预制式装配式剪力墙结构抗震性能研究与展望综述

1、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；引言预制装配式式剪力墙墙结构是是以预制制或半预预制墙板板为主要要构件，经经现场装装配、部部分现浇浇而成的的混凝土土结构。预预制装配配式剪力力墙混凝凝土结构构具有建建造质量量高、生生产速度度快、保保护环境境、

2、节约约资源、有有利于社社会可持持续发展展等优点点。 118755年Willlioon Hennry Laasceell的的发明专专利iimprroveemennt iin tthe connstrructtionn off buuilddingg”标志着着装配式式结构的的诞生。第第二次世世界大战战后，大大量建筑筑物被毁毁，装配配式建筑筑由于易易于标准准化、模模数化生生产而在在欧洲和和日本得得到快速速发展。国国内从苏苏联引进进技术，建建造大量量装配式式大板结结构，但但由于其其在唐山山大地震震中表现现出的较较差的抗抗震性能能及防渗渗性差的的缺点，没没能进一一步推广广应用。近近年来，随随着对绿绿色建

3、筑筑的推广广和劳动动力成本本的增加加，预制制装配式式剪力墙墙结构得得到业界界的一直直认可。本本文在阅阅读大量量国内外外文献的的基础上上，介绍绍了预制制装配式式剪力墙墙结构的的发展概概况，指指出了其其在应用用中存在在的不足足，提出出了今后后研究工工作的重重点和方方向。1 国内外外预制装装配式墙墙板结构构的发展展概况在国外，预预制装配配式剪力力墙结构构多用于于低层、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

4、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

5、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

6、，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 预预制装配配式剪力力墙结构构装配施施工2预制装配配式钢筋筋混凝土土剪力墙墙结构在在地震中中的表现现1994年年6. 8级北北岭地震震(N ortthriidgee eaarthh-q

7、uuakee)的震震害调查查表明:预制停停车库结结构表现现较差，这这些结构构的竖向向抗侧力力体系承承载力足足够，但但由于坡坡道的设设计、墙墙板较大大而积的的开口以以及停车车库结构构较长的的跨度造造成了荷荷载传递递的复杂杂性，导导致结构构破坏很很严重仁仁5。19995年日日本6. 9级级Kobbe地震震和20011年年9. 0级Tohhokuu地震的的震害调调查表明明:根据日日本混凝凝土结构构设计规规范设计计的预制制混凝土土剪力墙墙结构表表现良好好，预制制构件没没有出现现严重损损坏，只只有接缝缝处的后后浇混凝凝土发生生了剥落落比66-7。20110年智智利8. 8级级地震的的震害调调查表明明:U

8、PPPCWW (uunbooundded posstteensiioneed ppreccastt cooncrretee waall)结构以以及装有有耗能减减震元件件的预制制混凝土土结构在在地震中中表现良良好，破破坏较小小;而其它它预制混混凝土结结构则破破坏较严严重。83预制装配配式剪力力墙结构构体系介介绍预制装配式式剪力墙墙结构在在发展历历史上最最早出现现的是装装配式大大板结构构，日本本在其基基础上发发展了剪剪力墙式式框架预预制钢筋筋混凝土土结构(WRAAC)，:200世纪900年代美美日联合合开PRRESSSS(PPreccastt SeeismmicSStruuctuure Sysst

9、emms)项项目提出出了一种种后张无无粘结预预应力装装配式剪剪力墙结结构，国国内目前前已建有有预制钢钢筋混凝凝土叠合合剪力墙墙结构$全预制制装整体体式剪力力墙结构构等体系系。3. 1装装配式大大板结构构采用预制钢钢筋混凝凝土墙板板和楼板板拼装成成的房屋屋结构，是是一种工工业化程程度较高高的建筑筑结构体体系，其主要要优点是是可以进进行商品品化生产产，现场场施工效效率高，但但由于接接缝处易易发生应应力集中中而导致致整体性性能较平平接缝和和竖向接接缝对结结构的内内力分布布和刚度度都有显显著的影影响。水水平接缝缝对墙体体的侧向向刚度影影响甚大大，在计计算中需需要考虑虑;竖向接接缝的剪剪切角对对联肢墙墙

