預制裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)設計思路

Design Thoughts on Prefabricated Sheer Wall Structure

向淵明，金山，羅昭軍

（中機中聯(lián)工程有限公司，重慶400039）

該文分析了預制裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)體系、設計流程及控制指標，并通過實際工程案例介紹了預制裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)的設計思路、技術(shù)特點及具體的接縫節(jié)點工藝。通過對設計過程中的關(guān)鍵點進行梳理和把控，以期為類似的工程提供設計思路。

預制裝配式；剪力墻；疊合樓板；預制率；裝配率

0 引言

近年來，隨著建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展，預制裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)作為建筑產(chǎn)業(yè)化的主要方向之一，得到了廣泛應用[1]。特別是公租房、廉租房，由于其建筑規(guī)模大、戶型少、構(gòu)件種類少，采用預制裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)快速裝配成型并取得良好的節(jié)能、節(jié)材和節(jié)時的經(jīng)濟效果，預制裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)已成為此類建筑的主要結(jié)構(gòu)形式。

1 裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)體系概述

預制裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)體系的豎向構(gòu)件剪力墻采用預制，按層進行拆分，分為預制內(nèi)墻和預制外墻，預制外墻可包含保溫和外墻裝飾做法。預制剪力墻的豎向接縫采用現(xiàn)澆一字型、T字型和L型節(jié)點連接，頂面水平接縫采用水平現(xiàn)澆帶和灌漿套筒連接等實現(xiàn)混凝土和豎向鋼筋的連續(xù)，豎向和水平接縫處新舊混凝土之間應采用粗糙面、鍵槽等構(gòu)造措施。水平構(gòu)件如樓板、陽臺板、雨棚板均采用疊合板，水平構(gòu)件與豎向構(gòu)件節(jié)點采用現(xiàn)澆連接。樓梯、女兒墻和空調(diào)板均一次預制成型。該結(jié)構(gòu)體系具有如下特點。

1.1 優(yōu)點

（1）構(gòu)件采用工廠化制作，具有良好的制作和養(yǎng)護環(huán)境，構(gòu)件質(zhì)量能得到很好的保證，構(gòu)件外觀質(zhì)量滿足清水混凝土要求。

（2）現(xiàn)場模板、支撐用量及周轉(zhuǎn)少，工期縮短，用工量少，工人勞動強度降低[2]。

（3）裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)預制率高，門窗洞口、公用管線均可一次預埋到位。

（4）施工現(xiàn)場濕作業(yè)大大減少，對環(huán)境的影響減少，低碳環(huán)保。

1.2 缺點

（1）施工現(xiàn)場預制構(gòu)件多，構(gòu)件吊裝、安裝步驟多，需要良好的施工管理。

（2）預制構(gòu)件生產(chǎn)地距離工程所在地不能太遠，否則會造成運輸成本過高。

（3）豎向預制構(gòu)件定位精度要求高，灌漿套筒施工質(zhì)量因人而異，施工隊伍需要進行專業(yè)培訓。

2 裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)設計流程

裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)在設計初期應明確甲方的相關(guān)需求，做好技術(shù)策劃，全盤考慮整個項目的技術(shù)特點，最大化實現(xiàn)各預制構(gòu)件的標準化、模數(shù)化，減少預制所需模板的數(shù)量，提高預制效率和安裝效率。結(jié)合工程實際確定項目的技術(shù)路線，需注意以下幾個方面的問題。

（1）根據(jù)當?shù)卣呒凹追叫枨螅Y(jié)合工程實際采用不同的預制混凝土構(gòu)件，包括預制外墻板、預制內(nèi)墻板、疊合樓板、預制陽臺板、預制空調(diào)板、預制樓梯、預制女兒墻等[3]。

（2）前期建筑方案制定時需結(jié)構(gòu)、公用各專業(yè)參與，各專業(yè)充分協(xié)調(diào)，統(tǒng)一標準，減少不規(guī)則體系。方案階段建筑功能需進行優(yōu)化設計，根據(jù)人體工程學的原理，選擇滿足使用功能的各房間最優(yōu)面積，采用模數(shù)協(xié)調(diào)的原則，制定合適的開間和進深尺寸。

（3）結(jié)構(gòu)專業(yè)在設計前期需在保證預制構(gòu)件標準化、模數(shù)化的前提下，制定合理的構(gòu)件拆分方案，優(yōu)化關(guān)鍵節(jié)點的連接技術(shù)，盡可能減少預制構(gòu)件種類，并盡量使現(xiàn)澆節(jié)點規(guī)格統(tǒng)一、標準。同時結(jié)構(gòu)設計應全面考慮構(gòu)件設計、預埋、制作、運輸、吊裝、安裝等關(guān)鍵施工環(huán)節(jié)。

