预制式装配式剪力墙结构抗震性能研究与展望综述

预制式装配式剪力墙结构抗震性能研究与展望综述

摘要：预制装配式剪力墙结构是住宅工业化中重要的结构形式之一，符合建筑行业的发展趋势，本文从预制装配式混凝土剪力墙结构体系，混凝土剪力墙结构体系$预制装配式剪力墙结构钢筋连接方式等方面进行介绍，指出目前装配式剪力墙结构研究和应用中存在的不足，提出预制装配式混凝土剪力墙结构未来的发展方向和研究重点。

关键字：装配式剪力墙结构; 叠合板式剪力墙; 抗震性能；

引言

预制装配式剪力墙结构是以预制或半预制墙板为主要构件，经现场装配、部分现浇而成的混凝土结构。预制装配式剪力墙混凝土结构具有建造质量高、生产速度快、保护环境、节约资源、有利于社会可持续发展等优点。1875年Willion Henry Lascell的发明专利"improvement in the construction of building”标志着装配式结构的诞生。第二次世界大战后，大量建筑物被毁，装配式建筑由于易于标准化、模数化生产而在欧洲和日本得到快速发展。国内从苏联引进技术，建造大量装配式大板结构，但由于其在唐山大地震中表现出的较差的抗震性能及防渗性差的缺点，没能进一步推广应用。近年来，随着对绿色建筑的推广和劳动力成本的增加，预制装配式剪力墙结构得到业界的一直认可。本文在阅读大量国内外文献的基础上，介绍了预制装配式剪力墙结构的发展概况，指出了其在应用中存在的不足，提出了今后研究工作的重点和方向。

1 国内外预制装配式墙板结构的发展概况

在国外，预制装配式剪力墙结构多用于低层、多层和高层建筑，欧洲国家(如丹麦、德国、法国、英国等)的预制装配式结构可达16 ～26 层，而日本的装配式剪力墙结构一般在10 层以内[1]，并且该结构形式在地震中表现出良好的抗震性能，例如墨西哥智利大地震和日本阪神大地震中的很多预制混凝土剪力墙结构几乎没有破坏，或者修复设备连接后可以马上恢复使用[2]。预制装配式剪力墙结构是实现住宅产业化的有效途径之一，19 世纪末期，欧洲首先提出预制混凝土墙板结构，并在一些工程中得到应用，但早期预制墙板结构多用于非结构构件[3]。二战结束以后，欧洲一些国家出现住房紧张、资源紧缺、劳动力不足等问题，逐步开始推行住宅产业化改革，使得预制装配式结构的得到快速发展，到20 世纪60 年代，装配式结构成为某些国家的主要建筑形式。日本的装配式大板结构始于20世纪60 年代，其中3 ～5 层的中层建筑占主导地位，而在高层建筑中采用高强型钢或钢筋混凝土框架组合施工[4]。目前，美国、日本、新西兰等国均颁布相关的装配式混凝土结构技术规程。美国联邦政府和城市发展部颁布了美国工业化住宅建设和

安全标准。其中发达国家的预制装配式混凝土结构在建筑中所占比重较大，瑞典新建住宅中通用构件占80%，美国约为35%，欧洲约35% ～40%，日本则超过50%。在国内，预制装配式结构始于20 世纪50 年代，多用于工业厂房、办公楼等建筑。然而从20 世纪80 年代中期以后，由于预制装配结构的造型单一、防水技术落后、构件生产企业规模小等问题，该结构形式的应用逐渐减少，进入低潮阶段。进入21 世纪后，装配式结构的优点重新得到重视，并且随着建筑节能减排和住宅产业化的发展及要求，预制装配式结构的研究正在逐步升温，并且在一些试点项目中得到应用。近年来，万科公司、黑龙江宇辉建设集团、中南控股集团有限公司、天津住宅集团、黑龙江建设集团等被批准为国家住宅产业化基地，建造了多栋装配式剪力墙结构试点工程。例如哈尔滨新新怡园小区4#、5#和洛克小镇14 号楼，北京市丰台区万科假日风景项目D1/D8 号楼，中南控股开发的四幢全预制装配式短肢剪力墙结构住宅楼，均为预制装配式剪力墙结构，如图 1 所示装配式剪力墙结构施工现场