10、内力的的分布有有较大影影响。RRay W CClouugh等等9也进行行了装配配式大板板结构的的振动台台试验。通过国内外外的研究究表明，只只要水平平接缝的的剪切滑滑移得到到有效控控制，竖竖向接缝缝拥有足足够的耗耗能能力力，装配配式大板板结构还还是具有有很好的的整体性性和连续续性，能能够满足足抗震方方面的要要求。3.2后张张无粘结结预应力力装配式式剪力墙墙结构体体系美日联合PPRESSSS项项目提出出了一种种后张无无粘结预预应力装装配式剪剪力墙结结构110，该该体系具具有优越越的抗震震性能和和良好的的自恢复复能力，在在大震情情况下结结构能够够产生较较大的侧侧向位移移，且残残余变形形较小;破坏集集

11、中在预预制构件件连接部部位，易易于震后后修复。Briann J Smiith等等200-211对预预制混凝凝土剪力力墙竖向向通过无无粘结预预应力筋筋连接进进行了研研究，设设计试件件中部通通过预应应力筋连连接，边边缘处布布置加强强钢筋。通通过分析析此种连连接方式式的受力力特点，提提出其计计算模型型，并推推出计算算其受力力和变形形的计算算公式，通通过试验验研究其其水平极极限位移移、耗能能能力、剪剪切变形形等指标标，结果果表明，该该连接方方式具有有良好的的抗震性性能。BBriaan JJSmiith等等Czzz3sll还研究究了开洞洞剪力墙墙通过此此种连接接方式连连接的抗抗震性能能，取得得相似成成果

12、。王滋军等11进行了了开洞叠叠合剪力力墙与普普通开洞洞剪力墙墙抗震性性能的对对比试验验研究。研研究结果果表明，钢钢筋混凝凝土开洞洞叠合剪剪力墙的的受力性性能基本本和普通通钢筋混混凝土开开洞剪力力墙相同同，具有有较好的的抗震性性能，其其延性和和耗能能能力等均均与普通通开洞剪剪力墙相相当。叠叠合板的的剪式支支架的连连接能使使预制部部分与现现浇混凝凝土形成成整体共共同工作作。同时时还研究究了水平平拼接的的叠合板板式剪力力墙的抗抗震性能能，研究究表明，带带竖向接接缝的叠叠合剪力力墙的受受力过程程、破坏坏形态与与现浇剪剪力墙基本相同同，抗震震指标接接近，具具有较好好的抗震震性能，水水平拼接接的叠合合剪力

13、墙墙承载能能力不低低于整体体叠合剪剪力墙12Davidd C Sallmonn等133提出出一种预预制混凝凝土夹心心板材，其其两侧为为预制钢钢筋混凝凝土板，通通过剪式式支架进进行连接接，两块块板材之之间夹有有保温材材料。DDaviid等对对其进行行了大量量的试验验研究，同同时探讨讨了剪式式支架的的合理形形式，并并研究在在两块预预制板之之间加入入型钢提提高其承承载力的的可行性性。3.3全预预制装配配式剪力力墙结构构体系全预制装配配式剪力力墙结构构体系内内外墙板板均为预预制，楼楼板为叠叠合楼板板，墙板板之间通通过预留留金属波波纹管进进行注浆浆连接。东东南大学学对该体体系的相相关性能能进行了了试验研

