同现浇剪力墙结构以及装配式框架结构相比, 装配式剪力墙结构存在大量水平接缝、竖向接缝、边框节点连接, 接缝处钢筋的连接是保证结构整体性、抗震能力、承载力等的关键, 可靠有效以及方便施工的连接是装配式剪力墙结构要解决的难题。目前, 装配式混凝土结构中钢筋连接方式主要有套筒灌浆、约束浆锚等连接方式, 但这些连接方式存在成本高、安装对中效率低、灌浆质量控制难等缺点。新型装配式结构体系即装配式环筋扣合锚接剪力墙结构体系, 对这些问题有着显著改进。国外对环筋扣合连接方式的研究仅限于理论计算 (研究了左、右2片剪力墙连接时剪力墙预留的环状钢筋受力) , 在国内, 中建七局有限公司首次对上、下层剪力墙的环筋扣合锚接进行了钢筋锚固试验、平面外抗折试验、子结构的拟静力、拟动力试验等研究, 验证了该连接方式的可靠性, 提出了其设计方法, 并付诸于工程实践。例如, 针对叠合楼板支撑固定问题, 该体系以预制墙为竖向受力的三角形临时角钢支撑, 避免了满堂脚手架支撑, 为施工操作提供了广阔空间, 实现了叠合楼板的快速、高效和精确固定。装配式环筋扣合锚接混凝土剪力墙结构体系已成功应用于24层的中建观湖国际14号楼、中建观湖国际13号楼、新密工厂办公楼等项目, 综合经济效益显著, 预制率75%, 装配率100%, 减少建筑垃圾90%以上, 减少劳动力70%以上, 缩短工期30%以上, 整体得房率提高3%以上。在研发与应用过程中形成了JGJ/T430—2018《装配式环筋扣合锚接混凝土剪力墙结构技术标准》及《装配式环筋扣合锚接剪力墙结构技术导则》。

装配式环筋扣合锚接混凝土结构体系是指由预制内外墙板、叠合楼板和楼梯等基本构件通过预留的环形钢筋在暗梁或暗柱区域扣合, 在暗梁 (暗柱) 中穿入水平 (竖向) 钢筋后浇筑混凝土连接成整体的结构体系, 如图1所示。

装配式环筋扣合锚接剪力墙结构体系包含预制外墙、预制内墙、预制叠合楼板、预制楼梯等构件, 各构件相应位置预留环状钢筋, 如图2所示。

墙板四周分别预留环状钢筋, 同层相邻的预制剪力墙形成暗柱进行锚接, 预制叠合楼板与上、下剪力墙重叠形成暗梁进行锚接, 上、下相邻预制剪力墙形成暗梁进行锚接。

构件生产→构件运输→构件存放→地下室施工→剪力墙体安装→楼梯安装→叠合楼板安装→内隔墙安装→飘窗及空调板安装→现浇节点施工。

该体系有着一套完整的包括安装钢筋、安装连接件、安装挤塑板、混凝土第1次浇筑、安装边模、摆渡、养护、脱模、运输等预制构件生产线, 并建立了生产基地。

墙体预制时下侧设置锥形孔, 楔形顶与轴线定位偏差<1mm;在墙体上侧对应位置预埋内丝套筒和锥形固定件, 以精准确定墙体的水平位置和标高。

现浇节点室外侧统一采用预制的一体化保温层和保护层作为模板, 并布设增强方钢背楞, 用防水对拉螺杆支承固定模板。针对现浇节点室内侧支模问题, 结合“一”字型、L形、T形等现浇节点形式, 采取相应的定型钢模板, 实现快速、精确支模, 如图3所示。

平面控制采用轴线网状控制法, 垂直控制每楼层设置4个引测点, 通过采用内控或外控相结合的方式进行垂直测量和轴线引测控制, 在房屋的首层根据坐标设置4条标准轴线 (纵、横轴方向各2条) 控制桩, 用经纬仪或全站仪定出建筑物的4条控制轴线, 将轴线的相交点作为控制点。第2层楼面叠合楼板就位后通过地下室固定引测点 (留设孔) 测量放线, 依次向上。

1) 施工前应完成深化设计, 深化设计文件应经原设计单位认可施工单位应校核预制构件加工图纸、对预制构件施工预留和预埋进行交底: (1) 装配式环筋扣合锚接混凝土剪力墙结构施工前, 施工单位应就施工措施性预留、预埋和各专业预留、预埋等内容向深化设计单位进行交底和协商, 并将其成果以深化设计文件形式确定下来, 经原设计单位认可后作为后续施工依据。 (2) 装配式环筋扣合锚接混凝土剪力墙结构的水、暖、电管线等的预埋应随主体结构施工进行, 且应严格按图施工, 不得损伤建筑结构钢筋、线盒等的安装位置, 且安装时不得损伤墙面。

