)展方向之一.

傳統(tǒng)連接形式的裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)可通過加強(qiáng)施工過程中監(jiān)管，研發(fā)新型連接技術(shù)與連接材料、灌漿技術(shù)以及無損檢測(cè)技術(shù)等來保證連接節(jié)點(diǎn)的質(zhì)量、提高施工效率及節(jié)約成本.