（4）制定合適的預制率和裝配率。根據(jù)項目的特點，合理選擇預制構(gòu)件。種類太少或太異形的構(gòu)件應不采用預制，直接現(xiàn)澆反而會提高效率。預制外墻應包含保溫一體化，預制樓梯應一次成型，免除表面裝飾，非承重隔墻可采用預制的輕質(zhì)加氣混凝土NALC輕質(zhì)隔墻，空間分割自由。預制率應科學合理，不應盲目追求。

（5）結(jié)構(gòu)外墻施工時，優(yōu)先考慮自爬升外架，爭取實現(xiàn)無外架的施工組織方案。

3 工程案例

應用該體系的工程為某地上6層宿舍樓，建筑平面尺寸為58.0m×18.0m，層高3.3m，結(jié)構(gòu)體系為剪力墻結(jié)構(gòu)，建筑標準層平面圖如圖1所示。工程基礎采用現(xiàn)澆混凝土，預制構(gòu)件為：預制外墻、預制內(nèi)墻、疊合樓板、預制陽臺板、預制空調(diào)板、預制樓梯、預制女兒墻[4]。

圖1 建筑標準層平面圖

3.1 預制外墻方案

方案制定時預制外墻有如下兩種方案。方案一：外墻采用200mm混凝土內(nèi)墻+30mm厚保溫板+50mm外葉板。方案二：外墻采用270mm陶?；炷痢煞N外墻方案的經(jīng)濟性對比如表1所示。

表1 外墻方案經(jīng)濟性對比

圖2 預制墻平面劃分方案一

圖3 預制墻平面劃分方案二

根據(jù)以上對比可知，采用方案二預制外墻的綜合造價較高，預制外墻選擇方案一比較合適。

3.2 預制墻體設計

（1）合理劃分平面。裝配式剪力墻平面劃分應合理，預制構(gòu)件部分和現(xiàn)澆部分應合成長肢剪力墻，避免形成短肢剪力墻結(jié)構(gòu)體系。根據(jù)受力特點，預制外墻只需要在端部和T形處受力剪力墻設置連接區(qū)段，中間非受力剪力墻不需要連接，這樣可有效減少豎向構(gòu)件鋼筋連接工作量。預制墻體平面劃分方案一和方案二如圖2、圖3所示。

分析以上兩種預制墻體平面劃分方案可知：方案一中的預制墻體縱筋均不在豎向進行連接，只有預制墻體的水平鋼筋在側(cè)面與后澆混凝土連接，整個結(jié)構(gòu)體系的抗側(cè)力構(gòu)件為預制墻體間的后澆混凝土部分，由于后澆混凝土節(jié)點長度較短，整個結(jié)構(gòu)體系為短肢剪力墻結(jié)構(gòu)（如圖4）。方案二中的預制墻體兩端均設置至少400mm寬的受力暗柱，暗柱的縱向受力鋼筋通過半灌漿套筒進行豎向連接，整個結(jié)構(gòu)豎向抗側(cè)力構(gòu)件在外墻轉(zhuǎn)角處為1650mm×600mm×200mm的T型翼墻，在內(nèi)墻中間節(jié)點處為1650mm×200mm的一字型剪力墻（如圖5），結(jié)構(gòu)在縱橫兩個方向的抗側(cè)力構(gòu)件均為長肢剪力墻，結(jié)構(gòu)體系合理。

圖5 方案二墻體縱筋連接

（2）非受力剪力墻的墻體內(nèi)部可采用100mm厚擠塑聚苯板減輕自重，聚苯板兩側(cè)設50mm厚混凝土面層，面層配筋為單層雙向4@150，如圖6所示。

圖6 墻體內(nèi)聚苯板布置

（3）預制墻體豎向連接節(jié)點

預制墻體豎向鋼筋通過半灌漿套筒連接，套筒預埋在墻體內(nèi)的一端與縱筋采用螺紋連接，現(xiàn)場拼接端采用灌漿料現(xiàn)場灌漿連接（如圖7所示）。由于套筒直徑比鋼筋直徑大，故扣除保護層厚度，預制墻的厚度不宜太小。為了減少現(xiàn)場灌漿套筒連接和現(xiàn)場濕作業(yè)的工作量，提高預制構(gòu)件工廠化程度，設計時采用鋼筋等面積代換的原則，盡量選用大直徑的鋼筋連接套筒，并配合預留鋼筋的間距，相應設置灌漿套筒的埋設位置和灌漿孔、出漿孔的位置，灌漿套筒預埋在上層墻體上，灌漿孔、出漿孔預留在外墻內(nèi)側(cè)面以方便操作[5]。

圖7 預制墻體豎向連接節(jié)點

3.3 疊合樓板設計

疊合樓板可根據(jù)預制板接縫構(gòu)造、長寬比等按單向板或雙向板設計。預制疊合樓板接縫節(jié)點分為鋼筋貫通式和非貫通式。貫通式節(jié)點通過后澆混凝土段將兩塊預制板連為整體，預制板四周預留受力筋，板受力連續(xù)，計算按雙向板設計；非貫通式節(jié)點的預制板只是拼在一起，鋼筋不連接，計算按單向板設計（如圖8所示）。預制底板應標準化、模數(shù)化以滿足經(jīng)濟性要求，宜采用整間的中大型板，以便減少預制構(gòu)件的數(shù)量，節(jié)省工時，提高效率。