14、研究。郭正兴114等等对全预预制装配配式剪力力墙结构构中间层层边节点点的抗震震性能进进行了试试验研究究，并采采用ANNAYSS进行数数值分析析，结果果表明，装装配式试试件的承承载力、延延性、刚刚度和耗耗能能力力与现浇浇试件基基本接近近，表现现出与现现浇试件件相当的的抗震性性能。数数值分析析结果与与试验结结果能够够符合。朱朱张峰15等对此此结构进进行了11 /22缩尺单单跨三层层平面模模型的低低周反复复荷载试试验。观观察模型型的裂缝缝开展、破破坏过程程及破坏坏形态，通通回性能能、连接接刚度退退化、强强度、延延性、耗耗能能力力等方面面进行了分析析对比，结结果表明明，5种钢筋筋连接方方式在各各个方面

15、面均能满满足要求求，极限限位移角角都大于于1/110000。日本和美国国对钢筋筋套筒灌灌浆连接接技术进进行了大大量的试试验研究究工作，包包括套筒筒循环张张拉的疲疲劳试验验、应力力刁立变变曲线、灌灌浆后灌灌浆受到到扰动对对连接的的影响、钢钢筋偏位位对连接接的影响响等试验验。结果果表明套套筒连接接是一种种可靠的的连接方方式。姜洪斌等提提出了一一种新型型预制混混凝土插插入式预预留孔灌灌浆钢筋筋搭接连连接，并并进行了了插入式式预留孔孔灌浆钢钢筋锚固固拉拔试试验116和和钢筋搭搭接试验验177。试试验以钢钢筋直径径、混凝凝土强度度、锚固固长度、搭搭接长度度等为影影响参数数，结果果表明试试件最终终破坏形形

16、态都为为外部钢钢筋屈服服或被拉拉断，没没有发生生异常锚锚固破坏坏，基本本锚固长长度可为为0.881Laa3.4叠合合板式剪剪力墙结结构体系系叠合板式剪剪力墙是是指由叠叠合式楼楼板和叠叠合式墙墙板，辅辅以必要要的现浇浇混凝土土剪力墙墙、边缘缘构件、梁梁板，共共同形成成的剪力力墙结构构。吕西西林等18对这种种叠合板板式剪力力墙进行行了低周周反复试试验，研研究其破破坏模式式、变形形性能和和新老混混凝土粘粘结界面面破坏发发展的规规律，并并在试验验的基础础上通过过ANSSYS建建立有限限元模型型，进行行非线性性数值仿仿真分析析，分析析比较力力位移推覆覆曲线和和试验骨骨架曲线线等，分分析结果果与试验验结果

17、符符合，表表明叠合合板式剪剪力墙具具有良好好的抗侧侧性能，新新老混凝凝土协同同工作性性能良好好。3. 5其其他预制制装配式式剪力墙墙结构日本在装配配式大板板结构的的基础上上发展了了一种壁壁式框架架预制钢钢筋混凝凝土结构构(WRRAC)，这种种结构纵纵向由扁扁平壁状状的柱和和梁形成成刚架，横横向则是是由连层层的独立立剪力墙墙构成。其其中结构构的主要要承载构构件(壁柱、梁梁、剪力力墙、墙墙板及屋屋面板)的一部部分或全全部由钢钢筋混凝凝土预制制构件组组成119。姚谦峰等20提出了了一种密密肋壁板板结构体体系。通通过对其其在水平平低周反反复荷载载作用下下的试验验研究，研研究墙体体的破坏坏形态和和破坏过

18、过程，分分析墙体体的受力力特点，探探讨墙体体的承载载能力、延延性、耗耗能等抗抗震性能能，提出出了墙体体的恢复复力模型型。黄炜炜211对密密肋复合合墙体进进行拟动动力试验验研究，试试验结果果表明，墙墙体中的的砌块、肋肋格、外外框能够够在试验验的弹性性阶段、弹弹塑性阶阶段、破坏阶阶段依次次发挥作作用，具具有多道道抗震防防线，墙墙体在遭遭受到小小震或中中震后具具有稳定定的水平平承载能能力及良良好的耗耗能性能能，在遭遭受到大大震后仍仍具有良良好的抗抗倒塌能能力。钱稼茹等22-23提出一一种预制制钢筋混混凝土圆圆孔板剪剪力墙结结构体系系，并先先后进行行了两端端设暗柱柱的单片片、双片片预制圆圆孔板剪剪力墙