2) 施工单位应在施工前根据工程特点和施工规定, 进行施工措施复核及验算、编制装配式结构专项施工方案专项施工方案宜包括工程概况、编制依据、进度计划、施工场地布置、预制构件运输与存放、安装与连接施工、成品保护、绿色施工、安全管理、质量管理、信息化管理、应急预案等内容: (1) 装配式环筋扣合锚接混凝土剪力墙结构的构件吊装和运输均需专用的存放架和运输架, 以保护外露的环形钢筋;为确保预留环形钢筋混凝土构件钢筋不“打架”, 需提前确定构件的安装顺序;预制构件的临时固定措施是确保构件吊装安全的必要措施。 (2) 装配式环筋扣合锚接混凝土剪力墙结构装配施工前应编制施工方案, 施工方案应包括:吊装机械的选择与安拆方法, 预制构件的安装顺序与方法, 预制构件定位测量措施, 模板支设与拆除方法, 预制构件临时固定措施, 混凝土浇筑顺序与方法, 机电预埋预留顺序与连接方法, 质量安全保证措施。 (3) 装配式环筋扣合锚接混凝土剪力墙结构标准层宜采用以下安装顺序:叠合楼板预制层→预制环形钢筋混凝土内墙→预制环形钢筋混凝土外墙→预制环形钢筋混凝土楼梯→水电管线预埋→绑扎叠合楼板、墙水平和竖向接缝处钢筋→浇筑水平接缝混凝土及叠合楼板后浇层混凝土→浇筑竖向接缝混凝土。

3) 安装准备应符合的要求 (1) 吊装前的准备工作对预制构件精确、快速安装起到至关重要的作用; (2) 装配式环筋扣合锚接混凝土剪力墙结构安装前应对建筑物的安装轴线、各楼层的楼面标高、结构层高、基础标高等进行复核。装配式环筋扣合锚接混凝土剪力墙结构安装前应在已施工完成结构及构件上进行测量放线, 设置构件安装定位标识。

1) 预制构件应按照施工方案吊装顺序提前编号, 吊装时严格按编号顺序起吊;预制构件吊装就位并校准定位后, 应及时设置临时支撑或采取临时固定措施: (1) 预制构件安装施工的过程就是构件吊运安装与临时支撑的过程, 临时支撑的可靠性及适用性决定了构件安装成败;预制构件吊装时, 支撑专项技术措施主要涉及的内容包括:吊具选择, 构件临时支撑、斜支撑的安装角度和个数, 各种预制构件安装前对结合面的处理, 预制构件安装就位调节等。 (2) 楼层内预制环形钢筋混凝土内、外墙吊装后, 宜在相邻墙顶设置水平支撑临时固定。预制环形钢筋混凝土楼板吊装, 当仅设周边临时支撑时, 楼板四周在临时支撑上的搁置长度应≥80mm。

2) 预制剪力墙墙板安装应符合下列规定:预制环形钢筋混凝土内、外墙上、下层连接, 楼层内预制环形钢筋混凝土内、外墙连接, 环形钢筋混凝土叠合楼板预制层与内、外墙均采用环形钢筋扣合的形式连接。一字型连接、L字型连接、T字型连接、十字型连接、预制环形钢筋混凝土内外墙上下层连接如图4~7所示。 (1) 对于楼层内预制环形钢筋混凝土内、外墙的水平连接, 预制环形钢筋混凝土内、外墙预留的水平环形钢筋外露部分长度a不宜小于墙体竖向分布钢筋2排间距的长度, 且应≥0.6倍的受拉钢筋基本锚固长度l_ab;后置水平封闭箍筋扣合的竖向扣合连接筋每端宜≥2排。 (2) 预制环形钢筋混凝土内、外墙上、下层连接。预制环形钢筋混凝土内、外墙上、下层连接 (见图8) 时, 接缝处水平扣合连接筋的竖向间距宜≤200mm。 (3) 预制环形钢筋混凝土内、外墙上、下层连接时, 在环形钢筋交错扣合后形成的暗梁环筋内穿入的通长扣合连接筋应固定在暗梁四周。楼层内预制环形钢筋混凝土内、外墙连接时, 宜首先逐层安放封闭箍筋, 再由上而下插入竖向通长的扣合连接筋, 与下层的扣合连接筋宜采用机械连接。