圖8 雙向板和單向板拼縫圖

該工程樓板厚度分別取130mm（預制60mm+后澆70mm）和150mm（預制70mm+后澆80mm）并按單向板、雙向板分別進行計算，計算結(jié)果如表2所示。

分析以上數(shù)據(jù)可知，由于工程板跨不大，樓面荷載較小，除按單向板設計時板底配筋按計算外，其余計算均為構(gòu)造配筋?？傮w而言，雙向板的計算配筋比單向板小。在設計時，板厚可按撓度控制取值，疊合板按雙向板進行設計，計算結(jié)果較為經(jīng)濟。

表2 單向板和雙向板配筋比較

4 預制裝配式建筑控制指標

深圳市等經(jīng)濟發(fā)達城市在裝配式建筑研究方面處在行業(yè)前列，對住宅產(chǎn)業(yè)化項目單體建筑預制率和裝配率均有詳細的計算細則。參考此細則，預制裝配式建筑控制指標有預制率和裝配率。

4.1 預制率

預制率V=標準層預制混凝土構(gòu)件混凝土總體積A/標準層全部混凝土總體積B

其中：A=主體和圍護結(jié)構(gòu)預制混凝土總體積+0.5×非承重內(nèi)隔墻預制混凝土構(gòu)件總體積。

對于該工程，預制率如下：

4.2 裝配率

裝配率S=標準層裝配式工法構(gòu)件總表面積M/標準層混凝土總表面積N

其中：M=主體和圍護結(jié)構(gòu)預制混凝土構(gòu)件免除傳統(tǒng)模板與混凝土接觸面的表面積+0.5×非承重內(nèi)隔墻預制混凝土構(gòu)件免除傳統(tǒng)墻面抹灰的表面積+k×現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)采用定型裝配式模板與混凝土接觸面的表面積。

當現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)為現(xiàn)場綁扎鋼筋和骨架時，k取0.5；為預制鋼筋網(wǎng)和骨架時，k取0.8。

對于該工程，裝配率如下：

5 結(jié)語

在經(jīng)濟新常態(tài)的背景下，裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)體系既符合當前住宅產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化的趨勢，又具有良好的節(jié)能、節(jié)材、節(jié)時的經(jīng)濟效益，必將得到廣泛的應用。但對于當前的裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)，仍有很多需要改進和思考的地方。

（1）豎向預制構(gòu)件多采用灌漿套筒連接。由于當前我們的建筑產(chǎn)業(yè)工人體系尚不成熟，建筑工人多為農(nóng)民工，個體施工質(zhì)量因人而異，故豎向構(gòu)件的連接質(zhì)量隱患較大。在既要考慮預制率和裝配率，又要關(guān)注結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量的要求下，可采用如下思路：豎向抗側(cè)力構(gòu)件盡量采用現(xiàn)澆，水平受力構(gòu)件可最大化地預制。對于豎向非承重構(gòu)件，盡可能采用預制輕質(zhì)隔板。

（2）目前國內(nèi)對裝配式剪力墻的節(jié)點連接、整體構(gòu)件的抗震性能等研究較少，設計時可選用的連接節(jié)點形式少，同時缺少足夠的實體實驗和成體系的節(jié)點標準。根據(jù)各工程的實際需要，各工程的節(jié)點實驗大多數(shù)由實際工程的參建單位掌握，缺少系統(tǒng)的推廣途徑和權(quán)威性。

[1]王開飛，李挺.裝配式剪力墻住宅結(jié)構(gòu)設計[J].中國住宅設施，2016（3）：17-20.

[2]羅偉陽.淺析住宅建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設計[J].中華民居旬刊，2014（1）：87-88.

[3]王開飛，李挺，邵長昊.裝配整體式剪力墻結(jié)構(gòu)全過程設計[J].城市住宅，2016,23（6）：37-41.

[4]張新娜.裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)設計與應用[D].邯鄲：河北工程大學，2013.

[5]徐曄楨.預制裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)住宅建筑的設計[J].建筑施工，2013（10）：928-930.

責任編輯：孫蘇,李紅

This paper analyzes the structural system,design flow and control indices of prefabricated sheer wall structure and,based on practical cases,introduces its design thoughts,technical features and specific node techniques.The summarization and mastering of the key design points can provide some references for similar engineering.

prefabrication;sheer wall;superimposed slab;prefabrication ratio;fabrication ratio

TU37

A

1671-9107（2017）03-0031-04

10.3969／j.issn.1671-9107.2017.03.031

2017-01-17

向淵明（1979-），男，重慶人，本科，高級工程師，主要從事結(jié)構(gòu)設計工作。