19、的的拟静力力试验。拟拟静力试试验结果果表明:暗柱几几乎沿全全高出现现水平裂裂缝，预预制墙体体布满斜斜裂缝，试试件破坏坏均为弯弯剪破坏坏，位移移延性系系数大于于5，极限限位移角角小111于1 / 1000，均均满足抗抗震要求求，可作作为抗震震房屋建建筑的结结构构件件。朱张峰、郭郭正兴等等244对2个预制制装配式式和1个现浇浇的1 /2比比例单跨跨三层平平面模型型进行了了低周反反复荷载载试验。试试验结果果表明:与现浇浇模型相相比，预预制装配配式模型型具有相相近的承承载能力力、位移移延性及及耗能能能力，初初始刚度度较大，具具有相当当的抗震震性能。 N. HH. HHumiid进行行了多片片预制空空心

20、板剪剪力墙共共同作用用的拟静静力试验验，试验验模型由由2片承重重预制墙墙和4片非承承重预制制墙组合合而成。试试验表明明:当层间间位移为为2%时，所所有墙上上均未出出现裂纹纹;当层间间位移为为3%时，少少量的非非结构构构件损坏坏;当层间间位移为为3.55%时，相相邻剪力力墙的连连接处出出现损伤伤。基于目前研研究现状状和现行行装配式式剪力墙墙相关规规范规定定，可以以说剪力力墙具有有刚度大大、承载载力大、风风或小震震作用下下变形小小等优点点，然而而在地震震作用下下也吸收收大量能能量，发发生斜向向裂缝从从而破坏坏。因此此，新型型减震剪剪力墙(见图2)采用软软钢阻尼尼器为耗耗能元件件，水平平放置的的阻尼

21、器器A可以通通过层间间变形耗耗能，竖竖向放置置的阻尼尼器B将剪力力墙分割割成高宽宽比较大大的墙肢肢，将之之前的剪剪切变形形为主改改为弯曲曲变形为为主，使使剪力墙墙的延性性及耗能能性能更更加良好好。软钢钢阻尼器器为椭圆圆环状，具具有一定定初始刚刚度，屈屈服后可可进行耗耗能，通通过钢筋筋混凝土土墙内预预埋钢板板、后装装螺栓的方法实现现安装。图2新型减减震剪力力墙图3多片预预制空心心板剪力力墙Hamidd N H等255进行行了多片片预制空空心板剪剪力墙(图3)共同作作用的拟拟静力试试验。试试验模型型包括66片预制制钢筋混混凝土剪剪力墙，其其中2片预制制剪力墙墙是承重重构件，通通过无粘粘结螺纹纹钢筋

22、与与基础相相连，其其它4片预制制空心板板剪力墙墙作为装装饰墙板板，不用用于承重重;相邻预预制剪力力墙之间间通过橡橡胶垫或或硅树脂脂填充剂剂连接。试试验表明明:层间位位移达到到2%时，结结构没有有破坏，承承重墙和和装饰墙墙上均没没有出现现裂纹;层间位位移达到到3%时，仅仅有少量量的非结结构构件件损坏;层间位位移达到到3.55%时，结结构的损损伤发生生在相邻邻剪力墙墙的连接接处，即即橡胶垫垫或硅树树脂填充充剂4 研究应应用中存存在问题题关于预制装装配式混混凝土剪剪力墙结结构的研研究己经经取得很很多成果果，但还还存在以以下不足足影响其其推广: 1）目前前关于装装配式剪剪力墙结结构的研研究主要要中在钢

