0 引言

　　装配式建筑是指主体结构系统、外围护系统、设备与管线系统、内装系统的主要部分采用预制部品、部件集成的建筑。按建筑材料划分，装配式建筑可分为装配式混凝土结构、装配式钢结构、装配式木结构。针对装配式混凝土建筑中的主体结构系统，可理解为由预制混凝土构件通过可靠的连接方式装配而成的混凝土结构。与现浇结构相比，装配式建筑具有工业化程度高、混凝土构件质量更好、现场噪声小、扬尘和建筑垃圾少、现场用工量明显降低等优势^[1,2]。由于发展装配式建筑与我国国情更加契合，所以政府近年来出台一系列政策，大力推动装配式建筑的发展。2016年2月，中共中央国务院发布的《关于进一步加强城市规划建设管理工作的若干意见》指出，要用10年左右时间，使装配式建筑占新建建筑的比例达30%。2016年9月，国务院印发的《关于大力发展装配式建筑的指导意见》是今后一段时间我国发展装配式建筑的纲领性文件，这标志着推进装配式建筑发展的顶层制度框架已初步建成。

　　按结构类型划分，装配式混凝土结构主要分为装配整体式剪力墙结构和装配整体式框架结构等。其中，装配整体式剪力墙结构作为我国装配式建筑的重要类型，已被大量应用于中高层保障类居住建筑中。装配整体式剪力墙结构是指全部或部分剪力墙采用预制墙板，预制墙板通过可靠方式进行连接并与现场浇筑混凝土形成整体的结构。该结构体系竖向构件全部或部分由预制墙板组成，楼(屋)盖体系由叠合梁、钢筋桁架叠合板组成。同楼层墙板通过混凝土后浇段连接。上、下层预制墙板连接方式是在楼层位置处设置混凝土后浇带或圈梁，墙体纵向受力钢筋可采用灌浆套筒连接、浆锚搭接连接等方式进行连接。预制构件与后浇混凝土、灌浆料、座浆料的结合面设置粗糙面、键槽，以增强结构整体工作性能。

　　从结构整体受力角度考虑，在水平地震作用下，底部加强部位是高层装配整体式剪力墙结构的关键受力部位，必须采取可靠措施保证其整体抗震性能。在国内装配整体式剪力墙结构工程项目中，底部加强部位普遍采用现浇，而上部标准层为预制装配，上、下施工方法的不统一导致施工效率低、外墙保温耐久性差等问题。本文从各级技术标准对底部加强部位的要求出发，研究各技术标准采用底部加强部位现浇的原因及由此产生的问题。归纳总结国内主要研究机构在套筒灌浆连接剪力墙抗震性能方面的研究成果，以论证底部加强部位预制装配的可靠性。最后针对底部加强部位预制装配的实施，提出系统性的解决方案。

　　1 各级技术标准对底部加强部位的要求

　　地方标准、行业标准和国家标准针对剪力墙结构底部加强部位采用现浇还是预制装配，规定如下。

　　1)北京市地方标准DB 11/1003—2013《装配式剪力墙结构设计规程》^[3]规定:抗震等级为一级时，高层建筑底部加强部位及相邻上一层应采用现浇剪力墙;抗震等级为二、三级时，高层建筑底部加强部位及相邻上一层宜采用现浇剪力墙;抗震等级为二、三级且底层墙肢轴压比≤0.30或抗震等级为四级时，底部加强部位也可部分装配，但应对预制墙板的连接采取加强措施。

　　2)行业标准JGJ 1—2014《装配式混凝土结构技术规程》^[4]规定:剪力墙结构底部加强部位的剪力墙宜采用现浇混凝土。

　　3)国家标准GB/T 51231—2016《装配式混凝土建筑技术标准》^[5]规定:当设置地下室时，宜采用现浇混凝土;剪力墙结构和部分框支剪力墙结构底部加强部位宜采用现浇混凝土;框架结构首层柱宜采用现浇混凝土;当底部加强部位剪力墙、框架结构首层柱采用预制混凝土时，应采取可靠技术措施。

