预制剪力墙接缝处钢筋有效锚固对承载力的影响分析
0 引言
JGJ 1—2014《装配式混凝土结构技术规程》（以下称《规程》）规定，在预制构件之间及预制构件与现浇构件及后浇混凝土接缝处，当受力钢筋采用安全可靠的连接方式，且接缝处新旧混凝土之间采用粗糙面、键槽等构造措施时，结构整体性能与现浇结构类同，设计中可采用与现浇相同的方法进行结构分析。但从实际工程施工情况来看，现场操作误差较大，很难保证预制构件钢筋能按照设计预期进行可靠连接，部分钢筋由于位置偏差过大而不得不切断，导致连接处存在一定安全隐患（见图1）。连接问题成为装配式混凝土结构尤其是装配式剪力墙结构的核心关键性问题。
图1 预制墙体实际施工中钢筋的连接情况
基于安全性考虑，《规程》第6.1.8条规定：高层装配整体式剪力墙结构底部加强部位的剪力墙宜采用现浇混凝土。该条文指出，这主要是因为底部加强区对结构整体的抗震性能很重要，尤其在高烈度地区。结构底部或首层往往由于建筑功能需要而不规则，不适合采用预制构件；且底部加强区构件截面大且配筋较多，也不利于构件连接。另外，对于剪力墙的边缘构件要求采用现浇混凝土，也是出于同样的考虑。尽管该条文采用的是“宜”，但在实际审查操作中，一般是按“应”对待，带来的问题是在施工过程中需准备2套施工方法，增加模板数量，导致施工难度和成本的增加，尤其当总层数不是很多，如总高10层时，需底部2层采用现浇，带来诸多不便。
剪力墙通常由边缘构件和非边缘构件（普通墙身）组成，对于非约束边缘构件按照《规程》可采用预制，预制墙体和现浇墙体的比例及预制墙体钢筋能否全部有效锚固、有效锚固比例等对整片剪力墙的抗震承载力究竟有多大程度影响，需有明确合理的判断，对这一问题的研究将为《规程》修编时对于一些特殊区域是否一定限制现浇具有一定参考价值。
1 预制剪力墙长度比例及钢筋连接对墙体抗弯承载力的影响分析
选取一字形墙体，墙体厚200mm，墙体长度1 600,2 400,3 200mm三种不同规格，两端边缘构件长度为400mm。边缘构件采用现浇，中间段非约束边缘构件采用预制。边缘构件钢筋100%有效锚固，预制墙段竖向钢筋考虑4种不同比例的有效锚固，分别为100%,75%,50%,0，由此对比各种情况下的承载力情况。
在考察墙体正截面承载力时，采用PM曲线形式，分别对比不同预制墙体比例和钢筋有效锚固比例对曲线形状及最大承载力的影响，如图2～6所示，根据上述分析，可得到以下结论。
图2 预制墙体长度为50%时钢筋不同锚固情况下的承载能力对比
当预制剪力墙中竖向钢筋不能完全锚固时，对整片墙体承载力有一定影响，但影响程度较低，与预制墙体所占墙体总长度的比例有关，预制比例越高，影响越大。对于较长的墙体，当预制长度达到75%，钢筋是否有效锚固对承载力的总体影响在10%以内。
图3 预制墙体长度为67%时钢筋不同锚固情况下的承载能力对比
图4 预制墙体长度为75%时钢筋不同锚固情况下的承载能力对比
图5 抗压承载力对比曲线
图6 抗弯承载能力对比曲线
预制段钢筋能否有效锚固对整体抗震能力影响不大，边缘构件区对一字墙体的承载力起控制作用。因此在控制边缘构件现浇前提下，可适当放宽非边缘构件区的现浇规定。
2 剪力墙水平拼缝受剪承载力计算
剪力墙斜截面抗剪承载力主要取决于竖向钢筋及混凝土截面尺寸，沿水平拼缝的受剪承载力按式（1）计算：
由（1）式可知，拼缝处抗剪承载力取决于垂直穿过结合面的钢筋，同时受制于竖向轴力设计值，因此该承载力并非由钢筋有效锚固单一决定。
某剪力墙边缘构件现浇，墙身预制，预制墙长1 200mm，剪力墙配筋如图7所示。
图7 剪力墙配筋示意
该剪力墙在小震下最小轴力设计值为522kN（拉力），小震下最大剪力设计值为184.9kN；中震下最大剪力设计值为460kN。
预制墙段竖向钢筋考虑4种不同比例的有效锚固，分别为100%,50%,25%,0。按式（1）计算这4种工况沿水平拼缝的受剪承载力分别为385,318,284,250kN，小震最大剪力设计值均为184.9kN，中震（弹性）最大剪力设计值均为460kN。当预制剪力墙竖向分布钢筋均不锚固时，整片剪力墙抗剪承载力为250.0kN，大于小震下剪力设计值184.9kN。当预制剪力墙竖向分布钢筋全部有效锚固时，整片剪力墙的抗剪承载力为385.0kN，比预制墙体竖向分布钢筋均不锚固时提高50%。
3 边缘构件在墙体中的占比统计分析
选取3个高层装配式剪力墙案例，对剪力墙边缘构件与非边缘构件的比例进行统计，以及对其计算配筋比例进行统计如表1,2所示，可看出剪力墙边缘构件长度占剪力墙总长度的比例在40%以上。剪力墙中大部分配筋在边缘构件中，墙身配筋所占比例较小。
表1 约束边缘构件总体占比统计分析
表2 钢筋用量
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JGJ 3—2010《高层建筑混凝土结构技术规程》第7.2.17条规定，剪力墙竖向和水平分布钢筋的配筋率，一、二、三级时均不应小于0.25%，如果墙身按照构造配筋，二级抗震和三级抗震剪力墙墙身配筋量相同；若是超过构造配筋量，二级抗震剪力墙墙身配筋量大于三级抗震剪力墙墙身配筋量。
4 结语
通过对预制剪力墙和现浇剪力墙比例、预制剪力墙水平接缝处钢筋能否全部有效锚固及有效锚固比例等对于整片剪力墙抗震承载力的影响展开研究，研究结果如下。
1）对于普通高层剪力墙结构，墙体中的边缘构件占较大比例，通常接近甚至超过全部墙体总长度的一半。剪力墙中大部分配筋均在边缘构件中，墙身配筋所占比例较小。
2）当预制剪力墙中竖向钢筋不能完全锚固时，对整片墙体的抗弯承载力有一定影响，但影响程度较低，与预制墙体所占墙体总长度比例有关，预制比例越高，影响越大。对于较长墙体，当预制长度达75%时，钢筋是否有效锚固对承载力的影响在0～10%。
3）当预制剪力墙中竖向钢筋不能完全锚固时，对整片墙体的抗剪承载力有一定影响，当预制剪力墙竖向分布钢筋全部有效锚固时，整片剪力墙的抗剪承载力比预制墙体竖向分布钢筋均无有效锚固时提高50%。
因此，预制剪力墙中钢筋是否有效锚固对整片墙的抗弯承载能力影响不大，但对墙体抗剪承载能力有一定影响。