23、钢筋的连连接、墙墙板节点点、构件件的性能能研究方方面，对对于其结结构整体体抗震性性能研究究相对较较少，使使装配式式混凝土土剪力墙墙结构在在高烈度度地震区区推广存存在着理理论上的的制约。 2)当前前国内关关于装配配式混凝凝土剪力力墙结构构的研究究总体不不够协调调，各地地均采用用自己的的研究成成果进行行实践，重重复工作作多，不不能很好好地与先先进的研研究成果果进行综综合比较较，存在在装配式式结构在在应用中中技术单单一、造造价高昂昂等问题题。3)装配式式混凝土土剪力墙墙结构节节点的试试验研究究取得一一定的成成果，但但是在设设计分析析中如何何建立正正确的计计算模型型，使其其能够很很好地模模拟装配配式节

24、点点的受力力特点，即即如何实实现科研研成果与与设计应应用很好好的挂钩钩，还有有待进一一步研究究。4)目前国国内己建建的装配配式混凝凝土剪力力墙结构构总体存存在着装装配化程程度不高高、现浇浇工作量量大、部部分预制制墙体不不参与受受力等缺缺点。5 结语介绍了预制制钢筋混混凝土剪剪力墙构构结构抗抗震性能能研究的的最新进进展，所所介绍的的结构包包括常规规预制钢钢筋混凝凝土剪力力墙结构构、无粘粘结后张张拉预应应力预制制混凝土土剪力墙墙结构、预预制叠合合剪力墙墙结构以以及其它它新型的的预制剪剪力墙结结构;综述了了国内外外预制钢钢筋混凝凝土剪力力墙结构构设计规规范以及及设计方方法的研研究进展展。现总总结如下

25、下:(1)常规规预制装装配式钢钢筋混凝凝土剪力力墙结构构的抗震震性能较较差，在在地震作作用下，其其主要靠靠结构构构件连接接处的损损伤和结结构构件件损坏来来消耗能能量。如如何提高高该类结结构的抗抗震性能能，有待待于进一一步研究究。(2)无粘粘结后张张拉预应应力预制制混凝土土剪力墙墙结构在在地震作作用下具具有自恢恢复中心心能力和和良好的的抗震能能力，但但该结构构体系的的耗能能能力不足足，如何何提高该该类结构构结构的的耗能性性能，有有待于进进一步研研究。(3)新型型预制钢钢筋混凝凝土剪力力墙结构构体系，如如预制叠叠合板剪剪力墙结结构、预预制圆孔孔板剪力力墙结构构、全预预制装配配式剪力力墙结构构，均具

26、具有各自自结构体体系的优优点，如如何提高高各类新新型预制制钢筋混混凝土剪剪力墙结结构的抗抗震性能能及耗能能性能，有有待于进进一步研研究。(4)美国国和新西西兰的规规范规程程对预应应力拼接接钢筋混混凝土剪剪力墙结结构的设设计方法法进行了了介绍。我我国国家家和部分分省市规规范和规规程对装装配整体体式钢筋筋混凝土土剪力墙墙结构的的设计进进行了介介绍。目目前，国国内外规规范规程程关于预预制装配配式钢筋筋混凝土土剪力墙墙结构的的结构形形式及设设计方法法尚难以以适应建建筑工业业化发展展的需要要，因此此对预制制装配式式钢筋混混凝土剪剪力墙结结构的结结构形式式、抗震震性能及及设计方方法开展展创新性性研究具具有

27、重要要的现实实意义。(5)在预预制钢筋筋混凝土土剪力墙墙结构中中设置耗耗能减震震元件，或或将预制制钢筋混混凝土剪剪力墙结结构设计计成隔震震结构，将将有效提提高预制制钢筋混混凝土剪剪力墙结结构的抗抗震性能能。目前前关于这这方而的的研究还还较少，设设置有耗耗能减震震元件的的预制装装配式剪剪力墙结结构及预预制装配配式剪力力墙隔震震结构的的抗震性性能，有有待于进进一步研研究。参考文献 1 Nedd M Cllelaand Deesiggn ffor latteraal fforcce rresiistaancee wiith preecasst cconccrette ssheaar wwallls

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