　　由3部不同层级技术标准的相关规定可知，从技术标准层面均未禁止在高层装配式整体剪力墙结构的底部加强部位采用装配的方案。在充分理解底部加强部位的受力特点、确保预制部件连接关键部位可靠性的前提下，除特殊情况的高层建筑外，底部加强部位完全具备使用装配式建造方式的可能性。

　　2 底部加强部位采用现浇的原因分析

　　国内现行技术标准对于底部加强部位采用现浇具有较强倾向，究其原因，可归纳为3方面。

　　1)结构抗震高层建筑剪力墙结构底部加强部位是结构塑性铰区，也是结构抵抗罕遇地震的关键部位。已有实际震害^[6,7]表明，底部墙肢的损伤往往较上部墙肢严重，因此对底部墙肢的延性和耗能能力的要求应比上部墙肢高。目前，我国高层装配整体式剪力墙结构的抗震性能尚无实际震害经验，对其抗震性能的研究以构件试验为主，整体结构试验研究偏少，在此前提下，对于结构抗震等级较高或建筑位于高设防烈度区的情况，剪力墙墙肢的主要塑性发展区域采用整体现浇混凝土有利于保证结构整体抗震能力。

　　2)配筋构造针对高层剪力墙结构，当底部加强部位剪力墙墙肢的轴压比超过一定范围后，需在墙体端部、交接处及洞口两侧设置配筋构造更复杂的约束边缘构件，这给墙体竖向连接带来不便。

　　3)建筑功能由于建筑功能的特殊需求，建筑首层或底部几层与标准层功能不同(如首层及2层为商业功能，上部为住宅)，这导致结构首层或底部几层的层高、墙体平面布置及开洞情況与标准层不同，甚至还可能出现转换结构或结构不规则布置。因此，如底部加强部位仍采用预制，会使预制构件种类增加过多，构件标准化程度降低，建筑总体经济性下降。

　　3 底部加强部位采用现浇存在的问题

　　1)由于现有标准和技术的限制，多数高层装配整体式剪力墙建筑的底部加强部位仍采用现浇，底部加强部位以上采取装配式结构，导致在施工时，1栋建筑2种工法，工序混杂，未充分发挥全装配化施工的优势。

　　2)底部现浇部位的外墙保温一般采用主体结构封顶后后贴的方式，常规做法是通过粘、钉结合工艺将保温材料固定在基层墙面上，然后在保温材料外侧实施胶浆抹面、挂玻璃纤维网格布及砂浆饰面等操作。由于粘贴保温材料所用黏结剂的耐久性相对较差，在室外温度冷热交替及保温层内渗水情况下，黏结剂容易失效，引发保温层和饰面层脱落。上部预制装配部位采用结构复合保温外墙体系(“三明治”)，不存在保温层脱落问题，能实现保温材料与主体结构同寿命。可见，上、下2种做法的差异导致外墙保温的耐久性不等同，底部加强部位与标准层的竣工交付标准不一致。另外，由于保温做法不同，还导致保温层衔接较难处理的问题产生。

　　3)在我国，高层混凝土住宅建筑外墙火灾案例屡见不鲜，主要是外墙保温材料燃烧所致。由于现浇部位的保温层外贴于基层墙面，保温层外部的饰面层易开裂、脱落，当保温材料耐火等级为B2,B3时，就有被引燃的可能。而对于预制复合保温外墙体系，保温材料夹在内、外叶墙板之间，即使墙板之间的接缝材料燃烧，保温材料也会因缺氧而难以燃烧。

　　4)依据GB/T 51129—2017《装配式建筑评价标准》^[8]，建筑的整体预制率是从室外地面以上开始计算，若底部加强部位采用现浇结构，则整体预制率将显著降低。4个装配整体式剪力墙建筑的高度依次为50,60,70,80m，底部加强部位高度依次为6,6,9,9m，假设层高均为3m，底部加强部位及其上一层现浇，则此种情况下的建筑整体预制率将比底部加强部位及其上一层预制时降低15%～18%(见图1)。当然，装配式建筑的评价指标应作为评价建筑装配化程度或预制化程度的一种后评价指标，装配式技术方案的选择应遵循安全、合理和经济的原则，不应盲目追求高预制率或高装配率，产生“唯预制率”或“唯装配率”的情况。