3) 预制叠合楼板安装应符合下列规定: (1) 环形钢筋混凝土叠合楼板预制层预留的环形钢筋应与预制环形钢筋混凝土内、外墙预留的环形钢筋交错扣合安装。 (2) 水平接缝处混凝土与环形钢筋混凝土叠合楼板现浇层的混凝土应连续浇筑, 楼板现浇层混凝土宜从周边向中间浇筑;水平接缝与环形钢筋混凝土叠合楼板的现浇层混凝土强度不同时, 水平接缝两侧100mm范围内宜设钢板网支挡。 (3) 叠合楼板支撑采用可调节式三角架加独立支撑的方式, 根据水平及标高控制线在与叠合楼板连接的墙体预留三角架孔安装支撑用三角架, 与墙体采用螺栓固定, 在房间中间加设1根独立支撑和三角架支撑连成叠合楼板临时支撑体系。

4) 预制楼梯安装应符合下列规定: (1) 预制环形钢筋混凝土楼梯上端应采用环形钢筋与预制环形钢筋混凝土内、外墙连接;楼梯下端应搁置在墙预留的挑耳上, 且应采取防止滑落的构造措施。 (2) 楼梯上端与墙连接 (见图9a) 时, 宜在下层墙上端预制挑耳, 挑耳的伸出长度宜≥100mm, 墙预留的环形钢筋与楼梯平台板预留的环形钢筋应交错布置。 (3) 楼梯下端与墙体连接 (见图9b) 时, 应在墙的挑耳上预留螺栓, 与楼梯平台板预留的螺栓孔连接;螺栓孔宜采用灌浆料填充, 封口处采用砂浆封堵, 且宜封堵密实、平整和光滑。 (4) 楼梯平台板预留的环形钢筋的外露部分长度不宜小于墙体竖向分布钢筋2排间距的长度。 (5) 楼梯上端与墙连接时, 连接处宜浇筑混凝土;楼梯下端与墙连接时, 连接处宜浇筑混凝土, 楼板平台板与墙的连接处宜采用聚苯填充。 (6) 预制楼梯板采用水平吊装, 用专用吊环与楼梯板预埋吊装螺杆连接, 确认牢固后方可继续缓慢起吊, 待楼梯板吊装至作业面上500mm处略作停顿, 根据楼梯板方向调整, 就位时要求缓慢操作, 严禁快速猛放, 以免造成楼梯板振折损坏。 (7) 预制楼梯吊装时, 由于楼梯自身抗弯刚度能够满足吊运要求, 故预制楼梯采用常规方式吊运 (即吊索+吊钩) ;为了保证预制楼梯准确安装就位, 需控制楼梯两端吊索长度, 要求楼梯两端部同时降落至休息平台上。 (8) 楼梯板基本就位后, 根据控制线, 利用撬棍微调, 校正。

5) 后浇混凝土节点模板施工: (1) 每片墙体就位完成后, 应及时穿插水平接缝处纵向钢筋, 水平纵向钢筋分段穿插, 采用搭接连接, 搭接长度应符合设计要求;填充墙顶部KL (LL) 上部纵向钢筋穿插锚入两边墙体或现浇柱内;钢筋穿插到位后及时绑扎牢固;墙体转角处水平钢筋弯折锚入现浇暗柱内。 (2) 两块预制外墙板之间一字型现浇节点, 采用内侧铝模板单侧支模;外侧预制的保温层和保护层一体化的一字型构件作为外模板, 并布设增强方钢背楞, 用防水对拉螺杆支承固定模板, 一字型节点模板支设如图10a所示。 (3) T字型现浇节点。两块预制外墙板与内墙之间采用T字型现浇节点, 现浇节点内侧采用铝模板拼装成L字型模板单侧支模, 墙板外侧采用预制的保温层和保护层一体化的一字型构件作为外模板, 并布设增强方钢背楞, 用防水对拉螺杆支承固定模板, T字型现浇节点模板支设如图10b所示。 (4) L字型现浇节点。预制外墙板转角处两块预制墙板之间采用L字型现浇节点, 现浇节点内侧采用标准角模, 墙板外侧采用预制的保温层和保护层一体化的L字型构件作为外模板, 并布设增强方钢背楞, 用防水对拉螺杆支承固定模板, L字型现浇节点模板支设如图10c所示。

装配式环筋扣合锚接混凝土剪力墙结构体系具有标准化程度高、结构体系受力明确, 便于制作、安装和运输, 提高工效、缩短工期, 保证质量和安全等优点, 为装配式混凝土剪力墙体系的推广应用奠定了坚实基础。在国家大力推进建筑产业现代化的今天, 该体系具有广阔的推广应用前景。