图 1 预制装配式剪力墙结构装配施工

2预制装配式钢筋混凝土剪力墙结构在地震中的表现

1994年6. 8级北岭地震(N orthridge earth-quake)的震害调查表明:预制停车库结构表现较差，这些结构的竖向抗侧力体系承载力足够，但由于坡道的设计、墙板较大而积的开口以及停车库结构较长的跨度造成了荷载传递的复杂性，导致结构破坏很严重仁[5]。1995年日本6. 9级Kobe地震和2011年9. 0级Tohoku地震的震害调查表明:根据日本混凝土结构设计规范设计的预制混凝土剪力墙结构表现良好，预制构件没有出现严重损坏，只有接缝处的后浇混凝土发生了剥落比[6-7]。2010年智利8. 8级地震的震害调查表明:UPPCW (unbounded posttensioned precast concrete wall)结构以及装有耗

能减震元件的预制混凝土结构在地震中表现良好，破坏较小;而其它预制混凝土结构则破坏较严重。

[8]

3预制装配式剪力墙结构体系介绍

预制装配式剪力墙结构在发展历史上最早出现的是装配式大板结构，日本在其基础上发展了剪力墙式框架预制钢筋混凝土结构(WRAC)，:20 世纪90 年代美日联合开PRESSS(Precast Seismic

Structure Systems)项目提出了一种后张无粘结预应力装配式剪力墙结构，国内目前已建有预制钢筋混凝土叠合剪力墙结构$全预制装整体式剪力墙结构等体系。

3. 1装配式大板结构

采用预制钢筋混凝土墙板和楼板拼装成的房屋结构，是一种工业化程度较高的建筑结构体系，其主要优点是可以进行商品化生产，现场施工效率高，但由于接缝处易发生应力集中而导致整体性能较平接缝和竖向接缝对结构的内力分布和刚度都有显著的影响。水平接缝对墙体的侧向刚度影响甚大，在计算中需要考虑;竖向接缝的剪切角对联肢墙内力的分布有较大影响。Ray W Clough等[9]也进行了装配式大板结构的振动台试验。

通过国内外的研究表明，只要水平接缝的剪切滑移得到有效控制，竖向接缝拥有足够的耗能能力，装配式大板结构还是具有很好的整体性和连续性，能够满足抗震方面的要求。

3.2后张无粘结预应力装配式剪力墙结构体系

美日联合PRESSS项目提出了一种后张无粘结预应力装配式剪力墙结构[10]，该体系具有优越的抗震性能和良好的自恢复能力，在大震情况下结构能够产生较大的侧向位移，且残余变形较小;破坏集中在预制构件连接部位，易于震后修复。

Brian J Smith等[20-21」对预制混凝土剪力墙竖向通过无粘结预应力筋连接进行了研究，设计试件中部通过预应力筋连接，边缘处布置加强钢筋。通过分析此种连接方式的受力特点，提出其计算模型，并推出计算其受力和变形的计算公式，通过试验研究其水平极限位移、耗能能力、剪切变形等指标，结果表明，该连接方式具有良好的抗震性能。Brian JSmith等Czz3sl还研究了开洞剪力墙通过此种连接方式连接的抗震性能，取得相似成果。

王滋军等[11]进行了开洞叠合剪力墙与普通开洞剪力墙抗震性能的对比试验研究。研究结果表明，钢筋混凝土开洞叠合剪力墙的受力性能基本和普通钢筋混凝土开洞剪力墙相同，具有较好的抗震性能，其延性和耗能能力等均与普通开洞剪力墙相当。叠合板的剪式支架的连接能使预制部分与现浇混凝土形成整体共同工作。同时还研究了水平拼接的叠合板式剪力墙的抗震性能，研究表明，带竖向接缝的叠合剪力墙的受力过程、破坏形态与现浇剪力

墙基本相同，抗震指标接近，具有较好的抗震性能，水平拼接的叠合剪力墙承载能力不低于整体叠合剪力墙[12]

David C Salmon等[13]提出一种预制混凝土夹心板材，其两侧为预制钢筋混凝土板，通过剪式支架进行连接，两块板材之间夹有保温材料。David等对其进行了大量的试验研究，同时探讨了剪式支架的合理形式，并研究在两块预制板之间加入型钢提高其承载力的可行性。