　　图1 不同高度装配整体式剪力墙结构底部加强部位现浇时的预制率下降比例 

　　4 钢筋套筒灌浆连接剪力墙主要研究成果

　　钢筋套筒灌浆连接技术是将需连接的2根钢筋从套筒两端插入，然后向套筒内注入灌浆料拌合物，灌浆料拌合物凝结硬化后能确保其与套筒内壁和钢筋表面的黏结、摩擦与咬合，而需连接的钢筋则通过灌浆料和套筒的传力作用实现连接。套筒是金属材质的圆筒，材质可为球墨铸铁、优质碳素结构钢、低合金高强度结构钢等。灌浆料是以水泥为基本材料，并配以细骨料及减水剂、膨胀剂、消泡剂等外加剂，加水拌合后具有高流动性、早强、高强、微膨胀的特性。当将套筒灌浆连接技术用于剪力墙竖向钢筋连接时，通常采用半灌浆套筒，这种套筒与下部钢筋通过灌浆料连接，而与上部钢筋通过直螺纹或锥螺纹连接。半灌浆套筒和全灌浆套筒构造如图2所示。

　　图2 灌浆套筒构造  

　　在装配整体式剪力墙结构中，上、下层墙板纵向钢筋的连接性能对剪力墙抗弯、抗剪性能的发挥起关键作用。JGJ 355—2015《钢筋套筒灌浆连接应用技术规程》^[9]对套筒灌浆连接接头变形性能(单向拉伸、高应力反复拉压、大变形反复拉压)的要求与JGJ 107—2016《钢筋机械连接技术规程》^[10]对Ⅰ级接头的要求一致，而对套筒灌浆连接接头抗拉强度的要求甚至高于Ⅰ级接头，这从规范层面确保了预制墙板纵向钢筋连接的可靠性。JGJ 107—2016对Ⅰ级接头性能的规定与JGJ 355-2015对套筒灌浆连接性能的规定如表1所示。

　　表1 混凝土损伤参数取值  

　　注:f0mst为接头试件实测极限抗拉强度;fstk为钢筋极限抗拉强度标准值;d为钢筋公称直径;u0为接头试件加载至0.6fyk并卸载后在规定标距内的残余变形，fyk为钢筋屈服强度标准值;u20为接头试件经高应力反复拉压20次后的残余变形;u4为接头试件经大变形反复拉压4次后的残余变形;u8为接头试件经大变形反复拉压8次后的残余变形

　　国内研究机构对竖向钢筋套筒灌浆连接的预制剪力墙抗震性能已有较深入研究。

　　2011年，清华大学钱稼茹等^[11]以万科住宅楼项目为工程背景，为研究竖向钢筋套筒灌浆连接的预制剪力墙抗震性能，共完成5个剪跨比为2.25的剪力墙试件拟静力试验，其中包含1个现浇剪力墙对比试件、2个全预制剪力墙试件和2个采用竖向现浇带连接的预制剪力墙试件，预制剪力墙竖向钢筋与地梁预留的竖向钢筋采用套筒灌浆连接。试验结果表明:套筒灌浆连接能有效传递竖向钢筋应力;预制剪力墙试件破坏形态与现浇剪力墙试件的破坏形态相同，试件刚度和耗能能力与现浇剪力墙试件相当，受压承载力可采用现行规范计算。该试验中预制构件TW1～TW4和现浇构件SW1荷载-位移骨架曲线如图3所示。

　　图3 钱稼茹试验骨架曲线 

　　2018年，中国建筑科学研究院李然等^[12]通过55个试件对竖向钢筋采用套筒灌浆连接、浆锚搭接连接和底部预留后浇区搭接连接的装配整体式剪力墙进行试验研究，研究结果表明:3种装配整体式剪力墙均展现了良好整体性能，抗震性能指标与现浇剪力墙基本相同，但不同竖向钢筋连接方式、轴压比和装配方式等参数对装配整体式剪力墙试验现象和破坏机理产生一定影响。该试验中预制构件YZ20与现浇构件XJ20荷载-位移滞回曲线如图4所示。

　　图4 李然试验滞回曲线  

　　2018年，同济大学薛伟辰等^[13]对竖向分布钢筋采用单排螺栓连接、边缘构件竖向钢筋采用双排套筒灌浆连接的螺栓-套筒混合连接预制剪力墙构件开展了高轴压比(0.5)低周往复荷载试验。共6个试件，分为2组:第1组为两端设置边缘构件的剪力墙，包括1片全套筒灌浆连接的全预制剪力墙PW1,2片混合连接预制剪力墙(包括1片全预制剪力墙PW2和1片一端带现浇边缘构件的预制剪力墙PW3)及其现浇对比剪力墙RW1;第2组为两端和中间均设置边缘构件的剪力墙，包括1片中间带现浇边缘构件、两端带预制边缘构件的混合连接预制剪力墙PW4及其现浇对比剪力墙RW2。试验结果表明:预制剪力墙滞回曲线更饱满，其耗能能力明显好于相应的现浇剪力墙;预制剪力墙承载力与相应现浇剪力墙接近，但延性比现浇构件略有提高。综上可知，混合连接预制剪力墙与全套筒灌浆连接预制剪力墙抗震性能相近，且总体优于相应现浇剪力墙。该试验中预制构件与现浇构件荷载-位移骨架曲线如图5所示。

　　图5 薛伟辰试验骨架曲线  

　　上述3项研究针对装配整体式剪力墙构件开展足尺模型试验研究，试验加载方式均为拟静力加载。通过对比、分析，发现从上述3项研究中可得出较一致的结论，即竖向钢筋套筒灌浆连接装配整体式剪力墙的抗震性能与现浇剪力墙基本相同，现有装配式混凝土规范技术体系中的“等同现浇”抗震性能要求完全成立。可见，高层装配整体式剪力墙结构底部加强部位采用预制装配形式具备试验研究基础，并有足够的技术支撑。

　　5 底部加强部位预制解决方案

　　5.1 建筑设计方面

　　1)建筑平面形状宜简单、规则、对称。

　　2)使建筑具有适宜的长宽比和高宽比。

　　3)底部加强部位和上部标准层尽可能采用相同的平面设计，为实现构件标准化创造条件。

　　4)底部加强部位和上部标准层在层高方面需协调。

　　5)建筑立面由下往上尽可能保持外观一致，外观差异问题通过装饰部件解决。

　　5.2 结构设计方面

　　1)选择建筑高度适宜的项目进行实施。

　　2)结构具有良好的均匀性、连续性和整体性。

　　3)使用高强度等级混凝土控制底部加强部位墙肢轴压比，使其具有良好延性。同时，降低底部加强部位轴压比，实现底部加强部位设置构造边缘构件，简化配筋构造，便于钢筋连接。

　　4)将连梁跨高比控制在合理区间，形成连梁耗能机制。

　　5)底部加强部位预制构件与标准层预制构件协调统一。

　　6)基于性能化设计方法，适度提高底部加强部位剪力墙连接的承载能力。

　　6 结语

　　底部加强部位现浇、上部标准层预制的做法在围墙保温层耐久性、抗火性、施工效率、装配率评价等方面均存在问题，且随着装配整体式剪力墙结构抗震性能研究的不断深入，发现此类结构抗震性能与现浇结构几乎等同，所以在适宜条件下，如能从建筑和结构角度采取有效技术措施，底部加强部位可选择采用预制装配方式建造。

　　高层装配整体式剪力墙结构底部加强部位的预制装配，受到建筑布局、结构整体抗震性能、构件标准化程度、施工难易程度等多方面因素的影响，需工程技术人员从建筑和结构设计方面进一步细化技术解决方案，提出更有可操作性的技术措施。